JP2016018103A - 光学素子、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の物体の像が歪むことを抑制できる光学素子、及びそのような光学素子を用いた表示装置を提供する。【解決手段】第１の面２１ａと第２の面２１ｂと複数の凸部２４ａを含む第１の反射部２４とを備えた第１の光透過性部材２１と、第３の面２２ａと第４の面２２ｂと複数の凹部２５ａを含む第２の反射部２５と、を備えた第２の光透過性部材２２と、第１の光透過性部材２１の屈折率及び第２の光透過性部材２２の屈折率と異なる屈折率を持つ光透過層２３と、を有し、複数の凸部２４ａの各々は、第２の面２１ｂに対して傾いた第１の傾斜面２６ａを備え、複数の凹部２５ａの各々は、第４の面２２ｂに対して傾いた第２の傾斜面２７ａを備え、複数の凸部２４ａが光透過層２３を介して複数の凹部２５ａとかみ合うように、第１の光透過性部材２１と第２の光透過性部材２２とが配置されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子、及び表示装置に関する。

例えば、特許文献１に示されるように、ハーフミラーを備えたヘッドアップディスプレイ等の表示装置が提案されている。
しかし、このような表示装置では、ハーフミラーが湾曲しているため、ハーフミラーの設置領域が大きくなり、表示装置全体が大型化する問題があった。

これに対して、上記のような表示装置のハーフミラーとして、例えば、特許文献２に示されるようなフレネルレンズ構造を有する積層体を用いることが考えられる。このような積層体は表面を平らにしつつ、ハーフミラーとしての機能を持たせることができるため、表示装置において積層体の設置領域を低減でき、表示装置全体を小型化できる。

特開平１１−３０７６４号公報 特開２００７−２０６６５７号公報

しかし、上記のようなフレネルレンズ構造を有する積層体、すなわち、光学素子では、フレネルレンズ構造によって積層体を透過する光は屈折され、入射した方向と異なる方向に射出される。そのため、積層体越しに視認される外部の物体の像が歪むという問題があった。

本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、外部の物体の像が歪むことを抑制できる光学素子、及びそのような光学素子を用いた表示装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の光学素子の一つの態様は、第１の面と、該第１の面と対向する第２の面と、該第２の面に設けられた複数の凸部を含む第１の反射部と、を備えた第１の光透過性部材と、第３の面と、該第３の面と対向する第４の面と、該第４の面に設けられ、前記複数の凸部に倣う複数の凹部を含む第２の反射部と、を備えた第２の光透過性部材と、前記第１の光透過性部材の屈折率及び前記第２の光透過性部材の屈折率と異なる屈折率を持つ光透過層と、を有し、前記複数の凸部の各々は、前記第２の面に対して傾いた第１の傾斜面を備え、前記複数の凹部の各々は、前記第４の面に対して傾いた第２の傾斜面を備え、前記複数の凸部が前記光透過層を介して前記複数の凹部とかみ合うように、前記第１の光透過性部材と前記第２の光透過性部材とが配置されていることを特徴とする。

本発明の光学素子の一つの態様によれば、第１の反射部の凸部と、凸部に倣う第２の反射部の凹部とが光透過層を介してかみ合うように配置されている。そのため、光学素子に入射した光のうち透過する光は、凸部と光透過層との境界と、凹部と光透過層との境界とにおいて、互いに逆向きに屈折される。これにより、光学素子に入射する光の方向と、光学素子から射出される光の方向と、がほぼ平行となる。したがって、本発明の光学素子の一つの態様によれば、外部の物体の像が歪むことを抑制できる。

前記複数の凸部は、フレネルレンズ構造を構成してもよい。
この構成によれば、第１の光透過性部材側から入射した光のうち反射される光を集光することができる。

前記複数の凸部は、三角形状の断面を持つ凸部を含む構成としてもよい。
この構成によれば、凸部の形成が容易である。

前記複数の凸部はストライプ構造を構成し、前記第１の光透過性部材から前記第２の光透過性部材側へ向かって進行する光を第１の方向に反射する構成としてもよい。
この構成によれば、第１の光透過性部材側から入射する光のうち反射する光を偏向させることができる。

前記複数の凸部は、第１の凸部と、該第１の凸部に隣り合う第２の凸部と、該第１の凸部が備える前記第１の傾斜面を該第２の凸部が備える前記第１の傾斜面と接続する第１の接続面と、該第１の接続面に設けられた第１の光吸収部材と、を更に備える構成としてもよい。
この構成によれば、バックカット部に斜めに入射した光や、迷光による視認性の低下を抑制できる。

前記複数の凹部は、第１の凹部と、該第１の凹部に隣り合う第２の凹部と、該第１の凹部が備える前記第２の傾斜面を該第２の凹部が備える前記第２の傾斜面と接続する第２の接続面と、該第２の接続面に設けられた第２の光吸収部材と、を更に備える構成としてもよい。
この構成によれば、バックカット部に斜めに入射した光や、迷光による視認性の低下を抑制できる。

前記第１の面と前記第３の面とのうち少なくとも一方は曲面部を持ち、前記第１の光透過性部材側から前記第２の光透過性部材側へ向かって進行する光に対する前記第１の反射部の偏向作用は、該光に対する前記曲面部の偏向作用と異なる構成としてもよい。
この構成によれば、異なる方向から入射した光を同じ方向に反射することができる。

前記光透過層は、金属からなる構成としてもよい。
この構成によれば、厚みを調整することで、光透過層の反射率と透過率とを調整できる。

本発明の表示装置の一つの態様は、画像光を射出する画像形成装置と、前記画像光の光路上に設けられた上記の光学素子と、を備えることを特徴とする。
本発明の表示装置の一つの態様によれば、上記の光学素子を備えているため、外部の物体の像が歪むことを抑制できる。

第１実施形態の表示装置を示す概略構成図である。 第１実施形態の光学素子を示す部分拡大断面である。 第１実施形態の光学素子を示す部分拡大断面である。 第１実施形態の光学素子を示す平面図である。 第１実施形態の光学素子の他の一例を示す部分拡大断面図である。 第１実施形態の光学素子の他の一例を示す部分拡大断面図である。 第２実施形態の表示装置を示す概略構成図である。 第３実施形態の表示装置を示す概略構成図である。 第３実施形態の光学素子を示す斜視図である。 第３実施形態の表示装置の他の一例を示す概略構成図である。 第４実施形態の表示装置を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る表示装置について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示し、Ｚ軸方向を鉛直線方向とし、Ｙ軸方向とＸ軸方向とを水平方向とする。Ｙ軸方向は、図１に示す観測者Ｍの視線Ｍａの方向である。＋Ｙ向きが、観測者Ｍの視線Ｍａの向きである。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の表示装置１０を示す概略構成図である。図２から図４は、光学素子２０を示す図である。図２及び図３は、部分拡大断面図である。図４は、平面図である。なお、図１及び図２においては、光吸収部材の図示を省略している。

本実施形態の表示装置１０は、図１に示すように、画像形成装置３０と、光学素子２０と、を備える。本実施形態の表示装置１０は、ヘッドアップディスプレイである。観測者Ｍは、光学素子２０を挟んで位置する外部の物体の像、すなわち、外部の景色を視認するとともに、画像形成装置３０による画像を視認する。以下の説明においては、＋Ｙ側を外部側、−Ｙ側を視認側とする。

画像形成装置３０は、後述する光学素子２０に形成されたフレネルレンズ構造の焦点よりも、光学素子２０に近い位置に配置されている。画像形成装置３０は、図示は省略するが、例えば、赤、緑、青の光をそれぞれ変調して画像光を形成する複数の液晶パネルと、各液晶パネルから射出された画像光を合成する画像光合成系と、合成した光を射出する投射光学系と、を備える。これにより、画像形成装置３０から３色の画像光が合成された画像光Ｌが光学素子２０に向けて射出される。

