JP2017167568A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外界光と映像光とを重ねて表示させるシースルー機能を持ちながら、ゴースト光の発生を抑制できる虚像表示装置を提供すること。
【解決手段】映像光を導光させる導光部材１０において、映像光の有効光束を通過させるべき領域である有効光束導光部ＤＰの外側に延長された周辺領域形成部分ＥＰが設けられていることで、例えば導光部材１０の側面形成部分ＳＰといった箇所においてが意図しない反射や散乱によって生じた成分に起因してゴースト光を発生させる可能性があっても、有効光束導光部ＤＰから側面形成部分ＳＰを離隔する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示素子等によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な虚像表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

ＨＭＤ等の虚像表示装置については、映像光を広画角化することと、装置重量を低減することとが望まれている。特に、観察者の視軸方向の厚みを薄くし、重心を観察者に近づけることが、装着感を向上させるために重要である。

また、観察者の視界を全て覆ってしまい、映像光のみが見える状態にしてしまうと、観察者に外界の状態が判らず、不安を与えてしまう。さらに、外界と映像を重ねて見せることによって、仮想現実の様な新しい用途が生み出される。このため、外界の視界を妨げず、映像光を重ねて表示するディスプレイが望まれている。

虚像表示装置において、良好な画像や外界像を視認させるためには、映像光等に起因するゴースト光の発生を防止する必要がある。特に、外界光と映像光とを重ねて表示させるシースルー機能を持たせる場合、映像光のみならず外界光にも起因してゴースト光が発生する可能性があり、ゴースト対策がより重要となる。さらに、眼鏡の形態に近づけかつ装置の小型化を図るという状況下で、外界光や映像光の光路を確保しようとすると、例えば製品誤差等による僅かな光路のズレ等によってもゴースト光が発生する箇所ができてしまうことも考えられる。さらに、シースルーの場合、観察者は、外界を見る等のために視線を動かすことも考えられる。この場合に、画像を見る正面視の状態ではゴースト光が見えていなくても視線を動かしたときにゴースト光が見えてしまう、という可能性もある。

例えば特許文献１では、枠状の遮光部材を設けることで、フレア光やゴースト光が観察者の眼に到達しないようにすることが提案されている。しかし、特許文献１の場合のように遮光部材を設けると、配置に際してのアライメントによっては必要な光が遮断されてしまう可能性があり、また、遮光部材の側面で反射した成分に起因してゴースト光が発生してしまう可能性もある。特に、外界光と映像光とを重ねて表示させるシースルー機能を持たせる場合、ゴースト光の発生を抑えるためには、外界光によるゴースト発生についても考慮する必要があるため、遮光部材によるゴースト対策では不十分となる可能性がある。

特開２００２−１１８７９９号公報

本発明は、外界光と映像光とを重ねて表示させるシースルー機能を持ちながら、ゴースト光の発生を抑制できる虚像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る虚像表示装置は、映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、映像光を生じさせる映像素子と、複数面を有し、当該複数面での反射及び透過により映像素子からの映像光を導光させる導光部材とを備え、導光部材は、映像素子からの映像光として観察者に到達させるべき有効光束成分を導光させる有効光束導光部と、有効光束導光部の周辺に形成される、周辺領域形成部とを有する。

上記虚像表示装置では、映像光を導光させる導光部材において、有効光束導光部の周りに周辺領域形成部が設けられていることで、例えば有効光束導光部の境界部分のような意図しない反射や散乱によって不要光が発生しやすい箇所が形成されないようにすることができる。また、例えば導光部材によって有効光束導光部や周辺領域形成部を設ける場合、当該導光部材のうち導光に寄与しない側面形成部分のような不要光を発生させるおそれのある箇所を有効光束導光部から離隔することができる。つまり、周辺領域形成部が介在することで不要光に起因するゴースト光の発生を低減できる。これにより、映像光と外界光とを同時に視認させるという状況下においても、不要光に起因してゴースト光が発生させる可能性を低減することが可能になり、良好な映像光を視認させるとともに、外界像の認識も良好なものにできる。

本発明の具体的な側面では、導光部材は、映像素子からの映像光を導光させるとともに、外界光を通過させるプリズム型の部材である。この場合、導光部材としてのプリズムが光透過性を有し、映像光の導光のみならず外界光を通過させることでシースルーを実現できる。また、この場合、当該プリズムにおいて、有効光束導光部及び周辺領域形成部を形成して、シースルーを実現しつつプリズム内で不要光に起因するゴースト光が発生することを回避するとともに、有効な成分を確実に伝搬させることができる。

本発明の別の側面では、周辺領域形成部は、入射した不要光を通過させて観察者によって視認可能な範囲から外れる方向へ導く。この場合、周辺領域形成部があることで不要光を排除するスペースを確保できる。

本発明のさらに別の側面では、有効光束導光部は、映像光を導光させる有効光束導光面を有し、周辺領域形成部は、有効光束導光面を広げるように設けられた拡張面を有する。この場合、周辺領域形成部が有効光束導光面から広がって形成される拡張面を有することによって導光部材に入射する不要光を、観察者が視認可能である視野の範囲から外れる方向へ導くことができる。

本発明のさらに別の側面では、周辺領域形成部において、拡張面は、有効光束導光面から周辺に連続して延びる連続面である。

本発明のさらに別の側面では、周辺領域形成部は、拡張面として、有効光束導光面を導光方向に沿って広がる面を含んでいる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材を構成する面のうち、拡張面の粗さは、有効光束導光面の粗さよりも大きい。この場合、例えば拡張面の粗さを有効光束導光面の粗さほど厳しくすることを要しないことで、導光部材を成形するための金型作製を比較的容易にでき、延いては虚像表示装置の作製が容易となる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、複数面の一部であって映像光の導光に寄与しない側面領域を形成する側面形成部分を有し、周辺領域形成部は、有効光束導光部と側面形成部分との間に介在するように形成される。この場合、周辺領域形成部が介在することで、不要光を発生させやすい側面形成部分を、有効光束導光部から離隔することができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材において、側面形成部分の側面領域は、光沢面で構成される。この場合、側面領域において光が拡散されることを抑制して、ゴーストの発生を低減できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材において、側面形成部分の側面領域を含む表面は、ハードコートにより平滑化されて形成される。この場合、ハードコートにより比較的簡易でありながら高精度に導光部材の表面全体を平滑化することができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材の表面の粗さは、断面曲線の最大谷深さＰｖが５０μｍ以下であり、中心線平均粗さＲａが５μｍ以下である。この場合、不要光成分を、反射面において拡散することなく反射させることができ、ゴースト光の発生を低減できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、３面以上の非軸対称な曲面を含むとともに、有効光束導光部において、映像光を導く光学系の一部として内部に中間像を形成させる。この場合、光学系全体を小型で軽量なものにしつつ、広画角で明るい高性能の表示を実現することができる。

