TW201800805A - 導光裝置及虛像顯示裝置 - Google Patents

導光裝置及虛像顯示裝置

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TW201800805A
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戶谷貴洋
武田高司
高木将行
宮尾敏明
松木隼人
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精工愛普生股份有限公司
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Abstract

導光裝置20具備入射部21、導光用之平行導光體22、及射出部23。射出部23具有將複數個反射鏡31排列而成之反射單元30。此處,構成反射單元30之複數個反射鏡31係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。對於構成反射單元30之複數個反射鏡31,亦可與其相鄰而使其附帶波片35。

Description

導光裝置及虛像顯示裝置
本發明係關於一種用於配戴於頭部而使用之頭戴式顯示器等之導光裝置及裝入該導光裝置之虛像顯示裝置。
近年來,作為如頭戴式顯示器般之可形成及觀察虛像之虛像顯示裝置,提出了各種藉由導光板將來自顯示元件之影像光導入至觀察者之瞳孔中之類型。 例如,作為將視準像等導入至觀察者之視野中之穿戴式顯示器裝置,於平行平面板狀之導光體中裝入相對於主面傾斜並且相互平行配置之多個半反射鏡(以下,亦稱為「HM」),並利用該HM反射影像光而向觀察者提示者成為公知(參照專利文獻1)。於該裝置中,一面藉由越過導光體之透視眺望周圍環境,一面利用導光體內之多個HM使來自成像單元之影像光反射而將其提取,藉此可作為可見像而進行觀察。 於上述專利文獻1中所記載之穿戴式顯示器裝置中,並未對近距離之透視進行考慮。具體而言,於配戴此種穿戴式顯示器裝置而對近距離之外界物體進行觀察之情形時,由於陣列狀之HM配置於眼前,故而來自使外界光透過之HM之直射光、及被該HM反射並被相鄰之HM再次反射之間接光自同一方向入射至眼中。即,於越過導光體而觀看鄰近物體之情形時,存在如下問題:起因於由經HM之雙重反射所產生之間接光,而會觀察到重影。再者,若欲提高HM之透過率而增加外界光之擷取,則影像光會變暗。另一方面,若欲提高HM之反射率而增加影像光之射出光量,則外界之觀察變得不再容易,例如,若將HM之形成區域限定於眼前,則該HM形成區域在外觀上會變得顯眼。 進而,於上述專利文獻1中所記載之穿戴式顯示器裝置中,並未記載可見像中產生條紋狀之不均之可能性。具體而言,於此種穿戴式顯示器裝置之情形時,由於陣列狀之HM配置於眼前,故而會產生多重反射,即,從未透過HM而反射之光、及透過HM一次而反射之光自同一方向入射至眼中,且明亮度會根據其反射次數而階差式地減少。因此,自各角度方向入射至眼中之光於HM之排列方向具有與排列間隔對應之週期性之亮度分佈,且其亮度分佈會根據光之角度方向而非連續性地變化,故而存在於可見像中觀察到縱條紋狀之不均之問題。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]美國專利申請案公開第US2013/0163089號說明書
本發明係鑒於上述先前技術而成者,目的在於提供一種可抑制於近距離之透視下觀察到重影像之導光裝置及裝入該導光裝置之虛像顯示裝置。 又,本發明之目的在於提供一種可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均之導光裝置及裝入該導光裝置之虛像顯示裝置。 為了達成上述目的,本發明之第1導光裝置具備:導光體,其具有與觀察者側及外界側對應而對向之一對面;入射部,其設置於導光體之一端側;及射出部,其設置於導光體之另一端側;射出部具有排列複數個反射鏡而成之反射單元,該反射鏡使來自入射部之影像光分別射出至觀察者側,複數個反射鏡係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。再者,P偏光意指電場成分平行於反射鏡之入射面(此處之入射面處於與反射鏡面為垂直之關係且包含入射光線及反射光線)者,S偏光意指電場成分垂直於反射鏡之上述入射面者。 根據上述導光裝置,由於複數個反射鏡係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件,故而例如於偏向P偏光之外界光入射至導光裝置之情形時,相對於入射至反射單元並通過特定之反射鏡而入射至眼中之外界光,可減少被該特定之反射鏡反射並被相鄰之反射鏡再次反射而入射至眼中之外界光。藉此,於越過導光體而觀看鄰近物體之情形時,可抑制起因於由經反射鏡之雙重反射所產生之間接光而觀察到重影。又,於使偏向S偏光之影像光經由導光體入射至反射單元之情形時,可抑制入射至反射單元並被特定之反射鏡反射而入射至眼中之影像光之亮度降低,可提高影像光之光利用效率。 為了達成上述目的,本發明之第2導光裝置具備:導光體,其具有與觀察者側及外界側對應而對向之一對面;入射部,其設置於導光體之一端側;及射出部,其設置於導光體之另一端側;射出部具有排列複數個反射鏡而成之反射單元,該反射鏡使來自入射部之影像光分別射出至觀察者側,反射單元具有與複數個反射鏡之各者對應而配置之複數個波片,複數個反射鏡係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。再者,P偏光意指電場成分平行於反射鏡之入射面(此處之入射面處於與反射鏡面為垂直之關係且包含入射光線及反射光線)者,S偏光意指電場成分垂直於反射鏡之上述入射面者。 根據上述導光裝置,由於其具有與複數個反射鏡之各者對應而配置之複數個波片,且複數個反射鏡係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件,故而變得易於使入射至反射單元並被特定之反射鏡反射而入射至眼中之影像光之亮度與透過該特定之反射鏡並被相鄰之反射鏡反射而入射至眼中之影像光之亮度平衡,可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均。
[第1實施形態] 以下,對將本發明之第1實施形態之導光裝置裝入而成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] 參照圖1A及1B,對將第1實施形態之導光裝置裝入而成之虛像顯示裝置進行說明。虛像顯示裝置100係適用於頭戴式顯示器者,具備圖像形成裝置10、及導光裝置20作為一組。再者,圖1A與圖1B所示之導光裝置20之Α-A剖面對應。 虛像顯示裝置100係使觀察者辨識作為虛像之影像,並且使觀察者藉由透視對外界影像進行觀察者。於虛像顯示裝置100中,圖像形成裝置10及導光裝置20通常與觀察者之右眼及左眼對應而各設置一組,但由於右眼用與左眼用為左右對稱,故而此處僅表示左眼用,對於右眼用,省略圖示。再者,虛像顯示裝置100例如成為具有如一般之眼鏡般之外觀(未圖示)者作為整體。 圖像形成裝置10具備作為影像元件之液晶元件11、及光耦合用之投射透鏡12。液晶元件(影像元件)11將來自光源14之照明光在空間上調變,而形成應成為動態圖像、其他顯示對象之影像光GL。液晶元件(影像元件)11將具有特定之偏光特性之影像光GL射出。具體而言,可自液晶元件11使偏向S偏光之狀態之影像光GL經由平行導光體22入射至反射單元30。再者,此處,S偏光係以下文詳細敍述之反射單元30或其反射鏡31為基準者。投射透鏡12例如於縱向之y方向上作為使自液晶元件11上之各點射出之影像光GL變為大致平行光線之準直透鏡而發揮功能,於橫向之xz剖面上與導光裝置20之一部分協動而作為準直透鏡發揮功能。再者,投射透鏡12係利用玻璃或塑膠而形成,不限定於1片,可設為複數片之構成。投射透鏡12不限定於球面透鏡,可設為包含非球面透鏡、非軸對稱曲面之自由曲面透鏡等。 導光裝置20具有平板狀之部分,將利用圖像形成裝置10而形成之影像光GL作為虛像光而朝向觀察者之眼睛EY射出,並且使與外界影像對應之外界光OL實質性地直接透過。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、及用以提取影像光之射出部23。於本實施形態之情形時,入射部21配置於觀察者之耳側,射出部23配置於觀察者之鼻側。平行導光體22及入射部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,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僅傾斜角σ。於此情形時,可將平行導光體22沿著表面之曲線而配置,但平行導光體22之法線成為相對於光軸AX具有傾斜度者。如此,於將平行導光體22之法線相對於平行於光軸AX之z方向僅傾斜角度σ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之法線形成角度σ者。 入射部21具有:光入射面IS,其擷取來自圖像形成裝置10之影像光GL;及反射面RS,其將所擷取之影像光GL反射並導入至平行導光體22內。光入射面IS於投射透鏡12側由凹狀之曲面21b而形成,該曲面21b也具有將被反射面RS反射之影像光GL於內面側全反射之功能。反射面RS於投射透鏡12側由凹狀之曲面21a而形成。反射面RS係藉由於曲面21a上實施鋁蒸鍍等成膜而形成,且將自光入射面IS入射之影像光GL反射並將光程向特定方向彎折,曲面21b將被反射面RS反射之影像光GL於內側全反射並將光程向特定方向彎折。即,入射部21藉由以2次反射將自光入射面IS入射之影像光GL彎折,而確實地將影像光GL耦合於平行導光體22內。再者,曲面21b或曲面21a並不限定於球面或非球面,可設為非軸對稱曲面。藉此,可提高導光裝置20之光學性能。進而,曲面21b、21a亦可為於縱向之y方向具有折射力者。藉此,可輔助由投射透鏡12所產生之準直功能。 平行導光體22係平行於y軸且相對於x軸或z軸傾斜之平板部分,亦稱為導光體。平行導光體(導光體)22由透光性之樹脂材料等形成,且具有平行延伸之一對面即2個對向之平面22a、22b。