JP2023040704A - 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ Download PDF

Info

Publication number
JP2023040704A
JP2023040704A JP2021147830A JP2021147830A JP2023040704A JP 2023040704 A JP2023040704 A JP 2023040704A JP 2021147830 A JP2021147830 A JP 2021147830A JP 2021147830 A JP2021147830 A JP 2021147830A JP 2023040704 A JP2023040704 A JP 2023040704A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light guide
incident
guide member
reflecting surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021147830A
Other languages
English (en)
Inventor
猛壮 筒井
Takemasa Tsutsui
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2021147830A priority Critical patent/JP2023040704A/ja
Priority to CN202210861472.0A priority patent/CN115793129A/zh
Priority to US17/893,196 priority patent/US20230100029A1/en
Publication of JP2023040704A publication Critical patent/JP2023040704A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/006—Systems in which light light is reflected on a plurality of parallel surfaces, e.g. louvre mirrors, total internal reflection [TIR] lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0018—Redirecting means on the surface of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0028—Light guide, e.g. taper
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/123—Optical louvre elements, e.g. for directional light blocking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form

Abstract

【課題】光利用効率を向上させること。【解決手段】導光部材は、光入射部より入射された入射光束を複数の光束に分岐する複数の反射面を有する第１導光部と、複数の反射面にて分岐された複数の光束を導光して光射出部より射出する第２導光部と、を備える。複数の反射面は、少なくとも１つの第１反射面と、少なくとも１つの第２反射面を含む。入射光束の一部が第１反射面に入射され、第１反射面にて反射されて第２導光部に導光される。第２反射面は、第１反射面に入射されることなく第２反射面に入射された、他の一部の入射光束を反射して、第２導光部に導光する。【選択図】図２

Description

本発明は、導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイに関する。
画像表示素子に表示された画像を拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する虚像表示装置が知られている。例えば特許文献１に、この種の虚像表示装置の具体的構成が記載されている。
特許文献１に記載されるように、虚像表示装置は、画像表示素子からの光（以下「画像光」と記す。）を導光部材に入射させ、入射された画像光を導光部材で導光し、導光された画像光を観察者に向けて射出し、射出された画像光を観察者が拡大された虚像として観察できるように構成される。
特許文献１に記載の導光部材は、光入射部より入射された画像光を反射光と透過光とに分岐する部分反射面を複数備える。複数の部分反射面により画像光が複数の光束に分岐され、分岐された各光束が異なる画角の光として観察者の眼に向けて導光される。広い画角の光が観察者の眼に届くため、観察者は、広い画角の虚像を観察することができる。
米国特許出願公開第２０２０／２００９６３号明細書
特許文献１に記載の導光部材では、光入射部から離れて位置する部分反射面ほど、より多くの部分反射面を経由した画像光が入射される。部分反射面を経由する毎に画像光が損失するため、観察者の眼に届かない光が増加する。そのため、導光部材の光利用効率が低下して、虚像の視認性が低下する。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光利用効率を向上させることができる導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイを提供することである。
本発明の一実施形態に係る導光部材は、光入射部より入射された入射光束を複数の光束に分岐する複数の反射面を有する第１導光部と、複数の反射面にて分岐された複数の光束を導光して光射出部より射出する第２導光部と、を備える。複数の反射面は、少なくとも１つの第１反射面と、少なくとも１つの第２反射面を含む。入射光束の一部が第１反射面に入射され、第１反射面にて反射されて第２導光部に導光される。第２反射面は、第１反射面に入射されることなく第２反射面に入射された、他の一部の入射光束を反射して、第２導光部に導光する。
本発明の一実施形態によれば、導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイにおいて、光利用効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイに備えられる導光部材の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを装用者が装用した状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを装用者が装用した状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを装用者が装用した状態を示す概略図である。 本発明の別の一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイに備えられる導光部材の構成を示す図である。 本発明の実施例１のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例１における光量ムラを示す図である。 本発明の実施例２のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例２における光量ムラを示す図である。 本発明の実施例３のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例３における光量ムラを示す図である。 本発明の実施例４のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例４における光量ムラを示す図である。 本発明の実施例５のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例５における光量ムラを示す図である。 本発明の実施例６のシミュレーションで用いた導光部材のモデルを示す図である。 本発明の実施例６における光量ムラを示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイについて図面を参照しながら説明する。以下の説明において、共通の又は対応する要素については、同一又は類似の符号を付して、重複する説明を適宜簡略又は省略する。
