JP6127359B2 - 虚像表示装置及び虚像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの画像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されており（例えば特許文献１、２等参照）、例えば導光板にホログラム素子を組み込んで、画像光と外界光とを重畳させることのできるシースルー光学系の提案がなされている（特許文献３参照）。また、ヘッドマウントディスプレイに関する技術ではないが、樹脂製の成形品の表面を保護するために、ハードコート層を設けることが一般に知られている（例えば特許文献４参照）。

ヘッドマウントディスプレイにおいて、画像光を適切な状態で導くためには、画像光を反射等によって伝搬処理させる導光板の表面部分の状態を良好に保つ必要がある。従って、当該表面部分の損傷を防いだり、表面の汚れの除去を容易にしたりするためにハードコート層を設けることが考えられる。特に、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ場合には、導光板のうち露出する部分が多くなりやすく、表面部分にハードコート層を設けることがより重要となる。ここで、ハードコート層の成膜においては、成膜直前の表面部分に付着物がない状態とするため、洗浄を行うのが一般的である。

しかしながら、ヘッドマウントディスプレイの導光部分には、例えば上記特許文献３のホログラム素子のように導光のために種々の光学素子を設ける必要がある。このため、例えばハードコート層の成膜の前処理として洗浄をすると、導光部分に設けた光学素子が剥がれる等の事態が生じて、導光の性能等が劣化してしまう可能性がある。

特開２００８−１７２３６７号公報 特開２０００−２４９９６９号公報 特開２００７−２４０９２４号公報 特開２００９−５１９２０号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、ハードコート層を有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、光学特性を良好な状態に維持できる虚像表示装置及び虚像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の虚像表示装置は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と、（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する（ｃ）導光装置と、を備え、（ｄ）導光装置が、光入射部及び光射出部の少なくとも一方において画像光を折り曲げる反射部と、反射部を覆う被覆部材と、少なくとも第１及び第２の全反射面を含む画像光の導光する面を保護するハードコート層とを有し、（ｅ）ハードコート層が、少なくとも光入射部、導光部及び光射出部を構成する導光本体部分と、光折り曲げ用の上記反射部を被覆した状態の被覆部材とを含む部材全体のうち、少なくとも画像光の導光する面を覆っており、
光折り曲げ用の前記反射部は、光射出部側に設けられて画像光を外部へ取出すとともに外界光を透過させる反射膜であり、
前記導光装置は、前記光入射部側において前記ハードコート層上に設けられて前記画像
光を前記導光部へ導くミラー膜を有する。

上記虚像表示装置では、導光を行うために導光装置内に組み込まれる光学素子である光折り曲げ用の反射部が被覆部材によって被覆された状態で、ハードコート層が成膜されたものとなっている。従って、例えば虚像表示装置の作製においてハードコート層の成膜の前処理として、導光装置を構成する導光本体部分の表面を洗浄しても、これによって光折り曲げ用の反射部が剥がれるといった事態を回避し、当該反射部の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、虚像表示装置は、ハードコート層を有することにより損傷の抑制や表面の汚れの簡易な除去ができ、かつ、光学特性を良好な状態に維持できるものとなる。導光装置が、光入射部側においてハードコート層上に設けられて画像光を導光部へ導くミラー膜を有し、ミラー膜は、ハードコート層の成膜後に形成されるものとなる。従って、ハードコート層の成膜時の洗浄等の影響のない良好な状態のミラー膜を成膜できる。なお、上記の反射部には、画像光を折り曲げるとともに外界光を透過させる種々のものが含まれる。つまり、反射部には、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半透過反射膜のみならず、半透過反射性を有する半透過部材や、半透過性のシート、特定波長の光に対してのみ作用し他の波長の光を透過させるホログラム素子等の種々の半透過性の反射部（半透過反射部）が含まれるものとする。

本発明の具体的な側面では、上記光折り曲げ用の反射部が、光射出部側に設けられて画像光を外部へ取出すとともに外界光を透過させる反射膜である。この場合、反射膜により画像光を反射するとともに外界光を透過させるシースルー観察が可能となる。

本発明の別の側面では、被覆部材が、光射出部に接合されることで反射膜を覆うとともに外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材である。この場合、透視部によりシースルー観察において歪みのない状態とすることが可能となる。

本発明のさらに別の側面では、導光装置が、光入射部側においてハードコート層上に設けられて画像光を導光部へ導くミラー膜を有する。この場合、ミラー膜は、ハードコート層の成膜後に形成されるものとなる。従って、ハードコート層の成膜時の洗浄等の影響のない良好な状態のミラー膜を成膜できる。

上記課題を解決するため、本発明に係る第２の虚像表示装置は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と、（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する（ｃ）導光装置と、を備え、（ｄ）導光装置が、少なくとも第１及び第２の面を含む画像光の導光する面を保護するハードコート層と、光入射部及び光射出部の少なくとも一方において画像光を折り曲げる反射部とを有し、（ｅ）ハードコート層が、少なくとも光入射部、導光部及び光射出部を構成する導光本体部分を含む部材全体のうち、少なくとも画像光の導光する面を覆っており、光折り曲げ用の上記反射部が、ハードコート層上に形成されている。

上記虚像表示装置では、ハードコート層の成膜がなされた後に、光折り曲げ用の反射部が形成されるものとなる。従って、例えば虚像表示装置の作製においてハードコート層の成膜の前処理として、導光装置を構成する導光本体部分の表面を洗浄しても、これによって光折り曲げ用の反射部が剥がれるといった事態が生じず、当該反射部の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、虚像表示装置は、ハードコート層を有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、光学特性を良好な状態に維持できるものとなる。

本発明の具体的な側面では、上記光折り曲げ用の反射部が、光射出部側に設けられて画像光を外部へ取出すとともに外界光を透過させる反射膜である。この場合、画像光を反射するとともに外界光を透過させる反射膜を保護することで、良好なシースルー観察が可能となる。

本発明の別の側面では、導光装置が、光射出部に接合されることで外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材を有する。この場合、透視部によりシースルー観察において歪みのない状態とすることが可能となる。

本発明のさらに別の側面では、上記光折り曲げ用の反射部が、光入射部側に設けられて画像光を導光部へ導くミラー膜である。この場合、ミラー膜を保護することで、良好な画像光の伝達を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、ハードコート層が、コート材をディップ処理によって塗布することで形成される。この場合、ハードコート層の成膜時の洗浄等の影響を回避して良好な状態のミラー膜を成膜できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部が、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする上記第１の面と上記第２の面とを有し、光入射部が、第１の面に対して所定の角度をなす第３の面を有し、光射出部が、第１の面に対して所定の角度をなす第４の面を有する。この場合、反射回数の異なる画像光を同時に合成して１つの虚像を形成する画像光として取り出して、光射出部越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の虚像表示装置の製造方法は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と（ｃ４）光入射部及び光射出部の少なくとも一方において画像光を折り曲げる反射部と（ｃ５）反射部を覆う被覆部材と（ｃ６）少なくとも第１及び第２の面を含む画像光の導光する面を保護するハードコート層とを有する（ｃ）導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、（ｄ）光折り曲げ用の反射部を光入射部又は光射出部のうち少なくとも一方を構成する導光本体部分に作製する反射部作製工程と、（ｅ）反射部作製工程において作製された反射部を被覆部材によって被覆する被覆工程と、（ｆ）少なくとも光入射部、導光部及び光射出部を構成する導光本体部分と、被覆工程において光折り曲げ用の反射部を覆った状態の被覆部材とを含む部材全体を覆うハードコート層を成膜するハードコート層成膜工程と、を有する。