由於兩平面22a、22b為平行平面,故而對於外界影像,不會導致其擴大或聚焦偏差。又,+z側或Z側之一個平面22a作為使來自入射部21之影像光全反射之全反射面而發揮功能,具有以較少之損失將影像光導入至射出部23之功能。即,+z側之平面22a配置於平行導光體22之外界側而作為全反射面發揮功能,於本說明書中,亦稱為外界側面。又,於本說明書中,-z側之平面22b亦稱為觀察者側面。背面側之平面(觀察者側面)22b延伸至射出部23之一端為止。此處,背面側之平面22b之延長平面成為平行導光體22與射出部23之交界面IF。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入射至作為全反射面之平面22a,於此處被全反射,並被導入至導光裝置20之裏側即設置有射出部23之+x側或X側。即,於平行導光體22中,X軸方向成為影像光GL之導光方向。再者,平行導光體22具有末端面ES作為於導光裝置20之外形之中劃分形成+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及下端面BP作為劃分形成±y側之端面之上表面及底面。 如圖2所示,射出部23於平行導光體22之裏側(+X側),沿著背面側之平面22b而於其延長上形成為層狀,或以沿著交界面IF之方式形成為層狀。於在平行導光體22之外界側之平面(全反射面)22a使於特定面區域FR被全反射之影像光GL通過時,射出部23將入射之影像光GL以特定角度反射並向光射出面OS側彎折。此處,在此之前並未透過該射出部23而最先入射至射出部23之影像光GL係作為虛像光之提取對象。即,即便於射出部23中有在光射出面OS之內面或交界面IF上被反射之光,亦不將其作為影像光而利用。射出部23具有反射單元30,該反射單元係將具有透過性之複數個反射鏡等排列而成,但關於其詳細之構造,參照圖3等而於下文進行詳細敍述。 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射出且自光入射面IS入射至導光裝置20之影像光GL於入射部21藉由複數次反射而被彎折,並於平行導光體22之平面22a之特定面區域FR被全反射而大致沿著光軸AX前進。於+z側或+Z側之平面22a之特定面區域FR被反射之影像光GL入射至射出部23。此時,於XY面內,特定面區域FR之長度方向之寬度變得較射出部23之長度方向之寬度窄。即,影像光GL之光束入射至射出部23(或反射單元30)之入射寬度較影像光GL之光束入射至特定面區域FR之入射寬度寬。如此,藉由將影像光GL之光束入射至特定面區域FR之入射寬度相對地縮窄,而變得不易產生光程之干涉,且在不將交界面IF用於導光(即,不於交界面IF使影像光GL反射)之情況下,變得易於使來自特定面區域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藉由在射出部23或反射單元30中以適當之角度彎折而成為可提取之狀態,最終自光射出面OS被射出。自光射出面OS射出之影像光GL作為虛像光而入射至觀察者之眼睛EY中。藉由該虛像光於觀察者之視網膜中成像,觀察者可辨識出由虛像所產生之影像光GL。 此處,用於影像形成之影像光GL入射至射出部23之角度隨著離開光源側之入射部21而變大。即,平行於外界側之平面22a且相對於Z方向或光軸AX傾斜度較大之影像光GL入射至射出部23之裏側並以相對較大之角度彎折,相對於Z方向或光軸AX傾斜度較小之影像光GL入射至射出部23之前側並以相對較小之角度彎折。 [1B.影像光之光程] 以下,對影像光之光程詳細地進行說明。如圖2所示,將於自液晶元件11之射出面11a上分別射出之影像光中之,虛線所示之自射出面11a之中央部分射出之成分設為影像光GL0,將圖中單點鏈線所示之自射出面11a之周邊中至紙面左側(偏+z之-x側)射出之成分設為影像光GL1,將圖中二點鏈線所示之自射出面11a之周邊中之紙面右側(偏-z之+x側)射出之成分設為影像光GL2。其等之中,影像光GL0之光程成為沿著光軸AX而延伸者。 經過投射透鏡12之各影像光GL0、GL1、GL2之主要成分自導光裝置20之光入射面IS分別入射之後,經過入射部21並通過平行導光體22內而到達射出部23。 具體而言,於影像光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被彎折並耦合於平行導光體22內之後,以標準反射角θ0入射至一個平面22a之特定面區域FR並被全反射,於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之交界面IF上幾乎不被反射而通過該交界面,並直接入射至射出部23之中央之部分23k。影像光GL0於部分23k中以特定之角度被反射,並自光射出面OS向相對於包含該光射出面OS之XY面傾斜之光軸AX方向(相對於Z方向,為角σ之方向)作為平行光束而射出。 又,自射出面11a之一端側(-x側)射出之影像光GL1於入射部21被彎折並耦合於平行導光體22內之後,以最大反射角θ1入射至一個平面22a之特定面區域FR並被全反射,於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之交界面IF上幾乎不被反射而通過該交界面,於射出部23中之裏側(+X側)之部分23h以特定之角度被反射,並自光射出面OS朝向特定之角度方向而作為平行光束射出。此時之射出角(與以光軸AX為基準之情形之角γ1對應)返回入射部21側之程度相對地變大。 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被彎折並耦合於平行導光體22內之後,以最小反射角θ2入射至一個平面22a之特定面區域FR並被全反射,於平行導光體22與射出部23(或反射單元30)之交界面IF上幾乎不被反射而通過該交界面,於射出部23中之入口側(-X側)之部分23m以特定之角度被反射,並自光射出面OS朝向特定之角度方向而作為平行光束射出。此時之射出角(與以光軸AX為基準之情形之角γ2對應)返回入射部21側之程度相對地變小。 即,各種視角之影像光GL0、GL1、GL2集中於假定有觀察者之眼睛EY之視點EPa。視點EPa意指設定於導光裝置20之射出光瞳之位置,只要於此放置眼睛EY,則可獲得明亮且無欠缺之圖像。 再者,影像光GL0、GL1、GL2係代表影像光GL之光線整體之一部分而進行說明者,關於其他構成影像光GL之光線成分,由於與影像光GL0等同樣地被導入並自光射出面OS射出,故而對於該等光線成分,省略圖示及說明。 此處,作為用於入射部21及平行導光體22之透明樹脂材料之折射率n之值之一例,若設為n=1.4,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之中最小之反射角θ2設為大於臨界角θc之值,對於所需之影像光,可使其滿足平行導光體22內之平面22a上之全反射條件。 再者,朝向中央之影像光GL0以仰角f0(=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f1(=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f2(=90°-θ2)入射至射出部23之部分23m。此處,仰角f0、f1、f2間,反映出反射角θ0、θ1、θ2之大小關係且f2>f0>f1之關係成立。即,於反射單元30之偏光分離型之反射鏡31之入射角ι(參照圖3)按照與仰角f2對應之部分23m、與仰角f0對應之部分23k、與仰角f1對應之部分23h之順序慢慢變小。換言之,於偏光分離型之反射鏡31之入射角ι或於該反射鏡31之反射角(於考慮逆進光程之情形時,亦為視線之入射角)隨著離開入射部21而變小。影像光GL0、GL1、GL2之於反射鏡31之入射角ι就可將通過反射鏡31之次數調整為較少之觀點而言,設為40°以上。藉此,在來自入射部21側之影像光GL入射至反射單元30而入射至最先之反射鏡31之階段或入射至相鄰之反射鏡31之階段,變得易於採取藉由反射鏡31反射影像光GL並於眼睛EY側提取之構成。即,於實施形態之例中,成為各反射鏡31最多使影像光GL通過2次之構成。藉此,經由反射單元30之影像光GL之亮度控制變得容易,以高畫質顯示成為可能。 對被平行導光體22之外界側之平面22a反射而朝向射出部23之影像光GL之光束之整體之行為進行說明。影像光GL之光束於包含光軸AX之剖面中,於在平行導光體22之外界側之特定面區域FR被反射之前後之直進光程P1、P2之任一者中縮窄了寬度。具體而言,影像光GL之光束於包含光軸AX之XZ剖面中,於特定面區域FR附近、即直進光程P1、P2之交界附近,跨及兩直進光程P1、P2之位置作為整體而縮窄了寬度,而光束寬度變窄。藉此,藉由將影像光GL之光束於射出部23之近前縮窄化,變得易於使橫向之視角變得相對較寬闊。 再者,於圖示之例中,影像光GL之光束於跨及兩直進光程P1、P2之位置縮窄了寬度而光束寬度變窄,但亦可僅於直進光程P1、P2之任一單側縮窄寬度而光束寬度變窄。 [1C.射出部之構造及利用射出部所進行之光程之彎折] 以下,參照圖2~3等,對射出部23之構造及利用射出部23所進行之影像光之光程之彎折詳細地進行說明。 首先,對射出部23之構造進行說明。射出部23具有將偏光分離型之複數個反射鏡31排列而成之反射單元30,該反射鏡將影像光GL分別部分地反射。反射單元30係沿著相對於光軸AX僅傾斜角σ之XY平面而延伸之矩形板狀之構件,且具有將較細之帶狀之反射鏡31以成為條紋圖案之方式埋入多個而成之構造。即,反射單元30係藉由使向y方向或Y方向延伸之細長之反射鏡31於平行導光體22之延伸方向即X方向排列多個而構成。於該等反射鏡31之間,填滿了各向同性之折射介質。更具體而言,反射鏡31係將平行於圖2等所示之平行導光體22之平面22a、22b且相對於排列有反射鏡31之X方向垂直地延伸之方向、即上下之y方向或Y方向作為長度方向,而以線狀延伸。進而,反射鏡31較平行導光體22之觀察者側而更朝向外界側向入射部21側傾斜。更具體而言,反射鏡31以其長度方向(Y方向)為軸,以與平面22a、22b正交之YZ面為基準,以上端(+Z側)向逆時針方向旋轉之方式傾斜。