WO2017077978A1 - 導光素子、接合光学素子、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

導光素子、接合光学素子、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ Download PDF

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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings

Definitions

  • Patent Documents 1 to 3 when the light guide element has two total reflection surfaces and an inclined surface, and the inclined surface intersects the two total reflection surfaces obliquely, one total reflection surface Intersects the inclined surface at an acute angle. And the part pinched
  • the fourth optical surface 1d intersects the second optical surface 1b at an obtuse angle
  • the cut and the second optical surface 1b and a fourth optical surface 1d in a first plane P 1 any two points on the cross section of the second optical surface 1b (for example, in the cross section of the second optical surface 1b a straight line 1b 1 passing through two points E 3 ⁇ E 4) at both ends in the two points at both ends of the fourth any two points on the cross section of the optical surface 1d (e.g. in the cross-section of a fourth optical surface 1d E 1 ⁇ E 3 ) and the straight line 1d 1 intersect at an obtuse angle ⁇ (90 ° ⁇ ⁇ 180 °).
  • the inflection point refers to a point where the direction of bending is changed by a curved line on the plane, that is, a point where the sign of curvature changes from positive to negative or from negative to positive on the curved line (a point where unevenness changes). .
  • the line segment V 1 -V 2 and the line segment W 1 -W 2 in FIG. 3 indicate that the cutting position of the fourth optical surface 1d by the second surface P 2 is the second optical surface from the third optical surface 1c side.
  • FIG. 9 is a horizontal sectional view (a sectional view in the ZX plane) showing still another configuration of the light guide element 10.
  • the third optical surface 1c of the light guide element 10 may have a shape recessed toward the second optical surface 1b.
  • the second surface P 2 when a plane including a straight line a (a straight line connecting one end L 1 of the intersection line L and the other end L 2 ) is considered as the second surface P 2 , Since the third optical surface 1c is recessed toward the second optical surface 1b, the third optical surface 1c and the fourth optical surface 1d cannot be cut simultaneously on the plane.
  • the second surface P 2 by considering a plane parallel to the straight line a, and a third optical surface 1c and a fourth optical surface 1d can be cut simultaneously in the plane.
  • the fourth optical surface 1d of the light guide element 10 and the first optical surface 3a of the bonding optical member 3 have substantially the same surface shape, so that a large gap is not formed between these optical surfaces.
  • the optical element 10 and the bonding optical member 3 can be bonded.
  • the inflection point of the curve is outside the optical effective area.
  • the image display device described above includes a display element that displays an image, and an eyepiece optical system that guides image light from the display element and guides it to the observation pupil.
  • a light guide element is included.

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Abstract