上記虚像表示装置の製造方法では、反射部作製工程で作製された光折り曲げ用の反射部を、被覆工程において被覆部材で覆った状態とし、光折り曲げ用の反射部に影響が及ばない状態で、ハードコート層成膜工程においてハードコート層を成膜できる。従って、ハードコート層成膜工程において、成膜の前処理として、導光装置を構成する導光本体部分の表面を洗浄しても、これによって光折り曲げ用の反射部が剥がれるといった事態を回避し、当該反射部の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、この製造方法によって作製される虚像表示装置は、ハードコート層を有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、光学特性を良好な状態に維持できるものとなる。

上記課題を解決するため、本発明に係る第２の虚像表示装置の製造方法は、（ａ）画像光を形成する画像表示装置と、（ｂ）画像表示装置から射出された画像光による虚像を形成する投射光学系と、（ｃ１）投射光学系を通過した画像光を内部に取り込む光入射部と（ｃ２）光入射部から取り込まれた画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と（ｃ３）導光部を経た画像光を外部へ取出す光射出部と（ｃ４）少なくとも第１及び第２の面を含む画像光の導光する面を保護するハードコート層と（ｃ５）光入射部及び光射出部の少なくとも一方において画像光を折り曲げる反射部とを有する（ｃ）導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、（ｄ）少なくとも光入射部、光射出部及び導光部を構成する導光本体部分を含む部材全体を覆うハードコート層を成膜するハードコート層成膜工程と、（ｅ）ハードコート層成膜工程において成膜されたハードコート層のうち光入射部及び光射出部の少なくとも一方を構成する導光本体部分上に画像光を折り曲げる反射部を作製する反射部作製工程と、を有する。

上記虚像表示装置では、ハードコート層成膜工程においてハードコート層の成膜がなされた後に、反射部作製工程においてハードコート層上に光折り曲げ用の反射部が形成される。従って、ハードコート層成膜工程において、ハードコート層の成膜の前処理として、導光装置を構成する導光本体部分の表面を洗浄しても、これによって光折り曲げ用の反射部が剥がれるといった事態が生じず、当該反射部の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、この製造方法によって作製される虚像表示装置は、ハードコート層を有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、光学特性を良好な状態に維持できるものとなる。

本発明の具体的な側面では、ハードコート層成膜工程において、ハードコート層となるべきコート材をディップ処理によって塗布するディップ処理工程を含む。この場合、製造される導光装置の形状が比較的複雑であっても、所望の厚さの膜を均一に成膜できる。

実施形態の虚像表示装置を示す斜視図である。 （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図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。 （Ａ）は、縦の第１方向に関する光路を展開した概念図であり、（Ｂ）は、横の第２方向に関する光路を展開した概念図である。 虚像表示装置の光学系における光路を具体的に説明する平面図である。 （Ａ）は、液晶表示デバイスの表示面を示し、（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイスの虚像を概念的に説明する図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。 （Ａ）は、導光装置の構造を示す断面図であり、（Ｂ）は、導光部材の本体部分を示す図であり、（Ｃ）は、反射膜を施した状態を示す図であり、（Ｄ）は、導光部材と光透過部材とを接合する工程を示す図であり、（Ｅ）は、導光部材と光透過部材とを接合した状態を示す図であり、（Ｆ）は、ハードコート層及びミラー膜を施した状態を示す図である。 （Ａ）は、第２実施形態の虚像表示装置に係る導光装置の構造を示す断面図であり、（Ｂ）は、導光部材の本体部分を示す図であり、（Ｃ）は、ハードコート層を施した状態を示す図であり、（Ｄ）は、反射膜及びミラー膜を施した状態を示す図であり、（Ｅ）は、導光部材と光透過部材とを接合する工程を示す図であり、（Ｆ）は、導光部材と光透過部材とを接合した状態を示す図である。 （Ａ）は導光部材の正面図であり、（Ｂ）は導光部材の下面図であり、（Ｃ）は導光部材の左側面図であり、（Ｄ）は導光部材の右側面図である。 （Ａ）は光透過部材の裏面図であり、（Ｂ）は光透過部材のＢＢ断面図であり、（Ｃ）は光透過部材の左側面図であり、（Ｄ）は光透過部材の右側面図である。 第１実施形態の虚像表示装置を構成する第１表示装置の変形例を示す図である。 （Ａ）は、第２実施形態の虚像表示装置を構成する第１表示装置の変形例を示す図であり、（Ｂ）は、第１表示装置の別の変形例を示す図である。 第１実施形態の虚像表示装置を構成する第１表示装置のさらに別の変形例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る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よる画像光を認識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光学パネル１１０と、光学パネル１１０を支持するフレーム１２１と、フレーム１２１のヨロイからテンプルにかけての部分に付加された第１及び第２駆動部１３１，１３２とを備える。ここで、光学パネル１１０は、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とを有し、両パネル部分１１１，１１２は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第１パネル部分１１１と第１駆動部１３１とを組み合わせた第１表示装置１００Ａ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。また、図面上で右側の第２パネル部分１１２と第２駆動部１３２とを組み合わせた第２表示装置１００Ｂ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。

〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２（Ａ）等に示すように、第１表示装置１００Ａは、画像形成装置１０と、導光装置２０とを備える。ここで、画像形成装置１０は、図１における第１駆動部１３１に相当し、導光装置２０は、図１における第１パネル部分１１１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。

画像形成装置１０は、画像表示装置１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、画像表示装置１１は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置３１と、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス３２と、照明装置３１及び液晶表示デバイス３２の動作を制御する駆動制御部３４とを有する。

照明装置３１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源３１ａと、光源３１ａ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３１ｂとを有する。液晶表示デバイス３２は、照明装置３１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３４は、光源駆動回路３４ａと、液晶駆動回路３４ｂとを備える。光源駆動回路３４ａは、照明装置３１の光源３１ａ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３４ｂは、液晶表示デバイス３２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３４ｂ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。投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。

液晶表示デバイス３２において、第１方向Ｄ１は、投射光学系１２を通る第１光軸ＡＸ１と、後述する導光部材２１の第３反射面２１ｃに平行な特定線とを含む縦断面の延びる方向に対応し、第２方向Ｄ２は、上記第１光軸ＡＸ１と、上記第３反射面２１ｃの法線とを含む横断面の延びる方向に対応する。つまり、液晶表示デバイス３２の位置において、第１方向Ｄ１は、縦のＹ方向に相当し、第２方向Ｄ２は、横のＸ方向に相当する。

導光装置２０は、導光部材２１と光透過部材２３とを接合したものであり、全体としてＸＹ面に平行に延びる平板状の光学部材を構成している。

導光装置２０のうち、導光部材２１は、平面視において台形のプリズム状部材であり、側面を構成する第１の面から第４の面として、第１反射面２１ａと、第２反射面２１ｂと、第３反射面２１ｃと、第４反射面２１ｄとを有する。また、導光部材２１は、第１、第２、第３、及び第４反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに隣接するとともに互いに対向する第１の側面（上面）２１ｅと第２の側面（下面）２１ｆとを有する。ここで、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、ＸＹ面に沿って延び、導光部材２１の厚みｔだけ離間する。また、第３反射面２１ｃは、ＸＹ面に対して４５°以下の鋭角αで傾斜しており、第４反射面２１ｄは、ＸＹ面に対して例えば４５°以下の鋭角βで傾斜している。第３反射面２１ｃを通る 第１光軸ＡＸ１と第４反射面２１ｄを通る第２光軸ＡＸ２とは平行に配置され距離Ｄだけ離間している。なお、以下に詳述するが、第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとの間には、稜を除去するように端面２１ｈが設けられている。導光部材２１は、この端面２１ｈも含めると、７面の多面体状の外形を有するものとなっている。