本発明のさらに別の側面では、周辺領域形成部は、少なくとも有効光束導光部のうち中間像を形成させる部分の周りに設けられる。この場合、周辺領域形成部のうち有効光束が密な状態になりやすい中間像の前後に位置する部分において外乱光等の不要光成分を近づけないようにすることで、不要光成分が有効光束に影響してゴーストとなることを抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材において、複数面のうち第１面と第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、第１面と第３面とは、観察側に対し凹面形状を成しており、映像素子からの映像光は、第３面で全反射され、第１面で全反射され、第２面で反射された後、第１面を透過して、観察側に到達する。この場合、視度が略０とすることで、外界光を歪みのない良好な状態で視認でき、また、凹面形状を成すことで、観察者の顔に沿う形となっており、重心も顔に近く、デザイン的にも優れたものとできる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、第１面の光入射側に隣接して配置され、内部に入射した映像光を第３面へ導く第４面と、第３面の光入射側に隣接して配置され、内部に入射した映像光を第４面へ導く第５面と、映像素子からの映像光を入射させて第５面へ導く第６面とを有し、第４面は、第６面から導光方向に凸状に延びる反射面であり、第５面で反射した光を全反射により導光部内部に全反射する面であり、周辺領域形成部は、第４面の周辺に設けられている。

本発明のさらに別の側面では、導光部材において、複数面のうち装置の表側を形成する面が裏側を形成する面よりも広い。この場合、観察者の顔に合せやすい形状となる。

第１実施形態の虚像表示装置の外観を説明する斜視図である。 （Ａ）は、虚像表示装置を構成する第１表示装置の本体部分の平面視の断面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。 （Ａ）は、本体部分の正面図における有効光束の様子を示す図であり、（Ｂ）は、本体部分の模式的な断面図である。 （Ａ）は、不要光の光路について説明するための模式的な図であり、（Ｂ）は、比較例の図であり、（Ｃ）は、別の比較例の図である。 （Ａ）は、比較例の場合において視認されるゴースト光の様子を示す図であり、（Ｂ）は、正面視においてゴースト光が視認されていない様子を示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）の状態から視線を変えることでゴースト光が視認された様子を示す図である。 （Ａ）は、変形例の虚像表示装置について説明するための模式的な図であり、（Ｂ）は、比較例の図である。 （Ａ）は、第２実施形態に係る虚像表示装置の本体部分の平面図における光束の様子を示す図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図における光束の様子を示す図である。 （Ａ）は、第３実施形態に係る虚像表示装置の導光部材を観察者側から見た様子を示す図であり、（Ｂ）は、導光部材を平面視した図である。 虚像表示装置における光路についての一例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の虚像表示装置について詳細に説明する。

〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者に対して虚像に対応する画像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を覆う透視部材１０１と、透視部材１０１を支持するフレーム１０２と、フレーム１０２の左右両端のカバー部から後方のつる部分（テンプル）にかけての部分に付加された第１及び第２内蔵装置部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、透視部材１０１は、観察者の眼前を覆う肉厚で湾曲した光学部材（透過アイカバー）であり、第１光学部分１０３ａと第２光学部分１０３ｂとに分かれている。図面上で左側の第１光学部分１０３ａと第１内蔵装置部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部分１０３ｂと第２内蔵装置部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。

〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２（Ａ）、２（Ｂ）等に示すように、第１表示装置１００Ａは、投射透視装置７０と、画像表示装置８０とを備える。このうち、投射透視装置７０は、プリズム型の部材である導光部材１０と、光透過部材５０と、結像用の投射レンズ３０とを備える。導光部材１０と光透過部材５０とは接合によって一体化され、例えば導光部材１０の上面１０ｅとフレーム６１の下面６１ｅとが接するようにフレーム６１の下側にしっかりと固定されている。より具体的には、導光部材１０には、フレーム６１への取付けを可能にする取付部１０ｇが形成されており、フレーム６１から取付部１０ｇに対応して延びている取付部６１ｇに例えばネジ止めされている。投射レンズ３０は、これを収納する鏡筒６２を介して導光部材１０の端部において、例えば嵌めこみ式で固定されている。また、投射レンズ３０は、フレーム６１の下側にしっかりと固定されている。投射透視装置７０のうち導光部材１０と光透過部材５０とが連結（接合）されることで、導光装置２０が構成される。導光装置２０は、図１における第１光学部分１０３ａに相当する。また、投射透視装置７０の投射レンズ３０と、画像表示装置８０とは、図１における第１内蔵装置部１０５ａに相当する。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。

投射透視装置７０のうち、プリズム型の部材である導光部材１０は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材であり、鼻に近い中央側の第１プリズム部分１１と、鼻から離れた周辺側の第２プリズム部分１２とに分けて考えることができる。第１プリズム部分１１は、光射出側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、第２プリズム部分１２は、光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５と、第６面Ｓ１６とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接し、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５との間に第６面Ｓ１６が配置されている。導光部材１０は、以上のような光学的な機能を有する非軸対称な曲面を含む各面Ｓ１１〜Ｓ１６のうち少なくとも１つの面において、これらを延長して設けられる拡張面ＥＳ１，ＥＳ２等を有している。詳しくは後述するが、ここでは一例として図２（Ｂ）に示すように、第４面Ｓ１４から延長して設けられる拡張面ＥＳ１，ＥＳ２が壁面部ＷＰ１，ＷＰ２によって形成されている。また、導光部材１０は、第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６に隣接するとともに互いに対向する第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとを有する。なお、これらの側面１０ｅ，１０ｆは、各面Ｓ１１〜Ｓ１６と異なり、導光に際して光学的な機能を有しない面である。