図１は、本実施形態に係る虚像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ１の構成を示す模式図である。図１に示されるように、ヘッドマウントディスプレイ１は、画像表示素子１０及び光学ユニットを備える。光学ユニットは、伝搬光学系２０及び導光部材３０を含む。図１中、符号ＥＹは、ヘッドマウントディスプレイ１を装用する装用者（観察者）の眼を示す。
画像表示素子１０は、虚像として観察すべき画像を表示する素子であり、例示的には、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）アレイ、ＬＤ（laser diode）アレイ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等である。
画像表示素子１０の各画素から発せられた光（すなわち画像光）は、伝搬光学系２０に入射される。伝搬光学系２０は、光源である画像表示素子１０からの画像光を伝搬し、導光部材３０の光入射部３２０に平行光として入射させる光学系である。
伝搬光学系２０により画像光を光入射部３２０に平行光として入射させることにより、導光部材３０を介した画像光が装用者の眼の網膜上の一点に結像する。これにより、画質の高い虚像画像が得られる。
導光部材３０は、伝搬光学系２０より入射された画像光を導光し、虚像表示のために眼ＥＹに向けて導光部材３０の外部へ射出する。装用者は、導光部材３０より射出された画像光を拡大された虚像として観察することができる。
以下の説明において、画像表示素子１０、伝搬光学系２０及び導光部材３０が並ぶ第１の水平方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する第２の水平方向をｙ方向とし、ｙ方向とｚ方向の双方に直交する鉛直方向をｘ方向とする。互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、右手系をなす。なお、方向の呼称は、構成要素の相対的な位置関係を説明するために便宜上用いる呼称であり、絶対的な方向を示すものではない。ヘッドマウントディスプレイ１の姿勢によっては、例えば、ｙ方向やｚ方向が必ずしも水平方向とは限らず、鉛直方向になることもある。
図２は、導光部材３０の構成を示す図である。図１が導光部材３０をＸ方向正側から見た図であるのに対し、図２は、導光部材３０をＺ方向正側（装用者の眼ＥＹ側）から見た図である。
図１及び図２に示されるように、導光部材３０は、第１導光部３２及び第２導光部３４を備える。
第１導光部３２は、光入射部３２０を有する。光入射部３２０には、伝搬光学系２０からの画像光が入射される。図１に示されるように、光入射部３２０より入射された画像光（入射光束）は、反射面３２１にて反射されて、Ｙ方向正側へ伝搬される。
第１導光部３２の内部に、反射面３２２（第３反射面）が配置される。また、第１導光部３２の内部に、光入射部３２０より入射された画像光（入射光束）を複数の光束に分岐する複数の反射面３２３が配置される。反射面３２２は、光入射部３２０より入射され反射面３２１にて反射された入射光束を透過させることなく複数の反射面３２３に向けて反射する。
複数の反射面３２３は、少なくとも１つの第１反射面３２３ａと、少なくとも１つの第２反射面３２３ｂを含む。図１及び図２の例では、４つの第１反射面３２３ａと１つの第２反射面３２３ｂの、計５つの反射面が含まれる。図１及び図２の例では、第２反射面３２３ｂの数より第１反射面３２３ａの数が多いが、本発明の構成はこれに限らない。第１反射面３２３ａの数より第２反射面３２３ｂの数が多い構成も本発明の範疇である。なお、第１反射面３２３ａと第２反射面３２３ｂとを区別して説明しない場合、第１反射面３２３ａであっても第２反射面３２３ｂであっても反射面３２３と記す。
光入射部３２０と反射面３２３との間に反射面３２２を配置することにより、反射面３２２を配置しない構成と比べて、光入射部３２０の配置の自由度が向上する。例えば光入射部３２０の配置を工夫することにより、導光部材３０をより小型化させることができる。
第１導光部３２は、互いに平行に配置された第１面３２４及び第２面３２５を有する。第１面３２４及び第２面３２５は、Ｘ方向及びＹ方向に広がるＸＹ平面と平行な面であり、第１反射面３２３ａ及び第２反射面３２３ｂに直交して配置される。第１反射面３２３ａ及び第２反射面３２３ｂは、第１面３２４と第２面３２５との間に配置される。
第１面３２４と第２面３２５との間隔と、第１反射面３２３ａ及び第２反射面３２３ｂの幅（Ｚ方向の寸法）は、同じである。すなわち、第１反射面３２３ａ及び第２反射面３２３ｂは、第１導光部３２のＺ方向全体に亘るサイズを有する。
互いに平行に配置された第１面３２４及び第２面３２５を有する構成とすることにより、第１面３２４と第２面３２５の一対の平面で、光入射部３２０より入射された入射光束を全反射で伝搬することができる。そのため、第１導光部３２の薄型化設計に有利である。
また、例えば第１面３２４と第２面３２５だけでなく、別の一対の平面も合わせた二対の平面の各々で入射光束を全反射で伝搬する構成にすると、各平面の平行度や面精度を満足する加工が難しい。本実施形態では、一対の平面だけで入射光束を全反射で伝搬する構成とすることにより、二対の平面で入射光束を全反射で伝搬する構成と比べて加工が容易となる。
第１導光部３２と第２導光部３４は、例えば別の部材である。導光部材３０は、別の部材である第１導光部３２と第２導光部３４とを接着して一体に形成したものである。第１導光部３２は、複数の反射面３２３にて分岐された複数の光束を射出する射出面３２６を有する。第２導光部３４は、射出面３２６より射出された複数の光束が入射される入射面３４１を有する。射出面３２６と入射面３４１は互いに平行である。附言するに、射出面３２６と入射面３４１とが接着されることにより、第１導光部３２と第２導光部３４とが一体に形成される。
射出面３２６と入射面３４１とが平行であるため、第１導光部３２からの各光束が第２導光部３４に入射する際の諸収差の発生が抑えられる。また、第１導光部３２と第２導光部３４とを一体に形成することにより、第１導光部３２と第２導光部３４とが離れて配置される構成と比べて、射出面３２６と入射面３４１に対して高い面積度が要求されない。そのため、導光部材３０の加工が容易となる。
第２導光部３４は、互いに平行な２つの面を有する。一方の面は、第１面３２４と同一面上に位置する第３面３４２である。他方の面は、第２面３２５と同一面上に位置する第４面３４３である。第２導光部３４において、入射面３４１より入射された各光束は、第３面３４２と第４面３４３の各平面を全反射しながら伝搬される。
第２導光部３４の内部に、入射面３４１より入射された各光束を反射光と透過光に分岐する、複数の部分反射面３４４が配置される。複数の部分反射面３４４は、Ｙ方向に所定の間隔で並べて配置される。各部分反射面３４４は、第３面３４２に対して所定の角度をなす向きで配置される。部分反射面３４４は、例えばハーフミラーである。
ここで、第１導光部３２において、複数の反射面３２３は、光入射部３２０より入射された入射光束を、垂直方向（Ｘ方向）の各画角に対応する複数の光束に分岐する。垂直方向に分岐された複数の光束の各々は、第２導光部３４において複数の部分反射面３４４により水平方向（Ｙ方向）の各画角に対応する複数の光束に更に分岐される。水平方向への分岐後の各画角の光束は、各部分反射面３４４にて、各部分反射面３４４の配置角度に応じた向きに偏向されて第３面３４２（言い換えると光射出部）より射出される。これにより、装用者は、垂直方向と水平方向に広い画角をもつ虚像を視認することができる。
このように、第２導光部３４は、互いに平行な２つの面（第３面３４２と第４面３４３）により、第１導光部３２より入射された複数の光束の各々を導光し、導光された各光束を偏向して光射出部（第３面３４２）より射出する構成となっている。