光学素子２０は、視認側光透過性部材２１と、外部側光透過性部材２２と、光透過層２３と、を備える。視認側光透過性部材２１は、特許請求の範囲の第１の光透過性部材に相当し、外部側光透過性部材２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。

視認側光透過性部材２１は、図２に示すように、視認面２１ａと、形成面２１ｂと、視認側反射部２４と、を備える。また、視認側光透過性部材２１は、図３に示すように、複数の光吸収部材を備える。視認面２１ａは、特許請求の範囲の第１の面に相当する。形成面２１ｂは、特許請求の範囲の第２の面に相当する。視認側反射部２４は、特許請求の範囲の第１の反射部に相当する。

視認側光透過性部材２１の平面視（ＺＸ面視）形状は、特に限定されず、矩形状であっても、多角形状であっても、円形状であってもよい。本実施形態においては、視認側光透過性部材２１の平面視（ＺＸ面視）形状は、例えば、図４に示すように、矩形状である。

視認面２１ａは、図１に示すように、視認側光透過性部材２１の観測者Ｍ側の面である。本実施形態において視認面２１ａは、平面である。図１においては、観測者Ｍの視線Ｍａが、視認面２１ａに直交する場合を示している。視認面２１ａには、画像形成装置３０から画像光Ｌが入射される。
形成面２１ｂは、視認面２１ａと対向する面である。形成面２１ｂには、図２に示すように、視認側反射部２４が設けられている。

視認側反射部２４は、複数の凸部を含む。視認側反射部２４は、入射した光の少なくとも一部を反射させ、入射した光の少なくとも一部を透過させる。
複数の凸部は、形成面２１ｂから光透過層２３側（＋Ｙ側）に突出して設けられている。複数の凸部は、本実施形態においては凸型のフレネルレンズ構造を構成している。各凸部は、傾斜面（第１の傾斜面）を備える。複数の凸部は、中央凸部２４ａと、複数の円環状凸部と、を含む。以下の説明においては、複数の円環状凸部を代表して円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄとについて説明する。

なお、中央凸部２４ａと円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄとは、特許請求の範囲の凸部に相当する。さらに、円環状凸部２４ｂは第１の凸部に相当し、円環状凸部２４ｂに隣り合う円環状凸部２４ｃは第２の凸部に相当する。

中央凸部２４ａは、凸レンズ形状である。中央凸部２４ａは、図４に示すように、平面視（ＺＸ面視）で円形状である。中央凸部２４ａは、図２に示すように、形成面２１ｂに対して傾く傾斜面２６ａを備える。本実施形態において傾斜面２６ａは、曲面である。

円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄとは、図４に示すように、平面視（ＺＸ面視）で中央凸部２４ａと同心の円環状である。円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄとは、中央凸部２４ａをこの順に囲んで設けられている。円環状凸部２４ｂの幅（径方向長さ）と円環状凸部２４ｃの幅と円環状凸部２４ｄの幅とは、この順に小さくなる。

円環状凸部２４ｂは、図３に示すように、傾斜面２６ｂと、バックカット面２８ａと、を備える。円環状凸部２４ｃは、傾斜面２６ｃと、バックカット面２８ｂと、を備える。円環状凸部２４ｄは、傾斜面２６ｄと、バックカット面２８ｃと、を備える。

傾斜面２６ｂは、形成面２１ｂに対して傾いている。本実施形態において傾斜面２６ｂは、曲面である。本実施形態においては、傾斜面２６ｂの曲率は、中央凸部２４ａの傾斜面２６ａの曲率と同じである。傾斜面２６ｃ及び傾斜面２６ｄについても同様である。

バックカット面２８ａとバックカット面２８ｂとバックカット面２８ｃとは、本実施形態においては、それぞれ形成面２１ｂに対して直交する。バックカット面２８ａとバックカット面２８ｂとバックカット面２８ｃとは、互いに隣り合う傾斜面同士を接続する。すなわち、バックカット面２８ａは、中央凸部２４ａの傾斜面２６ａと円環状凸部２４ｂの傾斜面２６ｂとを接続している。バックカット面２８ｂは、円環状凸部２４ｂの傾斜面２６ｂと円環状凸部２４ｃの傾斜面２６ｃとを接続している。バックカット面２８ｃは、円環状凸部２４ｃの傾斜面２６ｃと円環状凸部２４ｄの傾斜面２６ｄとを接続している。バックカット面２８ｂは、特許請求の範囲の第１の接続面に相当する。

本実施形態においては、各バックカット面に光吸収部材が設けられている。すなわち、バックカット面２８ａには、光吸収部材４０ａが設けられている。バックカット面２８ｂには、光吸収部材４０ｂが設けられている。バックカット面２８ｃには、光吸収部材４０ｃが設けられている。光吸収部材４０ａと光吸収部材４０ｂと光吸収部材４０ｃとは、入射した光の少なくとも一部を吸収する性質を有する。光吸収部材４０ｂは、特許請求の範囲の第１の光吸収部材に相当する。

外部側光透過性部材２２は、図２に示すように、外部側面２２ａと、形成面２２ｂと、外部側反射部２５と、を備える。また、外部側光透過性部材２２は、図３に示すように、複数の光吸収部材を備える。外部側面２２ａは、特許請求の範囲の第３の面に相当する。形成面２２ｂは、特許請求の範囲の第４の面に相当する。外部側反射部２５は、特許請求の範囲の第２の反射部に相当する。

外部側光透過性部材２２は、図２に示すように、形成面２２ｂが、視認側光透過性部材２１の形成面２１ｂと対向するように配置されている。外部側光透過性部材２２は、図４に示すように、平面視（ＺＸ面視）で、視認側光透過性部材２１と重なるようにして設けられている。外部側光透過性部材２２の平面視形状は、視認側光透過性部材２１と同様に、特に限定されない。本実施形態においては、外部側光透過性部材２２の平面視形状は、例えば、矩形状である。本実施形態において外部側光透過性部材２２の屈折率は、視認側光透過性部材２１の屈折率と同じである。

外部側面２２ａは、外部側光透過性部材２２の視認側光透過性部材２１とは反対側の面である。本実施形態において外部側面２２ａは、平面である。外部側面２２ａは、視認面２１ａと平行に設けられている。外部側面２２ａには、外部からの光が入射される。
形成面２２ｂは、外部側面２２ａと対向する面である。形成面２２ｂには、外部側反射部２５が設けられている。

外部側反射部２５は、複数の凹部を含む。外部側反射部２５は、入射した光の少なくとも一部を反射させ、入射した光の少なくとも一部を透過させる。
複数の凹部は、形成面２２ｂに形成されている。複数の凹部は、本実施形態においては凹型のフレネルレンズ構造を構成している。各凹部は、傾斜面（第２の傾斜面）を備える。複数の凹部は、中央凹部２５ａと、複数の円環状凹部と、を含む。以下の説明においては、複数の円環状凹部を代表して円環状凹部２５ｂと円環状凹部２５ｃと円環状凹部２５ｄとについて説明する。

なお、中央凹部２５ａと円環状凹部２５ｂと円環状凹部２５ｃと円環状凹部２５ｄとは、特許請求の範囲の凹部に相当する。さらに、円環状凹部２５ｂは第１の凹部に相当し、円環状凹部２５ｂに隣り合う円環状凹部２５ｃは第２の凹部に相当する。

中央凹部２５ａは、凹レンズ形状である。中央凹部２５ａは、図４に示すように、平面視（ＺＸ面視）で円形状である。中央凹部２５ａは、図２に示すように、形成面２２ｂに対して傾く傾斜面２７ａを備える。本実施形態において傾斜面２７ａは、曲面である。

