TW201608282A - 導光裝置及虛像顯示裝置 - Google Patents

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高木将行
宮尾敏明
戶谷貴洋
武田高司
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精工愛普生股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種於影像光及外部光不易產生不均、且不易形成重像之導光裝置及組裝有其之虛像顯示裝置。 導光裝置20包含：平行導光體22、入射部21、及射出部23。此處，以不使影像光GL於平行導光體22與反射單元30之分界面IF反射而使其入射至反射單元30且使該入射至反射單元30之影像光GL反射而朝向觀察者側之方式設定。藉此，影像光GL於分界面IF不反射而僅經由於射出部23之反射單元30射出之位置或其附近之半反射鏡31。藉此，可減少應觀察之影像光GL經由半反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光。

Description

導光裝置及虛像顯示裝置
本發明係關於一種配戴於頭部而使用之頭戴式顯示器等中所使用之導光裝置及組裝有其之虛像顯示裝置。
近年，作為如頭戴式顯示器般可形成及觀察虛像之虛像顯示裝置，提出有各種藉由導光板將來自顯示元件之影像光導至觀察者之眼睛之類型者。
例如，作為將視準像等導入至觀察者之視野之裝置，眾所周知有如下裝置：於平行平面狀之導光板之中排列多個半反射鏡(以下，亦稱為「HM」)，於該HM反射影像光，而向觀察者進行提示(參照專利文獻1~5)。
於專利文獻1之裝置中，自導光板之一端側導入之影像光依序透過斜向橫穿導光板之導光板之複數個HM並且被反射而到達至觀察者處。於專利文獻2之裝置中，導入至導光板之影像光於導光板中一面全反射一面進行傳輸，且於在外側之表面反射之後，於斜向橫穿導光板之複數個HM反射而朝向觀察者。於專利文獻3之裝置中，導入至導光板之影像光於導光板中一面全反射一面進行傳輸，且於在觀察者側之表面反射之後，由斜向橫穿導光板之複數個HM反射而朝向觀察者。此時，為了提高效率，入射至HM之光之中，對於較大之入射角 度(50~70度)之光線，將反射率設為大致0，對於較小之角度(40度以下)之光線，以成為特定之反射率之方式設定。於專利文獻4之裝置中，導入至導光板之影像光於導光板中一面全反射一面進行傳輸，且於在觀察者側之表面反射之後，由複數個HM反射而朝向觀察者。此處，設置有HM之區域或層之厚度係設定為較導光板薄，故無需透過HM即可觀察到影像光。於專利文獻5之圖1所示之裝置中，導入至導光板之影像光於導光板中一面全反射一面進行傳輸，且於在外界側之表面反射之後，由複數個HM反射而朝向觀察者。此處，設置有HM之區域之特徵在於，具有與導光板相同之厚度，且隨著自顯示器離開，HM之反射率逐漸提高。
作為其他顯示裝置，存在於平行平板狀之導光板之單側，以貼附之方式附加較薄之微反射鏡陣列者(參照專利文獻6)。於該裝置中，為了形成圖像，使用了掃描光束影像源，且於縱方向上亦進行了光瞳放大。導入至導光板之掃描光於導光板及半反射鏡陣列中傳輸，且於在外界側之表面反射之後，由觀察者側之半反射鏡陣列之HM反射而朝向觀察者。
於上述專利文獻1~3及5記載之裝置中，由於影像光每次透過HM時亮度均降低，故視野中產生亮度不均，且消除或抑制該亮度不均並非易事。若為了消除此種亮度不均，例如依序提昇裏側或反光源側之HM之反射率，則對應於此，HM之透過率降低而於外部光(透視光)產生亮度不均。
於上述專利文獻4記載之裝置中，由於排列HM而成之反射單元之厚度較導光體更薄，故而光不透過其他HM亦可到達至裏側之HM，因此不會產生光量不均。但，於反射單元之中，由於配置有以2個小面為一組之HM部，而影像光由HM反射2次，故有反射效率降低之傾向。
於上述專利文獻6記載之裝置中，亦係為了擴寬光線束之橫向寬度，而以HM分割光線束，故影像光隨著向內側傳輸而亮度降低，從而於視野中產生亮度不均，且消除或抑制該亮度不均並非易事。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平3-15815號公報
[專利文獻2]日本專利特開2013-210633號公報
[專利文獻3]日本專利特開2010-164988號公報
[專利文獻4]日本專利特開2012-88588號公報
[專利文獻5]國際公開WO2007/062098號
[專利文獻6]國際公開WO2009/009268號
本發明係鑒於上述先前技術而完成者，目的在於提供一種於影像光及外部光不易產生不均、且不易產生重像之導光裝置及組裝有其之虛像顯示裝置。
為了達成上述目的，本發明之導光裝置包含：導光體，其具有對應於觀察者側及外界側而對向且大致平行地延伸之一對面；入射部，其設置於導光體之一端側；及射出部，其於導光體之另一端側設置於觀察者側；且射出部具有反射單元，該反射單元係排列反射影像光之複數個反射鏡而成；且複數個反射鏡朝向外界側而向入射部側傾斜，於導光體與反射單元之分界面不使影像光反射而使入射至反射單元之影像光反射而使其朝向觀察者側。此處，導光體係指具有被一對面所夾之導光區域之構件。又，導光體與反射單元之分界面包含功能意義上之分界，具體而言，不僅包含材質上不連續之接合面，亦包含材質上連續之功能性分界。
再者，對於導光體，存在入射部及射出部之一者或兩者一體地 形成之情形時，於該情形時，亦可於入射部或射出部中，設置延長一對面之部分。
根據上述導光裝置，由於以不使影像光於導光體與反射單元之分界面反射而使其入射至反射單元且使該入射至反射單元之影像光反射而朝向觀察者側之方式設定，故而影像光僅經由不於上述分界面反射而於射出部射出之位置或其附近之反射鏡。藉此，可減少應觀察之影像光經由反射鏡之次數而防止亮度不均或減光，另一方面，可防止意外之影像光之射出而抑制重像光之產生。
於本發明之具體態樣中，於上述導光裝置中，反射單元之厚度較導光體之厚度更薄。於該情形時，對於在導光體之外界側之面反射而入射至反射單元之影像光，可減少反射鏡之經由次數，而可將影像光以較少之損失提取至觀察者側。
於本發明之其他態樣中，複數個反射鏡平行地配置。於該情形時，無關反射單元中之入射位置而可保持角度資訊，故影像光之形成變得容易，而可顯示高精度之圖像。
於本發明之進而其他態樣中，複數個反射鏡以可變間距配置。於該情形時，可抑制繞射不均或疊紋之產生。
於本發明之進而其他態樣中，複數個反射鏡以隨機間距配置。於該情形時，可確實地抑制繞射不均或疊紋之產生。
於本發明之進而其他態樣中，複數個反射鏡以0.5mm~2.0mm之間距配置。藉由將複數個反射鏡以如上所述之間距配置，有以下效果：抑制因將反射鏡之間距設為相對較窄時之影像光之干涉而導致之波長色散、或因將反射鏡之寬度設為相對較寬時之光之透過量之差異而導致之黑色條紋之產生。
於本發明之進而其他態樣中，影像光中之用於成像之光入射至反射單元之反射鏡之角度隨著自入射部離開而變小。即，於靠近影像 光源之入口側，所觀察之影像光入射至反射鏡之角度變大，於遠離影像光源之裏側，所觀察之影像光入射至反射鏡之角度變小。
於本發明之進而其他態樣中，用於成像之光線束於導光體之外界側之特定面區域反射而入射至反射單元，且於包含光軸之剖面上，於該特定面區域反射之前後之直進光路之任一者寬度縮窄。於該情形時，由於使用於成像之光線束於特定面區域之周邊暫時縮窄，故容易將視野角設為相對較大。又，於包含光軸之剖面方向上，可將使影像光入射至導光體之投射透鏡小型化，而可使投射透鏡容易製造。
於本發明之進而其他態樣中，於包含光軸之剖面上，用於成像之光線束入射至反射單元之入射寬度較用於成像之光線束入射至特定面區域之入射寬度更寬。如此，藉由將用於成像之光線束入射至特定面區域之入射寬度設為相對較窄，而容易於導光體與反射單元之分界面不使影像光反射而使其入射至反射單元，並自該入射位置提取影像光。
於本發明之其他態樣中，複數個反射鏡係由半反射鏡構成。於該情形時，可提高外界光之透過性而容易透視。又，複數個反射鏡之間隙之縮窄變得容易，而可提高影像光之利用效率。
於本發明之其他態樣中，反射單元以沿導光體之設置於觀察者側之面之方式配置。於該情形時，容易使於導光體之外界側之面反射之影像光由複數個反射鏡反射。
於本發明之進而其他態樣中，反射單元以距入射部較遠之部分成為相對而言更靠外界之方式傾斜而配置。於該情形時，可使於導光體之外界側之面反射之影像光藉由複數個反射鏡而向觀察者側反射。
於本發明之進而其他態樣中，所有視角之影像光於導光體之內部，於反射相同次數之後由複數個反射鏡反射而到達至觀察者之眼睛。
於本發明之進而其他態樣中，入射部具有曲面之入射面及反射面中至少一者。
於本發明之進而其他態樣中，導光體具有作為一對對向之平面平行地延伸之第1及第2全反射面，且將自入射部擷取之影像光藉由於第1及第2全反射面之全反射而引導。
於本發明之進而其他態樣中，藉由將位於入射部之面(例如入射面或反射面)設為非軸對稱曲面，而提高設計上之自由度，實現良好之光學性能。
為了達成上述目的，本發明之虛像顯示裝置包含：影像元件，其產生影像光；及上述導光裝置。
根據上述虛像顯示裝置，藉由使用上述導光裝置，可防止所觀察之影像之亮度不均或減光，並且可抑制重像光之產生，從而可觀察到高品質之圖像。
10‧‧‧圖像形成裝置
11‧‧‧液晶器件
11a‧‧‧射出面
12‧‧‧投射透鏡
14‧‧‧光源
20‧‧‧導光裝置