図１及び図２に示される導光部材３０は、例えば次の方法で製造される。
第１導光部３２をなす１つの光学ブロックの一面に反射面３２１を成膜する。第１導光部３２をなす１つの光学ブロックの一面の一部に反射面３２２を成膜する。第１導光部３２をなす４つの光学ブロックの各々の一面の一部に第１反射面３２３ａを成膜する。第１導光部３２をなす１つの光学ブロックの一面の一部に第２反射面３２３ｂを成膜する。各反射面は、例えば金属材を蒸着することによって形成された蒸着膜よりなる。なお、光学ブロックとの密着性を向上させるため、光学ブロックの一面にプライマー層を成膜したうえで反射面を成膜してもよい。反射面が成膜された各光学ブロックを接着剤でつなぎ合わせることにより、反射面３２１を有するとともに反射面３２２及び複数の反射面３２３がその内部に配置された第１導光部３２が完成する。
第２導光部３４をなす複数の光学ブロックの一面に部分反射面３４４を成膜する。部分反射面３４４も、例えば金属材を蒸着することによって形成された蒸着膜よりなる。部分反射面３４４が成膜された各光学ブロックを接着剤でつなぎ合わせることにより、部分反射面３４４がその内部に配置された第２導光部３４が完成する。
次いで、第１導光部３２の射出面３２６と第２導光部３４の入射面３４１とを接着剤で接着することにより、導光部材３０が完成する。
導光部材３０の各光学ブロックは、例えばプラスチック等の合成樹脂製の成形品である。これにより、導光部材３０を軽量化させることができる。導光部材３０を軽量化させることにより装用者の鼻にかかる荷重が低減するため、例えばヘッドマウントディスプレイ１を装用者が長時間装用したときの疲労感が軽減される。
図３Ａ～図３Ｃは、ヘッドマウントディスプレイ１を装用者が装用した状態を示す概略図である。図３Ａ～図３Ｃに示されるヘッドマウントディスプレイ１は、スマートグラスと呼称されることもある。
図３Ａに示されるヘッドマウントディスプレイ１は、両眼タイプのヘッドマウントディスプレイであり、装用者の顔幅相当の長さを有する単一の導光部材３０をフレーム１００に固定した構成となっている。導光部材３０は、左右両方の眼を含む領域にアイボックスを形成する。なお、画像表示素子１０及び伝搬光学系２０は、例えばフレーム１００のテンプル（別の呼称では「つる」）に内蔵される。また、フレーム１００は、導光部材３０の両端だけでなく、導光部材３０の上側縁や下側縁を覆う形状としてもよい。
図３Ｂに示されるヘッドマウントディスプレイ１も両眼タイプのヘッドマウントディスプレイであり、左右それぞれの眼に対応する一対のヘッドマウントディスプレイをフレーム１００に固定した構成となっている。右眼に対応する導光部材３０は、右眼を含む領域にアイボックスを形成する。左眼に対応する導光部材３０は、左眼を含む領域にアイボックスを形成する。
図３Ｃに示されるヘッドマウントディスプレイ１は、単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであり、右眼に対応する単一のヘッドマウントディスプレイをフレーム１００に固定した構成となっている。なお、左眼に対応する単一のヘッドマウントディスプレイをフレーム１００に固定した単眼タイプのヘッドマウントディスプレイも本発明の範疇である。
なお、本実施形態に係る導光部材３０は、ヘッドマウントディスプレイに限らず、他の虚像表示装置にも適用可能である。他の虚像表示装置として、例えばヘッドアップディスプレイが挙げられる。
第１導光部３２についてより詳細に説明する。
第１導光部３２において、光入射部３２０より入射された入射光束は、反射面３２２にて複数の反射面３２３に向けて反射される。反射面３２２では入射光束が透過せずに反射されるため、反射面３２２における光量損失は実質的にはない。
反射面３２２にて反射された入射光束の一部は、各第１反射面３２３ａに入射され反射されて、第２導光部３４に導光される。第２反射面３２３ｂには、他の何れの第１反射面３２３ａに入射されることなく第２反射面３２３ｂに到達した、入射光束の他の一部が入射され反射されて、第２導光部３４に導光される。このように、反射面３２２にて反射された入射光束は、複数の反射面３２３の各々に入射され反射されることにより複数の光束に分岐されて、第２導光部３４に導光される。
特許文献１に例示される従来構成の導光部材では、光入射部から離れて位置する部分反射面ほど、より多くの部分反射面を経由した画像光が入射される。部分反射面を経由する毎に画像光が損失するため、装用者の眼に届かない光が増加する。そのため、導光部材の光利用効率が低い。
これに対し、本実施形態では、光入射部３２０から離れて位置する第２反射面３２３ｂに対して実質的に光量損失のない光束が入射される。このような光束が第２反射面３２３ｂにて反射されて第１導光部３２から第２導光部３４に導光されて装用者の眼ＥＹに向けて射出される。このように、本実施形態では、導光部材３０内において光束が反射面３２３を経由する回数が従来構成と比べて少なくなる。反射面３２３を経由した際の光量損失が抑えられるため、導光部材３０の光利用効率が向上する。そのため、光量ムラ（虚像の輝度ムラ）が抑えられ、また、虚像の視認性が向上する。
なお、導光部材３０の光利用効率は、第１導光部３２の光入射部３２０に入射される画像光の光量（入射光量）に対する、第２導光部３４の光射出部（第３面３４２）より射出される画像光の光量（射出光量）の比（すなわち、射出光量／入射光量）で示される。本実施形態では、装用者の眼ＥＹの瞳孔に入射される光の光量を射出光量とみなす。眼ＥＹの瞳孔として半径３ｍｍの円を想定する。
また、光量ムラ（虚像の輝度ムラ）は、画角に対して光量が均一な画像光を導光部材３０に入射した場合に、眼ＥＹの網膜に結像される虚像の画角範囲内における光量の最大値と最小値を用いて、次のように示される。
光量ムラ＝（画角範囲内の光量の最大値－画角範囲内の光量の最小値）／（画角範囲内の光量の最大値）
光量ムラは好ましくは８０％以下であり、さらに好ましくは４０％以下である。光量ムラが８０％を超えると画像の光量の低い部分に欠けが視認されるようになる。また、光量ムラが４０％以下になると違和感なく画像を視認することができる。
複数（本実施形態では４つ）ある第１反射面３２３ａのうちの１つの第１反射面３２３ａが、複数の反射面３２３の中で光入射部３２０に光路上で最も近くに配置される。便宜上、複数の反射面３２３の中で光入射部３２０に光路上で最も近くに配置される第１反射面３２３ａを「入射側第１反射面３２３ａ」と記す。
第２反射面３２３ｂは、第１反射面３２３ａよりも光路上で光入射部３２０から離れた位置に配置される。
ここで、垂直方向（Ｘ方向）の画角について、眼ＥＹの瞳孔中心を通り且つＹ方向とＺ方向に広がるＹＺ平面（水平面）の上方から眼ＥＹに届く光の画角をプラスの画角とし、上記ＹＺ平面の下方から眼ＥＹに届く光の画角をマイナスの画角とする。
眼ＥＹには、垂直方向において＋ｎ°～－ｎ°の範囲の画角の光が届く。具体的には、入射側第１反射面３２３ａにて反射される光束は、眼ＥＹのＸ方向の位置がアイボックスの＋Ｘ方向の端にある場合に＋ｎ°の画角（すなわち最大画角）の光となって眼ＥＹに届き、第２反射面３２３ｂにて反射される光束は、眼ＥＹのＸ方向の位置がアイボックスの－Ｘ方向の端にある場合に－ｎ°の画角（すなわち最小画角）の光となって眼ＥＹに届く。眼ＥＹに届く画角が＋ｎ°～－ｎ°の範囲の光を反射する第１反射面３２３ａ、第２反射面３２３ｂは、眼ＥＹのアイボックスにおける位置によって決まる。例えば、眼ＥＹの位置がアイボックスの＋Ｘ方向の端部に位置する場合は、入射側第１反射面３２３ａで反射した＋ｎ°の画角の光が眼ＥＹに入射し、入射側第１反射面３２３ａよりも－Ｘ方向にある第１反射面３２３ａ（例えば入射側第１反射面３２３ａから－Ｘ方向に３番目の第１反射面３２３ａ）で反射された－ｎ°の画角の光が眼ＥＹに入射する。同様に、例えば、眼ＥＹの位置がアイボックスの－Ｘ方向の端部に位置する場合は、第２反射面３２３ｂで反射した－ｎ°の画角の光が眼ＥＹに入射し、第２反射面３２３ｂよりも＋Ｘ方向にある第１反射面３２３ａ（例えば第２反射面３２３ｂから＋Ｘ方向に３番目の第１反射面３２３ａ）で反射された＋ｎ°の画角の光が眼ＥＹに入射する。入射側第１反射面３２３ａ以外の各第１反射面３２３ａにて反射される光束は、最大画角と最小画角との間の各画角の光となって眼ＥＹに届く。附言するに、大きい画角に対応する光束ほど、反射面３２３での反射角が大きい。具体的には、アイボックス中の所定の位置にある眼ＥＹに届く光束のうち、入射側第１反射面３２３ａでの反射角や入射側第１反射面３２３ａにより近い第１反射面３２３ａでの反射角ほど大きくなり、また、第２反射面３２３ｂでの反射角や第２反射面３２３ｂにより近い第１反射面３２３ａでの反射角ほど小さくなる。