円環状凹部２５ｂと円環状凹部２５ｃと円環状凹部２５ｄとは、図４に示すように、平面視（ＺＸ面視）で中央凹部２５ａと同心の円環状である。円環状凹部２５ｂと円環状凹部２５ｃと円環状凹部２５ｄとは、中央凹部２５ａをこの順に囲んで形成されている。円環状凹部２５ｂの幅（径方向長さ）と円環状凹部２５ｃの幅と円環状凹部２５ｄの幅とは、この順に小さくなる。

中央凹部２５ａと円環状凹部２５ｂと円環状凹部２５ｃと円環状凹部２５ｄとはそれぞれ、中央凸部２４ａと円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄとに対応している。

円環状凹部２５ｂは、図３に示すように、傾斜面２７ｂと、バックカット面２９ａと、を備える。円環状凹部２５ｃは、傾斜面２７ｃと、バックカット面２９ｂと、を備える。円環状凹部２５ｄは、傾斜面２７ｄと、バックカット面２９ｃと、を備える。

傾斜面２７ｂは、形成面２２ｂに対して傾いている。本実施形態において傾斜面２７ｂは、曲面である。本実施形態においては、傾斜面２７ｂの曲率は、中央凹部２５ａの傾斜面２７ａの曲率と同じである。傾斜面２７ｃ及び傾斜面２７ｄについても同様である。

バックカット面２９ａとバックカット面２９ｂとバックカット面２９ｃとは、本実施形態においては、それぞれ形成面２２ｂに対して直交する。バックカット面２９ａとバックカット面２９ｂとバックカット面２９ｃとは、互いに隣り合う傾斜面同士を接続する。すなわち、バックカット面２９ａは、中央凹部２５ａの傾斜面２７ａと円環状凹部２５ｂの傾斜面２７ｂとを接続している。バックカット面２９ｂは、円環状凹部２５ｂの傾斜面２７ｂと円環状凹部２５ｃの傾斜面２７ｃとを接続している。バックカット面２９ｃは、円環状凹部２５ｃの傾斜面２７ｃと円環状凹部２５ｄの傾斜面２７ｄとを接続している。バックカット面２９ｂは、特許請求の範囲の第２の接続面に相当する。

外部側光透過性部材２２の複数の凹部は、視認側光透過性部材２１の複数の凸部と、光透過層２３を介してかみ合うように形成されている。複数の凹部各々は、かみ合う凸部に倣う形状である。

ここで、本明細書において、凸部と凹部とがかみ合うとは、平面視において、各凸部の外形が対応する凹部の外形と重なることを含む。本実施形態においては、平面視における凸部の外形とは、凸部のバックカット面の平面視における形状に相当する。また、平面視における凹部の外形とは、凹部のバックカット面の平面視における形状に相当する。

また、凸部と凹部とがかみ合うとは、視認側光透過性部材２１と外部側光透過性部材２２とを観測者Ｍの視線Ｍａの方向（Ｙ軸方向）に沿って近づけたときに各凸部の頂部が対応する凹部に収容されることも含む。したがって、凸部と凹部とがかみ合うという構成には、凸部とそれに対応する凹部とが同じ断面形状である場合と、異なる断面形状である場合と、が含まれる。

また、本明細書において、凹部が凸部に倣うとは、凹部の傾斜面とその凹部にかみ合う凸部の傾斜面との視線Ｍａの方向（Ｙ軸方向）の距離Ｗ１が、位置によらず一定であることを含む。したがって、凹部が凸部に倣うとは、凹部の傾斜面と凸部の傾斜面とが平面である場合には、凹部の傾斜面と凸部の傾斜面とが平行であることを含む。また、凹部が凸部に倣うとは、凹部と凸部とが、モールド成形における金型と製品との関係となることを含む。

本実施形態においては、凹部は、図２に示すように、対応する凸部と同じ断面形状となるように形成されている。すなわち、本実施形態において、複数の凸部の断面プロファイルは複数の凹部の断面プロファイルと略同一形状である。これにより、本実施形態においては、図４に示すように、各凸部の外形と、該凸部に対応する凹部の外形とは、平面視（ＺＸ面視）において互いに重なる。言い換えると、中央凸部２４ａと中央凹部２５ａとは、同心で、かつ、中央凸部２４ａの半径Ｒ１１と、中央凹部２５ａの半径Ｒ１２とは、同じである。また、円環状凸部２４ｂの外形の半径は、円環状凸部２４ｂに対応する円環状凹部２５ｂの外形の半径と同じである。円環状凸部２４ｃの外形の半径は、円環状凸部２４ｃに対応する円環状凹部２５ｃの外形の半径と同じである。円環状凸部２４ｄの外形の半径は、円環状凸部２４ｄに対応する円環状凹部２５ｄの外形の半径と同じである。

図３に示すように、本実施形態においては、各バックカット面に光吸収部材が設けられている。すなわち、バックカット面２９ａには、光吸収部材４１ａが設けられている。バックカット面２９ｂには、光吸収部材４１ｂが設けられている。バックカット面２９ｃには、光吸収部材４１ｃが設けられている。光吸収部材４１ａと光吸収部材４１ｂと光吸収部材４１ｃとは、視認側光透過性部材２１の光吸収部材４０ａと同様に、入射した光の少なくとも一部を吸収する性質を有する。光吸収部材４１ｂは、特許請求の範囲の第２の光吸収部材に相当する。

光透過層２３は、視認側光透過性部材２１の形成面２１ｂと、外部側光透過性部材２２の形成面２２ｂとに挟まれた層である。光透過層２３は、透光性を有する。光透過層２３の屈折率は、視認側光透過性部材２１の屈折率及び外部側光透過性部材２２の屈折率と異なる。光透過層２３は、例えば、透明な樹脂で形成されている。

光透過層２３の厚みは、視認側反射部２４と外部側反射部２５との距離Ｗ１と等しい。光透過層２３の厚み、すなわち、距離Ｗ１は、小さい方が好ましい。光学素子２０を透過する光ビームの光学素子２０への入射位置と光学素子２０からの射出位置とのずれを低減できるためである。本実施形態においては、光透過層２３の厚み、すなわち、距離Ｗ１は、十分に小さく設定される。

光学素子２０に入射された光の一部は、視認側反射部２４と外部側反射部２５とのいずれかによって反射され、光学素子２０に入射された光の他の一部は、透過する。以下、詳細に説明する。

図２においては、説明のために光学素子２０に入射する光Ｌ１と光Ｌ２とを示している。光Ｌ１は、外部側光透過性部材２２側（＋Ｙ側）から、外部側面２２ａに対して垂直に入射する光である。すなわち、光Ｌ１は、外部の景色を映す光の一例である。
光Ｌ２は、視認側光透過性部材２１側（−Ｙ側）から、視認面２１ａに対して垂直に入射する光である。すなわち、光Ｌ２は、画像形成装置３０によって光学素子２０に入射される光の一例である。ただし、実際には画像形成装置３０からの光が視認面２１ａに対して垂直に入射するとは限らないが、理解を容易にするため、光Ｌ２は視認面２１ａに対して垂直に入射するものとする。

光Ｌ１のうち光Ｌ１２ａは、外部側反射部２５で反射される。外部側反射部２５で反射されなかった光Ｌ１のうち光Ｌ１２ｂは、視認側反射部２４で反射される。図２に示す例においては、光Ｌ１２ａは、外部側反射部２５における中央凹部２５ａの傾斜面２７ａで反射された光である。光Ｌ１２ｂは、視認側反射部２４における中央凸部２４ａの傾斜面２６ａで反射された光である。光Ｌ１２ａと光Ｌ１２ｂとは、中心線Ｐに対して発散する方向に反射される。