21‧‧‧入射部
21a‧‧‧曲面
21a‧‧‧斜面
21b‧‧‧曲面
21f‧‧‧斜面
22‧‧‧平行導光體
22a‧‧‧平面(全反射面)
22b‧‧‧平面(全反射面)
22i‧‧‧母材
22j‧‧‧部分
22k‧‧‧構造部分
22m‧‧‧斜面
22n‧‧‧反射層
22p‧‧‧部分
23‧‧‧射出部
23f‧‧‧稜鏡構件
23h‧‧‧部分
23k‧‧‧部分
23m‧‧‧部分
23p‧‧‧端部
30‧‧‧反射單元
30a‧‧‧入射面
30b‧‧‧出射面
31‧‧‧半反射鏡
32‧‧‧塊構件
90‧‧‧元件板
91‧‧‧玻璃板
92‧‧‧反射膜
100‧‧‧虛像顯示裝置
121‧‧‧入射部
AX‧‧‧光軸
BP‧‧‧下端面
C1‧‧‧切割線
C2‧‧‧切割線
EL‧‧‧外界光
ES‧‧‧末端面
EY‧‧‧眼睛
FR‧‧‧特定面區域
GL‧‧‧影像光
GL0‧‧‧影像光
GL1‧‧‧影像光
GL2‧‧‧影像光
GX‧‧‧非利用光
IF‧‧‧分界面
IS‧‧‧光射入面
n‧‧‧折射率
OS‧‧‧光射出面
P1‧‧‧直進光路
P2‧‧‧直進光路
PT‧‧‧間距
RS‧‧‧反射面
S1‧‧‧第1面
S2‧‧‧第2面
S3‧‧‧第3面
S4‧‧‧第4面
S5‧‧‧第5面
TI‧‧‧厚度
TP‧‧‧下端面
x‧‧‧方向
X‧‧‧方向
y‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
γ‧‧‧射出角
γ1‧‧‧射出角
γ2‧‧‧射出角
δ‧‧‧角度
θ0‧‧‧標準反射角
θ1‧‧‧最大反射角
θ2‧‧‧最小反射角
θc‧‧‧臨界角
‧‧‧入射角
κ‧‧‧角度
‧‧‧仰角
‧‧‧仰角
‧‧‧仰角
圖1(A)係表示第1實施形態之虛像顯示裝置之剖視圖，(B)係導光裝置之後視圖。
圖2係以包含光軸之剖面說明導光裝置等中之影像光之光路之圖。
圖3係說明於反射單元之光路之變化之局部放大圖。
圖4係說明反射單元之一製作例之圖。
圖5(A)及(B)係說明實施例1之光學系統之剖視圖。
圖6(A)~(F)係說明實施例1之光學系統之像差之圖。
圖7(A)~(F)係說明實施例1之光學系統之像差之圖。
圖8係說明實施例2之光學系統之剖視圖。
圖9(A)~(F)係說明實施例2之光學系統之像差之圖。
圖10(A)~(F)係說明實施例2之光學系統之像差之圖。
圖11係說明實施例3之光學系統之剖視圖。
圖12(A)~(F)係說明實施例3之光學系統之像差之圖。
圖13(A)~(F)係說明實施例3之光學系統之像差之圖。
圖14係說明實施例4之光學系統之剖視圖。
圖15(A)~(F)係說明實施例4之光學系統之像差之圖。
圖16(A)~(F)係說明實施例4之光學系統之像差之圖。
圖17係說明實施例5之光學系統之剖視圖。
圖18(A)~(F)係說明實施例5之光學系統之像差之圖。
圖19(A)~(F)係說明實施例5之光學系統之像差之圖。
圖20(A)係表示第2實施形態之虛像顯示裝置之剖視圖，(B)係導光裝置之後視圖。
圖21係以包含光軸之剖面說明導光裝置等中之影像光之光路之圖。
圖22係說明於反射單元之光路之變化之局部放大圖。
圖23(A)及(B)係說明反射單元之製作例之圖。
圖24係說明影像光之光路於射出側之變化例之剖視圖。
圖25(A)表示反射單元之配置變化例，(B)表示反射單元之構造變化例。
圖26(A)及(B)係說明實施例6之光學系統之剖視圖。
圖27(A)~(F)係說明實施例6之光學系統之像差之圖。
圖28(A)~(F)係說明實施例6之光學系統之像差之圖。
圖29係表示第3實施形態之虛像顯示裝置之剖視圖。
圖30係說明於反射單元之光路之變化之局部放大圖。
圖31(A)及(B)係說明關於導光裝置之入射部之變化例之圖。
[第1實施形態]
以下，對本發明之第1實施形態之組裝有導光裝置之虛像顯示裝置進行說明。
[1A.導光裝置及虛像顯示裝置之構造]
圖1(A)所示之虛像顯示裝置100係適用於頭戴式顯示器者，其具備作為一組之圖像形成裝置10與導光裝置20。再者，圖1(A)係與圖1(B)所示之導光裝置20之A-A剖面對應。
虛像顯示裝置100係使觀察者識別作為虛像之影像，且使觀察者以透視而觀察外界像者。於虛像顯示裝置100中，雖圖像形成裝置10與導光裝置20通常對應於觀察者之右眼及左眼而成組地設置，但由於右眼用與左眼用為左右對稱，故此處僅表示左眼用，對右眼用省略圖示。再者，虛像顯示裝置100整體上成為具有例如類似一般之眼鏡之外觀(未圖示)者。
圖像形成裝置10具備作為影像元件之液晶器件11、及光耦合用之投射透鏡12。液晶器件(影像元件)11對來自光源14之照明光進行空間性調變，而形成應成為動態圖像等顯示對象之影像光GL。投射透鏡12係使自液晶器件11上之各點射出之影像光GL成為大致平行光線之準直透鏡。再者，投射透鏡12係由玻璃或塑膠形成，且不限於1片，而可設為複數片之構成。投射透鏡12並不限於球面透鏡，亦可設為非球面透鏡、及自由曲面透鏡等。
導光裝置20具有平板狀之部分，將於圖像形成裝置10形成之影像光GL作為虛像光朝向觀察者之眼睛EY射出，且使對應於外界像之外界光EL實質上按原樣地透過。導光裝置20具備：擷取影像光之入射部21、導光用之平行導光體22、及用於提取影像光之射出部23。平行導光體22與入射部21之本體係藉由具有較高之透光性之樹脂材料成形之一體品。於第1實施形態之情形時，通過裝置20之影像光GL之光路由反射相同次數之1種光路構成，並非合成複數種光路之類型。
再者，平行導光體22相對於以觀察者之眼睛EY為基準之光軸AX傾斜而配置，其法線方向Z相對於光軸AX傾斜角度κ。於該情形時，可使平行導光體22沿臉部曲線配置，但平行導光體22之法線成為相對於光軸AX具有斜率者。如此，於使平行導光體22之法線相對於與光軸AX平行之x方向傾斜角度κ之情形時，自反射單元30射出之光軸AX上及其附近之影像光GL0成為相對於光射出面OS之法線成角度κ者。
入射部21具有：擷取來自圖像形成裝置10之影像光GL之光入射面IS、及使擷取之影像光GL反射而導向平行導光體22內之反射面RS。光入射面IS由向投射透鏡12側內凹之曲面21b形成，且該曲面21b亦具有使於反射面RS反射之影像光GL於內面側全反射之功能。反射面RS亦由向投射透鏡12側內凹之曲面21a形成。反射面RS藉由於曲面21a上實施鋁蒸鍍等成膜而形成，其使自光入射面IS入射之影像光GL反射而使光路向特定之方向折曲，曲面21b使於反射面RS反射之影像光GL於內側全反射而使光路朝向特定之方向折曲。即，入射部21係使自光入射面IS入射之影像光GL藉由2次反射而折曲，藉此使影像光GL於平行導光體22內確實地耦合。
平行導光體22係平行於y軸且相對於z軸傾斜之平板部分，亦稱為導光體。平行導光體(導光體)22藉由透光性之樹脂材料等而形成，且具有平行之一對平面22a、22b。由於兩平面22a、22b為平行平面，故於外界像不會產生放大或焦點偏移。又，+z側或Z側之一側之平面22a係作為使來自入射部21之影像光全反射之全反射面發揮功能，具有將影像光以較少之損失導入至射出部23之作用。+z側之平面22a配置於平行導光體22之外界側且作為第1全反射面發揮功能，於本說明書中亦稱為外界側面。又，-z側之平面22b於本說明書中亦稱為觀察者側面。又，背側之平面(觀察者側面)22b延伸至射出部23之一端。此處，背側之平面22b之延長平面成為平行導光體22與射出部23之分界 面IF(參照圖2)。
於平行導光體22中，於入射部21之反射面RS或光入射面IS之內側反射之影像光GL入射至全反射面之平面22a，並於此全反射，而導向導光裝置20之裏側，即設有射出部23之+x側或X側。
再者，平行導光體22具有終端面ES作為導光裝置20之外形中之劃分形成+x側或X側之端面之側面。又，平行導光體22分別具有上端面TP與下端面BP作為劃分形成±y側之端面之上面及底面。
如圖2所示，射出部23於平行導光體22之裏側(+x側)，沿背側之平面22b或分界面IF呈層狀地形成。射出部23於使於特定面區域FR全反射之影像光GL通過平行導光體22之外界側之平面(全反射面)22a時，使入射之影像光GL以特定之角度反射而朝向光射出面OS側折曲。此處，不使其透過射出部23而最初入射之影像光GL為作為虛像光之提取對象。即，即使於射出部23中，有於光射出面OS之內面反射之光，其亦不會作為影像光而利用。射出部23雖具有排列具有透過性之複數個反射鏡(即，複數個半反射鏡)而成之反射單元30，但對於其詳細構造，參照圖3等而於下文詳述。再者，反射單元30沿平行導光體22之觀察者側之平面22b於其延長上形成。
由於導光裝置20具有如上所述之構造，因此自圖像形成裝置10射出並自光入射面IS入射至導光裝置20之影像光GL於入射部21藉由複數次反射而折曲，且於平行導光體22之平面22a之特定面區域FR全反射而大致沿光軸AX前進。於+z側之平面22a之特定面區域FR全反射之影像光GL入射至射出部23。此時，於xy面內，特定面區域FR之長邊方向之寬度較射出部23之長邊方向之寬度更窄。即，影像光GL之光線束入射至射出部23(或反射單元30)之入射寬度較影像光GL之光線束入射至特定面區域FR之入射寬度更寬。如此，藉由使影像光GL之光線束入射至特定面區域FR之入射寬度相對較窄，而不易產生光路 之干涉，不將分界面IF用於導光(即，不使影像光GL於分界面IF反射)，而可容易地使來自特定面區域FR之影像光GL直接入射至射出部23(或反射單元30)。入射至射出部23之影像光GL成為藉由於射出部23以適當之角度折曲而可提取之狀態，最終自光射出面OS射出。自光射出面OS射出之影像光GL作為虛像光入射至觀察者之眼睛EY。藉由該虛像光於觀察者之網膜上成像，觀察者可識別基於虛像之影像光GL。