本実施形態では、光入射部３２０から離れて位置する第２反射面３２３ｂに対して実質的に光量損失のない光束が入射される。そのため、従来構成の導光部材で光量損失の多かった、眼ＥＹがアイボックスの－Ｘ側の端に位置する場合での最小画角の光においても光量が確保される。これにより、導光部材３０の光利用効率が向上するとともに、アイボックス位置や画角による光量ムラが抑えられて、虚像の視認性が向上する。
光入射部３２０の入射面３２０ａに対して垂直に入射され、複数の反射面３２３の各々で反射されて第２導光部３４から射出された、各画角の光の合計の光量をＬＶとし、光入射部３２０の入射面３２０ａに対して垂直に入射された光のうち、複数の反射面３２３の中で光入射部３２０に光路上で最も近くに配置された第１反射面３２３ａ（すなわち入射側第１反射面３２３ａ）で反射されて第２導光部３４から射出された最大画角の光の光量をＬＶ１としたとき、導光部材３０は、次式（１）
０．００１＜ＬＶ１／ＬＶ＜０．５
を満たす。
上記式（１）が満たされることにより、より一層、導光部材３０の光利用効率が向上するとともに光量ムラが抑えられる。ＬＶ１／ＬＶが０．５以上になると、複数の反射面３２３のうち、入射側第１反射面３２３ａ以外の反射面にて反射されて第２導光部３４から射出される画角の光の光量が低くなりすぎて、導光部材３０の光利用効率の低下や光量ムラにつながる。ＬＶ１／ＬＶが０．００１以下になると、最大画角の光の光量が他の画角の光の光量に対して低すぎるため、導光部材３０の光利用効率の低下や光量ムラにつながる。
複数の第１反射面３２３ａの少なくとも１つ（本実施形態では、複数の第１反射面３２３ａの全て）は、第１反射面３２３ａに入射された光の一部を透過させる部分反射面であり、例えばハーフミラーである。複数の反射面３２３のうち、少なくとも２つの反射面３２３の面積は、互いに異なる。
ある１つの反射面（本段落では以下「当該反射面」と記す。）３２３の面積を他の反射面３２３の面積に対して大きくすると、当該反射面３２３にて反射される光の面積が増加するため、対応する垂直方向（Ｘ方向）の画角（例えば入射側第１反射面３２３ａであれば＋ｎ°の画角）の光の光量が、垂直方向の他の画角の光の光量に対して増加する。但し、当該反射面３２３の面積を他の反射面３２３の面積に対して大きくすると、他の画角に対応する光が、他の反射面３２３に入射される前又は他の反射面３２３にて反射された後に、当該反射面３２３に入射等して減光されやすくなる、という一側面もある。そのため、反射面３２３の面積を大きくしても、対応する垂直方向の画角の光の光量が単純に増加するわけではない。
上記を考慮し、複数の反射面３２３の各々の面積は、対応する垂直方向の画角の光を水平方向に広げた（例えば、当該画角において、水平方向の画角範囲を、眼ＥＹの瞳孔の幅や想定されるアイボックスの幅をカバーする十分な大きさに広げた）ときにも十分な輝度が確保できる大きさに設定される。
このように、対応する垂直方向の画角に合わせて複数の反射面３２３の各々の面積が設定されるため、複数の反射面３２３のうち、少なくとも２つの反射面３２３の面積が互いに異なることとなる。これにより、導光部材３０の光利用効率を向上させるとともに光量ムラを抑えることができ、また、例えば複数の第１反射面３２３ａの各々の面積をできるだけ小さく抑えることで導光部材３０を小型化させることができる。
複数の反射面３２３は、互いに平行に配置される。
複数の反射面３２３を互いに平行に配置することにより、各反射面３２３にて反射されて第２導光部３４から射出される各画角の光を眼ＥＹの網膜上の一点に結像させることができ、虚像画像の高画質化が達成可能となる。
複数の反射面３２３の配置間隔（言い換えると、隣接する２つの反射面３２３に直交し且つこの２つの反射面３２３の一方との交点を始点とし他方との交点を終点とする線分の長さ）をｄとしたとき、導光部材３０は、次式（２）
０．５ｍｍ＜ｄ＜４ｍｍ
を満たす。
上記式（２）が満たされることにより、導光部材３０の光利用効率が向上するとともに、隣接する２つの反射面３２３にて反射され第２導光部３４から射出された２つの画角の光の一部が互いに重なり合った状態で眼ＥＹの瞳孔に届く。そのため、光量ムラが抑えられる。配置間隔ｄが４ｍｍ以上になると、上記２つの画角の光が互いに重なり合わず、垂直方向（Ｘ方向）に分離した状態で眼ＥＹの瞳孔に届く。そのため、光量ムラが増加するとともに、眼ＥＹの瞳孔に届かない光が増加して導光部材３０の光利用効率が低下する。配置間隔ｄが０．５ｍｍ以下になると、上記２つの画角の光で互いに重なり合う部分が大きくなることで却って光量ムラが増加するとともに、眼ＥＹの瞳孔に届かない光が増加して導光部材３０の光利用効率が低下する。
次式を満たすことにより、より一層、導光部材３０の光利用効率を向上させるとともに光量ムラを抑えることができる。
１ｍｍ＜ｄ＜３ｍｍ
上述したように、導光部材３０は、光射出部（第３面３４２）より射出される画像光を装用者に虚像として視認させる。ここで、画像表示素子１０の第１の辺方向（本実施形態では、画像表示素子１０の短辺方向）に対応する虚像の方向に平行な方向（すなわちＸ方向）と、複数の反射面３２３の各々と、がなす角度をθとしたとき、導光部材３０は、次式（３）
３０°＜θ＜６０°
を満たす。
角度θを変えると、導光部材３０の光利用効率の向上と光量ムラの抑制の効果を得るの
に要求される各反射面３２３の面積と配置が変わる。
角度θが６０°以上になると、上記効果を得るために要求される各反射面３２３の位置が第２導光部３４側に寄りすぎて、反射面３２３が例えば視野内に入り込む場合がある。ヘッドマウントディスプレイ１がシースルー型のヘッドマウントディスプレイである場合、外界の視認性が低下する虞がある。また、上記効果を得るために要求される各反射面３２３の面積が大きすぎるため、第１導光部３２内において各画角に対応する光がより多くの反射面３２３に入射等して減光されやすくなる。そのため、導光部材３０の光利用効率が低下するとともに光量ムラが大きくなる。
角度θが３０°以下になると、上記効果を得るために要求される反射面３２３の面積が小さすぎる。広い画角を確保するためには、第１導光部３２の内部により多くの反射面３２３を配置する必要がある。そのため、導光部材３０が大型化して、例えばメガネ型ウェアラブルデバイスとしての形状を満たすことが難しくなる。また、反射面３２３の数が増加することにより、第１導光部３２内において各画角に対応する光がより多くの反射面３２３に入射等して減光されやすくなる。そのため、導光部材３０の光利用効率が低下するとともに光量ムラが大きくなる。
そこで、導光部材３０は、上記式（３）を満たす構成となっている。上記式（３）を満たすことにより、外界の視認性を確保できるとともに導光部材３０を小型化でき、また、導光部材３０の光利用効率を向上させるとともに光量ムラを抑えることができる。
反射面３２３の数をＮとしたとき、導光部材３０は、次式（４）
４≦Ｎ≦１４
を満たす。
上記式（４）が満たされることにより、導光部材３０の光利用効率を向上させるとともに光量ムラを抑えることができる。反射面３２３の数Ｎが１５以上になると、隣接する２つの反射面３２３にて反射され第２導光部３４から射出された２つの画角の光で互いに重なり合う部分が大きくなることで却って光量ムラが増加するとともに、眼ＥＹの瞳孔に届かない光が増加して導光部材３０の光利用効率が低下する。また、配置間隔ｄが狭くなるため、反射面３２３に要求される配置精度が高くなり、加工が難しくなる。反射面３２３の数Ｎが３以下になると、上記２つの画角の光が互いに重なり合わず、垂直方向（Ｘ方向）に分離した状態で眼ＥＹの瞳孔に届く。そのため、光量ムラが増加するとともに、眼ＥＹの瞳孔に届かない光が増加して導光部材３０の光利用効率が低下する。