導光部材１０において、第１面Ｓ１１は、Ｚ軸に平行な射出側光軸ＡＸＯを中心軸又は基準軸とする自由曲面であり、第２面Ｓ１２は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ１を中心軸又は基準軸とする自由曲面であり、第３面Ｓ１３は、射出側光軸ＡＸＯを中心軸又は基準軸とする自由曲面である。第４面Ｓ１４は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ３，ＡＸ４の２等分線を中心軸又は基準軸とする自由曲面であり、第５面Ｓ１５は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ４，ＡＸ５の２等分線を中心軸又は基準軸とする自由曲面であり、第６面Ｓ１６は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ４を中心軸又は基準軸とする自由曲面である。なお、以上の第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６は、水平（又は横）に延びＸＺ面に平行で光軸ＡＸ１〜ＡＸ４等が通る基準面ＳＲを挟んで、鉛直（又は縦）のＹ軸方向に関して対称な形状を有している。

導光部材（プリズム）１０は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、例えば型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより、成形する。導光部材１０の本体部分１０ｓは、一体形成品とされているが、第１プリズム部分１１と第２プリズム部分１２とに分けて考えることができる。第１プリズム部分１１は、映像光ＧＬの導波及び射出を可能にするとともに、外界光ＨＬの透視を可能にする。第２プリズム部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１プリズム部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１プリズム部分１１外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第１面Ｓ１１は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。このハードコート層は、本体部分１０ｓの下地面上に樹脂等からなるコート剤をディップ処理やスプレーコート処理によって成膜することによって形成される。

第２面Ｓ１２は、ハーフミラー層１５を有している。このハーフミラー層１５は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、その部分領域ＰＡ上に形成されている。つまり、ハーフミラー層１５は、第２面Ｓ１２が広がる全体領域ＱＡを主に鉛直方向に関して狭めた部分領域ＰＡ上に形成されている。より詳細には、この部分領域ＰＡは、鉛直のＹ軸方向に関する中央側に配置されており、水平の基準面ＳＲに沿った方向に関して略全体に配置されている。ハーフミラー層１５は、本体部分１０ｓの下地面のうち部分領域ＰＡ上に、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＨＬの観察を容易にする観点で、想定される映像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、映像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。

第３面Ｓ１３は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。なお、第３面Ｓ１３は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて外界光ＨＬを見たときに、視度が略０になっている。

第２プリズム部分１２において、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能し、或いはミラー層１７で被覆されて反射面として機能する。第４面Ｓ１４は、後述する映像光ＧＬの光入射面である第６面Ｓ１６から導光方向に凸状に延びる反射面となっている。なお、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５を全反射面として機能させる場合、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。

第６面Ｓ１６は、映像光ＧＬを第２プリズム部分１２内に入射させる屈折面として機能する。なお、第６面Ｓ１６は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできるが、さらに反射防止によってゴーストを抑制する目的で、本体部分１０ｓを多層膜で被覆することもできる。

光透過部材５０は、導光部材１０と一体的に固定されている。光透過部材５０は、導光部材（プリズム）１０の透視機能を補助する部材（補助プリズム）であり、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着剤ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ４２とは、接合によって一体化するため、略同じ曲率の形状を有する。

光透過部材（補助プリズム）５０は、可視域で高い光透過性を示し、導光部材（プリズム）１０の本体部分１０ｓと略同一の屈折率を有する樹脂材料で形成されている。光透過部材５０は、例えば熱可塑性樹脂の成形によって形成される。

投射レンズ３０は、鏡筒６２内に保持され、画像表示装置８０は、鏡筒６２の一端に固定されている。導光部材１０の第２プリズム部分１２は、投射レンズ３０を保持する鏡筒６２に連結され、投射レンズ３０及び画像表示装置８０を間接的に支持している。導光部材１０の周辺には、図２（Ａ）において破線で示すように、導光部材１０に外光が入射することを防止する追加の遮光部ＢＰを設けることができる。遮光部ＢＰは、例えば遮光性の塗装や光散乱層で構成することができ、投射レンズ３０から導光部材１０への映像光の入射に際して不要光成分を予め除去することができる。ただし、遮光部ＢＰは、映像光のうち必要光である有効光束の通過を妨げたり、意図しない反射をして新たな不要光成分を形成させたりすることのない範囲で設けられているものとする。なお、図示の遮光部ＢＰの形成位置は一例であり、このほかの場所に適宜設けることも可能である。

投射レンズ３０は、入射側光軸ＡＸＩに沿って例えば３つのレンズ３１，３２，３３を有している。各レンズ３１，３２，３３は、軸対称なレンズであり、少なくとも１つ以上が非球面を有するものとなっている。投射レンズ３０は、画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬを再結像させるために導光部材１０の第６面Ｓ１６を介して導光部材１０内に入射させる。つまり、投射レンズ３０は、映像表示素子８２の像面（表示位置）ＯＩ上の各点から射出された映像光又は画像光を導光部材１０内に再結像させるためのリレー光学系である。なお、導光部材１０の各面は、投射レンズ３０と協働することでリレー光学系の一部として機能する。

画像表示装置８０は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置８１と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子８２と、照明装置８１及び映像表示素子８２の動作を制御する駆動制御部８４とを有する。

画像表示装置８０の照明装置８１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源８１ａと、光源８１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部８１ｂとを有する。映像表示素子８２は、例えば液晶表示デバイスで形成される映像素子であり、照明装置８１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部８４は、光源駆動回路８４ａと、液晶駆動回路８４ｂとを備える。光源駆動回路８４ａは、照明装置８１の光源８１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路８４ｂは、映像表示素子（映像素子）８２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。なお、液晶駆動回路８４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。