導光素子は、内部で光を導光するために必要な光学面を複数有する。複数の光学面は、鋭角で交わる２つの光学面を含む。上記２つの光学面の境界となる交線は、該交線の両端を結ぶ直線とは異なる形状である。上記直線を含む平面または上記直線に平行な平面で、上記２つの光学面を切ったとき、上記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線（Ｃ）が含まれている。曲線（Ｃ）は、変曲点（Ｍ）を持っている。

Description

導光素子、接合光学素子、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
　本発明は、内部で光を導光するために必要な光学面を複数有する導光素子と、その導光素子を含む接合光学素子と、上記導光素子または上記接合光学素子を含む画像表示装置と、その画像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ（Head　Mounted　Display）とも称する）とに関するものである。
　従来から、表示素子からの画像光を導光素子（例えば導光プリズム）の内部で導光し、観察瞳に導くことで、観察者に画像を観察させる画像表示装置が提案されている。例えば特許文献１～３に開示された画像表示装置では、表示素子からの画像光を、導光素子の対向する２つの光学面で全反射させて導光した後、導光素子において上記２つの光学面と斜めに交わる光学面で反射させて観察瞳に導いている。なお、説明の便宜上、上記２つの光学面を全反射面とも称し、上記全反射面と斜めに交わる光学面を傾斜面とも称する。上記２つの全反射面のうちの一方は、傾斜面で反射された画像光を観察瞳側に透過させる透過面（出射面）も兼ねている。
特開２０１４－１５３６４３号公報（請求項１、図３等参照） 特開２０１５－１０６０１２号公報（請求項１、図２等参照） 特開２０１４－１７４５１９号公報（請求項１、図１１等参照）
　ところが、特許文献１～３のように、導光素子が２つの全反射面と傾斜面とを有しており、傾斜面が２つの全反射面と斜めに交わる構成では、一方の全反射面は、傾斜面と鋭角で交わることになる。そして、上記一方の全反射面と傾斜面とで挟まれる部分は、鋭角の先端に向かって細くなる先細り形状となる。先細り形状の部分では、厚みが一定の部分（（例えば２つの全反射面が対向する部分）に比べて強度が弱いため、例えば導光素子を製品に組み込む場合の単純な押し付けなどによる外力が、鋭角で交わる全反射面と傾斜面とを貫く方向に働くと、その方向の力に対して、変形が起こりやすくなる。先細り形状の部分が変形すると、先細り形状を構成する光学面（全反射面、傾斜面）における光の透過方向または反射方向が、本来の光学設計によって規定される方向から変わってしまい、導光素子の内部で導光した光を、外部の適切な方向に導くことができなくなる。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、内部で光を導光するために必要な２つの光学面が鋭角に交わるような先細り形状を有する構成であっても、外力に対する先細り形状の部分での変形を抑えることができ、これによって、内部で導光した光を外部の適切な方向に導くことができる導光素子と、その導光素子を用いた接合光学素子と、上記導光素子または上記接合光学素子を用いた画像表示装置と、その画像表示装置を用いたＨＭＤとを提供することにある。
　本発明の一側面に係る導光素子は、内部で光を導光するために必要な光学面を複数有する導光素子であって、前記複数の光学面は、鋭角で交わる２つの光学面を含んでおり、前記２つの光学面の境界となる交線は、該交線の両端を結ぶ直線とは異なる形状であり、前記直線を含む平面または前記直線に平行な平面で、前記２つの光学面を切ったとき、前記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線が含まれており、前記曲線は、変曲点を持っている。
　本発明の他の側面に係る接合光学素子は、上述した導光素子と、前記導光素子の前記２つの光学面のうち、全反射によって光を導光する光学面とは異なる光学面と面形状が略同一の対向面を持ち、前記異なる光学面と前記対向面とが対向するように、前記導光素子と接合される接合用光学部材とを含む。
　本発明のさらに他の側面に係る画像表示装置は、画像を表示する表示素子と、前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、前記接眼光学系は、上述した導光素子を含んでいる。
　本発明のさらに他の側面に係る画像表示装置は、画像を表示する表示素子と、前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、前記接眼光学系は、上述した接合光学素子を含んでいる。
　本発明のさらに他の側面に係るヘッドマウントディスプレイは、上述した画像表示装置と、前記画像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを有している。
　導光素子は、内部で光を導光するために必要な複数の光学面として、鋭角で交わる２つの光学面を含んでおり、上記２つの光学面で挟まれる部分は、先細り形状となっている。このような構成において、上記２つの光学面の交線の両端を結ぶ直線を含む平面または前記直線に平行な平面で、上記２つの光学面を切ったとき、上記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線が含まれている。そして、上記曲線は、変曲点を持っている。つまり、上記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲率が正となる形状と、曲率が負となる形状とが両方含まれる。このため、光学面が変曲点を持たない構成（例えば断面形状が直線のみからなる構成）に比べて、光学面が変形しにくくなり、外力による上記先細り形状の部分の変形を抑えることが可能となる。その結果、導光素子の内部で導光した光を、上記先細り形状の部分を構成する２つの光学面を介して、外部の適切な方向に導くことができる。
本発明の実施の一形態に係る導光素子の概略の構成を示す断面図である。 上記導光素子の斜視図である。 上記導光素子の正面図である。 上記導光素子において、鋭角で交わる２つの光学面（全反射面、傾斜面）を同時に第２の面で切ったときの、一方の光学面（傾斜面）の断面形状を模式的に示す説明図である。 上記一方の光学面の断面形状の他の例を模式的に示す説明図である。 上記一方の光学面の断面形状のさらに他の例を模式的に示す説明図である。 上記導光素子の他の構成を示す斜視図である。 図７の導光素子において、鋭角で交わる２つの光学面（全反射面、傾斜面）を同時に第２の面で切ったときの、他方の光学面（全反射面）の断面形状を模式的に示す説明図である。 上記導光素子のさらに他の構成を示す水平断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る接合光学素子の概略の構成を示す断面図である。 上記接合光学素子の斜視図である。 上記接合光学素子の正面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る画像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記画像表示装置の斜視図である。 上記画像表示装置の正面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの上面図である。 上記ヘッドマウントディスプレイの正面図である。 上記ヘッドマウントディスプレイの下面図である。 上記ヘッドマウントディスプレイの正面側からの斜視図である。