次式を満たすことにより、より一層、導光部材３０の光利用効率を向上させるとともに光量ムラを抑えることができる。
６≦Ｎ≦１０
複数の反射面３２３の中で光入射部３２０に光路上で最も近くに配置された入射側第１反射面３２３ａの反射率であって、入射側第１反射面３２３ａに対する入射光束の入射角が４５°のときの反射率をＲ１としたとき、導光部材３０は、次式（５）
５％＜Ｒ１＜４０％
を満たす。
上記式（５）が満たされることにより、光量ムラがより一層抑えられる。反射率Ｒ１が４０％以上になると、光入射部３２０から離れた、入射側第１反射面３２３ａ以外の反射面３２３に対して十分な光量の光が入射しないため、光量ムラを抑えることが難しい。反射率Ｒ１が５％以下になると、入射側第１反射面３２３ａにて反射されて第２導光部３４から射出される画角の光の光量が少ないことから、導光部材３０の光利用効率を向上させることが難しい。
複数の第１反射面３２３ａは、第１の部分反射面と、第１の部分反射面よりも光入射部３２０から光路上で遠い位置に配置された第２の部分反射面（例えば、入射側第１反射面３２３ａと、入射側第１反射面３２３ａよりも光入射部３２０から光路上で遠い位置に配置された反射面３２３）を含む。第１の部分反射面への入射光束の入射角が４５°の場合の反射率より、第２の部分反射面への入射光束の入射角が４５°の場合の反射率が高い。より詳細な一例として、導光部材３０において、光入射部３２０から光路上で遠い位置に配置された第１反射面３２３ａほど、入射光束の入射角が４５°の場合の反射率が高い。
光入射部３２０から光路上で遠い位置に配置された第１反射面３２３ａほど、入射光束が他の第１反射面３２３ａに入射等されたことに伴う減光の影響を受けるため、入射光束の光量が少ない。そのため、例えば複数の第１反射面３２３ａの反射率を全て同じにすると、光入射部３２０から光路上で遠い位置に配置された第１反射面３２３ａにて反射されて第２導光部３４から射出される画角の光の光量ほど少なくなり、光量ムラが生じやすい。そこで、上記の如く第１反射面３２３ａの反射率を設定することにより、各画角の光の光量差が少なくなり光量ムラが抑えられる。
第２反射面３２３ｂは、第１反射面３２３ａと同様に部分反射面であってもよい。但し、より好ましくは、第２反射面３２３ｂは、入射光を透過させない反射面としてもよい。
具体的には、第１反射面３２３ａよりも光路上で光入射部３２０から離れた位置に配置された第２反射面３２３ｂを部分反射面とすると、第２反射面３２３ｂを透過した光が迷光になり、眼ＥＹの瞳孔に届かない光が増加して導光部材３０の光利用効率が低下する。そこで、第２反射面３２３ｂは、部分反射面でなく、第２反射面３２３ｂに入射された光を透過させない反射面とするのが好ましい。第２反射面３２３ｂを透過する光を無くすことにより、上記迷光の発生を防ぐことができ、導光部材３０の光利用効率を向上させることができる。
図４は、別の一実施形態に係る導光部材３０の構成を示す図である。上記の実施形態では、反射面３２２からの入射光束をＹ方向正側に反射する向きで各反射面３２３が配置される。これに対し、別の一実施形態では、反射面３２２からの入射光束をＹ方向負側に反射する向きで各反射面３２３が配置される。そのため、別の一実施形態では、第２導光部３４が第１導光部３２に対してＹ方向負側に隣接して配置される。このように、反射面３２３の向きを変えることにより、第１導光部３２に対する第２導光部３４の位置を変えることができる。このように、導光部材３０の態様には自由度があり、各種の設計変更が可能である。
次に、ヘッドマウントディスプレイ１の具体的な実施例１～６を示す。実施例１～６では、光学シミュレーションソフトウェア上でシミュレートした結果を示す。実施例１～６の共通事項は次の通りである。なお、実施例１～６において、屈折率は、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）の屈折率を示す。
《実施例１～６の共通事項》
●画像表示素子１０
◆垂直方向（Ｘ方向）の画角
２０°
◆有効画素領域（画像光を発する表示領域）
０．０１ｍｍ（短辺方向（Ｘ方向））×０．７６ｍｍ（長辺方向（Ｙ方向））
●伝搬光学系２０（シミュレーション上では理想レンズとして設定）
◆焦点距離
２．１３ｍｍ
◆最終レンズ面（伝搬光学系２０に含まれるレンズ面のうち、最も光入射部３２０側のレンズ面）と光入射部３２０との距離
１．３ｍｍ
◆伝搬光学系２０から射出される光束の直径
４ｍｍ
（但し、実施例４～６では、それぞれ、３．３ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ）
◆屈折率
１．５３３（材料：Ｚｅｏｎｅｘ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）
●導光部材３０
◆第１導光部３２及び第２導光部３４の屈折率
１．５３３（材料：Ｚｅｏｎｅｘ（登録商標）Ｅ４８Ｒ）
◆第１導光部３２と第２導光部３４とを接着する接着剤の屈折率
１．５３３
●アイボックス
垂直方向（Ｘ方向）に６ｍｍ以上
●アイレリーフ
１５ｍｍ以上
●眼ＥＹ（シミュレーション上では理想レンズとして設定）
◆焦点距離
１２ｍｍ
◆レンズ半径（瞳孔の半径）
３ｍｍ
実施例１～６では、光入射部３２０から光路上で近い位置に配置された反射面３２３ほど、小さい自然数ｎを関連付けて説明する。例えば実施例１では、第１導光部３２の内部に７つの反射面３２３が配置される。そこで、実施例１では、光入射部３２０から光路上で近い位置に配置された反射面３２３の反射率から順に、符号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７を付して説明する。また、隣接する２つの反射面３２３の配置間隔ｄを配置間隔ｄ（ｎ，ｎ＋１）で示す。一例として、光入射部３２０から光路上で最も近い位置に配置された入射側第１反射面３２３ａと、光入射部３２０から光路上で２番目に近い位置に配置された反射面３２３との配置間隔ｄは、配置間隔ｄ（１，２）で示される。
実施例１～６において、第１導光部３２の内部に配置された反射面３２３のうち、光入射部３２０から光路上で最も遠い位置に配置された反射面３２３が第２反射面３２３ｂであり、それ以外の反射面３２３は第１反射面３２３ａである。
［実施例１］
図５は、実施例１のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図６は、実施例１のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。縦軸は、網膜上の垂直方向（Ｘ方向）の位置（単位：ｍｍ）を示し、横軸は、照度（単位：Ｗ／ｍｍ２）を示す。なお、図６のグラフは、眼ＥＹの瞳孔中心の前方に位置する部分反射面３４４ａ（図５参照）にて反射されて光射出部（第３面３４２）より射出されて網膜に到達した光を示す。
一般に、ヘッドマウントディスプレイの導光部材の光利用効率は１０％未満に留まる。これに対し、実施例１では、導光部材３０の光利用効率は１８％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図６に示されるように、光量ムラが３０％に抑えられる。そのため、装用者は、虚像画像を違和感なく観察することができる。
実施例１に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例１では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例１では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１５ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２６．５°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
４０°
◆反射面３２３
▼枚数
７枚（全て部分反射面）
▼角度θ
４０°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１：１４．３％