〔Ｃ．映像光等の光路〕
以下、虚像表示装置１００における映像光ＧＬ等の光路について説明する。

映像表示素子（映像素子）８２から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０によって収束されつつ、導光部材１０に設けた比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６に入射する。

導光部材１０の第６面Ｓ１６を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２プリズム部分１２を通過する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４で反射される。

第２プリズム部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１プリズム部分１１において、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１に入射して全反射される。なお、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を通過する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面（表示位置）ＯＩに対応するものであるが、第３面Ｓ１３で折り返されたものとなっている。

第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特にハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層１５は、ここで反射される映像光ＧＬに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第１面Ｓ１１は、これを通過する映像光ＧＬに対して負の屈折力を有するものとして作用する。

第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光ＧＬにより、映像表示素子８２上に形成された画像を観察することになる。

一方、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１プリズム部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、導光部材１０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。同様に、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。さらに、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、導光部材１０の第２面Ｓ１２と光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２とは、略同一の曲面形状をともに有し、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層（接着剤）ＣＣで充填されている。つまり、導光部材１０の第２面Ｓ１２や光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２は、外界光ＨＬに対して屈折面として作用しない。

ただし、ハーフミラー層１５に入射した外界光ＨＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されるので、ハーフミラー層１５に対応する方向からの外界光ＨＬは、ハーフミラー層１５の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層１５に対応する方向からは、映像光ＧＬが入射するので、観察者は、ハーフミラー層１５の方向に映像表示素子８２上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。

導光部材１０内で伝搬されて第２面Ｓ１２に入射した映像光ＧＬのうち、ハーフミラー層１５で反射されなかったものは、光透過部材５０内に入射するが、例えば光透過部材５０のうちフレーム６１側の周辺部等に反射防止部を設ける（不図示）ことによって導光部材１０に戻ることが防止される。つまり、第２面Ｓ１２を通過した映像光ＧＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透過部材５０側から入射してハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬは、光透過部材５０に戻されるが、光透過部材５０に設けた上記の反射防止部によって導光部材１０に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。

しかしながら、虚像表示装置１００のようなシースルー機能を有するものの場合、上記のように、映像光ＧＬのみならず外界光ＨＬにも起因して迷光が発生する可能性があり、迷光の成分によってゴースト光が発生する可能性が高いため、ゴースト対策がより重要となる。例えば図２（Ａ）に示す遮光部ＢＰによる映像光のうちの不要光成分の除去や光透過部材５０の反射防止部による反射光の防止のみでは、迷光発生の防止が不十分である場合がある。特に、上記のような眼鏡の形態に近づけかつ装置の小型化を図るという状況下では、例えば製品誤差等による僅かな光路のズレ等がゴースト光発生の要因となることもある。これに対して本実施形態では、導光部材１０において、有効光束が導光される有効光束導光部ＤＰの周りに周辺領域形成部ＥＰを設けることで、意図しない反射や散乱によって不要光が発生することを抑制してゴースト光の発生を回避している。

以下、図２（Ｂ）等を参照して、導光部材１０における有効光束導光部ＤＰに対して周辺領域形成部ＥＰを形成すべき位置等について説明する。まず、有効光束導光部ＤＰとは、導光部材１０のうち、映像光ＧＬ（図２（Ａ）参照）の有効成分、すなわち観察者の眼ＥＹに到達させるべき成分が通過する部分（範囲）を意味する。これに対して、周辺領域形成部ＥＰとは、導光部材１０のうち、有効光束導光部ＤＰの周りを形成する部分を意味し、例えば、図２（Ｂ）では、第４面Ｓ１４棟の周囲に形成される壁面部ＷＰ１，ＷＰ２等が相当する。有効光束導光部ＤＰは、第１面Ｓ１１等のように映像光ＧＬの導光に寄与し光学的な機能を有する面を含む。これに対して、周辺領域形成部ＥＰは、第１面Ｓ１１等の光学機能面を延長して設けられる拡張面を含み、例えば、図２（Ｂ）に示す一例では、周辺領域形成部ＥＰの一部である壁面部ＷＰ１，ＷＰ２によって有効光束導光部ＤＰの一部である第４面Ｓ１４の拡張面ＥＳ１，ＥＳ２が形成されている。言い換えると、周辺領域形成部ＥＰの一部である壁面部ＷＰ１，ＷＰ２によって、第４面Ｓ１４を延長するように設けられた拡張面ＥＳ１，ＥＳ２が第４面Ｓ１４の上下方向（図中Ｙ方向）に広がるようにそれぞれ形成されているものとする。この拡張面ＥＳ１，ＥＳ２は、有効光束導光面ＤＰ１である第４面Ｓ１４に滑らかに繋がって延びる面として存在している、言い換えると、拡張面ＥＳ１，ＥＳ２が第４面Ｓ１４から周辺に連続して延びる連続面であることで、例えば映像光ＧＬの第４面Ｓ１４への入射において第４面Ｓ１４の範囲外からの光を通過させ有効光束導光部ＤＰから離隔し、観察者によって視認可能な範囲から外れる方向へ導くものとなっている。以上のような有効光束導光部ＤＰの周りに壁となる壁面部ＷＰ１，ＷＰ２が形成されていることで、映像光ＧＬの有効光束の通過領域である第４面Ｓ１４の周辺において意図しない光の反射や散乱が生じてゴースト光の発生を抑制している。