　〔実施の形態１〕
　本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。
　（導光素子について）
　図１は、本実施形態に係る導光素子１０の概略の構成を示す断面図であり、図２は、導光素子１０の斜視図であり、図３は、導光素子１０の正面図である。なお、図中における破線の矢印は、任意の光線の光路を示している。導光素子１０は、外部から入射した光を内部で導光するとともに、導光した光を外部の所定の方向に向けて出射する光学素子であり、導光プリズム１と、光学部材２とを含んでいる。
　導光プリズム１は、例えば透明なアクリル樹脂で構成されている。この導光プリズム１は、内部で光を導光するために必要な光学面、すなわち、入射光を透過または反射させる光学有効領域を有する面（光学有効面）を複数有している。具体的には、導光プリズム１は、上記光学面として、第１光学面１ａ、第２光学面１ｂ、第３光学面１ｃ、第４光学面１ｄを有している。第１光学面１ａ、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃにおいては、光学面全体が光学有効領域となっているが、光学面の一部（必要な箇所のみ）が光学有効領域となっていてもよい。第４光学面１ｄにおいては、図３に示すように、光学面の一部が光学有効領域Ｒとなっており、この光学有効領域Ｒ内に光学部材２が配置されている。つまり、第４光学面１ｄの光学有効領域Ｒと光学部材２の配置領域とは一致している。
　第１光学面１ａは、外部から入射する光を透過させて、導光プリズム１の内部に導く面であり、例えば平面で構成されている。第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃは、例えば平面で構成されており、互いに平行に配置されるとともに、第１光学面１ａと垂直となるように配置されている。第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃは、第１光学面１ａを介して内部に入射した光を少なくも１回ずつ交互に全反射させて、第４光学面１ｄに導く。なお、第３光学面１ｃは、入射光を全反射させる全反射面として機能する以外に、第４光学面４ｄ（または光学部材２）にて反射された光を外部に透過させる透過面としても機能する。第３光学面１ｃは、曲面を含んでいてもよいが（図７、図９参照）、この点については後述する。
　第４光学面１ｄは、例えば曲面を含む形状で構成され、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃと斜めに交わるように配置された傾斜面である。特に、第４光学面１ｄは、第３光学面１ｃと鋭角で交わるように配置されている。この結果、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとで挟まれる部分の形状は、鋭角の先端に向かって細くなる先細り形状となっている。一方、第４光学面１ｄは、第２光学面１ｂとは鈍角で交わるように配置されている。なお、第４光学面１ｄの面形状や傾斜配置の詳細については後述する。
　光学部材２は、例えば、所定の波長域の光のみを透過させ、他の波長域の光を回折反射させる、体積位相型で反射型のホログラム光学素子で構成されており、上述のように導光プリズム１の第４光学面１ｄに配置されている。例えば、第１光学面１ａを介して導光プリズム１の内部に入射する光が、光学部材２で回折反射される波長域の光である場合、上記光は、導光プリズム１の内部で、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃで全反射された後、光学部材２に入射し、そこで回折反射されて、再度第３光学面１ｃに導かれ、第３光学面１ｃを透過して外部の所望の方向に出射される。
　なお、光学部材２は、ホログラム光学素子以外に、蒸着等によって成膜されるアルミニウム膜や多層膜からなる反射部材（ハーフミラーを含む）で構成されてもよい。この場合、第１光学面１ａを介して導光プリズム１の内部に入射した光の少なくとも一部が、光学部材２で反射され、第３光学面１ｃを介して外部に導かれる。また、第４光学面１ｄに光学部材２を配置せず、単純にプリズムと空気との屈折率差によって第４光学面１ｄで光を反射させ、第３光学面１ｃに導いてもよい。
　（第４光学面の面形状および傾斜配置の詳細について）
　次に、第４光学面１ｄの面形状および傾斜配置の詳細について説明する。
　なお、以下での説明の便宜上、導光素子１０における各方向を、次のように定義しておく。まず、図２に示すように、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとが交わることによってできる線、つまり、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとの境界となる稜線を、交線Ｌとする。ここでは、図２で示すように、第４光学面１ｄがうねった形状であるため、交線Ｌは直線とは異なる形状（例えば２次元的または３次元的に曲がる曲線を含む形状）となっている。
　そして、交線Ｌの両端を結ぶ直線、すなわち、交線Ｌの一方の端部Ｌ１と他方の端部Ｌ２とを結ぶ直線ａに沿った方向を、Ｘ方向とし、Ｘ方向に垂直な面内で、互いに垂直な２方向を、それぞれＹ方向およびＺ方向とする。このうち、Ｚ方向は、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃが対向する方向に等しいものとする。また、Ｘ方向に垂直な平面、すなわち、直線ａに垂直なＹＺ面のことを、第１の面Ｐ１とも称し、直線ａを含む平面、または直線ａに平行な平面のことを、第２の面Ｐ２とも称する。
　上記の定義を用いると、「第４光学面１ｄが第３光学面１ｃと鋭角で交わる」とは、以下のように言い換えることができる。すなわち、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを第１の面Ｐ１で切ったとき、第３光学面１ｃの断面上の任意の２点（例えば第３光学面１ｃの上記断面内での両端の２点Ｅ１・Ｅ２）を通る直線１ｃ１と、第４光学面１ｄの断面上の任意の２点（例えば第４光学面１ｄの上記断面内での両端の２点Ｅ１・Ｅ３）を通る直線１ｄ１とが、鋭角α（０°＜α＜９０°）で交わっている。また、「第４光学面１ｄが第２光学面１ｂと鈍角で交わる」についても、上記と同様に言い換えることができる。すなわち、第２光学面１ｂと第４光学面１ｄとを第１の面Ｐ１で切ったとき、第２光学面１ｂの断面上の任意の２点（例えば第２光学面１ｂの上記断面内での両端の２点Ｅ３・Ｅ４）を通る直線１ｂ１と、第４光学面１ｄの断面上の任意の２点（例えば第４光学面１ｄの上記断面内での両端の２点Ｅ１・Ｅ３）を通る直線１ｄ１とが、鈍角β（９０°＜β＜１８０°）で交わっている。
　図４は、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄを同時に第２の面Ｐ２で切ったときの、第４光学面１ｄの断面形状を模式的に示している。なお、図４で示した断面形状は、図３におけるＡ－Ａ’線での断面形状に対応している。図４のように、第４光学面１ｄを第２の面Ｐ２で切ったときの断面には、曲線Ｃが含まれている。この曲線Ｃは、２個の変曲点Ｍ１・Ｍ２を持っている。