即,各反射鏡31係於XZ剖面觀看而向-X方向及+Z方向之間之方向延伸。進而,全反射鏡31精密地相互平行配置。於此情形時,可使其為如下構成,即,影像光GL不在平行導光體22與反射單元30之交界面IF上被反射,而僅經由入射至射出部23之位置或其附近之反射鏡31。藉此,可減少應觀察到之影像光GL經由反射鏡31之次數而防止亮度不均或減光,另一方面,可防止意料之外之影像光之射出而抑制重影光之產生。 反射單元30具有接合多個區塊構件32而成之構造,該區塊構件具有各向同性之折射率,反射鏡31成為夾在相鄰之一對區塊構件32間之薄膜狀者。此處,區塊構件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,需要對使反射鏡31傾斜之角度δ進行調整或修正。 反射鏡31例如為由介電體多層膜而形成之反射元件,且成為P偏光之反射率與S偏光之反射率不同者。藉由使反射鏡31為介電體多層膜,不僅P偏光之反射率及S偏光之反射率之調整較容易,而且可減少光之損失,即便降低反射率,亦可容易地維持均一之特性。此處,P偏光意指其電場成分平行於反射鏡31之入射面(即,垂直於反射鏡31且包含入射光線及反射光線之XZ面)者,S偏光意指其電場成分垂直於反射鏡之上述入射面者。 更具體而言,複數個反射鏡31具有同樣之特性,係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。例如,將反射鏡31之P偏光之反射率設為Rp,將反射鏡31之S偏光之反射率設為Rs時,以滿足下述條件式(1)及(2) Rp<0.05…(1) Rp<0.5×Rs…(2) 之方式設定反射鏡31之反射特性。於此情形時,P偏光之反射率與S偏光之反射率之差較大,P偏光之反射率非常小,故而可一面提高外界光OL之透過率,一面抑制觀看鄰近物體之情形時產生重影。進而,於具體之例中,反射鏡31之反射特性成為滿足下述條件式(2)' Rp<0.2×Rs…(2)' 而代替上述條件式(2)者。即,P偏光之反射率設定為極低,S偏光之反射率設定為P偏光之2倍以上,較佳為設定為5倍以上而相對而言變得足夠大。再者,反射鏡31對影像光GL之整體之反射率、即將P偏光及S偏光合計而成之反射率就使利用透視所進行之外界光OL之觀察變得容易之觀點而言,於假定之影像光GL之入射角範圍內,設為3%以上且50%以下。 此處,反射單元30之厚度TI(即,反射鏡31之Z軸方向之寬度)設定為0.7 mm~3.0 mm左右。再者,支持反射單元30之平行導光體22之厚度例如成為數mm~10 mm左右,較佳為4 mm~6 mm左右。若平行導光體22之厚度與反射單元30之厚度相比足夠大,則易於減小於反射單元30或交界面IF上之影像光GL之入射角,易於抑制在位於影像光GL不會被眼睛EY擷取之位置之反射鏡31上之反射。另一方面,若使平行導光體22之厚度變得相對較薄,則變得易於謀求平行導光體22或導光裝置20之輕量化。 反射鏡31可設為全部設定為同一傾斜度,且以平行導光體22之觀察者側之平面22b為基準,於順時針方向例如形成48°~70°左右之傾斜角度δ者,具體而言,例如形成60°之傾斜角度δ。此處,影像光GL0之仰角f0例如設定為30°,影像光GL1之仰角f1例如設定為22°,影像光GL2之仰角f2例如設定為38°。於此情形時,影像光GL1與影像光GL2以光軸AX為基準形成角度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之中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之中作為反入射側之+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之中作為入射側之-X側之部分23m側之情形時,可在將影像光GL作為整體而集中於觀察者之眼睛EY之角度狀態下有效率地將其提取。由於為在此種角度關係下提取影像光GL之構成,故而導光裝置20可原則上不使影像光GL於反射單元30中透過複數次而使其反射1次,可以較少之損失提取影像光GL作為虛像光。 再者,1次以上通過反射單元30之反射鏡31之非利用光存在再次入射至外界側之平面22a之可能性,但於在此處被全反射之情形時,多數情況下可使其入射至反射單元30之裏側之部分23h或更裏側即有效區域外,而降低了入射至眼睛EY之可能性。 又,於反射單元30之部分23m、23k、23h中,影像光GL之至少一部分複數次經由反射鏡31(具體而言,包括1次以上之透過及1次反射在內之通過)。於此情形時,經由反射鏡31之次數變為複數次,但由於使來自複數個反射鏡31之反射光作為影像光GL在一定程度上平衡而使其分別入射至觀察者之眼睛EY,故而光量之損失不會變得過大。另一方面,若經由反射鏡31之次數變為3次以上,則其光量控制變得困難,而會產生於可見像中觀察到縱條紋狀之不均之可能性。因此,適當設定反射鏡31之排列間隔SP或反射單元30之厚度TI。 參照圖4、5等,對構成反射單元30之複數個反射鏡31之功能進行說明。再者,以下,為了簡化說明,基本上考慮外界光OL垂直入射至反射單元30之主面並自光射出面OS垂直射出之情形。與此對應,圖4表示外界光OL自垂直方向入射至反射單元30之情形,圖5與圖4之狀態對應,表示影像光GL以仰角f入射至反射單元30並自反射單元30向垂直方向射出之情形。 反射鏡31係由介電體多層膜而形成之偏光分離元件,且使實線所示之P偏光以透過率α透過,使虛線所示之S偏光以透過率β透過。即,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α),反射鏡31之S偏光之反射率Rs=(1-β)。此處,為了方便起見,將來自入射部21側之影像光GL入射至反射單元30而最先入射之反射鏡31稱為第1反射鏡31A,將配置於第1反射鏡31A之反入射側之相鄰之反射鏡31稱為第2反射鏡31B。 如圖4所示,關於入射至反射單元30之外界光OL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之透過光OT中包含強度α×IP0之P偏光、及強度β×IS0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之反射光OR1中包含強度(1-α)×IP0之P偏光、及強度(1-β)×IS0之S偏光。來自第1反射鏡31A之反射光OR1之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光OR2中包含強度(1-α)2 ×IP0之P偏光、及強度(1-β)2 ×IS0之S偏光。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度(α×IP0+β×IS0)之透過光OT、及經過第2反射鏡31B之強度((1-α)2 ×IP0+(1-β)2 ×IS0)之反射光OR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之透過光OT之強度成為α×IP0+β×IS0,來自第2反射鏡31B之反射光OR2之強度成為(1-β)2 ×IS0。進而,於外界光OL所包含之偏光成分幾乎為P偏光成分之情形時,即,於強度IS0≪IP0之情形時,來自第1反射鏡31A之透過光OT之強度大致成為α×IP0,來自第2反射鏡31B之反射光OR2之強度大致成為零。其結果為,入射至觀察者之眼睛EY之外界光OL成為僅透過第1反射鏡31A者,且經由第2反射鏡31B者實質上不再存在。再者,外界光OL所包含之偏光成分偏向P偏光成分並不罕見。例如,於對反射光進行觀察之情形時或對特定種類之顯示器進行觀察情形時,符合該情況。 如此,於到達眼睛EY之外界光OL僅包含透過第1反射鏡31A者之情形時,可抑制在越過反射單元30而觀看鄰近物體時,起因於反射光OR2(即,由經反射鏡31之雙重反射所產生之間接光)而觀察到重影。由於來自鄰近物體之外界光OL具有發散角,故而於經過位置相互不同並且平行延伸之第1反射鏡31A及第2反射鏡31B而以相同之角度入射至眼睛EY之透過光OT及反射光OR2並存之情形時,成為圖像存在些許偏差而發生重疊之重影之原因。再者,於越過反射單元30而觀看無限遠之物體之情形時,不會如此產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。 另一方面,如圖5所示,關於入射至反射單元30之影像光GL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之反射光GR1中包含強度(1-α)×IP0之P偏光、及強度(1-β)×IS0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之透過光GT中包含強度α×IP0之P偏光、及強度β×IS0之S偏光。來自第1反射鏡31A之透過光GT之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光GR2中包含強度α(1-α)×IP0之P偏光、及強度β(1-β)×IS0之S偏光。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度((1-α)×IP0+(1-β)×IS0)之反射光GR1、及經過第2反射鏡31B之強度(α(1-α)×IP0+β(1-β)×IS0)之反射光GR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度成為(1-β)×IS0,來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度成為β(1-β)×IS0。再者,於影像光GL所包含之偏光成分幾乎為S偏光成分之情形時,即,於強度IP0≪強度IS0之情形時,P偏光之反射率Rp=(1-α)即便近似為零,亦不會特別產生問題,反而就消除P偏光成分之透過損失之觀點而言亦可言較理想。 圖6、7係對構成反射單元30之複數個反射鏡31之具體之構成例之功能進行說明者。於此情形時,反射鏡31使實線所示之P偏光以透過率α=1.0透過,使虛線所示之S偏光以透過率β=0.8透過。 