光Ｌ１のうち外部側反射部２５と視認側反射部２４とのいずれにおいても反射されなかった光Ｌ１１は、光学素子２０を透過する。ただし、ここでは視認面２１ａによる反射は無視する。光Ｌ１１は、外部側反射部２５と光透過層２３との境界と、視認側反射部２４と光透過層２３との境界と、で屈折される。ここで、外部側反射部２５の凹部は、それにかみ合う視認側反射部２４の凸部に倣う形状である。これにより、光Ｌ１１は、外部側反射部２５と光透過層２３との境界で屈折された角度と同じ角度分だけ、視認側反射部２４と光透過層２３との境界で逆向きに屈折される。したがって、光Ｌ１１は、光Ｌ１の入射した方向と平行な方向に射出される。すなわち、図２の例においては、光Ｌ１１は、外部側面２２ａに対して垂直な方向に射出される。

光学素子２０の面内方向（Ｙ軸と垂直な方向）において、光Ｌ１１の射出される位置は、光Ｌ１１が光透過層２３において屈折された方向に光Ｌ１の入射する位置からずれる。光Ｌ１１の屈折角が一定であれば、ずれの大きさは、光Ｌ１１が光透過層２３の内部を進行する距離に比例する。本実施形態においては、光透過層２３の厚み、すなわち、視認側反射部２４と外部側反射部２５との距離Ｗ１が十分に小さく設定されているため、光学素子２０の面内方向における、光Ｌ１の入射する位置と光Ｌ１１の射出される位置との間のずれは、十分に小さい。

光Ｌ２のうち光Ｌ２２ａは、視認側反射部２４で反射される。視認側反射部２４で反射されなかった光Ｌ２のうち光Ｌ２２ｂは、外部側反射部２５で反射される。図２に示す例においては、光Ｌ２２ａは、視認側反射部２４における円環状凸部２４ｃの傾斜面２６ｃで反射されている。光Ｌ２２ｂは、外部側反射部２５における円環状凹部２５ｃの傾斜面２７ｃで反射されている。光Ｌ２２ａと光Ｌ２２ｂとは、中心線Ｐに対して集光する方向に反射される。

光Ｌ２２ａは、視認側反射部２４に形成されている凸型のフレネルレンズ構造によって集光され、光Ｌ２２ｂは、外部側反射部２５に形成されている凹型のフレネルレンズ構造によって集光される。そのため、光Ｌ２２ａの集光される位置と光Ｌ２２ｂの集光される位置とは、視認側反射部２４と外部側反射部２５との距離Ｗ１に応じた分だけずれる。しかし、本実施形態においては、距離Ｗ１は十分に小さく設定されているため、各光の集光位置のずれは十分に小さい。

光Ｌ２のうち視認側反射部２４と外部側反射部２５とのいずれにおいても反射されなかった光Ｌ２１は、光学素子２０を透過する。ただし、ここでは外部側面２２ａによる反射は無視する。光Ｌ２１は、光Ｌ１１と同様にして、光Ｌ２の入射した方向と平行な方向に射出される。すなわち、図２の例においては、光Ｌ２１は、視認面２１ａに対して垂直な方向に射出される。

以上のようにして、光学素子２０に入射された光の一部は反射され、光学素子２０に入射された光の他の一部は透過する。これにより、図１に示すように、画像形成装置３０から光学素子２０に入射した画像光Ｌの一部は、反射されて観測者Ｍの眼に入射し、光学素子２０の外部側（＋Ｙ側）から光学素子２０に入射した光の一部は、光学素子２０を透過し、観測者Ｍの眼に入射する。このとき、画像形成装置３０は、光学素子２０に形成されたフレネルレンズ構造の焦点よりも光学素子２０に近い位置に設けられているため、観測者Ｍの視線Ｍａ上の光学素子２０よりも外部側（＋Ｙ側）には、虚像Ｎが形成される。したがって、観測者Ｍの眼には、虚像Ｎと外部の景色との両方が映る。すなわち、観測者Ｍは、画像形成装置３０から射出された画像光Ｌによる画像と、外部の景色と、の両方を同時に視認できる。

本実施形態によれば、視認側光透過性部材２１及び外部側光透過性部材２２とは屈折率が異なる光透過層２３を挟んで、視認側反射部２４と外部側反射部２５とが設けられている。視認側反射部２４には傾斜面を有する複数の凸部が設けられ、外部側反射部２５には、複数の凹部が設けられている。凹部は、それに対応する凸部に倣う傾斜面を有する。そして、凸部はそれに対応する凹部とかみ合って配置されている。そのため、光学素子に入射した光のうち透過する光は、凸部と光透過層２３との境界と、凹部と光透過層２３との境界とにおいて、互いに逆向きに屈折される。これにより、光学素子２０に入射する光の方向と、光学素子２０から射出される光の方向と、が互いに平行となる。したがって、本実施形態によれば、外部の景色が歪むことを抑制できる。

また、本実施形態によれば、光学素子２０の視認面２１ａ及び外部側面２２ａが平面である状態において、反射される光の方向を調整できる。したがって、光学素子２０の設置領域を小さくでき、表示装置１０全体を小型化できる。また、表示装置１０における光学素子２０のレイアウトの自由度を向上できる。

また、本実施形態によれば、視認側反射部２４と外部側反射部２５とには、フレネルレンズ構造が形成されているため、光学素子２０の厚みを薄くしつつ、反射した光を集光できる。

また、視認側反射部２４と外部側反射部２５とに設けられたバックカット面に入射した光は、迷光となり２重像の発生や外光の映り込みが生じ、画像と景色との視認性を低下させる虞がある。
これに対して、本実施形態によれば、視認側反射部２４における複数の円環状凸部のバックカット面と外部側反射部２５における複数の円環状凹部のバックカット面とに、光吸収部材が設けられている。そのため、例えば、図３に示すように、外部側面２２ａからバックカット面２９ｂに入射する光Ｌ３が、光吸収部材４１ｂによって吸収される。また、例えば、視認面２１ａからバックカット面２８ａに入射する光Ｌ４が、光吸収部材４０ａによって吸収される。したがって、本実施形態によれば、迷光が生じることを抑制でき、画像と景色との視認性が低下することを抑制できる。

なお、本実施形態においては、以下の構成を採用することもできる。

上記説明においては、視認側反射部２４における凸部のバックカット面と外部側反射部２５における凹部のバックカット面とに光吸収部材が設けられる構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、凸部のバックカット面のみに光吸収部材が設けられていてもよいし、凹部のバックカット面のみに光吸収部材が設けられていてもよい。また、複数の凸部及び複数の凹部のバックカット面のすべてに光吸収部材が設けられていてもよいし、一部に設けられていてもよい。

また、上記説明においては、複数の凸部の断面プロファイルを複数の凹部の断面プロファイルと略同一形状としたが、これに限られず、適宜異ならしめてもよい。
上記説明した構成においては、複数の凸部の断面プロファイルが複数の凹部の断面プロファイルと略同一形状であるため、凸部のバックカット面が、該凸部に対応する凹部のバックカット面が設けられる径方向の位置とほぼ同じとなる。これにより、凸部のバックカット面と対応する凹部のバックカット面とが干渉するため、視認側反射部２４と外部側反射部２５との距離Ｗ１を小さくするのには限界があった。

これに対して、複数の凸部の断面プロファイルを複数の凹部の断面プロファイルと適宜異ならしめることにより、視認側反射部２４と外部側反射部２５とを近づけた際に、バックカット面同士が干渉しないようにでき、距離Ｗ１をより小さくすることが可能である。