此處，用於成像之影像光GL入射至射出部23之角度隨著自光源側之入射部21離開而變大。即，於射出部23之裏側，相對於與外界側之平面22a平行之Z方向或光軸AX斜率較大之影像光GL入射且以相對較大之角度折曲，於射出部23之前側，相對於Z方向或光軸AX斜率較小之影像光GL入射且以相對較小之角度折曲。
[1B.影像光之光路]
以下，對影像光之光路進行詳細說明。如圖2所示，自液晶器件11之射出面11a上分別射出之影像光之中，將以虛線表示之自射出面11a之中央部分射出之成分設為影像光GL0，將圖中以一點鏈線表示之自射出面11a之周邊中之紙面左側(-x及+z側)射出之成分設為影像光GL1，將圖中以兩點鏈線表示之自射出面11a之周邊中之紙面右側(+x及-z側)射出之成分設為影像光GL2。其等之中，將影像光GL0之光路設為沿光軸AX延伸者。
經由投射透鏡12之各影像光GL0、GL1、GL2之主要成分於自導光裝置20之光入射面IS分別入射之後，經由入射部21通過平行導光體22內到達至射出部23。
具體而言，影像光GL0、GL1、GL2之中，自射出面11a之中央部分射出之影像光GL0於入射部21折曲而於平行導光體22內耦合之後，以標準反射角θ0入射至一側之平面22a之特定面區域FR且於此全反 射，並於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而直接入射至射出部23之中央之部分23k。影像光GL0於部分23k以特定之角度反射，且自光射出面OS向相對於包含光射出面OS之XY面傾斜之光軸AX方向(相對於Z方向為角κ之方向)作為平行光束射出。
又，自射出面11a之一端側(-x側)射出之影像光GL1於入射部21折曲而於平行導光體22內耦合之後，以最大反射角θ1入射至一側之平面22a之特定面區域FR且於此全反射，且於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而於射出部23中之裏側(+x側)之部分23h以特定之角度反射，並自光射出面OS朝向特定之角度方向作為平行光束射出。此時之射出角γ1可返回入射部21側之程度相對變大。
另一方面，自射出面11a之另一端側(+x側)射出之影像光GL2於入射部21折曲而於平行導光體22內耦合之後，以最小反射角θ2入射至一側之平面22a之特定面區域FR且於此全反射，且於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而於射出部23中之入口側(-x側)之部分23m以特定之角度反射，並自光射出面OS朝向特定之角度方向作為平行光束射出。此時之射出角γ2可返回入射部21側之程度相對變小。
再者，影像光GL0、GL1、GL2雖係代表影像光GL之光線整體之一部分而說明者，但由於對構成其他影像光GL之光線成分亦與影像光GL0等同樣地引導而自光射出面OS射出，故對其等省略圖示及說明。
此處，作為於入射部21及平行導光體22使用之透明樹脂材料之折射率n之值之一例，若設為n=1.4，則其臨界角θc之值成為θc≒45.6°。藉由將各影像光GL0、GL1、GL2之反射角θ0、θ1、θ2中之最小 之反射角θ2設為大於臨界角θc之值，可使必要之影像光成為於平行導光體22內等滿足於平面22a上之全反射條件者。
再者，朝向中央之影像光GL0以仰角(=90°-θ0)入射至射出部23之部分23k，朝向周邊之影像光GL1以仰角(=90°-θ1)入射至射出部23之部分23h，朝向周邊之影像光GL2以仰角(=90°-θ2)入射至射出部23之部分23m。此處，於仰角、、間，反映出反射角θ0、θ1、θ2之大小關係而>>之關係成立。即，向反射單元30之半反射鏡31之入射角(參照圖3)依照對應於仰角之部分23m、對應於仰角之部分23k、對應於仰角之部分23h之順序逐漸變小。換言之，向半反射鏡31之入射角或於半反射鏡31之反射角隨著自入射部21離開而變小。
對在平行導光體22之外界側之平面22a反射而朝向射出部23之影像光GL之光線束之整體行為進行說明。影像光GL之光線束於包含光軸AX之剖面上，於平行導光體22之外界側之特定面區域FR反射前後之直進光路P1、P2之任一者之寬度縮窄。具體而言，影像光GL之光線束於包含光軸AX之剖面上，於在特定面區域FR附近、即直進光路P1、P2之分界附近如跨及兩直進光路P1、P2之位置，整體上寬度縮窄而使束寬變窄。藉此，使影像光GL之光線束於射出部23之近前縮窄，而容易將橫方向之視野角設為相對較大。
再者，於圖示之例中，影像光GL之光線束係於如跨及兩直進光路P1、P2之位置寬度縮窄而使束寬變窄，但亦可為直進光路P1、P2之任一者僅於單側寬度縮窄而使束寬變窄。
[1C.射出部之構造及藉由射出部進行之光路之折曲]
以下，參照圖2、3等，對射出部23之構造及藉由射出部23進行之影像光之光路之折曲進行詳細說明。再者，射出部23與平行導光體22同樣沿相對於光軸AX傾斜角κ之XY平面延伸。
首先，對射出部23之構造進行說明。射出部23具有排列分別反射影像光GL之複數個半反射鏡31而成之反射單元30。反射單元30係矩形板狀之構件，具有將細帶狀之半反射鏡31以成為條紋圖案之方式埋入多個之構造。即，反射單元30係藉由將於y方向或Y方向延伸之細長之半反射鏡31以特定之間距PT於平行導光體22之延伸方向即X方向上排列多個而構成。更具體而言，半反射鏡31係於平行於圖2等所示之平行導光體22之平面22a、22b且相對於排列半反射鏡31之X方向垂直地延伸之方向之中，以上下之y方向或Y方向為長邊方向，而線狀地延伸。進而，半反射鏡31較平行導光體22之觀察者側更朝向外界側而向入射部21側傾斜。更具體而言，半反射鏡31係以將其長邊方向(Y方向)作為軸，以正交於平面22a、22b之YZ面為基準而上端(+Z側)沿逆時針方向旋轉之方式傾斜。即，各半反射鏡31以XZ剖面觀察係於-X方向及+Z方向之間之方向上延伸。進而，所有半反射鏡31精密地相互平行而配置。
反射單元30具有接合多個塊構件32之構造，且半反射鏡31成為夾於鄰接之一對塊構件32間之薄膜狀者。此處，塊構件32之折射率與平行導光體22之折射率大致相等，但亦可使兩者之折射率不同。於使兩者之折射率不同之情形時，必須調整或修正使半反射鏡31傾斜之角度δ。半反射鏡31之對影像光GL之反射率就使利用透視之外界光EL之觀察變得容易之觀點而言，於設想之影像光GL之入射角範圍內設為10%以上50%以下。具體實施例之半反射鏡31之對影像光GL之反射率設定為例如20%，對影像光GL之透過率設定為例如80%。
參照圖4，對反射單元30之製造方法之一例進行說明。首先，準備作為玻璃製之平行平板之多個玻璃板91，並藉由於其等之一面將作為金屬反射膜或介電質多層膜之反射膜92成膜而準備多個元件板90。其後，將所形成之多個元件板90以接著劑接合且積層，並沿切割線 C1、C2斜向切斷其整體。藉此，可獲得斜向分割平行平板而成之細長稜鏡片即於塊構件32之間夾有由金屬反射膜或介電質多層膜構成之半反射鏡31之構造之反射單元30。將該反射單元30經由接著劑而貼附於平行導光體22之觀察者側之合適位置，並使接著劑硬化，藉此進行固定。
再者，於反射單元30之半反射鏡31之間距PT設定為0.5mm~2.0mm左右。藉由將複數個半反射鏡31以如上所述之間距配置，而有抑制因縮窄半反射鏡31之間距時之影像光之干涉的方式之不同所導致之色偏差之效果、或抑制因擴寬半反射鏡31之間距時之光之透過量之不同所導致之黑色條紋之產生之效果。
又，於圖3所示之反射單元30之情形時，將半反射鏡31之間距稍微擴大而使外界光EL之一部分直接通過，但藉由適當調整半反射鏡31之間距，可避免外界光EL直接通過。
半反射鏡31之間距PT嚴密而言並非等間隔，而係以可變間距配置。更具體而言，反射單元30中之半反射鏡31之間距PT成為以基準間隔為中心隨機增減之隨機間距。如此，藉由使反射單元30中之半反射鏡31以隨機間距配置，可確實地抑制繞射不均或疊紋之產生。再者，並不限於隨機間距，亦可為例如反覆形成包含於複數個階段增減之間距之特定之間距圖案者。
此處，反射單元30之厚度、即半反射鏡31之Z軸方向之厚度TI設定為0.7mm~3.0mm左右。再者，支持反射單元30之平行導光體22之厚度例如為數mm~10mm左右，較佳為4mm~6mm左右。若平行導光體22之厚度較反射單元30之厚度足夠大，則容易使影像光GL向反射單元30或分界面IF之入射角變小，而容易抑制在位於影像光GL無法被擷取至眼睛EY之位置之半反射鏡31之反射。另一方面，若將平行導光體22之厚度設為相對較薄，則容易謀求平行導光體22或導光裝 置20之輕量化。
於圖2、3等所示之例中，所有半反射鏡31可為以平行導光體22之觀察者側面22b為基準，沿順時針方向形成例如48°~70°左右之傾斜角度δ者，具體而言例如形成60°之傾斜角δ。此處，影像光GL0之仰角設定為例如30°，影像光GL1之仰角設定為例如22°，影像光GL2之仰角設定為例如38°。於該情形時，影像光GL1與影像光GL2以光軸AX為基準呈角度γ1=γ2≒12.5°而入射至觀察者之眼睛EY。