Ｒ２：１６．７％
Ｒ３： １５％
Ｒ４： ２３％
Ｒ５： ２５％
Ｒ６： ２５％
Ｒ７： ３２％
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．１２
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）： ２．５ｍｍ
ｄ（２，３）：２．４５ｍｍ
ｄ（３，４）：２．５５ｍｍ
ｄ（４，５）：２．７２ｍｍ
ｄ（５，６）：２．８７ｍｍ
ｄ（６，７）： ２．９ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２６．５°
［実施例２］
図７、図８は、それぞれ、図５、図６と同様の図である。具体的には、図７は、実施例２のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図８は、実施例２のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。
実施例２では、導光部材３０の光利用効率は３３％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図８に示されるように、光量ムラが２０％に抑えられる。そのため、装用者は、虚像画像を違和感なく観察することができる。
実施例２に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例２では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例２では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１３ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２６．５°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
４５°
◆反射面３２３
▼枚数
７枚（６枚が部分反射面）
▼角度θ
４５°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１：２０％
Ｒ２：３０％
Ｒ３：４０％
Ｒ４：５０％
Ｒ５：６０％
Ｒ６：７０％
Ｒ７：１００％（部分反射面ではない反射面）
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．１４
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）：２．１５ｍｍ
ｄ（２，３）： ２．２ｍｍ
ｄ（３，４）：２．５５ｍｍ
ｄ（４，５）：２．１７ｍｍ
ｄ（５，６）： ２．１ｍｍ
ｄ（６，７）：２．９５ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２６．５°
［実施例３］
図９、図１０は、それぞれ、図５、図６と同様の図である。具体的には、図９は、実施例３のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図１０は、実施例３のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。
実施例３では、導光部材３０の光利用効率は２３％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図１０に示されるように、光量ムラが３０％に抑えられる。そのため、装用者は、虚像画像を違和感なく観察することができる。
実施例３に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例３では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例３では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１３ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２６．５°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
５５°
◆反射面３２３
▼枚数
７枚（全て部分反射面）
▼角度θ
５５°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１：１６．５％
Ｒ２：１９．５％
Ｒ３： ２０％
Ｒ４： ３０％
Ｒ５：３２．６％
Ｒ６： ３５％
Ｒ７： ５０％
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．１６
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）： １．７ｍｍ
ｄ（２，３）： ２．１ｍｍ
ｄ（３，４）： ２．０ｍｍ
ｄ（４，５）： ２．２ｍｍ
ｄ（５，６）：１．９５ｍｍ
ｄ（６，７）： １．８ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２６．５°
［実施例４］
図１１、図１２は、それぞれ、図５、図６と同様の図である。具体的には、図１１は、実施例４のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図１２は、実施例４のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。
実施例４では、導光部材３０の光利用効率は２３％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図１２に示されるように、光量ムラが４０％に抑えられる。そのため、装用者は、虚像画像を違和感なく観察することができる。
実施例４に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例４では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例４では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１３ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２３°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
４０°
◆反射面３２３
▼枚数
８枚（全て部分反射面）
▼角度θ
４０°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１：１２％
Ｒ２：１５％
Ｒ３：２３％
Ｒ４：２５％
Ｒ５：２８％
Ｒ６：３０％
Ｒ７：３２％
Ｒ８：５０％
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．２３
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）： ２．１ｍｍ
ｄ（２，３）：２．３５ｍｍ
ｄ（３，４）：２．４５ｍｍ
ｄ（４，５）：２．７５ｍｍ
ｄ（５，６）：２．７５ｍｍ
ｄ（６，７）： ２．１ｍｍ
ｄ（７，８）： ２．１ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
２．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２３°
［実施例５］
図１３、図１４は、それぞれ、図５、図６と同様の図である。具体的には、図１３は、実施例５のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図１４は、実施例５のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。
実施例５では、導光部材３０の光利用効率は３０％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図１４に示されるように、光量ムラが４０％抑えられる。そのため、装用者は、虚像画像を違和感なく観察することができる。