由圖6可明確般,於入射至反射單元30之外界光OL幾乎為P偏光之情形時,直接進入第1反射鏡31A而朝向眼睛EY之透過光OT之強度成為0.8×IP0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光OR2之強度成為零。即,無論外界光OL為來自無限遠者,抑或為來自鄰近物體者,均可防止產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。由圖7可明確般,於入射至反射單元30之影像光GL幾乎為S偏光之情形時,被第1反射鏡31A彎折而朝向眼睛EY之透過光GT之強度成為0.2×IS0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光GR2之強度成為0.16×IS0。入射至反射單元30之影像光GL實質上包含平行光作為來自無限遠之光線,只要於反射單元30中僅維持角度資訊,則即便射出位置移動,亦不會產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。 以上,為了方便進行說明,假設外界光OL垂直入射至反射單元30之主面而進行了說明,但即便外界光OL傾斜地入射至反射單元30之主面,亦可使其發揮同樣之功能。例如,只要使構成反射單元30之複數個反射鏡31之偏光分離特性符合外界光OL或影像光GL之入射角而適當進行調整即可,於入射角具有特定之寬度之情形時,亦可將P偏光或S偏光之反射率均勻地保持為不會產生問題之程度。進而,於以上之說明中,並未對外界光OL或影像光GL之波長進行說明,但外界光OL或影像光GL可於可見光線之波長區域內設為任意之波長。如此,於在光之波長區域內具有特定之寬度之情形時,亦可將P偏光或S偏光之反射率均勻地保持為不會產生問題之程度。 參照圖8,對反射單元30之製造方法之一例進行說明。預先準備作為玻璃製之平行平板之多個玻璃板91。其次,藉由利用真空蒸鍍等於所準備之多個玻璃板91之一面成膜介電體多層膜92而準備多個要件板90。關於介電體多層膜92,為了實現所需之偏光分離特性,適當設定其膜材料、膜厚、積層數等。其後,一面利用接著劑將所形成之多個要件板90接合,一面進行積層,並沿著切斷線C1、C2而將整體斜向切斷。藉此,可獲得作為斜向分割平行平板而成之細長之稜鏡片之區塊構件32之間夾著包含介電體多層膜之反射鏡31之構造之反射單元30。經由接著劑將該反射單元30貼附於平行導光體22之觀察者側之適當位置,並使接著劑硬化,藉此進行固定。 [1D.第1實施形態之總結] 根據以上所說明之第1實施形態之導光裝置20,由於構成反射單元30之複數個反射鏡31係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件,故而例如於偏向P偏光之外界光OL入射至導光裝置20之情形時,相對於入射至反射單元30並通過特定之第1反射鏡31A而入射至眼睛EY之外界光OL,可減少被第1反射鏡31A反射並被相鄰之第2反射鏡31B再次反射而入射至眼睛EY之外界光OL。藉此,於越過平行導光體22而觀看鄰近物體之情形時,可抑制起因於由經反射鏡31之雙重反射所產生之間接光而觀察到重影。又,於使偏向S偏光之影像光GL經由平行導光體22而入射至反射單元30之情形時,可抑制入射至反射單元30並被特定之第1反射鏡31A反射而入射至眼睛EY之影像光GL之亮度降低,可提高影像光GL之光利用效率。 圖9係說明關於上述第1實施形態之導光裝置20中之射出部23之構造等之變化例之圖。於此情形時,反射單元30之厚度於接近入射部21之入射側較厚,於離入射部21較遠之反入射側變薄。又,構成反射單元30之反射鏡31之排列間隔SP於接近入射部21之入射側較短,於離入射部21較遠之反入射側慢慢變長。 於導光裝置20中,於離入射部21較遠之側,影像光GL2之仰角f2變小,藉由使反射單元30變薄或擴大排列間隔SP,可抑制經由反射鏡31之次數增加。此處,較理想為反射單元30之觀察側之光射出面OS與平行導光體22之外界側之平面22a為平行。即,平行導光體22中之與反射單元30相鄰之部分原則上具有稍許楔角。 圖10係說明關於上述第1實施形態之導光裝置20之中射出部23之構造等之另一變化例之圖。於此情形時,將設置於射出部23之反射單元30以傾斜之狀態裝入。具體而言,反射單元30以離入射部21較遠之裏側之部分23h較接近入射部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22a、22b為基準,以逆時針方向未達90°之適當之角度ρ傾斜者。 再者,射出部23夾著反射單元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之剖面為楔狀之稜鏡構件23f。藉此,平行導光體22之外界側之平面22a同與該平面22a對向之光射出面OS或平面20b成為平行,而可進行外界光OL之自然之觀察。即便以傾斜之狀態配置反射單元30,只要將角度條件設為與圖2~3所示之例相同,則亦可使於平行導光體22之外界側之平面22a上被反射之影像光GL被複數個反射鏡31反射,可使其通過觀察側之光射出面OS,可與圖2等情形同樣地形成虛像。 [第2實施形態] 以下,對將本發明之第2實施形態之導光裝置裝入而成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將第1實施形態之導光裝置部分地變化而成者,對於共同之部分,省略說明。 如圖11所示,本實施形態之虛像顯示裝置100具備覆蓋導光裝置20之外界側之遮光構件60作為導光裝置20所附帶之元件。該遮光構件60經由未圖示之框架而裝卸自如地固定於導光裝置20。遮光構件60具有偏向特定方向之偏光特性,具體而言,成為P偏光之透過率高於S偏光之透過率者。藉此,可使偏向P偏光之外界光OL入射至導光裝置20或反射單元30,故而可確實地抑制於觀看鄰近物體之情形時產生重影。再者,關於遮光構件60之偏光特性,P偏光及S偏光係以導光裝置20之反射鏡31為基準者。即,關於遮光構件60,作為外界光OL中之大致平行於平行導光體22之導光方向(即,X軸方向)之第1方向(相當於圖11之x軸方向)之電場成分之P偏光之透過率高於作為外界光OL中之與第1方向正交之第2方向(相當於圖11之y軸方向)之電場成分之S偏光之透過率。 [其他] 以上,根據實施形態對本發明進行了說明,但本發明並不限定於上述實施形態,可在不脫離其主旨之範圍內於各種態樣中實施,例如,亦可如下所示般進行變化。 例如,設置於上述實施形態之虛像顯示裝置100之導光裝置20係設為於平行導光體22中,於平面22a上僅使影像光GL全反射一次而將其導入至反射單元30之構成,但亦可設為於對向之平面22a、22b上使影像光GL全反射複數次而將其導入至反射單元30之構成。例如,可於平面22b上被反射之後使其於平面22a上反射而將影像光GL導入至反射單元30,進而,可藉由平面22a、22b進行3以上之反射而將其導入至反射單元30。但是,此時,需要使影像光GL最後於表側之平面22a上反射而將其導入至反射單元30。除此以外,關於影像光GL到達射出部23為止之全反射次數,無需使全部影像光GL之該等次數一致,可設為將於平面22a、22b上之反射次數不同之影像光GL合成而顯示圖像者。 關於設置於反射單元30之多個反射鏡31之反射率,原則上使其一致,但亦可使該等反射鏡31之反射率或偏光分離特性自接近入射部21之入射側至反入射側慢慢變化。 於以上之說明中,使用透過型之液晶元件11作為影像元件,但作為影像元件,並不限定於透過型之液晶元件,可利用各種液晶元件。例如,亦可為使用反射型之液晶面板之構成,亦可代替液晶元件11而使用數位微反射鏡元件等。又,亦可為使用以有機EL(Electroluminescen,電致發光)、LED(Light Emitting Diode,發光二極管)陣列或有機LED等為代表之自發光型元件之構成。進而,亦可為使用將雷射光源、多面反射鏡、及其他掃描儀組合而成之雷射掃描儀之構成。 例如,如圖12所示,可於導光裝置20中之影像光GL之光程上配置偏光元件71。由於該偏光元件71兼作入射部21之反射面RS,故而為賦予偏向特定方向之偏光特性之光學元件,例如為於由有機材料或無機材料而形成之反射型之偏振濾光器、或透過型之偏振濾光器之背面塗佈反射鏡而成者。藉由裝入此種偏光元件71,可於液晶元件11將偏光作為影像光GL而射出之情形時,優化關於影像光GL之偏光之偏向。具體而言,可將入射至反射單元30之影像光GL限制為S偏光,例如,可使偏向S偏光之影像光GL入射至反射單元30,故而可抑制入射至反射單元30並被特定之反射鏡31反射而入射至眼睛EY之影像光之亮度降低,可提高影像光GL之光利用效率。又,即便於代替液晶元件11而使用將不具有偏光特性之影像光GL射出者作為影像元件之情形時,亦可使其具有將影像光GL之偏光方向集中於特定方向之功能,例如,可使偏向S偏光之影像光GL入射至反射單元30,故而可提高影像光GL之光利用效率。 於以上之說明中,作為虛像顯示裝置100,設為與右眼及左眼之兩者對應而各設置一組圖像形成裝置10及導光裝置20之構成,但亦可設為僅對右眼或左眼之中任一者設置圖像形成裝置10及導光裝置20而以單眼對圖像進行觀察之構成。 於以上之說明中,假設實施形態之虛像顯示裝置100為頭戴式顯示器而進行了具體之說明,但實施形態之虛像顯示裝置100亦可應用於抬頭顯示器、雙眼鏡型之手持型顯示器等。 於以上之說明中,於平行導光體22等之平面22a、22b或曲面21b中,於表面上不設置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並導入,但關於本案發明中之全反射,亦包含藉由於平面22a、22b上之整體或一部分形成反射鏡塗層、或半反射鏡膜而達成之反射。例如,亦包含在影像光GL之入射角度滿足全反射條件之基礎上,於平面22a、22b之一部分實施反射鏡塗層等,而實質上將全部影像光反射之情形。 於以上之說明中,以X方向或x方向為橫向,以光入射面IS位於眼睛之橫向外側之方式形成平行導光體22,但只要能將影像光GL適當地導入至導光裝置20內,則光入射面IS之位置並不限定於此,例如,亦可設置於位於導光裝置20之上下之上端面TP或下端面BP之一部分等。