　ここで、変曲点とは、平面上の曲線で曲がる方向が変わる点、すなわち、曲線上で曲率の符号が正から負、または負から正に変化する点（凹凸が変化する点）を指す。この変曲点は、上記曲線を関数ｙ＝ｆ（ｘ）として表した場合、２次導関数ｆ''（ｘ）の符号が変化する点でもある。図３における線分Ｖ１－Ｖ２、および線分Ｗ１－Ｗ２は、第４光学面１ｄにおいて、第２の面Ｐ２による切断位置を、第３光学面１ｃ側から第２光学面１ｂ側に変化させた場合の、上記変曲点Ｍ１・Ｍ２の集合（変曲点Ｍ１・Ｍ２の移動軌跡）をそれぞれ示している。なお、変曲点Ｍ１・Ｍ２を特に区別する必要がないときは、これらをまとめて変曲点Ｍと称する。
　このように、第４光学面１ｄは、第２の面Ｐ２で切ったときの断面に、変曲点Ｍを持つ曲線Ｃが含まれるような、うねった面形状で構成されている。つまり、第４光学面１ｄの断面形状は、曲率が正となる形状（例えば変曲点Ｍに対して片側の曲線形状）と、曲率が負となる形状（例えば変曲点Ｍに対して上記片側とは反対側の曲線形状）とを両方含む。これにより、上記断面形状が変曲点Ｍを持たない形状である場合に比べて、第４光学面１ｄを貫通する方向の外力に対して第４光学面１ｄの強度が強くなり、上記外力に対して第４光学面１ｄ自体が曲がりにくくなる。なお、上記断面形状が変曲点Ｍを持たない形状としては、例えば、上記断面形状が直線のみで構成される場合（第４光学面１ｄ全体が平面で構成される場合）や、上記断面形状が正負のどちらか一方の曲率しか持たない形状である場合を想定することができる。
　このため、例えば導光素子１０を製品（例えば後述する画像表示装置）に組み込む場合において、単純な押し付けや締め付けなどによる外力が、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを貫く方向に働いても、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとで挟まれる先細り形状の部分が、その外力によって変形するのを抑えることができる。また、例えば熱によるプリズム自体の膨張収縮によって応力（熱応力）が発生したとしても、第４光学面１ｄの強度が強いため、熱応力による上記の先細り形状の部分の変形を抑えることができる。その結果、導光素子１０の内部で導光した光を、第４光学面１ｄ（または光学部材２）および第３光学面１ｃを介して、外部の適切な方向（本来の光学設計によって規定される方向）に導くことができる。
　また、導光プリズム１の複数の光学面（第１光学面１ａ～第４光学面１ｄ）は、入射光を透過または反射させる光学有効領域を有する面であるため、これらの光学面の光学有効領域において、入射光を確実に透過または反射させて、プリズム内部で導光し、外部に出射させることができる。
　また、第４光学面１ｄ（特に光学有効領域Ｒ内）には、導光素子１０（導光プリズム１）の内部で導光されて入射する光を反射させて、第３光学面１ｃに導く光学部材２が配置されている。光学部材２を用いることにより、導光素子１０の内部で導光された光を、光学部材２にて第３光学面１ｃの方向に確実に反射させ、第３光学面１ｃを介して外部に取り出すことができる。
　特に、光学部材２は、ホログラム光学素子で構成されている。この場合、ホログラム光学素子の光学パワーや回折角度などの設定により、導光素子１０の内部で導光された光を、ホログラム光学素子にて所望の方向に反射させ、第３光学面１ｃを介して外部に取り出すことができる。つまり、ホログラム光学素子の光学設計により、所望の方向に光を取り出す導光素子１０を容易に実現することができる。
　また、光学部材２がホログラム光学素子で構成されていることにより、例えば、光学部材２に対して導光プリズム１とは反対側から入射する光（外光）に含まれる、光学部材２で回折反射される波長域以外の光を透過させて、第３光学面１ｃに導くことができる。したがって、導光プリズム１の内部を導光される光（ホログラム光学素子にて回折反射される光）と、外光（ホログラム光学素子を透過する光）とを同時に、第３光学面１ｃを介して外部に取り出す構成が可能となる。このような構成は、後述する実施の形態３の画像表示装置のように、表示素子に表示された画像と、外界像とを同時に観察する用途において非常に有効となる。
　ところで、本実施形態では、図４に示すように、第４光学面１ｄ、すなわち、第２の面Ｐ２で切ったときの断面に、変曲点Ｍを持つ曲線Ｃが含まれるような光学面において、変曲点Ｍは、光学有効領域Ｒの外側にある。この場合、第４光学面１ｄにおいて、光学設計が必要な領域、つまり、光学部材２を配置する領域の面形状は、変曲点Ｍのない単純な形状となるため、光学部材２の光学設計が簡単となる点で好ましい。なお、第４光学面１ｄにおいて、変曲点Ｍが光学有効領域Ｍの内側にある場合でも、光学部材２の光学設計は可能であることから、このような構成であっても勿論構わない。
　図５および図６は、第４光学面１ｄを第２の面Ｐ２で切ったときの断面形状のバリエーションを示している。第４光学面１ｄの上記断面形状は、曲線以外に直線を含む形状であってもよい。例えば、図５に示すように、第４光学面１ｄの上記断面形状は、２つの直線Ｆと、変曲点Ｍを持つ１個の曲線Ｃとを交互につなげた形状であってもよいし、図６に示すように、３つの直線Ｆと、変曲点Ｍをそれぞれ持つ２個の曲線Ｃとを交互につなげた形状であってもよい。また、第４光学面１ｄの上記断面形状における変曲点Ｍの数は、図５のように、１個であってもよいし、図４および図６のように、２個であってもよいし、図示はしないが３個以上であってもよい（上記断面形状が、変曲点Ｍを持つ曲線Ｃを３個以上有する形状であってもよい）。
　図７は、導光素子１０の他の構成を示す斜視図である。同図に示すように、導光プリズム１において、第４光学面１ｄに加えて、第３光学面１ｃも、うねった形状であってもよい。図８は、図７の導光素子１０の第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄを同時に第２の面Ｐ２で切ったときの、第３光学面１ｃの断面形状を模式的に示している。なお、第４光学面１ｄの面形状は、図４等で示した形状と同じとする。
　図８のように、第３光学面１ｃを第２の面Ｐ２で切ったときの断面には、曲線Ｄが含まれている。この曲線Ｄは、２個の変曲点Ｎ（Ｎ１・Ｎ２）を持っている。なお、第３光学面１ｃの断面形状において、変曲点Ｎの数は、第４光学面１ｄと同様に、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。また、第３光学面１ｃの断面形状において、変曲点Ｎを持つ曲線Ｄの数は、少なくとも１個あればよい。
　このように、第４光学面１ｄに加えて、第３光学面１ｃについても、第２の面Ｐ２で切ったときの断面に、変曲点Ｎを持つ曲線Ｄが含まれるような、うねった形状とすることにより、第３光学面１ｃ全体が平面で構成される場合に比べて、第３光学面１ｃ自体が外力に対して曲がりにくくなる。このため、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを貫く方向に外力が働いても、導光プリズム１の先細り形状の部分がその外力によって変形するのをさらに抑えることができる。したがって、導光素子１０の内部で導光した光を、第４光学面１ｄ（または光学部材２）および第３光学面１ｃを介して、外部の適切な方向に確実に導くことが可能となる。
　なお、第３光学面１ｃのみを図８に示すようにうねった形状とし、第４光学面１ｄを平面で形成しても、第３光学面１ｃが外力に対して曲がりにくくなるため、導光プリズム１の先細り形状の部分が、外力によって変形するのを抑えることができる。
　以上のことから、本実施形態の導光素子１０は、導光プリズム１の第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄを第２の面Ｐ２で同時に切ったときに、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄの断面の少なくとも一方に曲線（曲線Ｃ、曲線Ｄ）が含まれており、その曲線が変曲点（変曲点Ｍ、変曲点Ｎ）を持つ構成であればよいと言える。