藉此，於使上述影像光GL中之全反射角度相對較大之成分(影像光GL1)主要入射至反射單元30中之-x側之部分23h側，使全反射角度相對較小之成分(影像光GL2)主要入射至射出部23中之+x側之部分23m側之情形時，可使影像光GL以整體彙聚於觀察者之眼睛EY之角度狀態有效地提取。由於為以此種角度關係提取影像光GL之構成，導光裝置20可使影像光GL於反射單元30原則上不經由複數次，而僅經由1次，而可將影像光GL以較少之損失作為虛像光提取。
再者，於反射單元30之中央側或裏側之部分23k、23h等處，影像光GL之極少一部分複數次經由(具體而言，包含1次反射與1次以上之透過之通過)半反射鏡31。於該情形時，半反射鏡31之經由次數成為複數次，但因來自複數個半反射鏡31之反射光作為影像光GL分別入射至觀察者之眼睛EY，故光量之損失並不太大。
又，於反射單元30之中央側或裏側之部分23k、23h等處，影像光GL之中，亦有可能會產生於平行導光體22之裏側或觀察者側(即，光射出面OS、分界面IF等)反射之成分。然而，此種影像光GL作為由半反射鏡31反射之非利用光GX(參照圖3)而被導向光路外，而避免入射至觀察者之眼睛EY。再者，通過半反射鏡31之非利用光雖有可能會再次入射至外界側之平面22a，但於在此處全反射之情形時，大多可入射至反射單元30之裏側之部分23h或進而裏側且有效區域外，而 降低入射至眼睛EY之可能性。
[1D.第1實施形態之概括]
根據以上說明之第1實施形態之導光裝置20，由於以不使影像光GL於平行導光體22與反射單元之分界面IF反射而使其入射至反射單元30且使該入射至反射單元30之影像光GL反射而朝向觀察者側之方式設定，故而影像光GL僅經由不於分界面IF反射而於射出部23之反射單元30射出之位置或其附近之半反射鏡31。藉此，減少應觀察之影像光GL經由半反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光，亦可抑制重像光之產生。
換個觀點而言，於本實施形態之導光裝置20中，反射單元30於光軸AX方向上薄至平行導光體22之一半程度以下，且構成反射單元30之半反射鏡31以較平行導光體22之觀察者側於外界側更接近入射部21之方式傾斜，並且，反射單元30中之至少靠近入射部21之部分配置於平行導光體22之觀察者側。藉此，於反射單元30中之遠離入射部21之裏側，使應觀察之影像光GL之相對於光軸AX之斜率相對較大，而容易使來自入射部21之影像光GL直接入射至反射單元30之目標部位。即，可減少應觀察之影像光GL經由半反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光，且亦可抑制重像光之產生。
於以上說明之第1實施形態中，平行導光體22相對於垂直於通過眼睛之光軸AX之xy面而傾斜，但亦可將平行導光體22設為平行於xy面。
又，以曲面21a、21b構成入射部21，但亦可以平面構成其一側或兩側。於該情形時，可將對應於曲面21b之部分設為延長平行導光體22之平面22b而成之平面。
又，於入射部21，亦可設為使自光入射面IS入射之影像光GL於內面不反射，而直接於平行導光體22耦合之構成。
進而。平行導光體22並不限於完全之平行平板，亦可具有少許彎曲或楔角。即，可將平行導光體22之平面22a、22b設為非球面等彎曲面，或相互形成傾斜角。但，於使平面22a、22b彎曲之情形時，會產生屈光度或倍率變化，因此較佳為彎曲較少。又，於在平面22a、22b之間設有傾斜之情形時，會產生色散，因此較佳為傾斜角較小。
[1E.第1實施形態之實施例]
以下，對組裝至實施形態之虛像顯示裝置之光學系統之實施例進行說明。於各實施例使用之記號於以下概括。
STOP：對應於眼睛之光闌面
PLANE：眼前或圖像面前之平面
IMAGE：圖像面
MA：反射鏡陣列
PSi：平面(i=同種面之面編號)
FFSj：自由曲面(j=同種面之面編號)
ASPk：球面或平面(k=同種面之面編號)
R：曲率半徑
T：軸上面間隙
Nd：光學材料之對d線之折射率
Vd：光學材料之關於d線之阿貝數
TLY：特定面之橫截面(XZ剖面)中之光軸之傾斜角度(°)
(關於TLY，有於特定面之前後變化之情形)
DCX：特定面之橫截面(XZ剖面)中之X軸方向之光軸之偏移量
再者，以下之規格於所有實施例中共通。
虛像視角：25度×9.6度；相當於前方2.5m之50英吋之監視器
顯示元件：9.6mm×5.4mm(0.43英吋面板)
焦距：21.7mm
入射瞳徑：5mm
(實施例1)
於以下之表1表示構成實施例1之光學面之資料。再者，例如符號PS1、PS2表示平行導光體22之平面22a、22b，符號FFS1、FFS2表示入射部21之反射面RS及光入射面IS。符號ASP1~ASP6表示投射透鏡12之透鏡面。
對構成實施例1之稜鏡中之光學面，於以下之表2中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度(斜度：Tilt)TLY與光軸偏移量(偏心：decentre)DCX。
對構成實施例1之光學面中之自由曲面，於以下之表3表示其多項式展開之係數AKm,n。再者，於表3中，記號m、n表示係數AKm,n中之變數或次數。此處，係數AKm,n係指構成表示作為對象之第k面之多項式之各項Xm．Yn之係數。即，第k面以Z=Σ{AKm,n．(Xm．Yn)}表示。
對構成實施例1之光學面中之非球面，於以下之表4表示將其剖面形狀多項式展開之係數Bi(i=2，4，6，…)。即，非球面係以r2=X2+Y2，以Z=ΣBi．ri表示。
圖5(A)係實施例1之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有：第3面S3，其為自由曲面且於剖面上具有相對較弱之負折射能力；第4面S4，其為自由曲面且於剖面上具有相對較弱之正折射能力；及第5面S5，其係與第3面S3共通之透過面。此處，第5面S5相當於光入射面IS。如本實施例，藉由於入射部21設置自由曲面，可減輕 投射透鏡之負擔，結果，可使光學系統變薄。
再者，為了防止入射出射之折射面之因波長導致之色散，入射部21側之光軸AX與射出部23側之光軸AX向色散相抵消之相同方向傾斜。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
圖5(B)係具體圖示構成導光裝置20之第1~第5面S1~S5之局部座標者。
圖6(A)~6(F)及圖7(A)~7(F)表示實施例1之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖6(A)及圖6(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖6(C)及圖6(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖6(E)及圖6(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖7(A)及圖7(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖7(C)及圖7(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X方向之像差，圖7(E)及圖7(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
(實施例2)
於以下之表5中表示構成實施例2之光學面之資料。
對構成實施例2之稜鏡中之光學面，於以下之表6中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度TLY與光軸偏移量DCX。
對構成實施例2之光學面中之非球面，於以下之表7中表示將其剖面形狀多項式展開之係數Bi(i=2，4，6，…)。
圖8係實施例2之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有：第3面S3，其為平面；第4面S4，其為平面；及第5面S5，其係與第3面S3共通之透過面。此處，第5面S5相當於光入射面IS。
再者，於實施例2之情形時，入射部21側之光軸AX與射出部23側之光軸AX平行。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
圖9(A)~9(F)及圖10(A)~10(F)表示實施例2之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖9(A)及9(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖9(C)及9(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖9(E)及9(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖10(A)及10(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖10(C)及10(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X方向之像差，圖10(E)及10(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為了方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