ここで、図３（Ａ）は、本体部分の正面図における有効光束が通過する範囲すなわち有効光束導光部ＤＰの様子について一例を示す図である。なお、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。図３（Ａ）に示すように、有効光束導光部ＤＰは、導光部材１０のうち、映像光ＧＬの有効成分の光束全体によって形成される範囲を言う。言い換えると、映像光ＧＬを構成する光束線全体によって形成される包絡線（包絡面）が有効光束導光部ＤＰと周辺領域形成部ＥＰとの境界となっている。有効光束導光部ＤＰのうち、中間像が形成される部分やその周辺の部分である領域ＭＡのあたりでは、映像光ＧＬの有効光束の通過範囲すなわち有効光束導光部ＤＰの形状がくびれて狭まっている。このことを利用して、導光部材１０において、この領域ＭＡの辺りに形成される周辺領域形成部ＥＰを小さくして、虚像表示装置１００全体としてのデザイン性の向上や装置の小型化を図ることが可能であるとも考えられる。しかしながら、この領域ＭＡは、映像光の中間像が形成される部分であるところ、有効光束の成分が集光しているところである。従って、この近辺において例えば導光部材１０に傷等が発生すると、その傷によって画像に与えられる影響は非常に大きなものとなる。同様に、ゴーストの発生に関してもこの近辺に起因するものである場合、非常に目立つものとなりやすい。これに対して、本実施形態では、特に領域ＭＡの周辺すなわち中間像が形成される前後の部分において周辺領域形成部ＥＰを十分に大きく有することで、ゴーストの発生を抑制できるものとしている。

特に、図３（Ａ）等に示すように、導光部材１０に対して、有効光束の光束線全体として、広がったり、収束したりが複数回起こる多面体プリズムの導光系のような有効光束導光部ＤＰの形状が複雑なものとなる場合において、迷光の発生を防ぎ、十分なゴースト対策を行うためには、導光部材１０に対する光束の入射位置や射出位置だけでなく、中間的な位置においても十分な光路の確保が必要となる。このため、本実施形態では、特にゴースト発生の生じる可能性が高い部分であり有効光束導光部ＤＰのうち中間像が形成される部分の近傍部分に隣接して周辺領域形成部ＥＰを設けている。つまり、導光部材１０は、周辺領域形成部ＥＰのうち中間像の前後に位置する部分において拡張面ＥＳ１等を十分な大きさで有している。これにより、有効光束導光部ＤＰのうち中間像を形成する部分やその近傍で意図しない不要光が、その後の面で、反射／透過して目に入射することを抑制し、目立ちやすいゴースト光の発生を回避している。

なお、上記実施形態の場合、投射レンズ３０等によって導光部材１０の内部に中間像が形成されるとともに、第３面Ｓ１３、第１面Ｓ１１、及び第２面Ｓ１２の順に２面以上で全反射された映像光ＧＬが、第１面Ｓ１１を透過して観察者の眼ＥＹに到達するので、導光部材１０を薄型にして光学系全体を小型で軽量なものにしつつ、広画角で明るい高性能の表示を実現することができる。また、外界光ＨＬについては、例えば第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて観察することができ、その際の視度を略０とするので、シースルーで外界光ＨＬを観察する際の外界光ＨＬのデフォーカスや歪みを低減できる。また、導光部材１０の形状が、観察者の顔に沿う形となっており、重心も顔に近く、デザイン的にも優れたものとできる。

また、図３（Ｂ）に示すように、導光部材１０において、虚像表示装置のうち装着時に観察者から見て外側となる表側を形成する面ＨＳが裏側を形成する面ＴＳよりも広くなっている。このような形状となっていることによっても、観察者の顔に合せやすい形状となりデザイン的にも優れたものにできる。

以下、本実施形態に係る虚像表示装置における不要光の処理について説明する。上記では、映像光の光束が密になる中間像を形成する部分の近傍におけるゴースト対策について説明したが、ゴースト発生は、このような箇所に限られず、例えば導光部材の側面形成部分といった映像光の有効光束成分の導光には寄与しない部分においても発生し得る。このような導光には寄与しない部分では、映像光のうち不要な成分や外界光の成分が反射や散乱をことでゴーストを発生させる要因になる場合があると考えられる。本実施形態では、導光部材の側面形成部分等において意図しない反射や散乱をしても観察者の眼に到達させずゴーストとして認識されないものとしている。

図４（Ａ）は、図３（Ｂ）に対応する図であり、本実施形態の虚像表示装置１００による不要光の処理について説明するための模式的な図である。なお、図４（Ｂ）及び４（Ｃ）は、比較例の図である。図４（Ａ）等は、導光部材１０の断面形状を台形状で示している点においては、図３（Ｂ）と共通するが、導光部材１０における種々の箇所での断面の様子を模式的に示す図であり、各部を必ずしも正確に示すものではない点においては、図３（Ｂ）と異なる。まず、図４（Ａ）において、導光部材１０のうち、有効光束導光部ＤＰは、断面視において台形状であり中心側に形成されるものとして示し、有効光束導光部ＤＰの周辺側に形成される周辺領域形成部ＥＰは、断面視において三角形状であるものとして示している。また、台形状で示される各面のうち眼ＥＹに対向する面について、有効光束導光部ＤＰの表面を有効光束の導光に寄与する有効光束導光面ＤＰ１の範囲を双方向矢印で示すものとする。有効光束導光面ＤＰ１を延長させた面であり、周辺領域形成部ＥＰの表面である面を、先と同様に拡張面ＥＳ１，ＥＳ２とする。以上の図４（Ａ）に示す有効光束導光面ＤＰ１や拡張面ＥＳ１，ＥＳ２は、図３（Ｂ）の場合と同様に、第４面Ｓ１４や第４面Ｓ１４を延長して設けられる拡張面を示すものと捉えることもできるが、図４（Ａ）ではこれに限らず、他の面、例えば有効光束導光面ＤＰ１を第１面Ｓ１１とし、拡張面ＥＳ１，ＥＳ２を第１面Ｓ１１延長して設けられる拡張面を示すものと捉えることもできる。ただし、既述のように、図４（Ａ）における有効光束導光面ＤＰ１や拡張面ＥＳ１，ＥＳ２は、模式的に示すものであり、図３（Ｂ）のように眼ＥＹの直近に配置されていない場合を示すこともあり、図３（Ｂ）と異なり眼ＥＹの直近に配置される面を示すこともあり、有効光束導光部ＤＰを構成する種々の面を示すものである。いずれの場合であっても、最終的に不要光を眼ＥＹに到達させない構造となっていることが重要である。