　ところで、図９は、導光素子１０のさらに他の構成を示す水平断面図（ＺＸ面内での断面図）である。同図に示すように、導光素子１０の第３光学面１ｃは、第２光学面１ｂ側に凹んだ形状であってもよい。このような導光素子１０において、第２の面Ｐ２として、直線ａ（交線Ｌの一方の端部Ｌ１と他方の端部Ｌ２とを結ぶ直線）を含む平面を考えると、第３光学面１ｃが第２光学面１ｂ側に凹んでいるために、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを上記平面で同時に切ることができない。この場合は、第２の面Ｐ２として、直線ａに平行な平面を考えることで、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを上記平面で同時に切ることができる。
　逆に、図７で示したように、第３光学面１ｃが第２光学面１ｂとは反対側に突出した形状である場合、第２の面Ｐ２として、直線ａを含む平面を考えても、直線ａに平行な平面を考えても、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを第２の面Ｐ２で同時に切ることができる。したがって、第２の面Ｐ２として、直線ａを含む平面を考えるか、直線ａに平行な平面を考えるかは、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを同時に切ることができるように、導光素子１０の各光学面の面形状に応じて適宜決定すればよい。
　以上では、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄを第１の面Ｐ１で切ったときに、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄの断面形状が両方とも直線（図１参照）である場合について説明したが、上記断面形状は、直線には限定されない。例えば、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄを第１の面Ｐ１で切ったときに、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄの少なくとも一方の断面形状は、曲線を含んでいてもよい。この場合でも、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄが鋭角で交わるとは、本実施形態で述べた定義を用いて表現することができる。つまり、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとを第１の面Ｐ１で切ったとき、第３光学面１ｃの断面上の任意の２点を通る直線と、第４光学面１ｄの断面上の任意の２点を通る直線とが、鋭角α（０°＜α＜９０°）で交わっている。なお、第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄの各断面形状における「任意の２点」は、０°＜α＜９０°を成り立たせることができる２点であれば、どのように選択してもよい。
　以上のことから、本実施形態の導光素子１０は、以下のように表現することもできる。すなわち、本実施形態の導光素子１０は、内部で光を導光するために必要な光学面を複数有している。上記複数の光学面は、互いに交わる２つの光学面（例えば第３光学面１ｃ、第４光学面１ｄ）を含んでいる。上記２つの光学面の境界となる交線Ｌは、該交線Ｌの両端を結ぶ直線ａとは異なる形状である。直線ａに垂直な平面を、第１の面Ｐ１とし、直線ａを含む平面または直線ａに平行な平面を、第２の面Ｐ２とする。上記２つの光学面を第１の面Ｐ１で切ったとき、一方の光学面（例えば第３光学面１ｃ）の断面上の任意の２点（例えば両端２点）を通る直線と、他方の光学面（例えば第４光学面１ｄ）の断面上の任意の２点（例えば両端２点）を通る直線とは、鋭角で交わっている。上記２つの光学面を第２の面Ｐ２で切ったとき、上記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線Ｃが含まれている。上記曲線Ｃは、変曲点を持っている。
　〔実施の形態２〕
　本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、実施の形態１で示した導光素子を用いて構成される接合光学素子について説明する。
　図１０は、本実施形態の接合光学素子１１の概略の構成を示す断面図であり、図１１は、接合光学素子１１の斜視図であり、図１２は、接合光学素子１１の正面図である。接合光学素子１１は、実施の形態１の導光素子１０に、接合用光学部材３を接合することによって構成されている。なお、ここでは、図１等で示した導光素子１０を用いて接合光学素子１１を構成した例について説明するが、実施の形態１で示した他の導光素子１０を用いて接合光学素子１１を構成してもよい。
　接合用光学部材３は、例えば透明なアクリル樹脂で形成されており、導光素子１０と接合されたときに、略平行平板となるような形状で形成されている。接合用光学部材３は、第１光学面３ａと、第２光学面３ｂと、第３光学面３ｃとを含んでいる。第１光学面３ａは、導光素子１０の第４光学面１ｄと面形状が略同一で、第４光学面１ｄと対向して位置する対向面である。なお、第４光学面１ｄは、導光素子１０において、先細り形状を形成する第３光学面１ｃおよび第４光学面１ｄのうち、全反射によって光を導光する光学面（第３光学面１ｃ）とは異なる光学面である。接合用光学部材３の第２光学面３ｂは、導光素子１０の第３光学面１ｃと同一面上に位置する面であり、第３光学面３ｃは、導光素子１０の第２光学面１ｂと同一面上に位置する面である。第２光学面３ｂおよび第３光学面３ｃは、例えば平行に配置されている。
　このような構成の接合用光学部材３は、導光素子１０の第４光学面１ｄと、接合用光学部材３の第１光学面３ａとが対向するように、導光素子１０と接着剤４を介して接合されている。接着剤４としては、例えば紫外線の照射によって硬化する接着剤（光硬化性接着剤）を用いることができるが、他の接着剤を用いてもよい。
　導光素子１０の第４光学面１ｄと、接合用光学部材３の第１光学面３ａとは、面形状が略同一であるため、これらの光学面の間に大きな隙間を作ることなく、導光素子１０と接合用光学部材３とを接合することができる。
　また、導光素子１０において、第３光学面１ｃと第４光学面１ｄとは鋭角で交わっており、先端が先細る形状となっているが、第４光学面１ｄと面形状が略同一の、第１光学面３ａを持つ接合用光学部材３を、導光素子１０に接合することにより、導光素子１０の先細り形状の厚みに接合用光学部材３の厚みを付加して、先細り形状を実質的になくすことができる。これにより、上記先細り形状を構成していた部分に対して外力が加わった場合でも、その外力による上記部分の形状変化を、接合用光学部材３を接合しない実施の形態１の構成に比べてさらに抑制することができる。
　また、接着剤４を用いて、導光素子１０と接合用光学部材３とを接合する場合、接着剤４の硬化収縮による応力が、導光素子１０の先細り形状の部分に加わることになる。しかし、実施の形態１で述べたような、第３光学面１ｃまたは第４光学面１ｄの面形状の設定により、導光素子１０においては、先細り形状の部分での応力による変形を抑えることができる。したがって、接合用光学部材３が接着剤４を介して導光素子１０と接合される構成であっても、接着剤４の硬化収縮に起因して、導光素子１０の先細り形状の部分が変形するのを抑えることができる。