以下、複数の凸部の断面プロファイルが複数の凹部の断面プロファイルと異なる具体例として、図５及び図６に示す光学素子について説明する。
なお、以下の説明において、上記説明と同様の構成については、適宜同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。

図５は、光学素子１２０を示す部分拡大断面図である。
光学素子１２０は、図５に示すように、視認側光透過性部材２１と、外部側光透過性部材１２２と、光透過層１２３と、を備える。外部側光透過性部材１２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。

外部側光透過性部材１２２は、外部側面１２２ａと、形成面１２２ｂと、外部側反射部１２５と、を備える。外部側面１２２ａは、特許請求の範囲の第３の面に相当する。形成面１２２ｂは、特許請求の範囲の第４の面に相当する。外部側反射部１２５は、特許請求の範囲の第２の反射部に相当する。

外部側反射部１２５は、複数の凹部、すなわち、図５において示す中央凹部１２５ａと、円環状凹部１２５ｂと、円環状凹部１２５ｃと、円環状凹部１２５ｄと、を含む。複数の凹部は、凹型のフレネルレンズ構造を構成している。中央凹部１２５ａと円環状凹部１２５ｂと円環状凹部１２５ｃと円環状凹部１２５ｄとは、特許請求の範囲の凹部に相当する。さらに、円環状凹部１２５ｂは、特許請求の範囲における第１の凹部に相当し、円環状凹部１２５ｃは、特許請求の範囲における第２の凹部に相当する。

中央凹部１２５ａと円環状凹部１２５ｂと円環状凹部１２５ｃと円環状凹部１２５ｄとは、それぞれ対応する中央凸部２４ａと円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄに倣う形状である。
円環状凹部１２５ｂは、バックカット面１２９ａを備える。円環状凹部１２５ｃは、バックカット面１２９ｂを備える。円環状凹部１２５ｄは、バックカット面１２９ｃを備える。バックカット面１２９ｂは、特許請求の範囲の第２の接続面に相当する。

円環状凹部１２５ｂのバックカット面１２９ａの位置は、円環状凸部２４ｂのバックカット面２８ａの位置よりも内側に位置している。言い換えると、中央凹部１２５ａの半径Ｒ２２は、中央凸部２４ａの半径Ｒ２１よりも小さい。円環状凹部１２５ｃ及び円環状凹部１２５ｄについても同様である。

この構成によれば、それぞれ対応する凸部のバックカット面と凹部のバックカット面とが、径方向にずれているため、視認側反射部２４と外部側反射部１２５とを近づけても、凸部のバックカット面と凹部のバックカット面とが干渉しない。これにより、視認側反射部２４と外部側反射部１２５との距離Ｗ２をより小さくできる。したがって、この構成によれば、視認側反射部２４のフレネルレンズ構造の集光位置と外部側反射部１２５のフレネルレンズ構造の集光位置とのずれをより低減できる。また、光学素子１２０を透過する光の入射位置と射出位置とのずれをより低減できるため、観測者Ｍによって視認される外部の景色の歪みをより低減できる。

図６は、光学素子２２０を示す部分拡大断面図である。
光学素子２２０は、図６に示すように、視認側光透過性部材２１と、外部側光透過性部材２２２と、光透過層２２３と、を備える。外部側光透過性部材２２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。

外部側光透過性部材２２２は、外部側面２２２ａと、形成面２２２ｂと、外部側反射部２２５と、を備える。外部側面２２２ａは、特許請求の範囲の第３の面に相当する。形成面２２２ｂは、特許請求の範囲の第４の面に相当する。外部側反射部２２５は、特許請求の範囲の第２の反射部に相当する。

外部側反射部２２５は、複数の凹部、すなわち、図６において示す中央凹部２２５ａと、円環状凹部２２５ｂと、円環状凹部２２５ｃと、円環状凹部２２５ｄと、を含む。複数の凹部は、凹型のフレネルレンズ構造を構成している。中央凹部２２５ａと円環状凹部２２５ｂと円環状凹部２２５ｃと円環状凹部２２５ｄとは、特許請求の範囲の凹部に相当する。さらに、円環状凹部２２５ｂは、特許請求の範囲における第１の凹部に相当し、円環状凹部２２５ｃは、特許請求の範囲における第２の凹部に相当する。

中央凹部２２５ａと円環状凹部２２５ｂと円環状凹部２２５ｃと円環状凹部２２５ｄとは、それぞれ対応する中央凸部２４ａと円環状凸部２４ｂと円環状凸部２４ｃと円環状凸部２４ｄに倣う形状である。
円環状凹部２２５ｂは、バックカット面２２９ａを備える。円環状凹部２２５ｃは、バックカット面２２９ｂを備える。円環状凹部２２５ｄは、バックカット面２２９ｃを備える。バックカット面２２９ｂは、特許請求の範囲の第２の接続面に相当する。

バックカット面２２９ａとバックカット面２２９ｂとバックカット面２２９ｃとは、形成面２２２ｂの法線方向に対して傾斜している。一方、バックカット面２８ａとバックカット面２８ｂとバックカット面２８ｃとは、それぞれ形成面２１ｂに対して直交する。
この構成によれば、例えば円環状凹部２２５ｂのバックカット面２２９ａは、円環状凹部２２５ｂに対応する円環状凸部２４ｂのバックカット面２８ａと平行ではないため、バックカット面２２９ａとバックカット面２８ａとが互いに干渉しない範囲で視認側反射部２４と外部側反射部２２５とを近づけることができる。これにより、視認側反射部２４と外部側反射部２２５との距離Ｗ３をより小さくできる。したがって、この構成によれば、図５の構成と同様に、視認側反射部２４のフレネルレンズ構造の集光位置と外部側反射部２２５のフレネルレンズ構造の集光位置とのずれをより低減でき、かつ、観測者Ｍによって視認される外部の景色の歪みをより低減できる。

また、本実施形態においては、フレネルレンズ構造として、楕円フレネルレンズ構造や、リニアフレネルレンズ構造を有してもよい。
また、本実施形態においては、画像形成装置３０がフレネルレンズ構造の焦点の外側、すなわち、フレネルレンズ構造の焦点よりも光学素子２０から遠い位置に設けられていてもよい。この場合においては、画像形成装置３０の画像光Ｌによって、光学素子２０の視認面２１ａ側（−Ｙ側）に実像が形成される。

また、本実施形態においては、光透過層２３は、金属からなる構成としてもよい。この場合においては、膜厚を調整することで、光の反射率と透過率とを調整できる。

また、本実施形態においては、画像形成装置３０の構成は、上記例示した構成に限られるものではなく、画像光Ｌを射出できるならば、いかなる構成であってもよい。
また、本実施形態においては、観測者Ｍの視線Ｍａが、視認面２１ａの法線に対して傾いていてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に対して、視認面と外部側面とが曲面である点において異なる。
なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。

図７は、本実施形態の表示装置３１０を示す概略構成図である。
本実施形態の表示装置３１０は、図７に示すように、第１画像形成装置３３０ａと、第２画像形成装置３３０ｂと、光学素子３２０と、を備える。第１画像形成装置３３０ａ及び第２画像形成装置３３０ｂは、特許請求の範囲の画像形成装置に相当する。

第１画像形成装置３３０ａ及び第２画像形成装置３３０ｂは、例えば、第１実施形態の画像形成装置３０と同様の構成を有している。第１画像形成装置３３０ａは、光学素子３２０に向けて画像光Ｌａを射出する。第２画像形成装置３３０ｂは、光学素子３２０に向けて画像光Ｌｂを射出する。第１画像形成装置３３０ａ及び第２画像形成装置３３０ｂは、光学素子３２０に形成されたフレネルレンズ構造の焦点よりも、光学素子３２０に近い位置に配置されている。光学素子３２０に対する画像光Ｌａの主光線の角度と、光学素子３２０に対する画像光Ｌｂの主光線の角度とは、それぞれ異なる。