導光部材２１は、対向して延びる第１及び第２の面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射を利用して導光を行うものであり、導光に際して反射によって折り返される方向と、導光に際して反射によって折り返されない方向とがある。導光部材２１で導光される画像について考えた場合、導光に際して複数回の反射によって折り返される横方向すなわち閉じ込め方向ＤＷ２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂに垂直（Ｚ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第２方向Ｄ２に相当する。一方、導光に際して反射によって折り返されないで伝搬する縦方向すなわち非閉じ込め方向ＤＷ１は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ及び第３反射面２１ｃに平行（Ｙ軸に平行）で、後述するように光源側まで光路を展開した場合に、液晶表示デバイス３２の第１方向Ｄ１に相当する。なお、導光部材２１において、伝搬される光束が全体として向かう主導光方向は、−Ｘ方向になっている。

導光部材２１は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。導光部材２１は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材を本体部分である導光本体部分２０ａとし、導光本体部分２０ａは、例えば熱又は光重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化又は光硬化させることで形成されている。このように導光部材２１は、導光本体部分２０ａを一体形成品とするが、機能的に、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とに分けて考えることができる。

光入射部Ｂ１は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光入射面ＩＳと、光入射面ＩＳに対向する第３反射面２１ｃとを有する。光入射面ＩＳは、画像形成装置１０からの画像光ＧＬを取り込むための裏側又は観察者側の平面であり、投射光学系１２に対向してその第１光軸ＡＸ１に垂直に延びている。第３反射面２１ｃは、矩形の輪郭を有し、その矩形領域全体に、光入射面ＩＳを通過した画像光ＧＬを反射して導光部Ｂ２内に導く。第３反射面２１ｃを形成するため、光入射部Ｂ１には、反射用のミラー層２５（ミラー膜）が形成されている。このミラー層２５は、導光部材２１の導光本体部分２０ａの斜面ＲＳ上にアルミ等の蒸着によって成膜を施すことにより形成される。第３反射面２１ｃは、投射光学系１２の第１光軸ＡＸ１又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｚ方向に向かう画像光ＧＬを、全体として−Ｚ方向寄りの−Ｘ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光ＧＬを導光部Ｂ２内に確実に結合させる。なお、ミラー層２５は、上述のように、第３反射面２１ｃとなるべき面に重なるようにアルミ等を成膜することで形成されており、光入射部Ｂ１に外光等が透過して入り込むことがないような構成となっている。

導光部Ｂ２は、互いに対向しＸＹ面に平行に延びる２平面として、光入射部Ｂ１で折り曲げられた画像光をそれぞれ全反射させる第１反射面２１ａと第２反射面２１ｂとを有している。つまり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、上述したミラー層２５や後述するハーフミラー層２８と異なり、導光部Ｂ２と外部の空気層との界面で画定され、当該界面での屈折率差を利用して高効率に光の導光を行っている。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂの間隔すなわち導光部材２１の厚みｔは、例えば９ｍｍ程度とされている。ここでは、第１反射面２１ａが画像形成装置１０に近い裏側又は観察者側にあるものとし、第２反射面２１ｂが画像形成装置１０から遠い表側又は外界側にあるものとする。この場合、第１反射面２１ａは、上記の光入射面ＩＳや後述する光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、屈折率差を利用する全反射面であり、ミラー層等の反射コートが施されていないが、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止するため、表面コート層であるハードコート層ＣＣで被覆されている。原則として、ハードコート層ＣＣが露出する最表面を形成するものとするが、必要であれば、図示のように、ハードコート層ＣＣ上にさらに反射防止コートＡＲで被覆することもできる。この場合、反射防止コートＡＲは、表面での反射を防止するとともに、例えばハードコート層ＣＣと協働してハードコートとしての性能をより高めるマルチコートとして機能する。

光入射部Ｂ１の第３反射面２１ｃで反射された画像光ＧＬは、まず、第１反射面２１ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光ＧＬは、第２反射面２１ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、全体として導光装置２０の奥側の主導光方向すなわち光射出部Ｂ３を設けた＋Ｚ側に導かれる。なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂには反射コートが施されていないため、外界側から第２反射面２１ｂに入射する外界光又は外光は、高い透過率で導光部Ｂ２を通過する。つまり、導光部Ｂ２は、外界像の透視が可能なシースルータイプになっている。

光射出部Ｂ３は、三角プリズム状の部分であり、第１反射面２１ａの一部である光射出面ＯＳと、光射出面ＯＳに対向する第４反射面２１ｄとを有する。光射出面ＯＳは、画像光ＧＬを観察者の眼ＥＹに向けて射出するための裏側の平面であり、光入射面ＩＳと同様に第１反射面２１ａの一部となっており、第２光軸ＡＸ２に垂直に延びている。光射出部Ｂ３を通る第２光軸ＡＸ２と光入射部Ｂ１を通る第１光軸ＡＸ１との距離Ｄは、観察者の頭部の幅等を考慮して例えば５０ｍｍに設定されている。第４反射面２１ｄは、矩形の平坦面であり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを反射して光射出部Ｂ３外に射出させるとともに外界光を透過させる。第４反射面２１ｄを形成するため、光射出部Ｂ３には、反射部（半透過反射部）であるハーフミラー層２８が形成されている。つまり、このハーフミラー層２８は、画像光を折り曲げる光折り曲げ用の反射膜であるとともに、外界光を透過させる光透過性を有する半透過反射膜である。ハーフミラー層（半透過反射膜）２８は、導光部材２１のうち第４反射面２１ｄを構成する斜面ＲＲ上に例えば銀等による金属反射膜や誘電体多層膜を重なるように成膜することで形成される。なお、ハーフミラー層２８上に、後述する光透過部材２３が配置されることで、シースルーが可能となる。ハーフミラー層２８の画像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＧＬ'の観察を容易にする観点で、想定される画像光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２８の画像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、画像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。

第４反射面２１ｄは、第１反射面２１ａに垂直な第２光軸ＡＸ２又はＸＹ面に対して例えば鋭角α＝２５°〜２７°で傾斜しており、上記ハーフミラー層２８により、導光部Ｂ２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを経て入射してきた画像光ＧＬを部分的に反射して全体として−Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、光射出面ＯＳを通過させる。また、第４反射面２１ｄは、外界光ＧＬ'を部分的に透過させ光射出面ＯＳを通過させる面でもあり、半透過半反射面である。なお、第４反射面２１ｄを透過した画像光の成分は、光透過部材２３に入射し、映像の形成には利用されない。