於此情形時,使反射單元30繞著眼前之光軸AX而旋轉90°。 再者,於將遮光構件60附加於以此方式使其改變朝向之導光裝置20之情形時,遮光構件60成為如下,即,作為外界光OL中之大致平行於平行導光體22之導光方向之第1方向(即,縱向)之電場成分的P偏光之透過率高於作為外界光OL中之與第1方向正交之第2方向(即,橫向)之電場成分的S偏光之透過率。 以上並未言及,但可將平行導光體22中劃定外形之外周部中之上端面TP或下端面BP等作為黑色塗料塗佈面或噴砂加工面。進而,亦可對除上端面TP或下端面BP以外之部位實施黑色塗裝塗佈或噴砂加工。亦可僅對上端面TP或下端面BP等之一部分實施黑色塗裝或噴砂加工。 [第3實施形態] 以下,對將本發明之第3實施形態之導光裝置裝入而成之虛像顯示裝置進行說明。再者,第3實施形態之導光裝置係將第1實施形態之導光裝置部分地變化而成者,對於共同之部分,省略說明。 第3實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置之構造與如圖1A、1B及2所示之第1實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置之構造基本上相同,引用圖1A、1B及2之記載亦完全適用於第3實施形態之導光裝置。 第3實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置中之影像光之光程除了設置於射出部23之反射單元30中之光程以外,與圖1A、1B及2所示之第1實施形態之導光裝置及虛像顯示裝置中之影像光之光程相同。 以下,參照圖2、13等,對射出部23之構造及利用射出部23所進行之影像光之光程之彎折及偏光狀態之切換詳細地進行說明。 首先,對射出部23之構造進行說明。射出部23具有排列複合層39而成之反射單元30,該複合層係組合如下兩者而成,即,偏光分離型之複數個反射鏡31,其將影像光GL分別部分地反射;及偏光狀態轉換用之波片35,其分別改變影像光GL之偏光狀態。反射單元30係沿著相對於光軸AX僅傾斜角σ之XY平面而延伸之矩形板狀之構件,且具有將較細之帶狀之反射鏡31及波片35組合而成之複合層39以成為條紋圖案之方式埋入多個而成之構造。即,反射單元30係藉由使向y方向或Y方向延伸之細長之複合層39於平行導光體22之延伸方向即X方向排列多個而構成。更具體而言,反射鏡31及波片35係將平行於圖2等所示之平行導光體22之平面22a、22b且相對於排列有反射鏡31之X方向垂直地延伸之方向、即上下之y方向或Y方向作為長度方向,而以線狀延伸。進而,反射鏡31及波片35較平行導光體22之觀察者側而更朝向外界側向入射部21側傾斜。更具體而言,反射鏡31以其長度方向(Y方向)為軸,以與平面22a、22b正交之YZ面為基準,以上端(+Z側)向逆時針方向旋轉之方式傾斜。即,各反射鏡31及波片35於XZ剖面觀看而向-X方向及+Z方向之間之方向延伸。進而,全反射鏡31及波片35精密地相互平行配置。於以上之複合層39中,反射鏡31配置於入射側,波片35配置於反入射側。即,波片35配置於反射鏡31之反入射側。 反射單元30具有接合多個區塊構件32而成之構造,組合反射鏡31及波片35而成之複合層39成為夾在相鄰之一對區塊構件32間之薄膜狀者。此處,區塊構件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,需要對使反射鏡31傾斜之角度δ進行調整或修正。 反射鏡31例如為由介電體多層膜而形成之反射元件,且成為P偏光之反射率與S偏光之反射率不同者。更具體而言,複數個反射鏡31具有同樣之特性,係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。例如,將反射鏡31之P偏光之反射率設為Rp,將反射鏡31之S偏光之反射率設為Rs時,以滿足下述條件式(1)及(2) Rp<0.05…(1) Rp<0.5×Rs…(2) 之方式設定反射鏡31之反射特性。進而,於具體之例中,反射鏡31之反射特性成為滿足下述條件式(2)' Rp<0.2×Rs…(2)' 而代替上述條件式(2)者。即,P偏光之反射率設定為極低,S偏光之反射率設定為P偏光之2倍以上,較佳為設定為5倍以上而相對而言變得足夠大。再者,反射鏡31對影像光GL之整體之反射率、即將P偏光及S偏光合計而成之反射率就使利用透視所進行之外界光OL之觀察變得容易之觀點而言,於假定之影像光GL之入射角範圍內,設為3%以上且50%以下。 波片35例如為介電體之蒸鍍膜、有機材材料之膜、由形成條紋狀之奈米構造之微細構造層而形成之1/2波片。波片35將入射至反射鏡31之影像光GL及外界光OL之偏光狀態切換。具體而言,例如於P偏光之影像光GL通過反射鏡31之情形時,將該P偏光切換為S偏光,於S偏光之影像光GL通過反射鏡31之情形時,將該S偏光切換為P偏光。又,例如於P偏光之外界光OL入射至反射鏡31之前,將該P偏光切換為S偏光,於S偏光之外界光OL入射至反射鏡31之前,將該S偏光切換為P偏光。為了實現此種偏光方向之切換,波片35之光學軸、其他基準軸係以波片35或反射鏡31之延伸方向為基準而適當設定。 再者,由於影像光GL入射至反射鏡31之角度與外界光OL入射至反射鏡31之角度來自相反之側且一致,故而波片35對影像光GL及外界光OL產生同樣之作用。 反射單元30之厚度TI(即,反射鏡31之Z軸方向之寬度)設定為0.7 mm~3.0 mm左右。再者,支持反射單元30之平行導光體22之厚度例如成為數mm~10 mm左右,較佳為4 mm~6 mm左右。若平行導光體22之厚度與反射單元30之厚度相比足夠大,則易於減小於反射單元30或交界面IF上之影像光GL之入射角,易於抑制在位於影像光GL不會被眼睛EY擷取之位置之反射鏡31上之反射。另一方面,若使平行導光體22之厚度變得相對較薄,則變得易於謀求平行導光體22或導光裝置20之輕量化。再者,波片35之厚度較理想為使其變得與反射鏡31之排列間隔SP相比足夠小。藉此,可防止不入射至反射鏡31之影像光GL與波片35產生干擾。 反射鏡31及波片35可設為全部設定為同一傾斜度,且以平行導光體22之觀察者側之平面22b為基準,於順時針方向例如形成48°~70°左右之傾斜角度δ者。具體而言,反射鏡31例如相對於平面22b形成60°之傾斜角度δ。此處,影像光GL0之仰角f0例如設定為30°,影像光GL1之仰角f1例如設定為22°,影像光GL2之仰角f2例如設定為38°。於此情形時,影像光GL1與影像光GL2以光軸AX為基準形成角度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之中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之中作為反入射側之+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之中作為入射側之-X側之部分23m側之情形時,可在將影像光GL作為整體而集中於觀察者之眼睛EY之角度狀態下有效率地將其提取。由於為在此種角度關係下提取影像光GL之構成,故而導光裝置20可原則上不使影像光GL於反射單元30中透過複數次而使其反射1次,可以較少之損失提取影像光GL作為虛像光。 再者,通過反射單元30之反射鏡31等1次以上之非利用光存在再次入射至外界側之平面22a之可能性,但於在此處被全反射之情形時,多數情況下可使其入射至反射單元30之裏側之部分23h或更裏側即有效區域外,而降低了入射至眼睛EY之可能性。 又,於反射單元30之部分23m、23k、23h中,影像光GL之至少一部分複數次經由反射鏡31(具體而言,包括1次以上之透過及1次反射在內之通過)。於此情形時,經由反射鏡31之次數變為複數次,但如下所述,由於使來自複數個反射鏡31之反射光作為影像光GL而平衡而使其分別入射至觀察者之眼睛EY,故而可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均。另一方面,若經由反射鏡31之次數變為3次以上,則其光量控制變得困難,而會產生於可見像中觀察到縱條紋狀之不均之可能性。因此,適當設定反射鏡31之排列間隔SP或反射單元30之厚度TI。 參照圖14、15等,對構成反射單元30之複數個反射鏡31及波片35之功能進行說明。再者,以下,為了簡化說明,基本上考慮外界光OL垂直入射至反射單元30之主面並自光射出面OS垂直射出之情形。與此對應,圖15表示外界光OL自垂直方向入射至反射單元30之情形,圖14與圖15之狀態對應,表示影像光GL以仰角f入射至反射單元30並自反射單元30向垂直方向射出之情形。 反射鏡31係由介電體多層膜而形成之偏光分離元件,且使實線所示之P偏光以透過率α透過,使虛線所示之S偏光以透過率β透過。即,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α),反射鏡31之S偏光之反射率Rs=(1-β)。此處,為了方便起見,將來自入射部21側之影像光GL入射至反射單元30而最先入射之反射鏡31稱為第1反射鏡31A,將配置於第1反射鏡31A之反入射側之相鄰之反射鏡31稱為第2反射鏡31B。 波片35係與第1反射鏡31A之反入射側相鄰而配置,且如上所述般將通過反射鏡31之後之影像光GL自S偏光轉換為P偏光或自P偏光轉換為S偏光。又,將入射至反射鏡31之前之外界光OL自S偏光轉換為P偏光或自P偏光轉換為S偏光。 如圖14所示,關於入射至反射單元30之影像光GL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之反射光GR1中包含強度(1-α)×IP0之P偏光、及強度(1-β)×IS0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之透過光GT中包含強度α×IP0之S偏光、及強度β×IS0之P偏光。此處,關於影像光GL,伴隨其通過第1反射鏡31A而亦通過波片35,故而發生了S偏光及P偏光之間之偏光之轉換。來自第1反射鏡31A之透過光GT之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光GR2中包含強度β(1-α)×IS0之P偏光、及強度α(1-β)×IP0之S偏光。