(實施例3)
於以下之表8中表示構成實施例3之光學面之資料。
對構成實施例3之稜鏡中之光學面，於以下之表9中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度TLY與光軸偏移量DCX。
對構成實施例3之光學面中之非球面，於以下之表10中表示將其剖面形狀多項式展開之係數Bi(i=2，4，6，…)。
圖11係實施例3之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有：第3面S3，其係平面；第4面S4，其為平面；及第5面S5，其係與第3面S3共通之透過面。此處，第5面S5相當於光入射面IS。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
再者，為了防止入射出射之折射面之因波長導致之色散，入射部21側之光軸AX與射出部23側之光軸AX向色散相抵消之相同方向傾斜。
圖12(A)~12(F)及圖13(A)~13(F)表示實施例3之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖 12(A)及12(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖12(C)及12(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖12(E)及12(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖13(A)及13(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖13(C)及13(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X方向之像差，圖13(E)及13(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為了方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
(實施例4)
於以下之表11中表示構成實施例4之光學面之資料。
對構成實施例4之稜鏡中之光學面，於以下之表12中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度TLY與光軸偏移量DCX。
對構成實施例4之光學面中之自由曲面，於以下之表13中表示其多項式展開之係數AKm,n。
圖14係實施例4之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有：第3面S3，其為平面；第4面S4，其為自由曲面且於剖面上具有相對較弱之負折射能力；及第5面S5，其係與第3面S3共通之透過面。此處，第5面S5相當於光入射面IS。
再者，為了防止入射出射之折射面之因波長導致之色散，入射 部21側之光軸AX與射出部23側之光軸AX向色散相抵消之相同方向傾斜。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
圖15(A)~15(F)及圖16(A)~16(F)表示實施例4之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖15(A)及15(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖15(C)及15(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖15(E)及15(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖16(A)及16(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖16(C)及16(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X方向之像差，圖16(E)及16(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為了方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
(實施例5)
於以下之表14中表示構成實施例5之光學面之資料。
對構成實施例5之稜鏡中之光學面，於以下之表15中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度TLY與光軸偏移量DCX。
對構成實施例5之光學面中之自由曲面，於以下之表16中表示其多項式展開之係數AKm,n。
對構成實施例5之光學面中之非球面，於以下之表17中表示將其剖面形狀多項式展開之係數Bi(i=2，4，6，…)。
圖17係實施例5之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平 面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有第3面S3，該第3面S3為自由曲面且於剖面上具有相對較弱之折射能力。此處，第3面S3相當於光入射面IS。
再者，為了防止入射出射之折射面之因波長導致之色散，入射部21側之光軸AX與射出部23側之光軸AX向色散相抵消之相同方向傾斜。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
圖18(A)~18(F)及圖19(A)~19(F)表示實施例5之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖18(A)及18(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖18(C)及18(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖18(E)及18(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖19(A)及19(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖19(C)及19(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X方向之像差，圖19(E)及19(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為了方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
[第2實施形態]
以下，對本發明之第2實施形態之組裝有導光裝置之虛像顯示裝置進行說明。再者，第2實施形態之導光裝置係對第1實施形態之導光裝置進行局部變更而成者，對共通部分省略說明。
[2A.導光裝置及虛像顯示裝置之構造]
圖20(A)所示之虛像顯示裝置100係適用於頭戴式顯示器者，其具備作為一組之圖像形成裝置10與導光裝置20。再者，圖20(A)係與圖 20(B)所示之導光裝置20之A-A剖面對應。
虛像顯示裝置100與第1實施形態之情形同樣將圖像形成裝置10與導光裝置20作為顯示單元，且通常包含觀察者之右眼及左眼用之兩組顯示單元，但此處僅顯示左眼用，對右眼用省略圖示。
圖像形成裝置10係與第1實施形態之情形相同者，其具備作為影像元件之液晶器件11、及光耦合用之投射透鏡12。
導光裝置20具有平行於圖中xy面而延伸之平板狀之部分，將於圖像形成裝置10形成之影像光GL作為虛像光朝向觀察者之眼睛EY射出，且使對應於外界像之外界光EL實質上按原樣地透過。導光裝置20具備：擷取影像光之入射部21、導光用之平行導光體22、及用於提取影像光之射出部23。再者，平行導光體22與入射部21之本體係藉由具有較高之透光性之樹脂材料而成形之一體品。再者，於第2實施形態之情形時，通過裝置20之影像光GL之光路包含反射次數不同之複數種光路，而成為合成該等複數種光路之類型。
入射部21具有：擷取來自圖像形成裝置10之影像光GL之光入射面IS、及使擷取之影像光GL反射而導向平行導光體22內之反射面RS。反射面RS係藉由於斜面21a上實施鋁蒸鍍等成膜而形成，其使入射之影像光GL反射而使光路向接近正交方向之特定方向折曲。即，反射面RS係藉由使自光入射面IS入射且整體朝向+z方向之影像光GL整體以朝向+x方向之方式折曲，而可使影像光GL於平行導光體22內確實地耦合。再者，為了確保反射面RS之尺寸，入射部21形成為向z方向突起之三角稜鏡狀。反射面RS之z方向之寬度大於平行導光體22之+z方向之寬度或厚度，而可使影像光GL於平行導光體22無損失地耦合。