　〔実施の形態３〕
　本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、実施の形態２の接合光学素子１１を、画像表示装置に適用した例について説明する。
　なお、実施の形態１および２で示したＸＹＺの各方向は、本実施形態では、左右方向（眼幅方向）、上下方向、前後方向に対応している（各方向の正逆は特に問わない）。ここで、左右、上下、前後の各方向は、観察者の画像観察時の位置（視線方向）を基準にして、左右、上下、前後の各方向を指すものとする。また、以下で示す図面では、光路が煩雑になるのを避けるため、代表的な光路についてのみ破線で示している。
　図１３は、本実施形態の画像表示装置２０の概略の構成を示す断面図であり、図１４は、画像表示装置２０の斜視図であり、図１５は、画像表示装置２０を観察者側から見たときの正面図である。画像表示装置２０は、光源２１と、照明ミラー２２と、拡散板２３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４と、表示素子２５と、接眼光学系２６とを備えている。光源２１と、照明ミラー２２とで、表示素子２５を照明する照明光学系３０が構成されている。
　光源２１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応する光を出射するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。複数の発光点（ＲＧＢの各発光点）は、水平方向に略直線状に並んでいる。光源２１から出射される光の波長は、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で、４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）である。なお、光源２１は、レーザー光源であってもよい。
　本実施形態では、光源２１は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤを２対備えている。そして、ＲＧＢのそれぞれについて、光学部材２を構成するホログラム光学素子の光軸入射面に対して各発光点が対称に位置するように、各発光点が略直線状に並んでいる（例えばＸ方向においてＢＧＲＲＧＢの順に発光点が並んでいる）。これにより、ＲＧＢの光強度の分布をＸ方向で対称にすることができる。なお、ホログラム光学素子の光軸入射面とは、表示素子２５の表示面の中心と観察瞳ＯＰの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸としたとき、ホログラム光学素子に対する入射光の光軸と出射光（反射光）の光軸とを含む面を指す。この光軸入射面は、ＹＺ面と平行である。
　照明ミラー２２は、光源２１から出射された光（照明光）を拡散板２３に向けて反射させるとともに、ＹＺ面内で、光学瞳（射出瞳）である観察瞳ＯＰと光源２１とが略共役となるように、照明光を曲げる光学素子である。
　拡散板２３は、入射光を全方向に拡散する拡散板である。拡散板２３の配置を省略することも可能であるが、入射光の配光角を拡げて、光源２１の光強度をより均一化できる観点では、拡散板２３を配置することが望ましい。なお、拡散板２３は、入射光を一方向（例えばＸ方向）にのみ拡散する拡散板（一方向拡散板）であってもよい。
　ＰＢＳ２４は、入射光のうち、Ｓ偏光のみを表示素子２５の方向に反射させる一方、表示素子２５にて反射された光のうち、画像信号オンに対応する光、すなわち、Ｐ偏光を透過させる平板状の偏光分離素子であり、接眼光学系２６の導光プリズム１の光入射面（第１光学面１ａ）に貼り付けられている。
　表示素子２５は、光源２１からの光を変調して画像を表示する表示素子であり、本実施形態では、反射型の液晶表示素子で構成されている。表示素子２５はカラーフィルタを有する構成であってもよいし、光源２１のＲＧＢごとの時分割発光に同期して、発光色に対応するＲＧＢの画像が表示されるように、時分割で駆動される構成であってもよい。
　表示素子２５は、ＰＢＳ２４からほぼ垂直に入射する光がほぼ垂直に反射されてＰＢＳ２４に向かうように配置されている。これにより、反射型の表示素子に対して大きな入射角で光を入射させる構成に比べて、解像度を増大させるような光学設計が容易となる。表示素子２５の表示面は長方形となっており、表示面の長手方向がＸ方向となり、短手方向がＸ方向に垂直となるように配置されている。
　接眼光学系２６は、表示素子２５からの画像光を観察瞳ＯＰに導くための光学系であり、非軸対称（非回転対称）な正の光学パワーを有している。この接眼光学系２６は、接合光学素子１１で構成されている。接合光学素子１１は、実施の形態２で示したように、導光プリズム１と、光学部材２と、接合用光学部材３とを備えている。導光プリズム１と、光学部材２とで、導光素子１０が構成されている。したがって、接眼光学系２６は、導光素子１０を含んだ構成であるとも言える。
　導光プリズム１は、表示素子２５からＰＢＳ２４を介して入射する画像光を内部で導光する一方、外界像の光（外光）を透過させる光学素子であり、接眼プリズムとも呼ばれる。この導光プリズム１は、平行平板の上端部を上端に向かうほど厚くし、下端部を下端に向かうほど薄くした形状で構成されている。
　導光プリズム１は、実施の形態１で述べたように、第１光学面１ａ～第４光学面１ｄを有している。これらの複数の光学面について、画像表示装置２０での機能に着目して説明すると、以下の通りである。第１光学面１ａは、表示素子２５からＰＢＳ２４を介して画像光が入射する光入射面である。第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃは、観察瞳ＯＰとほぼ平行に位置し、互いに対向する２つの平行な平面であり、画像光を全反射させて導光する全反射面となっている。そのうち、観察瞳ＯＰ側の第３光学面１ｃは、光学部材２で回折反射される画像光の出射面（透過面）を兼ねている。第４光学面１ｄは、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃを連結し、光学部材２が貼り付けられる貼付面であり、第２光学面１ｂおよび第３光学面１ｃに対して傾いている。第４光学面１ｄの面形状は、実施の形態１で述べた通りである。
　導光プリズム１は、その下端部に配置される光学部材２を挟むように接合用光学部材３と接着剤４で接合されている。接合用光学部材３は、偏向プリズムとも呼ばれ、導光プリズム１と光学部材２を介して貼り合わされて略平行平板を形成している。接合用光学部材３を導光プリズム１と貼り合わせることで、外光が導光プリズム１の楔状の下端部（先細り形状の部分）を透過するときの屈折を接合用光学部材３でキャンセルすることができ、観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
　光学部材２は、導光プリズム１に接して設けられ、導光プリズム１の内部で導光された画像光を回折させて観察瞳ＯＰに導く光学素子であり、上述したように体積位相型で反射型のホログラム光学素子で構成されている。体積位相型のホログラム光学素子は、ホログラム感光材料に対してレーザー光を２光束で照射し、２光束の干渉による縞（干渉縞）を形成したものである。ホログラム感光材料として、例えばフォトポリマーを用いると、フォトポリマーの光重合によって上記の干渉縞を容易に形成することができる。上記干渉縞は、屈折率の異なる複数の樹脂層が交互に積層されたものであるため、体積位相型の光学部材２は、屈折率が異なり、かつ、交互に並んで位置する複数の樹脂層を含んだ構成と言える。