光学素子３２０は、視認側光透過性部材３２１と、外部側光透過性部材３２２と、光透過層２３と、を備える。視認側光透過性部材３２１は、特許請求の範囲の第１の光透過性部材に相当する。外部側光透過性部材２２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。
視認側光透過性部材３２１は、視認面３２１ａが曲面であることを除いて、第１実施形態の視認側光透過性部材２１と同様である。外部側光透過性部材３２２は、外部側面３２２ａが曲面であることを除いて、第１実施形態の外部側光透過性部材２２と同様である。

視認面３２１ａ及び外部側面３２２ａは、曲面部を持つ。具体的には、視認面３２１ａは、外部側（＋Ｙ側）に凹となる凹曲面であり、外部側面３２２ａは、外部側（＋Ｙ側）に凸となる凸曲面である。視認面３２１ａの曲率と外部側面３２２ａの曲率とは互いに同じであり、かつ、視認側反射部２４の複数の凸部に形成された傾斜面の曲率及び外部側反射部２５の複数の凹部に形成された傾斜面の曲率のいずれとも異なる。また、視認側反射部２４の曲率は外部側反射部２５の曲率と等しい。

そのため、視認側光透過性部材３２１側（−Ｙ側）から外部側光透過性部材３２２側（＋Ｙ側）へ向かって進行する画像光Ｌａと画像光Ｌｂとに対する視認側反射部２４の偏向作用及び外部側反射部２５の偏向作用は、画像光Ｌａと画像光Ｌｂとに対する視認面３２１ａの偏向作用及び外部側面３２２ａの偏向作用のいずれとも異なる。
なお、視認面３２１ａは、特許請求の範囲の第１面、及び曲面部に相当する。外部側面３２２ａは、特許請求の範囲の第３面、及び曲面部に相当する。

視認面３２１ａの曲率は、第１画像形成装置３３０ａから射出された画像光Ｌａの反射光が観測者Ｍの眼に入射するように設計されている。また、視認側反射部２４の曲率は、第２画像形成装置３３０ｂから射出された画像光Ｌｂの反射光が観測者Ｍの眼に入射するように設計されている。これにより、観測者Ｍは、画像光Ｌａの虚像と、画像光Ｌｂの虚像と、外部の景色と、を同時に視認できる。

なお、図７においては、画像光Ｌａと画像光Ｌｂとのうち観測者Ｍの眼に入る光のみを図示しているが、実際には画像光Ｌａの一部は視認側反射部２４で反射され、画像光Ｌｂの一部は視認面３２１ａで反射される。しかし、視認側反射部２４の曲率は、視認側反射部２４で反射される画像光Ｌａが観測者Ｍの眼に入射しないように設計され、視認面３２１ａの曲率は、視認面３２１ａで反射される画像光Ｌｂが観測者Ｍの眼に入射しないように設計されている。

本実施形態によれば、視認面３２１ａの曲率及び外部側面３２２ａの曲率が、視認側反射部２４の複数の凸部に形成された傾斜面の曲率及び外部側反射部２５の複数の凹部に形成された傾斜面の曲率のいずれとも異なる。そのため、視認面３２１ａで反射される光の角度及び外部側面３２２ａで反射される光の角度は、視認側反射部２４で反射される光の角度と外部側反射部２５で反射される光の角度のいずれとも異なる。これにより、光学素子３２０に対する入射角度がそれぞれ異なる画像光Ｌａの一部と画像光Ｌｂの一部とを観測者Ｍに向かって反射させることができる。したがって、本実施形態によれば、観測者Ｍは、異なる位置に配置された２つの画像形成装置から射出された画像光を重ね合わせた画像を視認できる。

なお、本実施形態においては、視認面３２１ａと外部側面３２２ａとのうち、いずれか一方のみが曲面である構成としてもよい。また、視認面３２１ａの曲率と、外部側面３２２ａの曲率とは、異なっていてもよい。

また、上記説明においては、視認面３２１ａが曲面である場合、すなわち、視認面３２１ａの全体が曲面部に相当する場合について示したが、これに限られない。本実施形態においては、視認面３２１ａの一部に上記の曲面部が設けられる構成としてもよい。外部側面３２２ａについても同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態に対して、光学素子の反射部にフレネルレンズ構造が形成されていない点において異なる。
なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。

図８は、本実施形態の表示装置４１０を示す概略構成図である。図９は、本実施形態の光学素子４２０を示す斜視図である。
本実施形態の表示装置４１０は、図８に示すように、画像形成装置４３０と、光学素子４２０と、を備える。

画像形成装置４３０は、画像形成部４３１と、レンズ４３２と、を備える。
画像形成部４３１の構成は、例えば、第１実施形態の画像形成装置３０と同様の構成である。画像形成部４３１は、画像光Ｌｃを射出する。画像光Ｌｃは、レンズ４３２を介して、光学素子４２０に向かって射出される。

レンズ４３２は、焦点が光学素子４２０よりも遠くに位置するように配置される。言い換えると、光学素子４２０は、レンズ４３２の焦点よりもレンズ４３２側に配置される。レンズ４３２によって画像光Ｌｃが集光され、虚像Ｎが形成される。

光学素子４２０は、視認側光透過性部材４２１と、外部側光透過性部材４２２と、光透過層４２３と、を備える。光透過層４２３は、第１実施形態の光透過層２３と同様である。視認側光透過性部材４２１は、特許請求の範囲の第１の光透過性部材に相当する。外部側光透過性部材４２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。

視認側光透過性部材４２１は、図８及び図９に示すように、視認面４２１ａと、形成面４２１ｂと、視認側反射部４２４と、を備える。視認面４２１ａは、特許請求の範囲の第１の面に相当する。形成面４２１ｂは、特許請求の範囲の第２の面に相当する。視認側反射部４２４は、特許請求の範囲の第１の反射部に相当する。

視認面４２１ａは、第１実施形態の視認面２１ａと同様である。
形成面４２１ｂは、視認面４２１ａと対向する面である。形成面４２１ｂには、視認側反射部４２４が設けられている。

視認側反射部４２４は、複数の凸部４２４ａを含む。
凸部４２４ａは、傾斜面４２６ａ（第１の傾斜面）と、傾斜面４２６ｂ（第１の接続面）と、を備える。本実施形態において、凸部４２４ａの断面（ＹＺ断面）形状は、三角形状である。複数の凸部４２４ａは、一方向（Ｘ軸方向）に延びて形成されている。複数の凸部４２４ａは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に並んで、ストライプ状に配置されている。

傾斜面４２６ａ及び傾斜面４２６ｂは、形成面４２１ｂに対して傾いた平面である。形成面４２１ｂに対する傾斜面４２６ａの傾きは、形成面４２１ｂに対する傾斜面４２６ｂの傾きより小さい。本実施形態においては、画像形成装置４３０から射出された画像光Ｌｃは、傾斜面４２６ａに入射される。

外部側光透過性部材４２２は、外部側面４２２ａと、形成面４２２ｂと、外部側反射部４２５と、を備える。外部側面４２２ａは、特許請求の範囲の第３の面に相当する。形成面４２２ｂは、特許請求の範囲の第４の面に相当する。外部側反射部４２５は、特許請求の範囲の第２の反射部に相当する。

外部側面４２２ａは、第１実施形態の外部側面２２ａと同様である。
形成面４２２ｂは、外部側面４２２ａと対向する面である。形成面４２２ｂには、外部側反射部４２５が設けられている。