平行導光體22係平行於圖中xy面而延伸之平板部分，亦稱為導光體。平行導光體(導光體)22藉由透光性之樹脂材料等而形成，且具 有平行於xy面之一對平面22a、22b。由於兩平面22a、22b為平行平面，故於外界像不會產生放大或焦點偏移。又，兩平面22a、22b係作為使於入射部21之反射面RS折曲之影像光全反射之全反射面發揮功能，具有將影像光以較少之損失導入至射出部23之作用。此處，+z側之平面22a配置於平行導光體22之外界側且作為第1全反射面發揮功能，於本說明書中亦稱為外界側面。又，-z側之平面22b配置於平行導光體22之觀察者側且作為第2全反射面發揮功能，於本說明書中亦稱為觀察者側面。背側之平面(觀察者側面)22b中之靠近圖像形成裝置10之一部分成為與光入射面IS共通者。即，觀察者側面22b之一部分亦作為光入射面IS發揮功能。又，背側之平面(觀察者側面)22b延伸至射出部23之一端，且配置於與射出部23之光射出面OS同一平面上。即，平行導光體22與射出部23之分界面IF配置於較背側之平面22b更靠裏側之後退位置。
於平行導光體22中，於入射部21之反射面RS反射之影像光GL首先入射至第2全反射面即平面22b，並於此全反射。其次，該影像光GL入射至第1全反射面即平面22a，並於此全反射。如上所述之一對全反射進行1次或反覆進行複數次，影像光GL被導向導光裝置20之裏側即設有射出部23之+x側。
射出部23於平行導光體22之裏側(+x側)，沿背側(-z側)之平面(第2全反射面)22b或分界面IF呈層狀地形成。射出部23於使於平行導光體22之一對平面22a、22b全反射地傳輸且最後於外界側之平面(第1全反射面)22a全反射之影像光GL通過時，使入射之影像光GL以特定之角度反射而朝向光射出面OS側折曲。此處，最初入射至射出部23之影像光GL為作為虛像光之提取對象。即，即使於射出部23中，有於光射出面OS之內面反射之光，其亦不會作為影像光而利用。射出部23具有排列具有透過性之複數個反射鏡(即，複數個半反射鏡)而成之 反射單元30。再者，反射單元30沿平行導光體22之觀察者側之平面22b於其延長上形成。即，射出部23或反射單元30不僅靠近入射部21之部分配置於平行導光體22之觀察者側，且遠離入射部21之部分亦配置於平行導光體22之觀察者側。
由於導光裝置20具有如上所述之構造，故而自圖像形成裝置10射出並自光入射面IS入射至導光裝置20之影像光GL於入射部21一樣地反射而折曲，且於平行導光體22之一對平面22a、22b上反覆全反射而大致沿光軸AX前進。於+z側之平面22a之特定面區域FR全反射之影像光GL中之特定者入射至射出部23。此時，於xy面內，特定面區域FR之長邊方向之寬度較射出部23之長邊方向之寬度更窄。即，影像光GL之光線束入射至射出部23(或反射單元30)之入射寬度較影像光GL之光線束入射至特定面區域FR之入射寬度更寬。如此，藉由使影像光GL之光線束入射至特定面區域FR之入射寬度相對較窄，不將光射出面OS用於導光(即，不使影像光GL於光射出面OS反射)，而可容易使來自特定面區域FR之影像光GL直接入射至射出部23(或反射單元30)。入射至射出部23之影像光GL成為藉由於射出部23中以適當之角度折曲而可提取之狀態，最終自光射出面OS射出。自光射出面OS射出之影像光GL作為虛像光入射至觀察者之眼睛EY。藉由該虛像光於觀察者之網膜上成像，觀察者可識別基於虛像之影像光GL。
此處，用於成像之影像光GL入射至射出部23之角度與第1實施形態之情形同樣隨著自光源側之入射部21離開而變大。即，於射出部23之裏側，相對於z方向斜率較大之影像光GL入射且以相對較大之角度折曲，於射出部23之前側，相對於z方向斜率較小之影像光GL入射且以相對較小之角度折曲。
[2B.影像光之光路]
以下，對影像光之光路進行詳細說明。如圖21所示，自液晶器 件11之射出面11a上分別射出之影像光之中，將以虛線表示之自射出面11a之中央部分射出之成分設為影像光GL0，將圖中以一點鏈線表示之自射出面11a之周邊中之紙面左側(-x側)射出之成分設為影像光GL1，將圖中以兩點鏈線表示之自射出面11a之周邊中之紙面右側(+x側)射出之成分設為影像光GL2。
經由投射透鏡12之各影像光GL0、GL1、GL2之主要成分於自導光裝置20之光入射面IS分別入射之後，於對應於第1及第2全反射面之平面22a、22b以互不相同之角度反覆進行全反射。
具體而言，影像光GL0、GL1、GL2之中，自射出面11a之中央部分射出之影像光GL0於作為平行光束由入射部21反射之後，以標準反射角θ0入射至平行導光體22之觀察者側之平面22b，並於此全反射。 其後，影像光GL0以保持標準反射角θ0之狀態於一對平面22a、22b反覆進行全反射。影像光GL0於平面22a、22b進行偶數次全反射，且於平行導光體22與射出部23或反射單元30之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而入射至射出部23之中央之部分23k。影像光GL0於部分23k以特定之角度反射，且自光射出面OS向相對於包含光射出面OS之xy面垂直之光軸AX方向作為平行光束射出。
又，自射出面11a之一端側(-x側)射出之影像光GL1於作為平行光束由入射部21反射之後，以最大反射角θ1入射至平行導光體22之觀察者側之平面22b，並於此全反射。影像光GL1於平面22a、22b進行偶數次全反射，且於平行導光體22與射出部23或反射單元30之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而於射出部23中之裏側(+x側)之部分23h以特定之角度反射，並自光射出面OS朝向特定之角度作為平行光束射出。此時之射出角γ1成為如可返回入射部21側者，成為相對於+x軸成銳角之光線。
另一方面，自射出面11a之另一端側(+x側)射出之影像光GL2於作 為平行光束由入射部21反射之後，以最小反射角θ2入射至平行導光體22之觀察者側之平面22b，並於此全反射。影像光GL2於平面22a、22b之間進行複數次全反射，且於平行導光體22與射出部23或反射單元30之分界面IF不反射而通過該分界面IF，而於射出部23中之入口側(-x側)之部分23m以特定之角度反射，並自光射出面OS朝向特定之角度作為平行光束射出。此時之射出角γ2成為如自入射部21側離開者，成為相對於+x軸成鈍角之光線。
再者，影像光GL0、GL1、GL2到達至射出部23之全反射次數並非必須一致。即，於圖示之例中，影像光GL2之全反射次數較影像光GL1之全反射次數多1次以上，影像光GL0之全反射次數包含與兩影像光GL1、GL2之全反射次數一致之情形。但，由於藉由在平面22a、22b之全反射而使光之反射效率非常高，故即使如上所述般影像光GL0、GL1、GL2間之反射次數不同，亦基本不會因此而產生亮度不均。又，影像光GL0、GL1、GL2雖係代表影像光GL之光線整體之一部分而說明者，但由於對構成其他影像光GL之光線成分亦與影像光GL0等同樣地引導而自光射出面OS射出，故對其等省略圖示及說明。
此處，作為於入射部21及平行導光體22使用之透明樹脂材料之折射率n之值之一例，若設為n=1.4，則其臨界角θc之值成為θc≒45.6°。藉由將各影像光GL0、GL1、GL2之反射角θ0、θ1、θ2中之最小之反射角θ2設為大於臨界角θc之值，可使必要之影像光成為滿足於平行導光體22內之全反射條件者。
再者，朝向中央之影像光GL0以仰角(=90°-θ0)入射至射出部23之部分23k，朝向周邊之影像光GL1以仰角(=90°-θ1)入射至射出部23之部分23h，朝向周邊之影像光GL2以仰角(=90°-θ2)入射至射出部23之部分23m。此處，於仰角、、間，反映出反射角θ0、θ1、θ2之大小關係而>>之關係成立。即，於反射單元30之 半反射鏡31之入射角(參照圖22)依照對應於仰角之部分23m、對應於仰角之部分23k、對應於仰角之部分23h之順序逐漸變小。換言之，向半反射鏡31之入射角或於半反射鏡31之反射角隨著自入射部21離開而變小。
對在平行導光體22之外界側之平面22a反射而朝向射出部23之影像光GL之光線束之整體行為進行說明。影像光GL之光線束於包含光軸AX之剖面上，於平行導光體22之外界側之特定面區域FR反射前後之直進光路P1、P2之任一者之寬度縮窄。具體而言，影像光GL之光線束於包含光軸AX之剖面上，於特定面區域FR之反射後之直進光路P2，整體上寬度縮窄而使束寬變窄。藉此，使影像光GL之光線束於射出部23之近前縮窄，而容易將橫方向之視野角設為相對較大。
[2C.射出部之構造及藉由射出部進行之光路之折曲]
以下，參照圖21、22等，對射出部23之構造及藉由射出部23進行之影像光之光路之折曲進行詳細說明。
首先，對射出部23之構造進行說明。射出部23具有排列分別反射影像光GL之複數個半反射鏡31而成之反射單元30。反射單元30係矩形板狀之構件，具有將細帶狀之半反射鏡31以成為條紋圖案之方式埋入多個之構造。即，反射單元30係藉由將於y方向上延伸之細長半反射鏡31以特定之間距PT於平行導光體22之延伸方向即x方向上排列多個而構成。更具體而言，半反射鏡31於平行於圖21等所示之平行導光體22之平面22a、22b且相對於排列半反射鏡31之x方向垂直地延伸之方向之中，以上下之y方向為長邊方向，而線狀地延伸。進而，半反射鏡31較平行導光體22之觀察者側更朝向外界側而向入射部21側傾斜。更具體而言，半反射鏡31以其長邊方向(y軸方向)為軸，以正交於平面22a、22b之yz面為基準，上端(+z側)沿逆時針方向旋轉之方式傾斜。即，各半反射鏡31以xz剖面觀察時於-x方向及+z方向之間之方 向上延伸。進而，所有半反射鏡31精密地相互平行而配置。
反射單元30具有與第1實施形態之情形相同之構造，其具有接合多個塊構件32而成之構造，且半反射鏡31成為夾於鄰接之一對塊構件32間之薄膜狀者。