　光学部材２を構成するホログラム光学素子は、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で、例えば４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させる。すなわち、ホログラム光学素子におけるＲＧＢの回折波長は、ＲＧＢの画像光の波長（光源２１の発光波長）とほぼ対応している。
　上記の構成において、光源２１から出射された光は、照明ミラー２２で反射され、拡散板２３にて拡散された後、ＰＢＳ２４に入射し、そこでＳ偏光のみが表示素子２５の方向に反射される。表示素子２５では、入射光が画像信号に応じて変調される。このとき、画像信号オンに対応する画像光は、表示素子２５にて入射光とは偏光方向が直交する光（Ｐ偏光）に変換されて出射されるため、ＰＢＳ２４を透過して導光プリズム１の内部に第１光学面１ａから入射する。一方、画像信号オフに対応する画像光は、表示素子２５にて偏光方向が変換されずにＳ偏光のまま出射されるため、ＰＢＳ２４で遮断され、導光プリズム１の内部に入射しない。
　導光プリズム１では、入射した画像光が導光プリズム１の対向する２つの光学面（第２光学面１ｂ、第３光学面１ｃ）で少なくとも１回ずつ全反射された後、光学部材２に入射し、そこでＲＧＢの各色について選択的に回折反射されて第３光学面１ｃから出射され、観察瞳ＯＰに達する。したがって、この観察瞳ＯＰの位置では、観察者は、表示素子２５に表示された画像を虚像として観察することができる。
　一方、導光プリズム１、接合用光学部材３および光学部材２は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像（外の景色）をシースルーで観察することができる。したがって、表示素子２５に表示された画像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。
　接眼光学系２６に含まれる導光素子１０では、上述した光学面（第３光学面１ｃ、第４光学面１ｄ）の面形状の設定により、外力による先細り形状の部分の変形を抑え、これによって、導光素子１０の内部で導光した光を、第４光学面１ｄおよび第３光学面１ｃを介して、外部の適切な方向に導くことができる。したがって、上記導光素子１０を用いた画像表示装置２０においては、表示素子２５からの画像光を導光素子１０によって観察瞳ＯＰの方向に適切に導くことができる。その結果、観察瞳ＯＰで得られる画像に歪みやにじみ等の劣化（画像劣化）が生じるのを低減することができ、観察される画像の品位を向上させることができる。
　また、上記のように、照明光学系３０（光源２１、照明ミラー２２）からの照明光のうち、所定の偏光方向の光（例えばＳ偏光）をＰＢＳ２４にて反射させて表示素子２５に導く一方、表示素子２５にて反射され、表示素子２５への入射光とは偏光方向が直交する光（例えばＰ偏光）を透過させて導光プリズム１に導く構成では、導光プリズム１に対して光入射側の光路が折り曲げられるため、光源２１から導光プリズム１まで所望の光路長を確保したまま、導光プリズム１に対して光入射側に配置される光学部材をコンパクトにまとめて配置することができる。これにより、画像表示装置２０の小型化が容易となる。
　また、光学部材２として、屈折率が異なり、かつ、交互に並んで位置する複数の樹脂層を含む体積位相型のホログラム光学素子を用いることにより、レーザー光の２光束干渉によって、所望の回折特性を持つ光学部材２を容易に実現することができる。なお、光学部材２は、体積位相型のホログラム光学素子には限定されず、例えばブレーズ型（断面鋸歯状）の光学素子であってもよい。
　なお、本実施形態では、接合用光学部材３を配置して、歪みの無い外界像を観察できる良好なシースルー性を実現しているが、良好なシースルー性を求める必要がなければ、接合用光学部材３の配置を省略してもよい。つまり、接眼光学系２６は、実施の形態１で示した導光素子１０のみで構成されてもよい。
　なお、本実施形態では、表示素子２５として、反射型の液晶表示素子を用いているが、透過型の液晶表示素子を用いてもよい。この場合、透過型の液晶表示素子から所望の偏光方向の光（例えばホログラム光学素子の光軸入射面に対して偏光方向が平行な光）が出射されるように、上記液晶表示素子を配置することにより（液晶セルに対して光出射側の偏光板（偏光子）の透過軸の向きを設定することにより）、ＰＢＳ２４の配置を不要とすることができる。
　なお、図７および図９で示したような導光素子１０、つまり、第３光学面１ｃがうねった形状の導光素子１０を画像表示装置２０に適用することも可能である。この場合、表示素子２５からの画像光が第３光学面１ｃを透過して観察瞳ＯＰに導かれることで、観察画像に歪みが生じるおそれがある。しかし、この場合は、観察画像の歪みをキャンセルできるような光学設計や、表示素子２５の表示画像の補正を行うことにより、歪みを低減した画像を観察者に観察させることができる。
　〔実施の形態４〕
　本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施形態では、実施の形態３の画像表示装置の応用例であるＨＭＤについて説明する。図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃは、本実施形態のＨＭＤ４０の上面図、正面図、下面図であり、図１７は、ＨＭＤ４０の正面側からの斜視図である。
　ＨＭＤ４０は、上述した画像表示装置２０と、フレーム４２と、レンズ４３と、鼻当て４４と、位置調整機構４５とを有している。
　画像表示装置２０は、筐体２０ａ内に、上述した照明光学系３０（光源２１、照明ミラー２２）、拡散板２３、ＰＢＳ２４および表示素子２５を有しており、接眼光学系２６の上端部も筐体２０ａ内に位置している。接眼光学系２６は、右眼用レンズ４３Ｒの前方（観察者とは反対側の外界側）に位置している。筐体２０ａ内の光源２１および表示素子２５は、筐体２０ａを貫通して設けられるケーブル（図示せず）を介して、図示しない回路基板と接続されており、回路基板から駆動電力や画像信号などが供給される。
　なお、画像表示装置２０は、静止画や動画を撮影する撮像装置、マイク、スピーカー、イヤホンなどをさらに備え、外部のサーバーや端末とインターネット等の通信回線を介して、撮像画像および表示画像の情報や音声情報をやりとり（送受信）する構成であってもよい。
　フレーム４２は、眼鏡のフレームに相当するものであり、観察者の頭部に装着され、画像表示装置２０を支持する支持部材である。このフレーム４２は、観察者の左右の側頭部に当接するテンプルを含んでいる。
　レンズ４３は、観察者の右眼および左眼の眼前に配置される右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌを含んでいる。右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌは、右連結部４６Ｒおよび左連結部４６Ｌを介して、位置調整機構４５と連結されている。右眼用レンズ４３Ｒおよび左眼用レンズ４３Ｌは、視力矯正用のレンズであってもよいし、視力矯正を行わない単なるダミーレンズであってもよい。
　鼻当て４４は、観察者の鼻と当接する右鼻当て４４Ｒおよび左鼻当て４４Ｌを含んでいる。右鼻当て４４Ｒおよび左鼻当て４４Ｌは、右連結部４７Ｒおよび左連結部４７Ｌを介して、位置調整機構４５と連結されている。