実施例５に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例５では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例５では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
１．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１４ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２２°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
４０°
◆反射面３２３
▼枚数
１２枚（全て部分反射面）
▼角度θ
４０°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１： １０％
Ｒ２： １５％
Ｒ３： ２０％
Ｒ４： ２３％
Ｒ５： ２５％
Ｒ６： ２７％
Ｒ７： ２８％
Ｒ８： ３２％
Ｒ９： ３５％
Ｒ１０：３５％
Ｒ１１：４０％
Ｒ１２：５０％
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．０１
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）： １．４ｍｍ
ｄ（２，３）：１．１５ｍｍ
ｄ（３，４）： １．４ｍｍ
ｄ（４，５）： １．３ｍｍ
ｄ（５，６）：１．５５ｍｍ
ｄ（６，７）：１．４５ｍｍ
ｄ（７，８）：１．４５ｍｍ
ｄ（８，９）： １．７ｍｍ
ｄ（９，１０）： １．７ｍｍ
ｄ（１０，１１）： １．８ｍｍ
ｄ（１１，１２）： １．７ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
１．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２２°
［実施例６］
図１５、図１６は、それぞれ、図５、図６と同様の図である。具体的には、図１５は、実施例６のシミュレーションで用いた導光部材３０のモデルを示す図である。図１６は、実施例６のシミュレーションで計算された眼ＥＹの網膜上の虚像の位置と照度との関係を示すグラフであり、光量ムラを示す。
実施例６では、導光部材３０の光利用効率は２３％であり、高い光利用効率が達成されていることが判る。また、図１６に示されるように、光量ムラが８０％に抑えられている。そのため、装用者によって画像のムラは観察されるが画像の欠けは視認できない。すなわち、実施例６においても良好な画像を表示できている。
実施例６に係るヘッドマウントディスプレイ１の具体的数値構成は次の通りである。具体的数値構成に示されるように、実施例６では式（１）～（５）の全てが満たされる。そのため、実施例６では、式（１）～（５）を満たすことによる全ての効果が奏される。
●第１導光部３２
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
３．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
１２ｍｍ
◆光入射部３２０の入射面３２０ａと反射面３２１とがなす角度
２６．５°
◆垂直方向（Ｘ方向）に対して反射面３２２がなす角度
４０°
◆反射面３２３
▼枚数
５枚（４枚が部分反射面）
▼角度θ
５５°
▼入射角４５°に対する反射率
Ｒ１：１０％
Ｒ２：１５％
Ｒ３：４０％
Ｒ４：２０％
Ｒ５：１００％（部分反射面ではない反射面）
▼ＬＶ１／ＬＶ
０．１９
▼配置間隔ｄ
ｄ（１，２）：２．７ｍｍ
ｄ（２，３）：２．９ｍｍ
ｄ（３，４）：３．４ｍｍ
ｄ（４，５）：３．１ｍｍ

●第２導光部３４
◆厚さ（Ｚ方向の寸法）
３．５ｍｍ
◆長さ（Ｙ方向の寸法）
３７ｍｍ
◆幅（Ｘ方向の寸法）
２７ｍｍ
◆光射出部（第３面３４２）に対して部分反射面３４４がなす角度
２６．５°
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。
１ ：ヘッドマウントディスプレイ
１０ ：画像表示素子
２０ ：伝搬光学系
３０ ：導光部材
３２ ：第１導光部
３４ ：第２導光部
３２０ ：光入射部
３２３ａ ：第１反射面
３２３ｂ ：第２反射面

Claims (19)

  1. 光入射部より入射された入射光束を複数の光束に分岐する複数の反射面を有する第１導光部と、
    前記複数の反射面にて分岐された前記複数の光束を導光して光射出部より射出する第２導光部と、を備え、
    前記複数の反射面は、少なくとも１つの第１反射面と、少なくとも１つの第２反射面を含み、
    前記入射光束の一部が前記第１反射面に入射され、前記第１反射面にて反射されて前記第２導光部に導光され、
    前記第２反射面は、前記第１反射面に入射されることなく前記第２反射面に入射された、他の一部の前記入射光束を反射して、前記第２導光部に導光する、
    導光部材。
  2. 前記第１導光部は、前記第１反射面及び前記第２反射面に直交し、互いに平行に配置された第１面及び第２面を有し、
    前記第１反射面及び前記第２反射面は、前記第１面と前記第２面との間に配置される、
    請求項１に記載の導光部材。
  3. 前記第２反射面は、前記第１反射面よりも光路上で前記光入射部から離れた位置に配置される、
    請求項１又は請求項２に記載の導光部材。
  4. 前記少なくとも１つの第１反射面のうちの１つの第１反射面が、前記複数の反射面の中で前記光入射部に光路上で最も近くに配置される、
    請求項１から請求項３の何れか一項に記載の導光部材。
  5. 前記光入射部の入射面に対して垂直に入射され、前記複数の反射面の各々で反射されて前記第２導光部から射出された、各々の光の合計の光量をＬＶとし、前記光入射部の入射面に対して垂直に入射された光のうち、前記複数の反射面の中で前記光入射部に光路上で最も近くに配置された第１反射面で反射されて前記第２導光部から射出された光の光量をＬＶ１としたとき、次式
    ０．００１＜ＬＶ１／ＬＶ＜０．５
    を満たす、
    請求項１から請求項４の何れか一項に記載の導光部材。
  6. 第３反射面を有し、
    前記第３反射面は、前記入射光束を透過させることなく前記複数の反射面に向けて反射する、
    請求項１から請求項５の何れか一項に記載の導光部材。
  7. 前記第１反射面の少なくとも１つは、前記第１反射面に入射された光の一部を透過させる部分反射面であり、
    前記複数の反射面のうち、少なくとも２つの反射面の面積は、互いに異なる、
    請求項１から請求項６の何れか一項に記載の導光部材。
  8. 前記第１反射面の少なくとも１つは、前記第１反射面に入射された光の一部を透過させる部分反射面であり、
    前記複数の反射面は、互いに平行に配置される、
    請求項１から請求項７の何れか一項に記載の導光部材。
  9. 前記複数の反射面の配置間隔をｄとしたとき、次式
    ０．５ｍｍ＜ｄ＜４ｍｍ
    を満たす、
    請求項８に記載の導光部材。
  10. 前記入射光束は、画像表示素子からの画像光であり、
    前記導光部材は、前記光射出部より射出される画像光を虚像として視認させ、
    前記画像表示素子の第１の辺方向に対応する虚像の方向に平行な方向と、前記複数の反射面の各々と、がなす角度をθとしたとき、次式
    ３０°＜θ＜６０°
    を満たす、
    請求項１から請求項９の何れか一項に記載の導光部材。
  11. 前記複数の反射面の数をＮとしたとき、次式
    ４≦Ｎ≦１４
    を満たす、
    請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の導光部材。
  12. 前記複数の反射面の中で前記光入射部に光路上で最も近くに配置された第１反射面の反射率であって、前記第１反射面に対する前記入射光束の入射角が４５°のときの反射率をＲ１としたとき、次式
    ５％＜Ｒ１＜４０％
    を満たす、