反射單元30可與第1實施形態之情形同樣地藉由圖4所示之方法而製造。
關於反射單元30，並不限於與平行導光體22分開製作者，亦可與平行導光體22一體地形成。
例如，如圖23(A)所示，準備應成為平行導光體22之母材22i，於應形成反射單元30之位置形成排列有多個剖面三角形之部分22j之剖面鋸齒狀之立體構造部分22k。於該構造部分22k之斜面22m形成應成為半反射鏡31之反射層22n，並於構造部分22k之槽流入液體樹脂。藉此，如圖23(B)所示，形成於構成構造部分22k之各槽填充液體樹脂之多個剖面三角形之部分22p，層狀之射出部23即反射單元30完成。此處，連結剖面三角形之部分22j之觀察者側之頂點之平面為反射單元30與平行導光體22之間之分界面IF。該分界面IF係指功能分界，其成為材質上連續者，而非材質上不連續之接合面。其結果，於分界面IF，不產生影像光GL之反射。
再者，於圖23(A)等中，於成為平行導光體22之母材22i形成反射單元30，但亦可於與平行導光體22分開形成之母材以圖23(A)等所示之方法形成反射單元30，並將如此形成之反射單元30接合於平行導光體22。
以上之圖23(A)及23(B)所例示之反射單元30之製造方法亦可適用於第1實施形態之反射單元30之製造。
再者，於反射單元30之半反射鏡31之間距PT與第1實施形態之情形同樣設定為0.5mm~2.0mm左右。
半反射鏡31之間距PT與第1實施形態之情形同樣，嚴密而言並非等間隔，而以可變間距配置。更具體而言，於反射單元30中之半反射鏡31之間距PT成為以基準間隔為中心隨機增減之隨機間距。
此處，反射單元30之厚度、即半反射鏡31之z軸方向之厚度TI與第1實施形態之情形同樣設定為0.7mm~3.0mm左右。再者，支持反射單元30之平行導光體22之厚度亦與第1實施形態之情形同樣為例如數mm~10mm左右，較佳為4mm~6mm左右。
於圖21、22等所示之具體例中，所有半反射鏡31可為以平行導光體22之觀察者側面22b為基準，沿順時針方向形成例如48°~70°左右之傾斜角度δ者，具體而言例如形成60°之傾斜角δ。此處，影像光GL0之仰角設定為例如30°，影像光GL1之仰角設定為例如22°，影像光GL2之仰角設定為例如38°。於該情形時，入射至反射單元30之中央之影像光GL0於垂直於平面22b之-z方向上射出而入射至觀察者之眼睛EY。又，入射至反射單元30之遠離入射部21之裏側之部分23h之影像光GL1相對於影像光GL0呈角度γ1=12.5°而入射至觀察者之眼睛EY。又，入射至反射單元30之靠近入射部21之前側之部分23m之影像光GL2相對於影像光GL0呈角度γ2=12.5°而入射至觀察者之眼睛EY。
藉此，於使上述影像光GL中之全反射角度相對較大之成分(影像光GL1)主要入射至反射單元30中之+x側之部分23h側，使全反射角度相對較小之成分(影像光GL2)主要入射至射出部23之中-x側之部分23m側之情形時，可使影像光GL以整體彙聚於觀察者之眼睛EY之角度狀態有效地提取。由於為以此種角度關係提取影像光GL之構成，導光裝置20可使影像光GL於反射單元30原則上不經由複數次，而僅經由1次，而可將影像光GL以較少之損失作為虛像光提取。
再者，於反射單元30之中央側或裏側之部分23k、23h等處，影 像光GL複數次經由(具體而言，包含1次反射與1次以上之透過之通過)半反射鏡31。於該情形時，半反射鏡31之經由次數成為複數次，但因來自複數個半反射鏡31之反射光作為影像光GL分別入射至觀察者之眼睛EY，故光量之損失並不太大。
又，於反射單元30之中央側或裏側之部分23k、23h等處，影像光GL之中，亦可產生於平行導光體22之裏側或觀察者側(即，光射出面OS等)反射之成分。然而，此種影像光GL作為由半反射鏡31反射之非利用光GX(參照圖22)而被導向光路外，而避免入射至觀察者之眼睛EY。再者，通過半反射鏡31之非利用光有可能會再次入射至外界側之平面22a，但於在此全反射之情形時，大多可入射至反射單元30之裏側之部分23h或進而裏側且有效區域外，而降低入射至眼睛EY之可能性。
[2D.第2實施形態之概括]
根據以上說明之第2實施形態之導光裝置20，由於以不使影像光GL於平行導光體22與反射單元之分界面IF反射而使其入射至反射單元30且使該入射至反射單元30之影像光GL反射而朝向觀察者側之方式設定，故而影像光GL僅經由不於分界面IF反射而於射出部23之反射單元30射出之位置或其附近之半反射鏡31。藉此，可減少應觀察之影像光GL經由半反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光，亦可抑制重像光之產生。
換個觀點而言，於本實施形態之導光裝置20中，反射單元30於光軸AX方向上薄至平行導光體22之一半程度以下，且構成反射單元30之半反射鏡31以較平行導光體22之觀察者側更於外界側接近入射部21之方式傾斜，並且，反射單元30中之至少靠近入射部21之部分配置於平行導光體22之觀察者側。藉此，於反射單元30中之遠離入射部21之裏側，使應觀察之影像光GL之相對於光軸AX之斜率相對較大，而 容易使來自入射部21之影像光GL直接入射至反射單元30之目標部位。即，可減少應觀察之影像光GL經由半反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光，且亦可抑制重像光之產生。
於平行導光體22之影像光GL之全反射之次數並非限定於圖21所例示者。即，可根據平行導光體22之z方向之厚度或x方向之長度，適當變更自入射部21至射出部23為止之影像光GL之全反射之次數。
圖24係說明變更導光裝置20之射出部23之構造等之例之圖。於該情形時，反射單元30之厚度於靠近入射部21之側較厚，於遠離入射部21之側較薄。於遠離入射部21之側，影像光GL2之仰角變小，藉由使反射單元30形成為較薄，可抑制經由半反射鏡31之次數增加。
以上之圖24所例示之反射單元30之形狀或構造於第1實施形態中亦同樣可採用。
圖25(A)係說明變更射出部23之配置之例之圖，其係放大圖21所示之導光裝置20之一部分之剖視圖。於該情形時，平行導光體22與反射單元30形成為獨立體，成為在設於平行導光體22之背側之觀察者側面22b貼附反射單元30之構造。
圖25(B)係說明變更射出部23或反射單元30之構造之例之圖，其對應於圖22。於該情形時，半反射鏡31之間距略寬，而可使外界光EL之一部分直接通過。即，自平行導光體22之正面觀察時，於一對鄰接之半反射鏡31間存在供外界光EL通過之間隙，外界光EL之一部分通過於多個各半反射鏡31間形成之多個間隙而以相對較少之損失入射至觀察者之眼睛EY。再者，於如此般半反射鏡31之間距較寬之情形時，即使替代半反射鏡31而使用不具有透光性之純粹之反射鏡，亦可隔著反射單元30而透視外界光EL。
[2E.第2實施形態之實施例]
以下，對組裝至實施形態之虛像顯示裝置之光學系統之實施例 進行說明。再者，於以下之實施例6中使用之記號及規格與上述實施例1~5相同。
(實施例6)
於以下之表18中表示構成實施例6之光學面之資料。
對構成實施例6之稜鏡中之光學面，於以下之表19中表示於其橫截面上之光軸傾斜角度TLY與光軸偏移量DCX。
序號→編號
對構成實施例6之光學面中之非球面，於以下之表20中表示將其剖面形狀多項式展開之係數Bi(i=2，4，6，…)。
圖26(A)及26(B)係實施例6之導光裝置20及投射透鏡12之剖視圖。導光裝置20具有第1及第2面S1、S2作為平行導光體22之一對平面22a、22b。平面22a或第1面S1相當於光射出面OS。導光裝置20於入射部21中具有：為平面之第3面S3、及為平面之第4面S4。此處，第4面S4相當於光入射面IS。
於實施例6之情形時，包含反射次數不同之複數種光路，但形狀自身與實施例2大致一致。圖26(A)表示自以+z方向為基準向-x側傾斜之方向(向逆時針方向傾斜之方向)主要入射至眼睛EY之影像光GL。 又，圖26(B)表示自以+z方向為基準向+x傾斜之方向(向順時針方向傾斜之方向)主要入射至眼睛EY之影像光GL。
投射透鏡12具有3個透鏡L1、L2、L3。該等透鏡L1、L2、L3係兩光學面為非球面之透鏡。
圖27(A)~27(F)及圖28(A)~28(F)表示實施例6之像差。於各像差圖中，橫軸表示於眼睛中之位置，縱軸表示像差量。具體而言，圖27(A)及27(B)以微米單位表示於X方向上-12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖27(C)及27(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差，圖27(E)及27(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上0.0°之方位之Y及X方向之像差。圖28(A)及28(B)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差，圖28(C)及28(D)表示於X方向上0.0°且於Y方向上7.10°之方位之Y及X 方向之像差，圖28(E)及28(F)表示於X方向上12.48°且於Y方向上7.1°之方位之Y及X方向之像差。再者，為了方便起見而將圖示之像差量設為使光線逆行之情形時之影像顯示元件之圖像面中之像差量。
[第3實施形態]