　位置調整機構４５は、フレーム４２に対して鼻当て４４を観察者の眼幅方向に垂直な上下方向に相対的に移動させることにより、フレーム４２で支持された画像表示装置２０の上下方向の位置を調整する機構である。なお、位置調整機構４５を設けることなく、レンズ４３および鼻当て４４をフレーム４２に直接固定した構成としてもよい。
　ＨＭＤ４０を観察者の頭部に装着し、表示素子２５に画像を表示すると、その画像光が接眼光学系２６を介して観察瞳ＯＰ（図１０参照）に導かれる。したがって、観察瞳ＯＰの位置に観察者の瞳を合わせることにより、観察者は、画像表示装置２０の表示画像の拡大虚像を観察することができる。また、これと同時に、観察者は接眼光学系２６を介して、外界像をシースルーで観察することができる。
　このように、画像表示装置２０が支持部材としてのフレーム４２で支持されることにより、観察者は画像表示装置２０によって提供される画像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。
　なお、図１６Ａ等では、画像表示装置２０の接眼光学系２６と、レンズ４３とを別体で構成しているが、接眼光学系２６をレンズ４３と一体化した構成とすることも可能である。また、画像表示装置２０を２つ用いて両眼で画像を観察できるようにしてもよい。
　（その他）
　以上で説明した導光素子、接合光学素子、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイは、以下のように表現されてもよい。
　以上で説明した導光素子は、内部で光を導光するために必要な光学面を複数有する導光素子であって、前記複数の光学面は、鋭角で交わる２つの光学面を含んでおり、前記２つの光学面の境界となる交線は、該交線の両端を結ぶ直線とは異なる形状であり、前記直線を含む平面または前記直線に平行な平面で、前記２つの光学面を切ったとき、前記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線が含まれており、前記曲線は、変曲点を持っている。
　前記複数の光学面は、入射光を透過または反射させる光学有効領域を有する面であってもよい。
　前記いずれかの平面で切ったときの断面に前記曲線が含まれる光学面において、前記曲線の変曲点は、前記光学有効領域の外側にあることが望ましい。
　前記２つの光学面のうち、一方の光学面には、該導光素子の内部で導光されて入射する光を反射させて他方の光学面に導く光学部材が配置されていてもよい。
　前記２つの光学面のうち、一方の光学面の前記光学有効領域内には、該導光素子の内部で導光されて入射する光を反射させて他方の光学面に導く光学部材が配置されていてもよい。
　前記光学部材は、ホログラム光学素子であってもよい。
　以上で説明した接合光学素子は、上述した導光素子と、前記導光素子の前記２つの光学面のうち、全反射によって光を導光する光学面とは異なる光学面と面形状が略同一の対向面を持ち、前記異なる光学面と前記対向面とが対向するように、前記導光素子と接合される接合用光学部材とを含む。
　前記接合用光学部材は、接着剤を介して、前記導光素子と接合されていてもよい。
　以上で説明した画像表示装置は、画像を表示する表示素子と、前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、前記接眼光学系は、上述した導光素子を含んでいる。
　以上で説明した画像表示装置は、画像を表示する表示素子と、前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、前記接眼光学系は、上述した接合光学素子を含んでいる。
　以上で説明したヘッドマウントディスプレイは、上述した画像表示装置と、前記画像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを有している。
　本発明の導光素子は、例えば接合光学素子、画像表示装置およびＨＭＤに利用可能である。
　　　１ｃ　　第３光学面（光学面）
　　　１ｃ１　　直線
　　　１ｄ　　第４光学面（光学面）
　　　１ｄ１　　直線
　　　２　　　光学部材
　　　３　　　接合用光学部材
　　　３ａ　　対向面
　　　４　　　接着剤
　　１０　　　導光素子
　　１１　　　接合光学素子
　　２０　　　画像表示装置
　　４０　　　ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
　　４２　　　フレーム（支持部材）
　　　ａ　　　直線
　　　Ｃ　　　曲線
　　　Ｄ　　　曲線
　　　Ｌ　　　交線
　　　Ｍ、Ｍ１、Ｍ２　　　変曲点
　　　Ｎ、Ｎ１、Ｎ２　　　変曲点
　　　ＯＰ　　観察瞳
　　　Ｐ１　　　第１の面
　　　Ｐ２　　　第２の面
　　　Ｒ　　　光学有効領域

Claims (11)

  1. 　内部で光を導光するために必要な光学面を複数有する導光素子であって、
    　前記複数の光学面は、鋭角で交わる２つの光学面を含んでおり、
    　前記２つの光学面の境界となる交線は、該交線の両端を結ぶ直線とは異なる形状であり、
    　前記直線を含む平面または前記直線に平行な平面で、前記２つの光学面を切ったとき、前記２つの光学面の断面の少なくとも一方には、曲線が含まれており、
    　前記曲線は、変曲点を持っている、導光素子。
  2. 　前記複数の光学面は、入射光を透過または反射させる光学有効領域を有する面である、請求項１に記載の導光素子。
  3. 　前記いずれかの平面で切ったときの断面に前記曲線が含まれる光学面において、前記曲線の変曲点は、前記光学有効領域の外側にある、請求項２に記載の導光素子。
  4. 　前記２つの光学面のうち、一方の光学面には、該導光素子の内部で導光されて入射する光を反射させて他方の光学面に導く光学部材が配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の導光素子。
  5. 　前記２つの光学面のうち、一方の光学面の前記光学有効領域内には、該導光素子の内部で導光されて入射する光を反射させて他方の光学面に導く光学部材が配置されている、請求項２または３に記載の導光素子。
  6. 　前記光学部材は、ホログラム光学素子である、請求項４または５に記載の導光素子。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の導光素子と、
    　前記導光素子の前記２つの光学面のうち、全反射によって光を導光する光学面とは異なる光学面と面形状が略同一の対向面を持ち、前記異なる光学面と前記対向面とが対向するように、前記導光素子と接合される接合用光学部材とを含む、接合光学素子。
  8. 　前記接合用光学部材は、接着剤を介して、前記導光素子と接合されている、請求項７に記載の接合光学素子。
  9. 　画像を表示する表示素子と、
    　前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、
    　前記接眼光学系は、請求項１から６のいずれかに記載の導光素子を含んでいる、画像表示装置。
  10. 　画像を表示する表示素子と、
    　前記表示素子からの画像光を内部で導光して観察瞳に導く接眼光学系とを備え、
    　前記接眼光学系は、請求項７または８に記載の接合光学素子を含んでいる、画像表示装置。
  11. 　請求項９または１０に記載の画像表示装置と、
    　前記画像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを有している、ヘッドマウントディスプレイ。
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