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度((1-α)×IP0+(1-β)×IS0)之反射光GR1、及經過第2反射鏡31B之強度(β(1-α)×IS0+α(1-β)×IP0)之反射光GR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度成為(1-β)×IS0,來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度成為α(1-β)×IP0。又,P偏光之透過率Rs=α近似為接近1之值,若假設影像光GL大致均等地包含P偏光及S偏光,則可言來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度(1-β)×IS0與來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度α(1-β)×IP0≒(1-β)×IP0變為大致相等。 如上所述,於來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度與來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度相等之情形時,被特定之反射鏡31A及相鄰之反射鏡31B分別作為S偏光而反射之影像光大致均等地於眼睛側被提取。即,可使被第1反射鏡31A反射而入射至眼睛EY之反射光GR1或影像光GL之亮度與被第2反射鏡31B反射而入射至眼睛EY之反射光GR2或影像光GL之亮度平衡,可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均。即,自液晶元件11上之各顯示點射出之影像光GL以與反射鏡31之配置之關聯性較少之相對均勻之亮度分佈入射至配置有眼睛EY之視點EPa周邊,故而與來自第1反射鏡31A之反射光GR1與來自第2反射鏡31B之反射光GR2不平衡之情形相比,可防止於越過反射單元30而可觀看到之虛像中觀察到意料之外之縱條紋狀之不均。 另一方面,如圖15所示,關於入射至反射單元30之外界光OL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之透過光OT中包含強度α×IS0之P偏光、及強度β×IP0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之反射光OR1中包含強度(1-β)×IP0之P偏光、及強度(1-α)×IS0之S偏光。來自第1反射鏡31A之反射光OR1之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光OR2中包含強度(1-β)・(1-α)×IP0之P偏光、及強度(1-α)・(1-β)×IS0之S偏光。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度(α×IS0+β×IP0)之透過光OT、及經過第2反射鏡31B之強度((1-β)・(1-α)×IP0+(1-α)・(1-β)×IS0)之反射光OR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之透過光OT之強度成為α×IS0+β×IP0,來自第2反射鏡31B之反射光OR2之強度成為0×IS0+0×IP0。其結果為,入射至觀察者之眼睛EY之外界光OL成為僅透過第1反射鏡31A者,且經由第2反射鏡31B者實質上不再存在。如此,於到達眼睛EY之外界光OL僅包含透過第1反射鏡31A者之情形時,可抑制在越過反射單元30而觀看鄰近物體時,起因於反射光OR2(即,由經反射鏡31之雙重反射所產生之間接光)而觀察到重影。由於來自鄰近物體之外界光OL具有發散角,故而於經過位置相互不同並且平行延伸之第1反射鏡31A及第2反射鏡31B而以相同之角度入射至眼睛EY之透過光OT及反射光OR2並存之情形時,成為圖像存在些許偏差而發生重疊之重影之原因。再者,於越過反射單元30而觀看無限遠之物體之情形時,不會如此產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。 圖16及17係對構成反射單元30之複數個反射鏡31等之具體之構成例之功能進行說明者。於此情形時,反射鏡31使實線所示之P偏光以透過率α=1.0透過,使虛線所示之S偏光以透過率β=0.8透過。 由圖16可明確般,於入射至反射單元30之影像光GL大致均等地包含P偏光及S偏光之情形時,被第1反射鏡31A彎折而朝向眼睛EY之透過光GT之強度成為0.2×IS0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光GR2之強度成為0.2×IP0。即,自液晶元件11上之各顯示點射出之影像光GL以與反射鏡31之配置之關聯性較少之相對均勻之亮度分佈入射至配置有眼睛EY之視點EPa周邊,故而可防止於越過反射單元30而觀看到之虛像中觀察到意料之外之縱條紋狀之不均。 由圖17可明確般,於入射至反射單元30之外界光OL大致均等地包含P偏光及S偏光之情形時,直接進入第1反射鏡31A而朝向眼睛EY之透過光OT之強度成為0.8×IP0+1.0×IS0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光OR2之強度成為零。即,無論外界光OL為來自無限遠者,抑或為來自鄰近物體者,均可防止產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。 以上,為了方便進行說明,假設外界光OL垂直入射至反射單元30之主面而進行了說明,但即便外界光OL傾斜地入射至反射單元30之主面,亦可使其發揮同樣之功能。例如,只要使構成反射單元30之複數個反射鏡31之偏光分離特性符合外界光OL或影像光GL之入射角而適當進行調整即可,於入射角具有特定之寬度之情形時,亦可將P偏光或S偏光之反射率均勻地保持為不會產生問題之程度。進而,於以上之說明中,並未對外界光OL或影像光GL之波長進行說明,但外界光OL或影像光GL可於可見光線之波長區域內設為任意之波長。如此,於在光之波長區域內具有特定之寬度之情形時,亦可將P偏光或S偏光之反射率均勻地保持為不會產生問題之程度。 參照圖18,對反射單元30之製造方法之一例進行說明。預先準備作為玻璃製之平行平板之多個玻璃板91。其次,藉由利用真空蒸鍍等於所準備之多個玻璃板91之一面成膜介電體多層膜92而準備多個要件板90。關於介電體多層膜92,為了實現所需之偏光分離特性,適當設定其膜材料、膜厚、積層數等。進而,於介電體多層膜92上形成波片層93。關於波片層93,例如可藉由對具有透光性之無機介電體材料進行斜向蒸鍍,而使蒸鍍膜具有折射率各向異性,並對透過光賦予根據偏光方向之相位差。又,關於波片層93,可替換為具有光學各向異性之有機材料膜,可利用接著劑將該有機材料膜貼附於介電體多層膜92上。進而,波片層93亦可藉由如下步驟而形成,即,藉由奈米壓印或光微影法而於介電體多層膜92上形成具有波長標度以下之節距之條紋圖案狀之凹凸構造,並於其上進行折射率不同之成膜。形成波片層93之後,一面利用接著劑將所形成之多個要件板90接合,一面進行積層,並沿著切斷線C1、C2而將整體斜向切斷。藉此,可獲得作為斜向分割平行平板而成之細長之稜鏡片之區塊構件32之間夾著包含介電體多層膜之反射鏡31及波片35之構造之反射單元30。經由接著劑將該反射單元30貼附於平行導光體22之觀察者側之適當位置,並使接著劑硬化,藉此進行固定。 再者,以上,於玻璃板91之主面之單側形成了介電體多層膜92及波片層93,但亦可於玻璃板91之主面之一側形成介電體多層膜92,於主面之另一側形成波片層93。 [1D.第3實施形態之總結] 根據以上所說明之第3實施形態之導光裝置20,由於其具有與複數個反射鏡31之各者相鄰而配置之複數個波片35,且複數個反射鏡31係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件,故而變得易於使入射至反射單元30並被特定之第1反射鏡31A反射而入射至眼睛EY之影像光GL之亮度、與透過該特定之第1反射鏡31A並被相鄰之第2反射鏡31B反射而入射至眼睛EY之影像光GL之亮度平衡,可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均。 設置於射出部23之反射單元30並不限定於圖13所例示者,與第1實施形態之情形同樣地,可使其厚度於接近入射部21之入射側較厚,於離入射部21較遠之反入射側較薄(參照圖9)。於此情形時,構成反射單元30之複合層39之排列間隔SP於接近入射部21之入射側較短,於離入射部21較遠之反入射側慢慢變長(參照圖9)。於導光裝置20中,於離入射部21較遠之側,影像光GL2之仰角f2變小,藉由使反射單元30變薄或擴大排列間隔SP,可抑制經由反射鏡31等之次數增加。 設置於射出部23之反射單元30與第1實施形態之情形同樣地,可以傾斜之狀態裝入(參照圖10)。具體而言,關於反射單元30,可使其以離入射部21較遠之裏側之部分23h較接近入射部21之前側之部分23m更靠外界之方式傾斜。即便以傾斜之狀態配置反射單元30,只要將角度條件設為與圖2~3所示之例相同,則亦可使於平行導光體22之外界側之平面22a上被反射之影像光GL被複數個反射鏡31反射,可使其通過觀察側之光射出面OS,可與圖2等情形同樣地形成虛像。 [第4實施形態] 以下,對將本發明之第4實施形態之導光裝置裝入而成之虛像顯示裝置進行說明。再者,第4實施形態之導光裝置係將第3實施形態之導光裝置部分地變化而成者,對於共同之部分,省略說明。 如圖19及20所示,於本實施形態之導光裝置20中,於複合層39中,反射鏡31配置於反入射側,波片35配置於入射側。即,波片35係與反射鏡31之入射側相鄰而配置。反射鏡31及波片35之功能與圖14及15所示者相同。 