外部側反射部４２５の形成面４２２ｂには、複数の凹部４２５ａが設けられている。凹部４２５ａの形状は、それに対応する凸部４２４ａの形状に倣う。
凹部４２５ａは、傾斜面４２７ａ（第２の傾斜面）と、傾斜面４２７ｂ（第２の接続面）と、を備える。本実施形態において、凹部４２５ａの断面（ＹＺ断面）形状は、三角形状である。複数の凹部４２５ａは、一方向（Ｘ軸方向）に延びて形成されている。複数の凹部４２５ａは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に並んで、ストライプ状に配置されている。

傾斜面４２７ａ及び傾斜面４２７ｂは、形成面４２２ｂに対して傾いた平面である。形成面４２２ｂに対する傾斜面４２７ａの傾きは、形成面４２２ｂに対する傾斜面４２７ｂの傾きより小さい。本実施形態においては、傾斜面４２７ａに画像形成装置４３０から射出された画像光Ｌｃが入射される。

複数の凸部４２４ａと複数の凹部４２５ａとは、かみ合うように設けられている。凸部４２４ａの傾斜面４２６ａと凹部４２５ａの傾斜面４２７ａとは、互いに平行である。凸部４２４ａの傾斜面４２６ｂと凹部４２５ａの傾斜面４２７ｂとは、互いに平行である。

本実施形態においては、画像形成装置４３０から射出された画像光Ｌｃの一部は、視認側反射部４２４の傾斜面４２６ａと外部側反射部４２５の傾斜面４２７ａとのうちのいずれか一方において反射され、観測者Ｍの眼に入射する。言い換えると、視認側反射部４２４の凸部４２４ａ及び外部側反射部４２５の凹部４２５ａは、視認側光透過性部材４２１側（−Ｙ側）から外部側光透過性部材４２２側（＋Ｙ側）に向かって進行する画像光Ｌｃを観測者Ｍに向かって反射する。

一方、外部側（＋Ｙ側）から光学素子４２０に入射する光の一部は透過され、観測者Ｍの眼に入射される。これにより、観測者Ｍは、外部の景色と画像形成装置４３０によって形成された画像とを同時に視認できる。

なお、視認側反射部４２４の凸部４２４ａまたは外部側反射部４２５の凹部４２５ａによって画像光Ｌｃが反射される方向は、特許請求の範囲の第１の方向に相当する。

本実施形態によれば、凸部４２４ａの傾斜面４２６ａと凹部４２５ａの傾斜面４２７ａとは互いに平行であるため、光学素子４２０を透過する光は、入射した方向と平行な方向に射出される。これにより、観測者Ｍによって視認される外部の景色が歪むことを抑制できる。

また、本実施形態においては、画像光Ｌｃが反射される複数の傾斜面４２６ａは、互いに傾斜面４２６ｂによって接続されている。そのため、隣り合う傾斜面４２６ａ同士の間には段差が生じている。これにより、観測者Ｍに視認される画像が、段差の部分で不連続となる場合がある。これに対して、観測者Ｍと虚像Ｎとの距離Ｗ４を、段差の大きさ、すなわち、傾斜面４２６ｂの視線Ｍａ方向（Ｙ軸方向）の寸法に対して十分に大きく設定することで、観測者Ｍに視認される画像に対する段差の影響を効果的に低減できる。距離Ｗ４を調整する方法としては、例えば、レンズ４３２の焦点距離を変化させる方法や、光学素子４２０に対するレンズ４３２の設けられる位置を変化させる方法が挙げられる。なお、傾斜面４２７ａについても同様である。

なお、本実施形態においては、以下の構成を採用してもよい。

傾斜面４２６ｂと傾斜面４２７ｂとの少なくとも一方に光吸収部材を設けてもよい。これにより、迷光を低減できる。また、傾斜面４２６ｂを形成面４２１ｂに直交する垂直面としてもよい。また、傾斜面４２７ｂを、形成面４２２ｂに直交する垂直面としてもよい。

また、本実施形態においては、レンズ４３２は設けられていなくてもよい。この場合においては、虚像Ｎは形成されず、観測者Ｍの眼には、光学素子４２０によって反射されたミラー像が映る。

また、上記説明においては、画像形成装置４３０が１つである構成としたが、これに限られない。本実施形態においては、例えば、図１０に示す表示装置５１０のように、２つの画像形成装置が設けられる構成としてもよい。

図１０は、表示装置５１０を示す概略構成図である。図１０においては、図８と異なり、鉛直方向上方側（＋Ｚ側）から視た場合を示している。
表示装置５１０は、図１０に示すように、右目用画像形成装置５３０ａと、左目用画像形成装置５３０ｂと、光学素子５２０と、を備える。右目用画像形成装置５３０ａ及び左目用画像形成装置５３０ｂは、特許請求の範囲の画像形成装置に相当する。

右目用画像形成装置５３０ａは、画像形成部５３１ａと、レンズ５３２ａと、を備える。左目用画像形成装置５３０ｂは、画像形成部５３１ｂと、レンズ５３２ｂと、を備える。画像形成部５３１ａ及び画像形成部５３１ｂは、画像形成部４３１と同様である。レンズ５３２ａ及びレンズ５３２ｂは、レンズ４３２と同様である。

光学素子５２０は、視認側光透過性部材５２１と、外部側光透過性部材５２２と、光透過層５２３と、を備える。図１０において、光学素子５２０は、図８における光学素子４２０に対して、視線Ｍａ方向（Ｙ軸方向）回りに９０°回転した状態で配置されている。すなわち、凸部５２４ａの延びる方向が、鉛直方向（Ｚ軸方向）となっている。視認側光透過性部材５２１は、特許請求の範囲の第１の光透過性部材に相当する。外部側光透過性部材５２２は、特許請求の範囲の第２の光透過性部材に相当する。

視認側光透過性部材５２１は、視認側反射部５２４における凸部５２４ａの傾斜面５２６ａの傾斜角度及び傾斜面５２６ｂの傾斜角度以外の点においては、視認側光透過性部材４２１と同様である。外部側光透過性部材５２２は、外部側反射部５２５における凹部５２５ａの傾斜面５２７ａの傾斜角度及び傾斜面５２７ｂの傾斜角度以外の点においては、外部側光透過性部材４２２と同様である。
なお、視認側反射部５２４は、特許請求の範囲における第１の反射部に相当する。外部側反射部５２５は、特許請求の範囲における第２の反射部に相当する。傾斜面５２６ａは、特許請求の範囲における第１の傾斜面に相当する。傾斜面５２７ａは、特許請求の範囲における第２の傾斜面に相当する。

凸部５２４ａの断面（ＸＹ断面）形状は、二等辺三角形状である。凸部５２４ａにおいて、形成面５２１ｂに対する傾斜面５２６ａの傾斜角度と、形成面５２１ｂに対する傾斜面５２６ｂの傾斜角度とは、互いに同じである。
凹部５２５ａの断面（ＸＹ断面）形状は、二等辺三角形状である。凹部５２５ａにおいて、形成面５２２ｂに対する傾斜面５２７ａの傾斜角度と、形成面５２２ｂに対する傾斜面５２７ｂの傾斜角度とは、互いに同じである。
なお、形成面５２１ｂは、特許請求の範囲の第２の面に相当する。形成面５２２ｂは、特許請求の範囲の第４の面に相当する。