光透過部材２３は、導光部材２１の本体と同一の材料で構成され同一の屈折率を有し、第１面２３ａと、第２面２３ｂと、第３面２３ｃとを有する。第１及び第２面２３ａ，２３ｂは、ＸＹ面に沿って延びる。また、第３面２３ｃは、ＸＹ面に対して傾斜しており、導光部材２１の第４反射面２１ｄに対向して平行に配置されている。つまり、光透過部材２３は、第２面２３ｂと第３面２３ｃとに挟まれた楔状の部材を有するものとなっている。光透過部材２３は、導光部材２１と同様に、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。光透過部材２３は、射出成型によって一体的に成型されたブロック状部材であり、例えば熱又は光重合型の樹脂材料を成型金型内に射出させ熱硬化又は光硬化させることで形成されている。なお、光透過部材２３の表面には、導光部材２１と共通してハードコート層ＣＣが施されている。

光透過部材２３において、第１面２３ａは、導光部材２１に設けた第１反射面２１ａの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹに近い裏側にあり、第２面２３ｂは、導光部材２１に設けた第２反射面２１ｂの延長平面上に配置され、観察者の眼ＥＹから遠い表側にある。第３面２３ｃは、接着剤によって導光部材２１の第４反射面２１ｄに接合される矩形の光透過面である。以上の第１面２３ａと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第２反射面２１ｂと第４反射面２１ｄとのなす角度εと等しくなっており、第２面２３ｂと第３面２３ｃとなす角度は、導光部材２１の第１反射面２１ａと第３反射面２１ｃとのなす角度βと等しくなっている。

光透過部材２３と導光部材２１とは、両者の接合部分及びその近傍において、透視部Ｂ４を構成している。すなわち、第１及び第２面２３ａ，２３ｂには、ミラー層等の反射コートが施されていないため、導光部材２１の導光部Ｂ２と同様に外界光ＧＬ'を高い透過率で透過させる。第３面２３ｃも、外界光ＧＬ'を高い透過率で透過可能であるが、導光部材２１の第４反射面２１ｄがハーフミラー層２８を有していることから、第３面２３ｃを通過する外界光ＧＬ'は、例えば２０％減光される。つまり、観察者は、２０％に減光された画像光ＧＬと８０％に減光された外界光ＧＬ'とを重畳させたものを観察することになる。

ここで、導光装置２０の露出面を被覆するハードコート層ＣＣは、接合された導光部材２１及び光透過部材２３の表面を構成する要素であり、導光部材２１の導光本体部分２０ａと光透過部材２３の透光本体部分２４ａとを接合した後に、両者の表面を一括して種々の樹脂材料からなるハードコート剤を成膜することで形成されている。より具体的には、ハードコート層ＣＣは、導光装置２０のうち、光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３となるべき部分を含む導光本体部分２０ａと、導光本体部分２０ａ側に成膜されたハーフミラー層２８を被覆した状態となるように導光本体部分２０ａに接合された透光本体部分２４ａとを一体のものとする部材全体を覆っている。これにより、このハードコート層ＣＣは、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂといった導光に寄与する面を覆うことで、損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりするといった機能を果たすものとなっている。特に、虚像表示装置１００のように透視部Ｂ４を有するタイプでは、ハードコートを設けることは、良好なシースルー観察を確保する上で重要であるが、虚像表示装置１００の作製のうちハードコートの成膜に際しては、その性能確保のために成膜前の洗浄が必要となる。一方、虚像表示装置１００を構成する導光部材２１等には、ハーフミラー層２８等の光学素子が設けられており、洗浄等を行うと、これらの光学素子の性能が劣化する可能性がある。本実施形態では、ハードコート層ＣＣの成膜時において、ハーフミラー層２８を被覆部材である透光本体部分２４ａで覆い保護しておくことで、洗浄等から影響を受けないようにしている。

〔Ｃ．画像光の光路の概要〕
図３（Ａ）は、液晶表示デバイス３２の縦断面ＣＳ１に対応する第１方向Ｄ１の光路を説明する図である。第１方向Ｄ１に沿った縦断面すなわちＹＺ面（展開後のＹ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂの上端側（＋Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬａとし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂの下端側（−Ｙ側）から射出される成分を画像光ＧＬｂとする。

上側の画像光ＧＬａは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ_１の上方向から傾いて入射する。一方、下側の画像光ＧＬｂは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度φ_２（｜φ_２｜＝｜φ_１｜）の下方向から傾いて入射する。以上の角度φ_１，φ_２は、上下の半画角に相当し、例えば６．５°に設定される。

図３（Ｂ）は、液晶表示デバイス３２の横断面ＣＳ２に対応する第２方向（閉じ込め方向又は合成方向）Ｄ２の光路を説明する図である。第２方向Ｄ２（閉じ込め方向又は合成方向）に沿った横断面ＣＳ２すなわちＸＺ面（展開後のＸ'Ｚ'面）において、液晶表示デバイス３２から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域３２ｂに向かって右端側（＋Ｘ側）の第１表示点Ｐ１から射出される成分を画像光ＧＬｃとし、図中二点差線で示す表示領域３２ｂに向かって左端側（−Ｘ側）の第２表示点Ｐ２から射出される成分を画像光ＧＬｄとする。図３（Ｂ）中には、参考のため、右寄り内側のから射出される画像光ＧＬｅと、左寄り内側のから射出される画像光ＧＬｆとを追加している。

右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬｃは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ_１の右方向から傾いて入射する。一方、左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬｄは、投射光学系１２によって平行光束化され、展開された光軸ＡＸ'に沿って、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２、及び光射出部Ｂ３を通り、観察者の眼ＥＹに対して平行光束状態で、角度θ_２（｜θ_２｜＝｜θ_１｜）の左方向から傾いて入射する。以上の角度θ_１，θ_２は、左右の半画角に相当し、例えば１０°に設定される。

なお、第２方向Ｄ２の横方向に関しては、導光部材２１中で画像光ＧＬｃ，ＧＬｄが反射によって折り返され、反射の回数も異なることから、各画像光ＧＬｃ，ＧＬｄが導光部材２１中で不連続に表現されている。また、観察者の眼ＥＹについては、図２（Ａ）の場合と比較して見ている方向が上下反対となっている。結果的に、横方向に関しては、全体として画面が左右反転するが、後に詳述するように導光部材２１を高精度に加工することで、液晶表示デバイス３２の右半分の画像と液晶表示デバイス３２の左半分の画像とが切れ目なく連続してズレなくつなぎ合わされたものとなる。なお、両画像光ＧＬｃ，ＧＬｄの導光部材２１内での反射回数が互いに異なることを考慮して、右側の画像光ＧＬｃの射出角度θ_１'と左側の画像光ＧＬｄの射出角度θ_２'とは異なるものに設定されている。

以上により、観察者の眼ＥＹに入射する画像光ＧＬａ，ＧＬｂ，ＧＬｃ，ＧＬｄは、無限遠からの虚像となっており、縦の第１方向Ｄ１に関しては液晶表示デバイス３２に形成された映像が正立し、横の第２方向Ｄ２に関しては液晶表示デバイス３２に形成された映像が反転する。

〔Ｄ．横方向に関する画像光の光路〕
図４は、第１表示装置１００Ａにおける具体的な光路を説明する断面図である。投射光学系１２は、３つのレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有している。

液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、第１反射角γ１で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１反射角γ１を保った状態で、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、次いで再度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第３回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計３回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ_１の傾きで平行光束として射出される。