如圖19所示,關於入射至反射單元30之影像光GL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之反射光GR1中包含強度(1-β)×IP0之P偏光、及強度(1-α)×IS0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之透過光GT中包含強度β×IP0之S偏光、及強度α×IS0之P偏光。此處,影像光GL於入射至第1反射鏡31A之前亦通過波片35,故而關於反射光GR1,發生2次偏光之轉換而返回原本之偏光狀態,關於透過光GT,發生S偏光及P偏光之間之偏光之轉換。來自第1反射鏡31A之透過光GT之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光GR2中包含強度α(1-β)×IS0之P偏光、及強度β(1-α)×IP0之S偏光。此處,關於反射光GR2,亦發生2次偏光之轉換而返回原本之偏光狀態。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度((1-β)×IP0+(1-α)×IS0)之反射光GR1、及經過第2反射鏡31B之強度(α(1-β)×IS0+β(1-α)×IP0)之反射光GR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度成為(1-β)×IP0,來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度成為α(1-β)×IS0。又,P偏光之透過率Rs=α近似為接近1之值,若假設影像光GL大致均等地包含P偏光及S偏光,則可言來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度(1-β)×IP0與來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度α(1-β)×IS0≒(1-β)×IS0變為大致相等。 如上所述,於來自第1反射鏡31A之反射光GR1之強度與來自第2反射鏡31B之反射光GR2之強度相等之情形時,被特定之反射鏡31A及相鄰之反射鏡31B分別作為S偏光而反射並藉由波片35而分別被設為P偏光之影像光大致均等地於眼睛側被提取。即,可使被第1反射鏡31A反射而入射至眼睛EY之反射光GR1或影像光GL之亮度與被第2反射鏡31B反射而入射至眼睛EY之反射光GR2或影像光GL之亮度平衡,可抑制於可見像中觀察到縱條紋狀之不均。 另一方面,如圖20所示,關於入射至反射單元30之外界光OL,於其包含P偏光成分及S偏光成分之情形時,該等偏光成分藉由第1反射鏡31A而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,將P偏光成分之原本之強度設為IP0,並將S偏光成分之原本之強度設為IS0,於第1反射鏡31A之透過光OT中包含強度β×IS0之P偏光、及強度α×IP0之S偏光。又,於第1反射鏡31A之反射光OR1中包含強度(1-α)×IP0之P偏光、及強度(1-β)×IS0之S偏光。來自第1反射鏡31A之反射光OR1之偏光成分藉由第2反射鏡31B而以透過及反射之區別進行分離。具體而言,於第2反射鏡31B之反射光OR2中包含強度(1-α)・(1-β)×IP0之P偏光、及強度(1-β)・(1-α)×IS0之S偏光。即,於觀察者之眼睛EY中,越過反射單元30而入射了經過第1反射鏡31A之強度(β×IS0+α×IP0)之透過光OT、及經過第2反射鏡31B之強度((1-α)・(1-β)×IP0+(1-β)・(1-α)×IS0)之反射光OR2。 此處,反射鏡31之P偏光之反射率Rp=(1-α)近似為零,來自第1反射鏡31A之透過光OT之強度成為β×IS0+α×IP0,來自第2反射鏡31B之反射光OR2之強度成為0×IS0。其結果為,入射至觀察者之眼睛EY之外界光OL成為僅透過第1反射鏡31A者,且經由第2反射鏡31B者實質上不再存在。如此,於到達眼睛EY之外界光OL僅包含透過第1反射鏡31A者之情形時,可抑制在越過反射單元30而看到鄰近物體時,起因於反射光OR2(即,由經反射鏡31之雙重反射所產生之間接光)而觀察到重影。 圖21及22係對構成反射單元30之複數個反射鏡31之具體之構成例之功能進行說明者。於此情形時,反射鏡31使實線所示之P偏光以透過率α=1.0透過,使虛線所示之S偏光以透過率β=0.8透過。 由圖21可明確般,於入射至反射單元30之影像光GL大致均等地包含P偏光及S偏光之情形時,被第1反射鏡31A彎折而朝向眼睛EY之透過光GT之強度成為0.2×IP0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光GR2之強度成為0.2×IS0。即,自液晶元件11上之各顯示點射出之影像光GL以與反射鏡31之配置之關聯性較少之相對均勻之亮度分佈入射至配置有眼睛EY之視點EPa周邊,故而可防止於越過反射單元30而觀看到之虛像中觀察到意料之外之縱條紋狀之不均。 由圖22可明確般,於入射至反射單元30之外界光OL大致均等地包含P偏光及S偏光之情形時,直接進入第1反射鏡31A而朝向眼睛EY之透過光OT之強度成為0.8×IS0+1.0×IP0,被第2反射鏡31B彎折而朝向眼睛EY之反射光OR2之強度成為零。即,無論外界光OL為來自無限遠者,抑或為來自鄰近物體者,均可防止產生圖像存在些許偏差而發生重疊之重影。 [第5實施形態] 以下,對將本發明之第5實施形態之導光裝置裝入而成之虛像顯示裝置進行說明。再者,第5實施形態之導光裝置係將第3實施形態之導光裝置部分地變化而成者,對於共同之部分,省略說明。 本實施形態之虛像顯示裝置100與第2實施形態同樣地,具備覆蓋導光裝置20之外界側之遮光構件60(參照圖11)作為導光裝置20所附帶之元件。第5實施形態與第2實施形態在圖式上共通,故而以下,參照圖11進行說明。覆蓋導光裝置20之遮光構件60經由未圖示之框架而裝卸自如地固定於導光裝置20。遮光構件60具有偏向特定方向之偏光特性,例如成為P偏光之透過率低於S偏光之透過率者。於本實施形態之虛像顯示裝置100之情形時,藉由遮光構件60而抑制電場於橫向振動之P偏光之透過,故而包含在水面、窗戶玻璃等上之反射之外界光OL之觀察變得容易。再者,關於遮光構件60之偏光特性,P偏光及S偏光係以導光裝置20之反射鏡31為基準者。即,關於遮光構件60,作為外界光OL中之大致平行於平行導光體22之導光方向(即,X軸方向)之第1方向(相當於x軸方向)之電場成分之P偏光之透過率低於作為外界光OL中之與第1方向正交之第2方向(相當於y軸方向)之電場成分之S偏光之透過率。再者,關於遮光構件60之偏光特性,可根據使用方法而適當進行變更,例如,亦可為S偏光之透過率低於P偏光之透過率者。 [其他] 以上,根據實施形態對本發明進行了說明,但本發明並不限定於上述實施形態,可在不脫離其主旨之範圍內於各種態樣中實施,例如,亦可如下所示般進行變化。 例如,設置於上述實施形態之虛像顯示裝置100之導光裝置20係設為於平行導光體22中,於平面22a上僅使影像光GL全反射一次而將其導入至反射單元30之構成,但亦可設為於對向之平面22a、22b上使影像光GL全反射複數次而將其導入至反射單元30之構成。例如,可於平面22b上被反射之後使其於平面22a上反射而將影像光GL導入至反射單元30,進而,可藉由平面22a、22b進行3以上之反射而將其導入至反射單元30。但是,此時,需要使影像光GL最後於表側之平面22a上反射而將其導入至反射單元30。除此以外,關於影像光GL到達射出部23為止之全反射次數,無需使全部影像光GL之該等次數一致,可設為將於平面22a、22b上之反射次數不同之影像光GL合成而顯示圖像者。 關於設置於反射單元30之多個反射鏡31之反射率,原則上使其一致,但亦可使該等反射鏡31之反射率或偏光分離特性自接近入射部21之入射側至反入射側慢慢變化。同樣地,關於由多個波片35所產生之相位變化量,亦可使其自入射側至反入射側慢慢變化。 於以上之說明中,使用透過型之液晶元件11作為影像元件,但作為影像元件,並不限定於透過型之液晶元件,可利用各種液晶元件。例如,亦可為使用反射型之液晶面板之構成,亦可代替液晶元件11而使用數位微反射鏡元件等。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,亦可為使用將雷射光源、多面反射鏡、及其他掃描儀組合而成之雷射掃描儀之構成。 例如,如圖12所示,可於導光裝置20中之影像光GL之光程上配置偏光元件71。由於該偏光元件71兼作入射部21之反射面RS,故而為賦予偏向特定方向之偏光特性之光學元件,例如為於由有機材料或無機材料而形成之反射型之偏振濾光器、或透過型之偏振濾光器之背面塗佈反射鏡而成者。藉由裝入此種偏光元件71,可於液晶元件11將偏光作為影像光GL而射出之情形時,優化關於影像光GL之偏光之偏向。具體而言,可將入射至反射單元30之影像光GL限制為S偏光,可於使用將不具有偏光特性之影像光GL射出者作為影像元件之情形時,使其具有將影像光GL之偏光方向集中於特定方向之功能。 於以上之說明中,作為虛像顯示裝置100,設為與右眼及左眼之兩者對應而各設置一組圖像形成裝置10及導光裝置20之構成,但亦可設為僅對右眼或左眼之中任一者設置圖像形成裝置10及導光裝置20而以單眼對圖像進行觀察之構成。 於以上之說明中,假設實施形態之虛像顯示裝置100為頭戴式顯示器而進行了具體之說明,但實施形態之虛像顯示裝置100亦可應用於抬頭顯示器、雙眼鏡型之手持型顯示器等。 於以上之說明中,於平行導光體22等之平面22a、22b或曲面21b中,於表面上不設置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並導入,但關於本案發明中之全反射,亦包含藉由於平面22a、22b上之整體或一部分形成反射鏡塗層、或半反射鏡膜而達成之反射。例如,亦包含在影像光GL之入射角度滿足全反射條件之基礎上,於平面22a、22b之一部分實施反射鏡塗層等,而實質上將全部影像光反射之情形。 於以上之說明中,以X方向或x方向為橫向,以光入射面IS位於眼睛之橫向外側之方式形成平行導光體22,但只要能將影像光GL適當地導入至導光裝置20內,則光入射面IS之位置並不限定於此,例如,亦可設置於位於導光裝置20之上下之上端面TP或下端面BP之一部分等。