右目用画像形成装置５３０ａから射出される画像光Ｌｄのうち、傾斜面５２６ａで反射した光と傾斜面５２７ａで反射した光とは、観測者Ｍの右目ＲＥに入射する。

一方、左目用画像形成装置５３０ｂから射出される画像光Ｌｅのうち、傾斜面５２６ｂで反射した光と傾斜面５２７ｂで反射した光とは、観測者Ｍの左目ＬＥに入射する。

これにより、観測者Ｍの右目ＲＥには、右目用画像形成装置５３０ａから射出された画像光Ｌｄによって形成される虚像ＮＲが視認され、観測者Ｍの左目ＬＥには、左目用画像形成装置５３０ｂから射出された画像光Ｌｅによって形成された虚像ＮＬが視認される。また、同時に、観測者Ｍの両目には、外部側面５２２ａから入射して、視認面５２１ａから射出された外部からの光が入射される。
なお、視認面５２１ａは、特許請求の範囲の第１の面に相当する。外部側面５２２ａは、特許請求の範囲の第３の面に相当する。

この構成によれば、右目用の画像と左目用の画像をそれぞれ観測者Ｍの右目ＲＥと左目ＬＥとに入射させることができるため、観測者Ｍに３Ｄ画像を視認させることが可能である。

（第４実施形態）
第４実施形態においては、上記第１実施形態から第３実施形態に示した表示装置が乗用自動車に搭載された例を示す。
なお、以下の説明において、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付すことにより、説明を省略する場合がある。

図１１は、表示装置が搭載された車両７０を示す概略構成図である。
本実施形態の車両７０は、図１１に示すように、表示装置１１００と、フロントウィンドウ７２と、ダッシュボード７３と、を備える。車両７０は、例えば、セダンタイプの乗用自動車である。

表示装置１１００は、例えば、第１実施形態の表示装置１０と同様の構成である。表示装置１１００は、光学素子１０００と、画像形成装置３０と、を備える。
光学素子１０００は、フロントウィンドウ７２に設けられている。光学素子１０００は、図１に示す光学素子２０と同様の構成である。観測者、すなわち、図１１においては乗員Ｃの視線は、光学素子１０００の視認面の法線に対して傾いている。
画像形成装置３０は、図１１に示すように、ダッシュボード７３の内部に収納されている。

ダッシュボード７３には、画像光Ｌを透過するための開口部７３Ｈが設けられている。画像光Ｌは、開口部７３Ｈを介して、光学素子１０００に向けて射出される。光学素子１０００に入射した画像光Ｌの一部は、乗員Ｃに向けて反射される。これにより、画像光Ｌによって形成された虚像Ｎが車両７０の乗員Ｃに視認される。

また、外部からの光の一部は、光学素子１０００を透過して乗員Ｃに視認される。したがって、乗員Ｃは、画像形成装置３０によって形成された画像と外部の景色とを同時に視認できる。

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、外部の景色が歪むことを抑制しつつ、外部の景色と画像形成装置３０によって形成された画像とを同時に視認できる。

なお、本実施形態において表示装置１１００は、第２実施形態及び第３実施形態の表示装置と同様の構成であってもよい。

なお、上記の第１実施形態から第４実施形態においては、本発明の表示装置をヘッドアップディスプレイに適用した例について説明したが、これに限られず、例えば、本発明はヘッドマウントディスプレイ等にも適用できる。

１０，３１０，４１０，５１０，１１００…表示装置、２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，１０００…光学素子、２１…視認側光透過性部材（第１の光透過性部材）、２１ａ，４２１ａ，５２１ａ…視認面（第１の面）、２１ｂ，４２１ｂ，５２１ｂ…形成面（第２の面）、２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２…外部側光透過性部材（第２の光透過性部材）、２２ａ，１２２ａ，２２２ａ，４２２ａ，５２２ａ…外部側面（第３の面）、２２ｂ，１２２ｂ，２２２ｂ，４２２ｂ，５２２ｂ…形成面（第４の面）、２３，１２３，２２３，４２３，５２３…光透過層、２４，４２４，５２４…視認側反射部（第１の反射部）、２４ａ…中央凸部（凸部）、２４ｂ…円環状凸部（凸部，第１の凸部）、２４ｃ…円環状凸部（凸部，第２の凸部）、２４ｄ…円環状凸部（凸部）、２５，１２５，２２５，４２５，５２５…外部側反射部（第２の反射部）、２５ａ，１２５ａ，２２５ａ…中央凹部（凹部）、２５ｂ，１２５ｂ，２２５ｂ…円環状凹部（凹部，第１の凹部）、２５ｃ，１２５ｃ，２２５ｃ…円環状凹部（凹部，第２の凹部）、２５ｄ，１２５ｄ，２２５ｄ…円環状凹部（凹部）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，４２６ａ，５２６ａ，５２６ｂ…傾斜面（第１の傾斜面）、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，４２７ａ，５２７ａ，５２７ｂ…傾斜面（第２の傾斜面）、２８ｂ…バックカット面（第１の接続面）、２９ｂ，１２９ｂ，２２９ｂ…バックカット面（第２の接続面）、３０，４３０…画像形成装置、４０ｂ…光吸収部材（第１の光吸収部材）、４１ｂ…光吸収部材（第２の光吸収部材）、３２１ａ…視認面（第１の面，曲面部）、３２２ａ…外部側面（第３の面，曲面部）、３３０ａ…第１画像形成装置（画像形成装置）、３３０ｂ…第２画像形成装置（画像形成装置）、４２４ａ，５２４ａ…凸部、４２５ａ，５２５ａ…凹部、４２６ｂ…傾斜面（第１の接続面）、４２７ｂ…傾斜面（第２の接続面）、５３０ａ…右目用画像形成装置（画像形成装置）、５３０ｂ…左目用画像形成装置（画像形成装置）、Ｌ，Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ…画像光

Claims (9)

1. 第１の面と、該第１の面と対向する第２の面と、該第２の面に設けられた複数の凸部を含む第１の反射部と、を備えた第１の光透過性部材と、
   第３の面と、該第３の面と対向する第４の面と、該第４の面に設けられ、前記複数の凸部に倣う複数の凹部を含む第２の反射部と、を備えた第２の光透過性部材と、
   前記第１の光透過性部材の屈折率及び前記第２の光透過性部材の屈折率と異なる屈折率を持つ光透過層と、
   を有し、
   前記複数の凸部の各々は、前記第２の面に対して傾いた第１の傾斜面を備え、
   前記複数の凹部の各々は、前記第４の面に対して傾いた第２の傾斜面を備え、
   前記複数の凸部が前記光透過層を介して前記複数の凹部とかみ合うように、前記第１の光透過性部材と前記第２の光透過性部材とが配置されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記複数の凸部は、フレネルレンズ構造を構成する、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数の凸部は、三角形状の断面を持つ凸部を含む、請求項１に記載の光学素子。
4. 前記複数の凸部はストライプ構造を構成し、前記第１の光透過性部材から前記第２の光透過性部材側へ向かって進行する光を第１の方向に反射する、請求項３に記載の光学素子。
5. 前記複数の凸部は、第１の凸部と、該第１の凸部に隣り合う第２の凸部と、該第１の凸部が備える前記第１の傾斜面を該第２の凸部が備える前記第１の傾斜面と接続する第１の接続面と、該第１の接続面に設けられた第１の光吸収部材と、を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記複数の凹部は、第１の凹部と、該第１の凹部に隣り合う第２の凹部と、該第１の凹部が備える前記第２の傾斜面を該第２の凹部が備える前記第２の傾斜面と接続する第２の接続面と、該第２の接続面に設けられた第２の光吸収部材と、を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記第１の面と前記第３の面とのうち少なくとも一方は曲面部を持ち、前記第１の光透過性部材側から前記第２の光透過性部材側へ向かって進行する光に対する前記第１の反射部の偏向作用は、該光に対する前記曲面部の偏向作用と異なる、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記光透過層は、金属からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 画像光を射出する画像形成装置と、
   前記画像光の光路上に設けられた請求項１から８のいずれか一項に記載の光学素子と、
   を備えることを特徴とする表示装置。

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