液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、投射光学系１２のレンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を通過することで平行光束化され、導光部材２１の光入射面ＩＳに入射する。導光部材２１内に導かれた画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて等しい角度で全反射を繰り返して、最終的に光射出面ＯＳから平行光束として射出される。具体的には、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、平行光束として導光部材２１の第３反射面２１ｃで反射された後、第２反射角γ２（γ２＜γ１）で導光部材２１の第１反射面２１ａに入射し、全反射される（第１回目の全反射）。その後、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第２反射角γ２を保った状態で、第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第２回目の全反射）、再度第１反射面２１ａに入射して全反射され（第３回目の全反射）、再度第２反射面２１ｂに入射して全反射され（第４回目の全反射）、再々度第１反射面２１ａに入射して全反射される（第５回目の全反射）。結果的に、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂにおいて計５回全反射され、第４反射面２１ｄに入射する。画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、この第４反射面２１ｄで第３反射面２１ｃと同一の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳに垂直な第２光軸ＡＸ２方向に対して角度θ_２の傾きで平行光束として射出される。

図４において、導光部材２１を展開した場合に第１反射面２１ａに対応する仮想的な第１面１２１ａと、導光部材２１を展開した場合に第２反射面２１ｂに対応する仮想的な第２面１２１ｂとを描いている。このように展開することにより、第１表示点Ｐ１からの画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ'を通過した後、第１面１２１ａを２回通過し第２面１２１ｂを１回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射することが分かり、第２表示点Ｐ２からの画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２は、光入射面ＩＳに対応する入射等価面ＩＳ"を通過した後、第１面１２１ａを３回通過し第２面１２１ｂを２回通過して光射出面ＯＳから射出されて観察者の眼ＥＹに入射することが分かる。見方を変えると、観察者は、２つの位置の異なる入射等価面ＩＳ'，ＩＳ"の近傍に存在する投射光学系１２のレンズＬ３を重ねて観察していることになる。

図５（Ａ）は、液晶表示デバイス３２の表示面を概念的に説明する図であり、図５（Ｂ）は、観察者に見える液晶表示デバイス３２の虚像を概念的に説明する図であり、図５（Ｃ）及び５（Ｄ）は、虚像を構成する部分画像を説明する図である。図５（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２に設けた矩形の画像形成領域ＡＤは、図５（Ｂ）に示す虚像表示領域ＡＩとして観察される。虚像表示領域ＡＩの左側には、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤのうち中央から右側にかけての部分に相当する第１投射像ＩＭ１が形成され、この第１投射像ＩＭ１は、図５（Ｃ）に示すように右側が欠けた部分画像となっている。また、虚像表示領域ＡＩの右側には、液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤのうち中央から左側にかけての部分に相当する投射像ＩＭ２が虚像として形成され、この第２投射像ＩＭ２は、図５（Ｄ）に示すように左半分が欠けた部分画像となっている。

図５（Ａ）に示す液晶表示デバイス３２のうち第１投射像（虚像）ＩＭ１のみを形成する第１部分領域Ａ１０は、例えば液晶表示デバイス３２の右端の第１表示点Ｐ１を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計３回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２を射出する。液晶表示デバイス３２のうち第２投射像（虚像）ＩＭ２のみを形成する第２部分領域Ａ２０は、例えば液晶表示デバイス３２の左端の第２表示点Ｐ２を含んでおり、導光部材２１の導光部Ｂ２において合計５回全反射される画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２を射出する。液晶表示デバイス３２の画像形成領域ＡＤの中央寄りにおいて第１及び第２部分領域Ａ１０，Ａ２０に挟まれて縦長に延びる帯域ＳＡからの画像光は、図５（Ｂ）に示す重複画像ＳＩを形成している。つまり、液晶表示デバイス３２の帯域ＳＡからの画像光は、導光部Ｂ２において計３回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２によって形成される第１投射像ＩＭ１と、導光部Ｂ２において計５回全反射される画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２によって形成される第２投射像ＩＭ２となって、虚像表示領域ＡＩ上で重畳していることになる。導光部材２１の加工が精密で、投射光学系１２によって正確にコリメートされた光束が形成されているならば、重複画像ＳＩについて、２つの投射像ＩＭ１，ＩＭ２の重畳によるズレや滲みを防止することができる。

以上では、液晶表示デバイス３２の右側の第１表示点Ｐ１を含む第１部分領域Ａ１０から射出された画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計３回で、液晶表示デバイス３２の左側の第２表示点Ｐ２を含む第２部分領域Ａ２０から射出された画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂによる全反射回数が計５回であるとしたが、全反射回数については適宜変更することができる。つまり、導光部材２１の外形（すなわち厚みｔ、距離Ｄ、鋭角α，β）の調整によって、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２の全反射回数を計５回とし、画像光ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数を計７回とすることもできる。また、以上では、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が奇数となっているが、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを反対側に配置するならば、すなわち導光部材２１を平面視で平行四辺形型にすれば、画像光ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２の全反射回数が偶数となる。

〔Ｅ．虚像表示装置の作製工程〕
以下、図６（Ａ）〜６（Ｆ）により、本実施形態に係る虚像表示装置の作製工程について説明する。ここでは、各製造工程のうち特徴的な部分である導光部材２１と光透過部材２３との接合の前後における導光装置２０の作製工程について説明する。図６（Ａ）は、各工程を経て製造された導光装置２０の構造を示す断面図であり、図６（Ｂ）〜６（Ｆ）に図６（Ａ）の構造を作製するための各工程を示している。

まず、図６（Ｂ）に示すように、導光部材２１の光入射部Ｂ１、導光部Ｂ２及び光射出部Ｂ３を構成する導光本体部分２０ａが準備される。導光本体部分２０ａは、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されるが、ここでは、例えばメタクリルスチレン等を材料として射出成型によって成形されるものとする。導光本体部分２０ａは、導光部材２１の第１〜第４反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（図６（Ａ）等参照）を形成すべき部分である第１〜第４面ＳＦａ，ＳＦｂ，ＳＦｃ，ＳＦｄを有する。

次に、図６（Ｃ）に示すように、導光本体部分２０ａの面ＳＦａ，ＳＦｂ，ＳＦｃ，ＳＦｄのうち、斜面ＲＲである第４面ＳＦｄの面上において、画像光の反射及び外界光の透過のために必要な領域に銀等を蒸着することによってハーフミラー層２８が成膜され、半透過面である第４反射面２１ｄが形成される（反射部作製工程）。

次に、図６（Ｄ）に示すように、導光部材２１となるべき導光本体部分２０ａに接合する光透過部材２３となるべき透光本体部分２４ａが準備される。透光本体部分２４ａは、導光部材２１の第１及び第２面２３ａ，２３ｂ（図６（Ａ）等参照）を形成すべき部分である第１及び第２平坦面ＭＦａ，ＭＦｂを有する。また、透光本体部分２４ａは、導光本体部分２０ａの第４反射面２１ｄに対向する対向面である第３面２３ｃを有している。

次に、図６（Ｅ）に示すように、導光部材２１となるべき導光本体部分２０ａの第４反射面２１ｄに、光透過部材２３となるべき透光本体部分２４ａの第３面２３ｃが、接着剤等により貼り合わされることで、両者が接合される（接合工程）。違う見方をすれば、第４反射面２１ｄのハーフミラー層２８が、被覆部材である透光本体部分２４ａによって被覆される（被覆工程）。