また、図４（Ａ）において、拡張面ＥＳ１，ＥＳ２に交差する面であり、映像光ＧＬの導光に寄与しない面を側面（側面領域）ＳＳ１，ＳＳ２とする。さらに、側面ＳＳ１，ＳＳ２等の側面領域を含む部分を側面形成部分ＳＰとする。図示の場合、周辺領域形成部ＥＰは、有効光束導光部ＤＰと側面形成部分ＳＰとの間に介在するように形成されるものとなっている。

側面形成部分ＳＰの表面である側面ＳＳ１，ＳＳ２は、導光部材１０を構成する複数面の一部であるが、例えば、図２（Ｂ）における第１の側面１０ｅや第２の側面１０ｆ等に相当する。ただし、側面ＳＳ１，ＳＳ２も側面１０ｅ，１０ｆに限らず、導光部材１０を構成する面であり映像光ＧＬの導光に寄与しない種々の面を示すものである。

以下、図４（Ａ）に示す導光部材１０における不要光の処理について説明する。映像光や外界光に起因する成分のうち視認されない不要光の成分として、例えば不要光成分ＥＥ１のように拡張面ＥＳ１と側面ＳＳ１との境界部分ＥＧ１を通る成分は、境界部分ＥＧ１において、拡散して拡散光ＤＬ１を生じさせる。これは、境界部分ＥＧ１が例えば微小な曲面部分を有する領域であること等による。このような拡散光ＤＬ１の成分が仮に、観察者の眼ＥＹに到達するとゴースト光として認識されることになる。これに対して、本実施形態では、拡張面ＥＳ１を十分に形成させることで、拡散光ＤＬ１が眼ＥＹに届かないようになっている。また、不要光の成分として、例えば不要光成分ＥＥ２のように側面ＳＳ２において反射するものも考えられる。特に、図示の場合のように側面ＳＳ２に対して非常に浅い角度で入射する成分の場合、その大半が反射することになるため、仮にこのような反射光ＲＬ１が眼ＥＹに到達すると、ゴーストとして認識されやすいものになる。本実施形態では、十分な大きさの周辺領域形成部ＥＰを有効光束導光部ＤＰと側面形成部分ＳＰとの間に介在するように設けていることで、反射光ＲＬ１のようなゴースト光となり得る成分が眼ＥＹに届かないようになっている。

これに対して、図４（Ｂ）に示す比較例の場合のように、周辺領域形成部ＥＰを設けないすなわち周辺領域形成部ＥＰや、これにより形成される拡張面ＥＳ１等が存在しないものとすると、不要光成分ＥＥ１のように有効光束導光面ＤＰ１と側面ＳＳ１との境界部分ＥＧ１を通る成分が、境界部分ＥＧ１において拡散した場合に、拡散光ＤＬ１がゴースト光として視認される可能性がある。また、不要光成分ＥＥ２のように側面に対して浅い角度で入射し反射した成分である反射光ＲＬ１も図４（Ａ）の周辺領域形成部ＥＰのような緩衝となる部分がないことで眼ＥＹに到達してしまう可能性がある。また、図４（Ｃ）に示す別の比較例の場合のように、遮光部材ＢＢを設けることで、図中に例示する外界からの不要光成分ＥＥ１，ＥＥ２のように適切に遮光される成分も存在するが、不要光成分ＥＥ３のように、外界からの成分が遮光部材ＢＢの側面において反射されてゴーストの発生原因となる反射光ＲＬ２を生じさせる可能性がある。また、図示を省略するが、設ける場所によっては遮光部材ＢＢが映像光の有効光束の一部を遮光してしまう場合も生じ得る。特に、シースルーの場合、映像光のみならず外界光も通過させる必要があるが、遮光部材ＢＢが外界光を遮蔽してしまう可能性が考えられる。

なお、以上の比較例におけるゴーストの発生状態については、例えば図５（Ａ）に示すように、視認されるべき映像範囲ＳＣ１の外側の範囲であって視認可能な範囲に三日月状に形成されるゴースト像ＧＳが発生するものがある。また、ゴースト像ＧＳの出現の仕方については、常に視認される場合のほか、図５（Ｂ）に示すように、観察者の眼ＥＹが映像範囲ＳＣ１の中心に向いている正面視の状態においては、ゴースト像ＧＳが視認されていなくても、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ｂ）の状態から視線を変えることでゴースト像ＧＳが視認されるという場合がある。特に、シースルーの場合、観察者は、外界を見る等のために視線を動かすことが考えられるため、このような事態が生じやすい。これに対して、本実施形態では、必要に応じて十分な大きさ、形状の周辺領域形成部ＥＰを形成しておくことで、反射や拡散による不要光が発生する場合であっても、これらの成分が観察者の眼ＥＹに届かないようにすることができる。さらに、観察者の眼ＥＹの姿勢が変わった場合も考慮してこのような場合であっても、ゴーストを発生させない状態を維持できる。なお、以上のような周辺領域形成部ＥＰの形成について、別の見方として、図４（Ａ）において一部拡大図に示すように、有効光束導光面ＤＰ１及び拡張面ＥＳ２（ＥＳ１）に対する側面ＳＳ２（ＳＳ１）の角度を変える（面を起こす）ことで、周辺領域形成部ＥＰを形成させているものとしてもよい。つまり、仮に周辺領域形成部ＥＰが無いとした場合の仮想面ＸＸの有効光束導光面ＤＰ１に対する角度βを大きくして角度αとするように側面ＳＳ２（ＳＳ１）を形成させることでゴーストの発生を抑制していると捉えることもできる。

以上のように、本実施形態の虚像表示装置１００では、映像光を導光させる導光部材１０において、映像光の有効光束を通過させるべき領域である有効光束導光部ＤＰの外側に延長された周辺領域形成部ＥＰが設けられていることで、例えば導光部材１０の側面形成部分ＳＰといった箇所においてが意図しない反射や散乱によって生じた成分に起因してゴースト光を発生させる可能性があっても、有効光束導光部ＤＰから側面形成部分ＳＰを離隔することができる。これにより、映像光と外界光とを同時に視認させるといったゴースト光が発生しやすい状況下においても、適切にゴースト対策を行うことが可能になり、良好な映像光を視認させるとともに、外界像の認識も良好なものにできる。従って、意図しない反射や散乱が生じても、有効光束導光面ＤＰ１から離隔された位置に発生することになるので、有効光束導光面ＤＰ１側に入ってゴースト光となることなく排除される。