於此情形時,使反射單元30繞著眼前之光軸AX而旋轉90°。再者,於將遮光構件60附加於以此方式使其改變朝向之導光裝置20之情形時,遮光構件60成為作為外界光OL中之大致平行於平行導光體22之導光方向之第1方向(即,縱向)之電場成分之P偏光之透過率高於作為外界光OL中之與第1方向正交之第2方向(即,橫向)之電場成分之S偏光之透過率者。 以上並未言及,但可將平行導光體22中劃定外形之外周部中之上端面TP或下端面BP等作為黑色塗料塗佈面或噴砂加工面。進而,亦可對除上端面TP或下端面BP以外之部位實施黑色塗裝塗佈或噴砂加工。亦可僅對上端面TP或下端面BP等之一部分實施黑色塗裝或噴砂加工。 於第3實施形態中,於圖14、16等之說明中,假設入射至反射單元30之影像光GL大致均等地包含P偏光及S偏光,但亦可為液晶元件11、其他影像元件不使P偏光與S偏光平衡而射出之情形。於此情形時,不使波片35為1/2波片,只要對相位差之調整量進行變更,則亦可使複合層39或波片35具有同樣之功能。 例如,如圖23所示,可於虛像顯示裝置100中之影像光GL之光程上配置消偏光元件72。於此情形時,消偏光元件72與液晶元件11對向而配置於液晶元件11之後側。消偏光元件72係將具有偏向特定方向之偏光特性之影像光GL變更為均等地包含P偏光及S偏光者之光學元件。又,如圖24所示,亦可於導光裝置20中之影像光GL之光程上配置消偏光元件72。於此情形時,消偏光元件21配置於形成反射面RS之構件與入射部21之間。作為消偏光元件21,例如,除了使用包含折射率各向異性材料且局部地配向於不同之方向之無規局部配向相位差構件者、使用高相位差膜者、或利用液晶之折射率各向異性者以外,亦可使用將亞波長光柵二維地排列而成之繞射光柵。再者,於該繞射光柵中,亞波長光柵具備具有波長標度以下之節距之條紋圖案狀之凹凸構造,且為於二維地排列之各亞波長光柵中,以節距或條紋之延伸方向不同方式設定者。藉由裝入此種消偏光元件72,例如於液晶元件11將偏光作為影像光GL而射出之情形時,可將關於影像光GL之偏光之偏向較好地消除。具體而言,可使入射至反射單元30之影像光GL成為大致均等地包含S偏光及P偏光者。 以上關於第3實施形態等之說明中,只要反射鏡31與波片35相鄰,則不限定於相接之情形,亦可波片35與反射鏡31相隔些許距離。此處,波片35與第1反射鏡31相鄰而配置除了波片35與反射鏡31相接之情形,亦包含波片35鄰近反射鏡31而與反射鏡相隔些許距離之情形。藉由波片35與反射鏡31相鄰,例如,可防止通過反射鏡31但不入射至與其對應之波片35等之意料之外之光之產生。但是,例如,如圖14所示之情形般反射鏡31與波片35相接更能確實地防止意料之外之光之產生。再者,於反射鏡31與波片35相隔之情形時,該距離較理想為反射鏡31之排列間隔SP之10%左右以下。
10‧‧‧圖像形成裝置
11‧‧‧液晶元件(影像元件)
11a‧‧‧液晶元件之射出面
12‧‧‧投射透鏡
14‧‧‧光源
20‧‧‧導光裝置
20b‧‧‧平面
21‧‧‧入射部
21a‧‧‧入射部之曲面
21b‧‧‧入射部之曲面
22‧‧‧平行導光體
22a‧‧‧平行導光體之平面
22b‧‧‧平行導光體之平面
23‧‧‧射出部
23f‧‧‧稜鏡構件
23h‧‧‧射出部中之裏側(+X側)之部分
23k‧‧‧射出部之中央之部分
23m‧‧‧射出部中之入口側(-X側)之部分
30‧‧‧反射單元
30a‧‧‧反射單元之入射面
30b‧‧‧反射單元之出射面
31‧‧‧反射鏡
31A‧‧‧第1反射鏡
31B‧‧‧第2反射鏡
32‧‧‧區塊構件
35‧‧‧波片
39‧‧‧複合層
60‧‧‧遮光構件
71‧‧‧偏光元件
72‧‧‧消偏光元件
90‧‧‧要件板
91‧‧‧玻璃板
92‧‧‧介電體多層膜
93‧‧‧波片層
100‧‧‧虛像顯示裝置
AX‧‧‧光軸
BP‧‧‧平行導光體之下端面
C1、C2‧‧‧切斷線
ES‧‧‧末端
EPa‧‧‧視點
EY‧‧‧觀察者之眼睛
FR‧‧‧平面22a之特定面區域
GL(GL0、GL1、GL2)‧‧‧影像光
GR1‧‧‧來自第1反射鏡之反射光
GR2‧‧‧來自第2反射鏡之反射光
GT‧‧‧來自第1反射鏡之透過光
IF‧‧‧交界面
IS‧‧‧光入射面
IP0‧‧‧P偏光成分之原本之強度
IS0‧‧‧S偏光成分之原本之強度
OL‧‧‧外界光
OR1‧‧‧來自第1反射鏡之反射光
OR2‧‧‧來自第2反射鏡之反射光
OS‧‧‧光射出面
OT‧‧‧來自第1反射鏡之透過光
P1、P2‧‧‧直進光程
P‧‧‧P偏光
S‧‧‧S偏光
RS‧‧‧反射面
SP‧‧‧反射鏡之排列間隔
TI‧‧‧反射單元之厚度
TP‧‧‧平行導光體之上端面
Z‧‧‧法線方向
圖1A係表示第1實施形態之虛像顯示裝置之剖視圖,圖1B係導光裝置之背面圖。 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程之圖。 圖3係說明反射單元中之反射鏡之配置及光程之狀態之部分放大圖。 圖4係說明利用反射單元所進行之外界光之處理之圖。 圖5係說明利用反射單元所進行之影像光之處理之圖。 圖6係說明利用反射單元所進行之外界光之處理之一例之圖。 圖7係說明利用反射單元所進行之影像光之處理之一例之圖。 圖8係說明反射單元之一製作例之圖。 圖9係說明影像光之光程之射出側之變化例之剖視圖。 圖10係說明影像光之光程之射出側之另一變化例之剖視圖。 圖11係說明第2實施形態之虛像顯示裝置之圖。 圖12係說明導光裝置之變化例之剖視圖。 圖13係說明第3實施形態之虛像顯示裝置之反射單元中之反射鏡等配置及光程之狀態之部分放大圖。 圖14係說明利用反射單元所進行之影像光之處理之圖。 圖15係說明利用反射單元所進行之外界光之處理之圖。 圖16係說明利用反射單元所進行之影像光之處理之一例之圖。 圖17係說明利用反射單元所進行之外界光之處理之一例之圖。 圖18係說明反射單元之一製作例之圖。 圖19係說明第4實施形態之導光裝置之反射單元之構造及影像光之處理之圖。 圖20係說明利用圖19之反射單元所進行之外界光之處理之圖。 圖21係說明利用反射單元所進行之影像光之處理之一例之圖。 圖22係說明利用反射單元所進行之外界光之處理之一例之圖。 圖23係說明導光裝置之變化例之剖視圖。 圖24係說明導光裝置之另一變化例之剖視圖。
10‧‧‧圖像形成裝置
11‧‧‧液晶元件(影像元件)
11a‧‧‧液晶元件之射出面
12‧‧‧投射透鏡
14‧‧‧光源
20‧‧‧導光裝置
21‧‧‧入射部
21a‧‧‧入射部之曲面
21b‧‧‧入射部之曲面
22‧‧‧平行導光體
22a‧‧‧平行導光體之平面
22b‧‧‧平行導光體之平面
23‧‧‧射出部
23h‧‧‧射出部中之裏側(+X側)之部分
23m‧‧‧射出部中之入口側(-X側)之部分
30‧‧‧反射單元
100‧‧‧虛像顯示裝置
AX‧‧‧光軸
ES‧‧‧末端
EY‧‧‧觀察者之眼睛
GL(GL0、GL1、GL2)‧‧‧影像光
IF‧‧‧交界面
IS‧‧‧光入射面
OL‧‧‧外界光
OS‧‧‧光射出面
RS‧‧‧反射面
Z‧‧‧法線方向

Claims (18)

  1. 一種導光裝置,其具備: 導光體,其具有與觀察者側及外界側對應而對向之一對面; 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; 上述射出部具有排列複數個反射鏡而成之反射單元,該反射鏡使來自上述入射部之影像光分別射出至觀察者側, 上述複數個反射鏡係P偏光之反射率低於S偏光之反射率之反射元件。
  2. 如請求項1之導光裝置,其係與遮光構件組合而使用,該遮光構件覆蓋上述導光體之外界側並且以上述反射鏡為基準之P偏光之透過率大於以上述反射鏡為基準之S偏光之透過率。
  3. 如請求項1或2之導光裝置,其中上述複數個反射鏡分別最多使影像光通過2次。
  4. 如請求項1之導光裝置,其中上述導光體之上述一對面大致平行地延伸,上述複數個反射鏡為了將於上述導光體之外界側反射之影像光反射並分別射出至觀察者側,而朝向外界側向上述入射部側傾斜,且 上述導光裝置與覆蓋上述導光體之外界側之遮光構件組合而使用, 上述遮光構件係作為外界光中之大致平行於上述導光體之導光方向之第1方向之電場成分的P偏光之透過率高於作為外界光中之與上述第1方向交叉之第2方向之電場成分的S偏光之透過率。
  5. 一種虛像顯示裝置,其具備產生影像光之影像元件、及如請求項1之導光裝置。
  6. 如請求項5之虛像顯示裝置,其中自上述影像元件出射有具有偏向特定方向之偏光特性之影像光。
  7. 如請求項5或6之虛像顯示裝置,其存在光學元件,該光學元件對自上述影像元件經由上述導光體之光學面而到達上述複數個反射鏡為止之光程賦予偏向特定方向之偏光特性。
  8. 如請求項1之導光裝置,其中上述反射單元具有與上述複數個反射鏡之各者對應而配置之複數個波片。
  9. 如請求項8之導光裝置,其中各波片與各反射鏡相鄰而配置。
  10. 如請求項9之導光裝置,其中各波片相對於各反射鏡而配置於離開上述入射部之反入射側。
  11. 如請求項9之導光裝置,其中各波片相對於各反射鏡而配置於存在上述入射部之入射側。
  12. 如請求項8至11中任一項之導光裝置,其中上述波片為1/2波片。
  13. 一種虛像顯示裝置,其具備產生影像光之影像元件、及如請求項8之導光裝置。
  14. 如請求項1或8之導光裝置,其中上述反射鏡由介電體多層膜而形成。
  15. 如請求項1或8之導光裝置,其中於將上述反射鏡之P偏光之反射率設為Rp,將上述反射鏡之S偏光之反射率設為Rs時,滿足下述條件式(1)及(2), Rp<0.05…(1) Rp<0.5×Rs…(2)。
  16. 如請求項1或8之導光裝置,其中上述導光體之上述一對面大致平行地延伸,上述複數個反射鏡為了將於上述導光體之外界側反射之影像光反射 並分別射出至觀察者側,而朝向外界側向上述入射部側傾斜。
  17. 如請求項1或8之導光裝置,其中影像光向上述反射鏡之入射角為40°以上。
  18. 如請求項1或8之導光裝置,其進而具備遮光構件,該遮光構件覆蓋上述導光體之外界側並且具有偏向特定方向之偏光特性。
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