次に、図６（Ｆ）に示すように、接合された状態にある導光本体部分２０ａと透光本体部分２４ａとのうち露出している表面全体に表面コート層であるハードコート層ＣＣが成膜される。ハードコート層ＣＣは、例えばディップ処理によってコート材を塗布することで（ディップ処理工程）、導光本体部分２０ａ及び透光本体部分２４ａの表面全体にほぼ均一な膜厚で形成される（ハードコート層成膜工程）。これにより、導光本体部分２０ａの第１及び第２面ＳＦａ，ＳＦｂを覆うことで第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂが形成される。さらに、斜面ＲＳである第３面ＳＦｃ上において、ハードコート層ＣＣの上にアルミ等を蒸着することでミラー膜であるミラー層２５が成膜され第３反射面２１ｃが形成される（ミラー層成膜工程）。以上により、導光本体部分２０ａにハードコート層ＣＣ及びミラー層２５が成膜された導光部材２１と、透光本体部分２４ａにハードコート層ＣＣが成膜された光透過部材２３とが一体化した状態で作製される。ここで、ハードコート層ＣＣの成膜において、導光本体部分２０ａ及び透光本体部分２４ａの表面にごみ等が付着すると、損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりするといったハードコートとしての機能が果たせなくなくなる恐れがある。このため、成膜の前処理として導光本体部分２０ａ及び透光本体部分２４ａの表面部分の洗浄がなされる。この際、ハーフミラー層２８は、被覆部材である透光本体部分２４ａによって覆われた状態となっているため、洗浄によってハーフミラー層２８が剥がれたり欠けたりする、あるいは洗浄剤により化学的作用を受けるといった事態を回避することができるものとなっている。なお、ミラー層２５の形成については、ハードコート層ＣＣを成膜した後になされるので、ハードコート層ＣＣの成膜時の洗浄等の影響を受けることなく良好な状態で成膜できる。

以上により、図６（Ａ）に示す構造を有する導光装置２０が作製される（導光装置作製工程）。さらに、必要であればミラー層成膜工程後に反射防止コートＡＲを成膜することも可能である。なお、ミラー層２５については、例えばフレーム１２１（図１参照）を保護カバーとすること等によって保護される。

上述したハードコート層成膜工程において、ハードコート層ＣＣの膜厚は、５μｍ程度とすることが望ましい。これにより、ハードコート層ＣＣを成膜後の形状が、成膜前の導光本体部分２０ａと透光本体部分２４ａとを接合してできる形状を維持したものとなり、かつ、ハードコート層ＣＣが導光本体部分２０ａ及び透光本体部分２４ａを損傷から防いだり汚れの除去を容易にしたりするといったハードコートとしての機能できる程度の厚さを有するものとなる。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、導光装置２０の作製において導光を行うために導光装置内に組み込まれる光学素子である光折り曲げ用の反射膜であるハーフミラー層２８が、被覆部材である透光本体部分２４ａすなわち光透過部材２３によって覆われた状態で、ハードコート層ＣＣが成膜されたものとなっている。従って、例えば虚像表示装置１００の作製においてハードコート層ＣＣの成膜の前処理として、導光装置２０となるべき導光本体部分２０ａや透光本体部分２４ａの表面を洗浄しても、これによってハーフミラー層２８が剥がれるといった事態を回避し、ハーフミラー層２８の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、虚像表示装置１００は、ハードコート層ＣＣを有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、ハーフミラー層２８の光学特性を良好な状態に維持できる。特に上記の場合、被覆部材が光透過性の光透過部材２３であり、良好な状態でのシースルー観察が可能となる。

また、以上では、光射出部側において、光折り曲げ用の反射部を被覆部材で覆うものとしているが、これに限らず、光入射部側において、光折り曲げ用の反射部を被覆部材で覆うものとすることもできる。具体的には、上記では、光射出部Ｂ３側において、光折り曲げ用の反射部をハーフミラー層２８とし、被覆部材を透光本体部分２４ａすなわち光透過部材２３として、ハーフミラー層２８を光透過部材２３で覆って保護するものとしているが、本実施形態はこれに限らない。例えば、光入射部Ｂ１側において、ミラー膜であるミラー層２５は、画像光を折り曲げる光折り曲げ用の反射部である。つまり、光折り曲げ用の反射部をミラー層２５とし、図６（Ｃ）において第３面ＳＦｃにミラー層２５を成膜し、ミラー層２５を被覆する被覆部材を別途設けた状態でハードコート層ＣＣを成膜するものとしてもよい。ミラー層２５を保護することで、良好な画像光の伝達を行うことができる。

また、以上のようにして作製される導光装置２０の導光部材２１について、例えば反射防止コートＡＲを施さない場合には、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂは、最表層に位置するハードコート層ＣＣと空気層との界面によって形成される（図６（Ｆ）参照）。また、第３反射面２１ｃは、ミラー層２５と第３面ＳＦｃとの界面によって形成される（図６（Ａ）参照）。また、第４反射面２１ｄは、ハーフミラー層２８と第４面ＳＦｄとの界面によって形成される（図６（Ａ）参照）。なお、図６（Ａ）に示すように、反射防止コートＡＲを成膜する場合には、反射防止コートＡＲと空気層との界面を、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂとすることができる。

なお、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂでの全反射は、ハードコート層ＣＣの屈折率の設定によっており、上述のように、ハードコート層ＣＣと空気層との界面すなわちハードコート層ＣＣの表面側で生じさせることもできるが、ハードコート層ＣＣの内側である面ＳＦａ，ＳＦｂで生じさせることもできる。つまり、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂとして実質的に機能する面を、面ＳＦａ，ＳＦｂとすることもハードコート層ＣＣの表面とすることもできる。導光部Ｂ２においてどの面が画像光の導光に寄与する面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂになる場合であっても、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂを保護しているのは、ハードコート層ＣＣである。

〔第２実施形態〕
以下、図７（Ａ）〜７（Ｆ）により、第２実施形態に係る虚像表示装置の作製工程について説明することで、本実施形態の虚像表示装置を説明する。なお、本実施形態の虚像表示装置２００は、第１実施形態の虚像表示装置１００の変形例であり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様であるので、虚像表示装置２００を構成する導光装置２２０の構造以外については、図示及び説明を省略する。図７（Ａ）は、各工程を経て製造された導光装置２２０の構造を示す断面図であり、図７（Ｂ）〜７（Ｆ）に図７（Ａ）の構造を作製するための各工程を示している。

まず、図７（Ｂ）に示すように、導光部材２２１となるべき導光本体部分２０ａが準備される。次に、図７（Ｃ）に示すように、導光本体部分２０ａのうち露出している表面全体に表面コート層であるハードコート層ＣＣ１が例えばディップ処理によって成膜される（ハードコート層成膜工程）。これにより、導光本体部分２０ａの第１及び第２面ＳＦａ，ＳＦｂを覆うことで第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂが形成される。

次に、図７（Ｄ）に示すように、斜面ＲＲである第４面ＳＦｄの面上において、ハードコート層ＣＣの上に半透過反射膜であるハーフミラー層２８が成膜され第４反射面２１ｄが形成され（反射部作製工程）、斜面ＲＳである第３面ＳＦｃ上において、ハードコート層ＣＣの上にミラー膜２５が成膜され第３反射面２１ｃが形成される（反射部作製工程）。以上により、導光部材２２１が作製される（導光部材準備工程）。

