特開 2023-178056 光学素子、及びそれを有する接眼光学系、画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023178056

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】光学素子、及びそれを有する接眼光学系、画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20231207BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022091103

(22)【出願日】2022-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】酒井 洋輔

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199CA29

2H199CA32

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA47

2H199CA53

2H199CA65

2H199CA67

2H199CA68

2H199CA85

(57)【要約】

【課題】広画角の光束を観察者の瞳まで到達させることが可能な光学素子を提供すること。
【解決手段】光学素子は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、光束を偏向して光学素子の内面に入射させる第１偏向部と、内面で全反射した光束を複数回偏向することで瞳の側へ射出する第２偏向部と、第１偏向部の側から第２偏向部の側へ順に配置された、第１半透過反射面と第２半透過反射面とを備える半透過反射部とを有し、第２半透過反射面は、第１半透過反射面からの光束の一部を第１半透過反射面の側へ反射する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、
前記光束を偏向して前記光学素子の内面に入射させる第１偏向部と、
前記内面で全反射した前記光束を複数回偏向することで前記瞳の側へ射出する第２偏向部と、
前記第１偏向部の側から前記第２偏向部の側へ順に配置された、第１半透過反射面と第２半透過反射面とを備える半透過反射部とを有し、
前記第２半透過反射面は、前記第１半透過反射面からの光束の一部を前記第１半透過反射面の側へ反射することを特徴とする光学素子。

【請求項2】

前記第１偏向部により偏向された光束は、前記第１半透過反射面を透過した後、前記第２半透過反射面により前記第２半透過反射面を透過する第１光束と前記第２半透過反射面で反射する第２光束とに分けられ、
前記第１光束は、前記第２偏向部に入射し、
前記第２光束は、前記第１半透過反射面で反射し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面とが互いに平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。

【請求項4】

前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面とが前記第１の偏向部の入射面に対して垂直であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。

【請求項5】

前記光学素子の厚さをｔ、前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面との間隔をＬ、前記第１の偏向部に対する前記光束の最大入射角をα、ｎを０以上の整数とするとき、
０．２０＜Ｌ／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。

【請求項6】

前記光学素子の厚さをｔ、前記光学素子の入射面における前記光束の光束径をΦ、前記第１の偏向部に対する前記光束の最小入射角をβとするとき、
０．５０＜Φ／（ｔ・ｔａｎ（β））＜２．００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。

【請求項7】

前記半透過反射部は、前記第１偏向部の側から前記第２偏向部の側へ順に配置された、偏光選択性半透過反射機能による前記第１半透過反射面、第３半透過反射面、偏光選択性半透過反射機能による前記第２半透過反射面を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。

【請求項8】

前記内面で全反射した前記光束の偏光方向と前記第１半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。

【請求項9】

前記第１半透過反射面と前記第３半透過反射面との間の光路上に配置された第１四分の一波長板と、
前記第３半透過反射面と前記第２半透過反射面の間の光路上に配置された第２四分の一波長板とを更に有し、
前記第１四分の一波長板、及び前記第２四分の一波長板は、それぞれの遅相軸が９０°傾くように配置され、
前記第１半透過反射面の偏光透過軸と前記第２半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であり、
前記第１半透過反射面の偏光透過軸に対して前記第１四分の一波長板の遅相軸が４５°傾くことを特徴とする請求項７に記載の光学素子。

【請求項10】

前記第１偏向部により偏向された光束は、前記第１半透過反射面を透過し、前記第１四分の一波長板を透過した後、前記第３半透過反射面により前記第３半透過反射面を透過する第１光束と前記第３半透過反射面で反射する第２光束とに分けられ、
前記第１光束は、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面で反射し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第３半透過反射面で反射し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射し、
前記第２光束は、前記第１四分の一波長板を透過し、前記第１半透過反射面で反射し、前記第１四分の一波長板を透過し、前記第３半透過反射面を透過し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射することを特徴とする請求項９に記載の光学素子。

【請求項11】

前記光学素子の厚さをｔ、前記第１半透過反射面と前記第３半透過反射面との間隔をａ、前記第３半透過反射面と前記第２半透過反射面との間隔をｂ、前記光束の最大入射角をα、ｎを０以上の整数とするとき、
０．２０＜｜ａ－ｂ｜／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項８に記載の光学素子。

【請求項12】

請求項１又は２に記載の光学素子と、
画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする接眼光学系。

【請求項13】

請求項１又は２に記載の光学素子と、
画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する導光板（光学素子）を備える画像表示装置が提案されている。図１０は、従来の導光板１００内を伝搬する光束の概念図である。画像表示素子から射出された光束は、第１偏向部１１０に入射し、偏向された後、全反射条件を満たすため導光板１００内を伝搬し、第２偏向部１２０に入射する。第２偏向部１２０に入射した光束の一部は偏向されて観察者の瞳ＳＰに向かい、他の一部は反射し、導光板１００内を伝搬し、第２偏向部１２０に入射する。このような構成により、観察者が光束を観察可能な領域を拡大することができる。