以下，參照圖29、30，對第3實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置進行說明。再者，本實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置係圖1(A)等所示之第1及第2實施形態之變化例，故對共通之事項省略說明。
如圖29、30所示，於本實施形態之導光裝置20中，設置於射出部23之反射單元30以傾斜之狀態組裝於其中。即，反射單元30以遠離入射部21之裏側之部分23h較靠近入射部21之前側之部分23m更靠外界之方式傾斜。即，反射單元30之入射面30a及出射面30b成為以平行導光體22之平面22b為基準，向逆時針方向以未達90°之角度適當傾斜者。
再者，射出部23係介隔反射單元30而於平行導光體22之相反側具有接合於反射單元30之出射面30b之稜鏡構件23f。藉此，平行導光體22之外界側之平面22b與對向於該平面22b之光射出面OS平行而可自然觀察外界光EL。
如圖30所示，即使反射單元30以傾斜之狀態配置，因第1及第2實施形態之角度條件相同(例如參照圖22)，故亦可使於平行導光體22之外界側之平面22a反射之影像光GL於複數個半反射鏡31反射，而通過觀察者側之平面22b。自射出部23射出之影像光GL0、GL1、GL2與圖21等之情形同樣地形成虛像。此處，影像光GL之光線束於包含光軸AX之剖面上，於特定面區域FR反射之反射前之直進光路P1，整體上寬度縮窄而使束寬變窄。藉此，使影像光GL之光線束於射出部23之近前縮窄，而容易將橫方向之視野角設為相對較大。
再者，於上述第1及第2實施形態中，反射單元30之遠離入射部 21之裏側之端部23p無需與外界側之平面22a連接，亦可設為端部23p與平面22a相隔之構成。再者，反射單元30無需於平行導光體22內呈平面狀或剖視直線狀延伸，亦可為以圖29之剖面觀察時例如呈向+z側內凹之形狀，進而，亦可設為如由複數條線段形成之形狀，但必須為連續之形狀。
[其他]
雖根據以上各實施形態說明了本發明，但本發明並不限於上述實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內於各種態樣下實施，例如，亦可進行如下之變化。
設置於反射單元30之多個半反射鏡31之反射率雖原則上一致，但亦可使該等半反射鏡31之反射率自入射部21至射出部23逐漸變化。
於以上之說明中，例如於第2實施形態中，雖於入射部21使影像光GL反射而入射至平行導光體22之一側之平面22b，但亦可藉由變更入射部21之形狀(反射面RS或光入射面IS之斜率、間隔等)，而使影像光GL入射至平行導光體之另一側之平面22a。
又，例如於第2實施形態中，入射部21之光入射面IS無需設為與構成平行導光體22之一對平面22a、22b之任一者共通之面，亦可為與其等不同者。
例如，如圖31(A)所示，亦可將設置於平行導光體22之光入射側之入射部121設為自背側之平面22b突起之形狀，於該情形時，雖將光入射面IS與觀察者側面22b分開設置，但容易使影像光GL對平行導光體22斜向入射。
進而。如圖31(B)所示，於在觀察者側面22b設置突起之入射部121之情形時，亦可設為於斜面21f反射一次之構造，於該情形時，關於圖像形成裝置10之配置等可提高設計之自由度。
於以上之說明中，使用透過型之液晶器件11作為影像元件，但作 為影像元件，不限於透過型之液晶器件，而可利用各種影像元件。例如，亦可為使用反射型之液晶面板之構成，亦可為替代液晶器件11而使用數位微反射鏡器件等。又，亦可為使用以有機EL、LED陣列或有機LED等為代表之自發光型元件之構成。進而，亦可為使用組合雷射光源與多面鏡及其他掃描器而成之雷射掃描器之構成。
於以上之說明中，作為虛像顯示裝置100，設為對應於右眼及左眼之兩者成組地設置圖像形成裝置10及導光裝置20之構成，但亦可設為僅對右眼或左眼之任一者設置圖像形成裝置10與導光裝置20而單眼觀察圖像之構成。
於以上之說明中，對透視型之虛像顯示裝置進行了說明，但射出部23亦可適用於透視型以外之虛像顯示裝置。再者，於無需觀察外界像之情形時，亦可將平面22a等之光反射率設為接近100%。
於以上之說明中，具體說明了實施形態之虛像顯示裝置100為頭戴式顯示器，但實施形態之虛像顯示裝置100亦可適用於平視顯示器、雙眼鏡型之手持式顯示器。
於以上之說明中，於平行導光體22之平面22a、22b或面21b上，不於表面上施加反射鏡或半反射鏡等而藉由與空氣之界面使影像光全反射而引導，但於本發明中全反射亦包含於平面22a、22b上之整體或一部分形成反射鏡塗層或半反射鏡膜而進行之反射。例如，亦包含如下情形：於影像光GL之入射角度滿足全反射條件之前提下，於平面22a、22b之整體或一部分施加反射鏡塗層等，則實質上反射所有影像光。
於以上之說明中，於第2實施形態等中，將平行導光體22以x方向為橫長，且將光入射面IS以於平行於xy面之平面上位於眼睛之左右外側之方式形成，但只要可於導光裝置20內適當地引導影像光GL，則光入射面IS之位置並不限於此，例如亦可設於位於導光裝置20之上 下之上端面TP或下端面BP之一部分等。
以上雖未涉及，但於平行導光體22中，可將劃定外形之外周部中之上端面TP及下端面BP等設為黑色塗料塗佈面或噴砂加工面。進而，亦可於上端面TP或下端面BP以外之部位實施黑色塗裝塗佈或噴砂加工。亦可僅於上端面TP或下端面BP等之一部分實施黑色塗裝或噴砂加工。
又，作為構成反射單元30之半反射鏡31，並不限於使反射率適當降低者，亦可使用全息反射鏡。此時之全息反射鏡既可設為一併處理RGB之各色之多層型，亦可設為各色用之單層膜。
10‧‧‧圖像形成裝置
11‧‧‧液晶器件
11a‧‧‧射出面
12‧‧‧投射透鏡
14‧‧‧光源
20‧‧‧導光裝置
21‧‧‧入射部
21a‧‧‧曲面
21b‧‧‧曲面
22‧‧‧平行導光體
22a‧‧‧平面
22b‧‧‧平面
23‧‧‧射出部
23h‧‧‧部分
23k‧‧‧部分
23m‧‧‧部分
30‧‧‧反射單元
100‧‧‧虛像顯示裝置
AX‧‧‧光軸
ES‧‧‧終端面
EY‧‧‧眼睛
FR‧‧‧特定面區域
GL‧‧‧影像光
GL0‧‧‧影像光
GL1‧‧‧影像光
GL2‧‧‧影像光
IF‧‧‧分界面
IS‧‧‧光射入面
OS‧‧‧光射出面
P1‧‧‧直進光路
P2‧‧‧直進光路
RS‧‧‧反射面
x‧‧‧方向
X‧‧‧方向
y‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
γ‧‧‧射出角
γ1‧‧‧射出角
γ2‧‧‧射出角
θ0‧‧‧標準反射角
θ1‧‧‧最大反射角
θ2‧‧‧最小反射角
κ‧‧‧角度
‧‧‧仰角
‧‧‧仰角
‧‧‧仰角

Claims (17)

  1. 一種導光裝置，其包含：導光體，其具有對應於觀察者側及外界側而對向且大致平行地延伸之一對面；入射部，其設置於上述導光體之一端側；及射出部，其設置於上述導光體之另一端側；且上述射出部具有反射單元，該反射單元係排列反射影像光之複數個反射鏡而成；且上述複數個反射鏡朝向外界側而向上述入射部側傾斜，於上述導光體與上述反射單元之分界面不使影像光反射而使入射至上述反射單元之影像光反射而使其朝向觀察者側。
  2. 如請求項1之導光裝置，其中上述反射單元之厚度較上述導光體之厚度更薄。
  3. 如請求項1或2之導光裝置，其中上述複數個反射鏡平行地配置。
  4. 如請求項1至3中任一項之導光裝置，其中上述複數個反射鏡以可變間距配置。
  5. 如請求項4之導光裝置，其中上述複數個反射鏡以隨機間距配置。
  6. 如請求項1至5中任一項之導光裝置，其中上述複數個反射鏡以0.5mm~2.0mm之間距配置。
  7. 如請求項1至6中任一項之導光裝置，其中影像光之中用於成像之光入射至上述反射單元之上述反射鏡之角度隨著自上述入射部離開而變小。
  8. 如請求項1至7中任一項之導光裝置，其中用於成像之光線束於 上述導光體之外界側之特定面區域反射而入射至上述反射單元，且於包含光軸之剖面上，於該特定面區域反射之前後之直進光路之任一者其寬度縮窄。
  9. 如請求項8之導光裝置，其中於包含光軸之剖面上，用於成像之光線束入射至上述反射單元之入射寬度較用於成像之光線束入射至上述特定面區域之入射寬度更寬。
  10. 如請求項1至9中任一項之導光裝置，其中上述複數個反射鏡係由半反射鏡構成。
  11. 如請求項1至10中任一項之導光裝置，其中上述反射單元以沿上述導光體之設置於觀察者側之面之方式配置。
  12. 如請求項1至10中任一項之導光裝置，其中上述反射單元以距上述入射部較遠之部分成為相對而言更靠外界之方式傾斜而配置。
  13. 如請求項1至12中任一項之導光裝置，其中所有視角之影像光於上述導光體之內部，於反射相同次數之後由上述複數個反射鏡反射而到達至觀察者之眼睛。
  14. 如請求項13之導光裝置，其中上述入射部具有曲面之入射面及反射面中至少一者。
  15. 如請求項1至14中任一項之導光裝置，其中上述導光體具有作為上述一對對向之面平行地延伸之第1及第2全反射面，且將自上述入射部擷取之影像光藉由於上述第1及第2全反射面之全反射而引導。
  16. 如請求項1至15中任一項之導光裝置，其中位於上述入射部之面係非軸對稱曲面。
  17. 一種虛像顯示裝置，其包含：影像元件，其產生影像光；及如請求項1至16中任一項之導光裝置。
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