次に、図７（Ｅ）に示すように、導光部材２２１に接合する光透過部材２２３が準備される（光透過部材準備工程）。光透過部材２２３は、透光本体部分２４ａにハードコート層ＣＣ２が例えばディップ処理によって成膜されて形成される。ハードコート層ＣＣ２は、ハードコート層ＣＣ１と同一の材料で構成されている。なお、導光部材２２１の第４反射面２１ｄには、第３面２３ｃ（対向面）が対向している。

次に、図７（Ｆ）に示すように、導光部材２２１に光透過部材２２３が接着剤等により貼り合わされることで、両者が接合される（接合工程）。この場合、ハードコート層ＣＣ１のうち、第４反射面２１ｄの下地となる部分は、光透過部材２３が接合された状態では装置の内部側に存在する中間層となる。ハードコート層ＣＣ１のうち、第１及び第２面ＳＦａ，ＳＦｂを覆う部分は、露出する表面を形成する表面コート層となる。

以上により、図７（Ａ）に示す構造を有する導光装置１２０が作製される（導光装置作製工程）。さらに、必要であれば接合工程後に反射防止コートＡＲを成膜することも可能である。なお、ミラー層２５については、例えばフレーム１２１（図１参照）を保護カバーとすること等によって保護される。

本実施形態では、導光装置２２０の作製において、導光部材２２１を構成するハードコート層ＣＣ１の成膜がなされた後に、光折り曲げ用の反射部であるミラー層２５及びハーフミラー層２８が形成されるものとなる。従って、例えば虚像表示装置２００の作製においてハードコート層ＣＣ１の成膜の前処理として、導光装置となるべき導光本体部分２０ａの表面を洗浄しても、これによってミラー層２５やハーフミラー層２８が剥がれるといった事態が生じず、ミラー層２５及びハーフミラー層２８の光学特性が損なわれないようにすることができる。以上から、虚像表示装置２００は、ハードコート層ＣＣ１やハードコート層ＣＣ２を有して損傷の抑制や表面の汚れ除去ができ、かつ、ハーフミラー層２８の光学特性を良好な状態に維持できるものとなる。特に上記の場合、光透過部材２２３が光透過性であり、良好な状態でのシースルー観察が可能となる。

また、本実施形態の場合、接合部分は、同一の材料で構成されるハードコート層ＣＣ１，ＣＣ２によって形成されているので、当該材料を接着するのに適した接着剤を用いることで、必要に足る接着力を確保することができる。従って、導光部材２２１の導光本体部分２０ａ及び光透過部材２２３の透光本体部分２４ａの材料として、直接接合することが一般に困難とされているシクロオレフィンポリマーを用いることができる。シクロオレフィンポリマーを用いた場合、導光部材２２１や光透過部材２２３の高い光透過性を持たせ、かつ、吸湿性を特に抑制でき、より良好な状態でのシースルー観察が可能となる。また、この場合、導光本体部分２０ａと透光本体部分２４ａとで材料が異なるものとしても必要に足る接着力を確保することができる。

〔Ｆ．その他〕
以上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。

上記実施形態では、虚像表示装置１００をシースルータイプのものとして説明しているが、本発明は、シースルーでないタイプのヘッドマウントディスプレイにおいても適用することができる。

光透過部材２３，２２３の形状は、導光部材２１，２２１を横すなわちＸ方向に延長するものに限らず、導光部材２１を上下から挟むように拡張した部分を含むものとできる。例えば、図８（Ａ）〜８（Ｄ）及び図９（Ａ）〜９（Ｄ）に示すような導光部材２１，２２１及び光透過部材２３，２２３の組み合わせが考えられる。なお、これらの比較的複雑な形状の導光部材２１及び光透過部材２３であっても、例えばディップ処理によってハードコート層ＣＣ，ＣＣ１，ＣＣ２を成膜することで、全体に比較的薄い膜を均一に成膜できる。なお、ハードコート層ＣＣ，ＣＣ１，ＣＣ２の成膜方法については、ディップ処理に限らず、通常のコート方式やスプレー方式、ロールコート方式、湿式・乾式のコート方式等も適用可能である。導光部材２１等の形状が比較的単純な場合には、上記のような種々の方法で、所望の膜厚のハードコート層ＣＣ，ＣＣ１，ＣＣ２を形成できる。

上記実施形態では、半透過反射部であるハーフミラー層２８を、例えば銀等による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半透過反射膜としているが、これに限らず、半透過反射性を有する半透過部材や、半透過性のシート等によって半透過反射部を構成するものとしてもよい。また、例えば図１０及び図１１（Ａ）に示すように、第１表示装置１００Ａ，２００Ａにおいて、ミラー層２５やハーフミラー層２８（図２（Ａ）等参照）に代えて、ホログラム素子ＨＥ１，ＨＥ２によって第３反射面２１ｃや第４反射面２１ｄを形成するものとしてもよい。つまり、画像光を折り曲げるとともに外界光を透過させる半透過反射部をホログラム素子ＨＥ２で構成するものとしてもよい。この場合、画像表示装置１１は、光源として、例えば３色の光束を発生するＬＥＤ光源を有し、ホログラム素子ＨＥ１，ＨＥ２は、当該３色に応じた３層構造のホログラム層を有するものとする。これにより、ホログラム素子ＨＥ１，ＨＥ２は、第３反射面２１ｃや第４反射面２１ｄの近辺に形成された仮想的なミラーとして、画像表示装置１１からの各色光を所望の方向に反射させる機能を有するものとなる。つまり、ホログラム素子８２５は、画像光の反射方向の調整を可能とする。また、ホログラム素子ＨＥ１，ＨＥ２を用いる場合、各色光を所望の方向に反射できる。従って、例えば図１１（Ｂ）に示すように、第１表示装置２００Ａの変形例として、第３及び第４反射面２１ｃ，２１ｄを第１反射面２１ａに対して傾斜させることなく、第２反射面２１ｂを延長した第１反射面２１ａに平行な面上にホログラム素子ＨＥ１，ＨＥ２を形成する構成とすることもできる。なお、ホログラム素子ＨＥ２は、特定波長帯の光に対してのみ作用し他の波長帯の光を透過させるため、外界光を通過させてシースルー観察が可能となっている。

上記の説明では、光入射部Ｂ１と導光部Ｂ２と光射出部Ｂ３とを備える導光装置２０を用いたが、光入射部Ｂ１や光射出部Ｂ３において、平面ミラーを用いる必要はなく、球面又は非球面の曲面ミラーによってレンズ的な機能を持たせることもできる。さらに、図１２に示すように、光入射部Ｂ１として、導光部Ｂ２から分離したプリズム又はブロック状のリレー部材１１２５を用いることができ、このリレー部材１１２５の入射出射面や反射内面にレンズ的な機能を持たせることもできる。なお、導光部Ｂ２を構成する導光体２６には、画像光ＧＬを反射によって伝搬させる第１及び第２の面である第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂが設けられているが、これらの反射面２１ａ，２１ｂは、互いに平行である必要はなく、曲面とすることもできる。なお、ここでは、曲面についても略沿って延びる面については、互いに対向して延びる面として取り扱うものとする。

上記実施形態では、照明装置３１からの照明光ＳＬに特に指向性を持たせていないが、照明光ＳＬに液晶表示デバイス３２の位置に応じた指向性を持たせることができる。これにより、液晶表示デバイス３２を効率的に照明することができ、画像光ＧＬの位置による輝度ムラを低減できる。