    請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の導光部材。
  13. 前記第１導光部は、前記第１反射面を複数有し、
    複数の前記第１反射面は、前記第１反射面に入射された光の一部を透過する部分反射面であり、
    前記複数の第１反射面は、第１の部分反射面と、前記第１の部分反射面よりも前記光入射部から光路上で遠い位置に配置された第２の部分反射面を含み、
    前記第１の部分反射面への前記入射光束の入射角が４５°の場合の反射率より、前記第２の部分反射面への前記入射光束の入射角が４５°の場合の反射率が高い、
    請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の導光部材。
  14. 前記第２反射面は、前記第１反射面よりも光路上で前記光入射部から離れた位置に配置され、前記第２反射面に入射された光を透過させない、
    請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の導光部材。
  15. 前記第２導光部は、互いに平行な２つの面により、前記第１導光部より入射された前記複数の光束の各々を導光し、導光された各光束を偏向して前記光射出部より射出する、
    請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の導光部材。
  16. 前記第１導光部と前記第２導光部は別の部材であり、
    前記第１導光部は、前記複数の光束を射出する射出面を有し、
    前記第２導光部は、前記射出面より射出された前記複数の光束が入射される入射面を有し、
    前記第１導光部の前記射出面と前記第２導光部の前記入射面は互いに平行である、
    請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の導光部材。
  17. 請求項１から請求項１６の何れか一項に記載の導光部材と、
    光源からの光を前記導光部材の前記光入射部に平行光として入射させる光学系と、を備える、
    光学ユニット。
  18. 画像を表示する画像表示素子と、
    請求項１７に記載の光学ユニットと、を備え、
    前記光学系は、前記画像表示素子からの画像光を前記導光部材の前記光入射部に入射させる、
    虚像表示装置。
  19. 画像を表示する画像表示素子と、
    請求項１７に記載の光学ユニットと、を備え、
    前記光学系は、前記画像表示素子からの画像光を前記導光部材の前記光入射部に入射させる、
    ヘッドマウントディスプレイ。
JP2021147830A 2021-09-10 2021-09-10 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ Pending JP2023040704A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021147830A JP2023040704A (ja) 2021-09-10 2021-09-10 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ
CN202210861472.0A CN115793129A (zh) 2021-09-10 2022-07-20 导光部件、光学单元、虚像显示装置以及头戴式显示器
US17/893,196 US20230100029A1 (en) 2021-09-10 2022-08-23 Light guide, optical unit, virtual image display device, and head-mounted display

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021147830A JP2023040704A (ja) 2021-09-10 2021-09-10 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023040704A true JP2023040704A (ja) 2023-03-23

Family

ID=85431378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021147830A Pending JP2023040704A (ja) 2021-09-10 2021-09-10 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230100029A1 (ja)
JP (1) JP2023040704A (ja)
CN (1) CN115793129A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117706677B (zh) * 2024-01-11 2024-04-26 江苏富翰医疗产业发展有限公司 一种导光方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230100029A1 (en) 2023-03-30
CN115793129A (zh) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9052506B2 (en) Virtual image display device and manufacturing method of virtual image display device
JP6774429B2 (ja) シースルーヘッドウェアラブルディスプレイのためのアイピースに対する処方修正の追加
JP6595619B2 (ja) シースルーヘッドウェアラブルディスプレイのための効率的な薄い湾曲したアイピース
JP6994940B2 (ja) 光結合を用いたヘッドマウント型画像装置
CN106932900B (zh) 导光体、虚像光学系统以及虚像显示装置
JP6848310B2 (ja) 虚像表示装置
US10634915B2 (en) Image display device
CN108254918B (zh) 光学元件和显示装置
JP6490062B2 (ja) ユーザの頭部に装着可能な、画像を生成する表示装置用の眼鏡レンズ、及び該眼鏡レンズを備えた表示装置
US11307419B2 (en) Display apparatus
CN215117019U (zh) 一种光学镜组及近眼显示装置
JP2017049511A (ja) 導光装置及び虚像表示装置
CN110824710B (zh) 一种近眼可透视头显光学系统
CN108474947B (zh) 用于能够佩戴到用户头上且能够产生图像的显示装置的镜片以及具有这种镜片的显示装置
US20210165216A1 (en) Correction optical member and head-mounted display
JP2023040704A (ja) 導光部材、光学ユニット、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ
US11550154B2 (en) Virtual image display device and light-guiding member
JP6614438B2 (ja) 虚像光学系及び虚像表示装置
CN115004080A (zh) 导光体和虚像显示装置
CN219609272U (zh) 一种光波导和近眼显示装置
CN219349182U (zh) 一种光波导和近眼显示装置
US20230280592A1 (en) Light guide member and display device
US20240085701A1 (en) Optical system, virtual image display device, and head-mounted display
JP2018054782A (ja) 光学素子および表示装置
JP2023003775A (ja) 導光部材および表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20231025