以下、変形例の虚像表示装置について説明する。図６（Ａ）は、変形例の虚像表示装置について説明するための模式的な図である。なお、図６（Ｂ）は、比較例の図である。本変形例では、導光部材１０において、図４（Ａ）と同様の構成であって、さらに、側面形成部分ＳＰの側面ＳＳ１，ＳＳ２が光沢面になっている。より具体的には、側面ＳＳ１，ＳＳ２を、他の表面である第１面Ｓ１１等と同様に、ハードコート層で被覆することもできる。側面ＳＳ１，ＳＳ２がハードコートにより平滑化されて形成されることにより、表面の粗さを、断面曲線の最大谷深さＰｖが５０μｍ以下であり、中心線平均粗さＲａが５μｍ以下とすることができる。この場合、例えば不要光成分ＥＥ１は、側面ＳＳ１において拡散することなく反射される。このため、例えば、図示において外界光である不要光成分ＥＥ１は、側面ＳＳ１において反射されて発生した反射光ＲＬ３が眼ＥＹに到達することはない。なお、この場合、矢印ＡＡ１に示すように、観察者が側面ＳＳ１側に視線を向けたとしても、不要光成分ＥＥ１によってゴースト等が認識されることはなく、暗く見えることになる。また、例えば、不要光成分ＥＥ２は、側面ＳＳ２において反射され反射光ＲＬ４を発生させるが、拡散しないので、周辺領域形成部ＥＰを十分な大きさで設けることで、反射光ＲＬ４が眼ＥＹに到達することが無いようにすることが可能である。これに対して図６（Ｂ）に示す比較例のように、側面ＳＳ１，ＳＳ２が例えばシボ加工等された面であると、不要光成分ＥＥ１や不要光成分ＥＥ２が側面ＳＳ１，ＳＳ２に入射した後、ある程度の広がりを持って拡散した成分ＤＬＬが生じ、この成分が眼ＥＹに到達することでゴースト光として認識される可能がある。

本変形例では、ハードコート等によって、映像光を導光させる有効光束導光面ＤＰ１等の面のみならず側面ＳＳ１，ＳＳ２についても平滑化された面としておくことにより、光の拡散を抑制することで、ゴーストの発生を低減している。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であるため、全体及び各部の説明を省略する。

図７（Ａ）は、本実施形態に係る虚像表示装置２００の本体部分の平面図における有効光束が通過する範囲すなわち有効光束導光部ＤＰの様子について一例を示す図である。また、図７（Ｂ）は、本体部分の正面図における有効光束の様子を示す図である。

本実施形態では、中間像を形成する部分の近傍である領域ＭＡのあたりにおいても、導光部材１０にくびれた部分を形成することなく略一定の厚さを維持した形状としている点において、第１実施形態の場合（図２（Ｂ）又は図３（Ａ）参照）と異なっている。本実施形態の場合も、有効光束導光部ＤＰの外側に延長された部分として周辺領域形成部ＥＰを有することで、適切にゴースト対策を行うことが可能になり、良好な映像光を視認させるとともに、外界像の認識も良好なものにできる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態等に係る虚像表示装置１００の変形例であるため、全体及び各部の説明を省略する。

図８（Ａ）は、本実施形態に係る虚像表示装置の導光部材１０を裏側すなわち観察者側から見た様子を示す図であり、８（Ｂ）は、導光部材１０を平面視した図である。なお、図９は、図８の導光部材１０を用いた虚像表示装置における光路についての一例を示す図である。図８等に示すように、本実施形態では、周辺領域形成部ＥＰが上下方向すなわちＹ方向についてのみならず、左右方向すなわちＸ方向についても設けられている点において、上記各実施形態と異なっている。以下、周辺領域形成部ＥＰ等についてより具体的に説明する。まず、図８（Ａ）において、斜線で示す領域の部分が、有効光束導光部ＤＰの有効光束導光面ＤＰ１、すなわち、第１面Ｓ１１や第４面Ｓ１４等であり、この周囲に周辺領域形成部ＥＰの拡張面が形成されている。ここでは、特に、有効光束導光面ＤＰ１の一部である第４面Ｓ１４の周囲において周辺領域形成部ＥＰが有する拡張面について示している。具体的には、周辺領域形成部ＥＰは、第４面Ｓ１４をＹ方向について連続するように延長（拡張）して設けた連続面である拡張面ＥＳ１，ＥＳ２を有し、さらに、導光方向に沿ったＸ方向（図示の場合、−Ｘ側）について連続するように延長（拡張）して設けた連続面である拡張面ＥＳｋを有している。つまり、導光方向に垂直なＹ方向のみならずＸ方向についても拡張面が十分な大きさで設けられている。これにより、導光部材１０での映像光の導光において、Ｘ方向やＹ方向、或いはこれらの双方の方向の成分を含む種々の方向について発生し得る不要光成分の処理が可能となっている。

なお、図において、導光部材１０の根元側に設けられた連結部ＣＰは、導光部材１０を投射レンズ３０（図２（Ａ）参照）との間での嵌合せを利用した係止によって姿勢のアライメントを可能にする嵌合部である。また、リブ６０は、導光部材１０をフレーム６１（図２（Ｂ）参照）に沿って取り付けるための部分である。

本実施形態の場合も、周辺領域形成部ＥＰが十分な大きさで設けられていることで、適切にゴースト対策を行うことが可能になり、良好な映像光を視認させるとともに、外界像の認識も良好なものにできる。特に、本実施形態の場合、種々の方向から発生する不要光成分の処理が可能となる。なお、以上の説明では、有効光束導光面ＤＰ１として第４面Ｓ１４を対象とし、第４面Ｓ１４について延長した拡張面ＥＳｋが−Ｘ側について延長されて設けられるものとしているが、有効光束導光面ＤＰ１が第４面Ｓ１４以外の拡張面として設けられる場合も考えられ、また、延長される方向についても−Ｘ方向に限らず、＋Ｘ方向に延長される場合もある。