上記実施形態では、液晶表示デバイス３２の表示輝度を特に調整していないが、図５（Ｂ）等に示すような投射像ＩＭ１，ＩＭ２の範囲や重複に応じて表示輝度の調整を行うことができる。

上記実施形態では、画像表示装置１１として、透過型の液晶表示デバイス３２等を用いているが、画像表示装置１１としては、透過型の液晶表示デバイス３２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３２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１１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。

上記実施形態の虚像表示装置１００では、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ画像形成装置１０及び導光装置２０設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ画像形成装置１０と導光装置２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記実施形態では、光入射面ＩＳを通る第１光軸ＡＸ１と光入射面ＩＳを通る第２光軸ＡＸ２とが平行であるとしたが、これらの光軸ＡＸ１，ＡＸ２を非平行とすることもできる。

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、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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画像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明における全反射については、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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、第１及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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及び第２反射面２１ａ，２１ｂ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２１が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材２１は、縦方向に延びるものとできる。この場合、光学パネル１１０は、直列的ではなく並列的に平行配置されることになる。

１０…画像形成装置、 １１…画像表示装置、 １２…投射光学系、 ２０…導光装置、 ２０ａ…本体部分、 ２１，２２１…導光部材、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…反射面、 ２１ｅ…第１の側面（上面）、 ２１ｆ…第２の側面（下面）、 ２１ｈ…端面、 ２３，２２３…光透過部材（被覆部材）、 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…面、 ２４ａ…透光本体部分（被覆部材）、 ２５…ミラー層（反射膜）、 ２８…ハーフミラー層（反射膜、半透過反射膜）、 ３１…照明装置、 ３２…液晶表示デバイス、 ３２ｂ…表示領域、 ３４…駆動制御部、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １１０…光学パネル、 １２１…フレーム、 １３１，１３２…駆動部、 ＡＸ１…第１光軸、 ＡＸ２…第２光軸、 Ｂ１…光入射部、 Ｂ２…導光部、 Ｂ３…光射出部、 Ｂ４…透視部、 ＣＣ…接着層、 ＥＹ…眼、 ＦＳ…平坦面、 ＧＬ…画像光、 ＧＬ'…外界光、 ＧＬ１１，ＧＬ１２，ＧＬ２１，ＧＬ２２…画像光、 ＩＭ１，ＩＭ２…投射像、 ＩＳ…光入射面、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…レンズ、 ＯＳ…光射出面、 Ｐ１…表示点、 Ｐ２…表示点、 ＳＬ…照明光、 ＣＣ，ＣＣ１，ＣＣ２…ハードコート層、 ＡＲ…反射防止コート

Claims (10)

1. 画像光を形成する画像表示装置と、
   前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、
   前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する導光装置と、
   を備え、
   前記導光装置は、前記光入射部及び前記光射出部の少なくとも一方において前記画像光を折り曲げる反射部と、前記反射部を覆う被覆部材と、少なくとも前記第１及び第２の面を含む前記画像光の導光する面を保護するハードコート層とを有し、
   前記ハードコート層は、少なくとも前記光入射部、前記導光部及び前記光射出部を構成する導光本体部分と、光折り曲げ用の前記反射部を被覆した状態の前記被覆部材とを含む部材全体のうち、少なくとも前記画像光の導光する面を覆っており、
   光折り曲げ用の前記反射部は、前記光射出部側に設けられて前記画像光を外部へ取出すとともに外界光を透過させる反射膜であり、
   前記導光装置は、前記光入射部側において前記ハードコート層上に設けられて前記画像光を前記導光部へ導くミラー膜を有する、
   虚像表示装置。
2. 前記被覆部材は、前記光射出部に接合されることで前記反射膜を覆うとともに外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材である、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 画像光を形成する画像表示装置と、
   前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、
   前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と、前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と、を有する導光装置と、
   を備え、
   前記導光装置は、少なくとも前記第１及び第２の面を含む前記画像光の導光する面を保護するハードコート層と、前記光入射部及び前記光射出部の少なくとも一方において前記画像光を折り曲げる反射部とを有し、
   前記ハードコート層は、少なくとも前記光入射部、前記導光部及び前記光射出部を構成する導光本体部分を含む部材全体のうち、少なくとも前記画像光の導光する面を覆っており、光折り曲げ用の前記反射部は、前記ハードコート層上に形成されている、虚像表示装置。
4. 光折り曲げ用の前記反射部は、前記光射出部側に設けられて前記画像光を外部へ取出すとともに前記外界光を透過させる反射膜である、請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記導光装置は、前記光射出部に接合されることで外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材を有する、請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 光折り曲げ用の前記反射部は、前記光入射部側に設けられて前記画像光を前記導光部へ導くミラー膜である、請求項３に記載の虚像表示装置。
7. 前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする前記第１の面と前記第２の面とを有し、
   前記光入射部は、前記第１の面に対して所定の角度をなす第３の面を有し、
   前記光射出部は、前記第１の面に対して所定の角度をなす第４の面を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 画像光を形成する画像表示装置と、前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と前記光入射部から取り込まれた前記画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と前記光入射部及び前記光射出部の少なくとも一方において前記画像光を折り曲げる反射部と前記反射部を覆う被覆部材と少なくとも前記第１及び第２の面を含む前記画像光の導光する面を保護するハードコート層とを有する導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、
   光折り曲げ用の前記反射部を前記光入射部又は前記光射出部のうち少なくとも一方を構成する導光本体部分に作製する反射部作製工程と、
   前記反射部作製工程において作製された前記反射部を前記被覆部材によって被覆する被覆工程と、
   少なくとも前記光入射部、前記導光部及び前記光射出部を構成する導光本体部分と、前記被覆工程において光折り曲げ用の前記反射部を被覆した状態の前記被覆部材とを含む部材全体を覆う前記ハードコート層を成膜するハードコート層成膜工程と、を有し、
   前記導光装置は、前記光入射部側において前記ハードコート層上に設けられて前記画像光を前記導光部へ導くミラー膜を有する、
   虚像表示装置の製造方法。
9. 画像光を形成する画像表示装置と、前記画像表示装置から射出された前記画像光による虚像を形成する投射光学系と、前記投射光学系を通過した前記画像光を内部に取り込む光入射部と前記光入射部から取り込まれた前記画像光を第１及び第２の面での全反射により導く導光部と前記導光部を経た前記画像光を外部へ取出す光射出部と少なくとも前記第１及び第２の面を含む前記画像光の導光する面を保護するハードコート層と前記光入射部及び前記光射出部の少なくとも一方において前記画像光を折り曲げる反射部とを有する導光装置と、を備える虚像表示装置の製造方法であって、
   少なくとも前記光入射部、前記光射出部及び前記導光部を構成する導光本体部分を含む部材全体を覆う前記ハードコート層を成膜するハードコート層成膜工程と、
   前記ハードコート層成膜工程において成膜された前記ハードコート層のうち前記光入射部及び前記光射出部の少なくとも一方を構成する導光本体部分上に前記画像光を折り曲げる反射部を作製する反射部作製工程と、
   を有する虚像表示装置の製造方法。
10. 前記ハードコート層成膜工程において、前記ハードコート層となるべきコート材をディップ処理によって塗布するディップ処理工程を含む、請求項９に記載の虚像表示装置の製造方法。

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