〔その他〕
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記において、導光部材１０を構成する面のうち、拡張面ＥＳ１等の粗さを、有効光束導光面の粗さよりも大きいものとすることができる。一般に、有効光束導光面ＤＰ１は、より高い面精度（例えば、断面曲線の最大谷深さＰｖ１０ｕｍ以下）が要求される。これに対して、有効範囲外にある拡張面については、不要光の処理が適切に行えれば相対的に面精度が低くても構わない（例えば、Ｐｖ５０ｕｍ以下）。この場合、拡張面の粗さを有効光束導光面の粗さほど厳しくすることを要しないことで、例えば導光部材１０の本体部分１０ｓを成形するための金型作製を比較的容易にできる。

上記の説明では、ハーフミラー層（半透過反射膜）１５が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層１５の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層１５の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。

上記の説明では、映像表示素子８２における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。

上記の説明では、画像表示装置８０として、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２を用いているが、画像表示装置８０としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、画像表示装置８０として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることもできる。

上記実施形態では、透過型の液晶表示デバイス等からなる画像表示装置８０を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える虚像表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔について説明していないが、両表示装置１００Ａ，１００Ｂの間隔は固定に限らず、機械機構等によって間隔の調整が可能である。つまり、両表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔は、着用者の眼幅等に応じて調整することができる。

上記の説明では、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（例えば金属反射膜や誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記の説明では、虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。

上記の説明では、導光部材１０の第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３において、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置１００における全反射については、第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部がコートされていてもよい。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、光学部材１１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

ＡＸ１−ＡＸ４…光軸、 ＡＸＩ…入射側光軸、 ＡＸＯ…射出側光軸、 ＥＹ…眼、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＩＩ…中間像の像面、 ＰＡ…部分領域、 Ｓ１１−Ｓ１６…第１−第６面、 Ｓ５１−Ｓ５３…第１−第３透過面、 ＳＬ…照明光、 ＳＲ…基準面、 １０…導光部材、 １０ｓ…本体部分、 １５…ハーフミラー層、 ３０…投射レンズ、 ３１，３２，３３…レンズ、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８１…照明装置、 ８２…映像表示素子（映像素子）、 ８４…駆動制御部、 １００，２００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １０３ａ，１０３ｂ…光学部分、 １０１…透視部材、 １０２…フレーム、 １５…ミラー面、 ＣＣ…接着剤、 ＤＰ…有効光束導光部、 ＤＰ１…有効光束導光面、 ＥＰ…周辺領域形成部、 ＥＳ１，ＥＳ２，ＥＳｋ…拡張面、 ＷＰ１，ＷＰ２…壁面部、 ＳＰ…側面形成部分、 ＳＳ１，ＳＳ２…側面（側面領域）、 ＨＳ…表側を形成する面、 ＴＳ…裏側を形成する面

Claims (16)

1. 映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、
   映像光を生じさせる映像素子と、
   複数面を有し、当該複数面での反射及び透過により前記映像素子からの映像光を導光させる導光部材とを備え、
   前記導光部材は、前記映像素子からの映像光として観察者に到達させるべき有効光束成分を導光させる有効光束導光部と、
   前記有効光束導光部の周辺に形成される周辺領域形成部とを有する、虚像表示装置。
2. 前記導光部材は、前記映像素子からの映像光を導光させるとともに、外界光を通過させるプリズム型の部材である、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記周辺領域形成部は、入射した不要光を通過させて観察者によって視認可能な範囲から外れる方向へ導く、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記有効光束導光部は、映像光を導光させる有効光束導光面を有し、
   前記周辺領域形成部は、前記有効光束導光面を広げるように設けられた拡張面を有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記周辺領域形成部において、前記拡張面は、前記有効光束導光面から周辺に連続して延びる連続面である、請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 前記周辺領域形成部は、前記拡張面として、前記有効光束導光面を導光方向に沿って広がる面を含んでいる、請求項４及び５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記導光部材を構成する面のうち、前記拡張面の粗さは、前記有効光束導光面の粗さよりも大きい、請求項４から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記導光部材は、前記複数面の一部であって映像光の導光に寄与しない側面領域を形成する側面形成部分を有し、
   前記周辺領域形成部は、前記有効光束導光部と前記側面形成部分との間に介在するように形成される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記導光部材において、前記側面形成部分の前記側面領域は、光沢面で構成される、請求項８に記載の虚像表示装置。
10. 前記導光部材において、前記側面形成部分の前記側面領域を含む表面は、ハードコートにより平滑化されて形成される、請求項８及び９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記導光部材の表面の粗さは、断面曲線の最大谷深さが５０μｍ以下であり、中心線平均粗さが５μｍ以下である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
12. 前記導光部材は、３面以上の非軸対称な曲面を含むとともに、前記有効光束導光部において、映像光を導く光学系の一部として内部に中間像を形成させる、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 前記周辺領域形成部は、少なくとも前記有効光束導光部のうち中間像を形成させる部分の周りに設けられる、請求項１２に記載の虚像表示装置。
14. 前記導光部材において、前記複数面のうち第１面と第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、
    前記第１面と前記第３面とは、観察側に対し凹面形状を成しており、
    前記映像素子からの映像光は、前記第３面で全反射され、前記第１面で全反射され、第２面で反射された後、前記第１面を透過して、観察側に到達する、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
15. 前記導光部材は、前記第１面の光入射側に隣接して配置され、内部に入射した映像光を前記第３面へ導く第４面と、前記第３面の光入射側に隣接して配置され、内部に入射した映像光を前記第４面へ導く第５面と、前記映像素子からの映像光を入射させて前記第５面へ導く第６面とを有し、
    前記第４面は、前記第６面から導光方向に凸状に延びる反射面であり、前記第５面で反射した光を全反射により導光部内部に全反射する面であり、
    前記周辺領域形成部は、前記第４面の周辺に設けられている、請求項１４に記載の虚像表示装置。
16. 前記導光部材において、前記複数面のうち装置の表側を形成する面が裏側を形成する面よりも広い、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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