【0003】

特許文献１には、画像表示装置の広視野化を実現するために、高い屈折率を有する材料によって形成された導光板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０２０７２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の導光板を使用して広画角の光束を導光する際に、導光板から射出される光束間の幅が大きくなり、観察者の瞳まで光が到達しない場合がある。

【0006】

本発明は、広画角の光束を観察者の瞳まで到達させることが可能な光学素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての光学素子は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、光束を偏向して光学素子の内面に入射させる第１偏向部と、内面で全反射した光束を複数回偏向することで瞳の側へ射出する第２偏向部と、第１偏向部の側から第２偏向部の側へ順に配置された、第１半透過反射面と第２半透過反射面とを備える半透過反射部とを有し、第２半透過反射面は、第１半透過反射面からの光束の一部を第１半透過反射面の側へ反射することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、広画角の光束を観察者の瞳まで到達させることが可能な光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る導光板を用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態の導光板の構成を示す図である。

【図3】第１偏向部と第２偏向部の変形例を示す図である。

【図4】第１の実施形態の導光板内を伝搬する光束の概念図である。

【図5】射出される光束の光束径と光束間の幅の概念図である。

【図6】第１の実施形態の導光板の構成を示す図である。

【図7】第２の実施形態の導光板内を伝搬する光束の概念図である。

【図8】数値実施例１乃至３の導光板への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。

【図9】数値実施例４乃至６の導光板への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。

【図10】導光板内を伝搬する光束の概念図である（従来例）。

【図11】導光板から射出される光束間の幅の説明図である（従来例）。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

【0011】

まず、図１１を参照して、従来の導光板１００から射出される光束間の幅について説明する。図１１は、従来の導光板１００から射出される光束間の幅Ｄ０の説明図である。光束間の幅Ｄ０は、導光板１００への入射光束の入射角θによって変化する。入射角θが最も大きい光束、すなわち広画角（最周辺画角）の光束が導光板１００に入射する場合に光束間の幅は最大となる。光束間の幅Ｄ０が大きすぎる場合、観察者の瞳ＳＰまで広画角の光束が到達しない可能性がある。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。画像表示装置は、導光板（光学素子）１０、画像表示素子を含む画像形成装置８１、及び画像形成装置８１から射出された光束を導光板１０に導光する光学系８２を有する。導光板１０は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳ＳＰに導光する。本実施形態では、導光板１０と光学系８２により接眼光学系が構成される。なお、画像形成装置８１、及び光学系８２はそれぞれ、２次状に配列されたパネル、及びコリメート光学系から構成されてもよいし、レーザープロジェクタ、及びＭＥＭＳミラーとリレーレンズ光学系から構成されてもよい。

【0013】

以下、各実施形態の導光板１０の構成について説明する。
［第１の実施形態］
図２は、本実施形態の導光板１０の構成を示す図である。図２（ａ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する第１光束を示している。図２（ｂ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する第２光束を示している。図２（ｃ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する光束を示している。

【0014】

導光板１０は、第１偏向部１１及び第２偏向部１２を有する。第１偏向部１１は、導光板１０への入射光束を偏向して導光板１０の内面に入射させる。第２偏向部１２は、導光板１０の内面で全反射した光束を複数回偏向することで瞳ＳＰの側へ射出する。

【0015】

なお、第１偏向部１１及び第２偏向部１５は、図３（ａ）に示されるように、回折格子１５１から構成されてもよい。また、第１偏向部１１及び第２偏向部１５は、図３（ｂ）に示されるように、ホログラム回折素子１６１から構成されてもよい。回折格子１５１及びホログラム回折素子１６１は、透過型であってもよいし、反射型であってもよい。また、第１偏向部１１及び第２偏向部１５は、図３（ｃ）に示されるように、反射面１７１を備えていてもよい。更に、また、第１偏向部１１及び第２偏向部１５は、図３（ｄ）に示されるように、プリズム１８１から構成されてもよい。第１偏向部１１及び第２偏向部１２は、上述した構成の一つから構成されてもよいし、複数から構成されてもよい。

【0016】

また、本実施形態の導光板１０は、第１偏向部１１と第２偏向部１２との間の光路上に配置された、半透過反射部を有する。本実施形態では、半透過反射部は、第１偏向部１１の側から第２偏向部１２の側へ順に配置された、第１半透過反射部３１、第２半透過反射部３２を備える。第１半透過反射部３１は第１半透過反射面を備え、第２半透過反射部３２は第２半透過反射面を備える。

【0017】

導光板１０の内面を全反射により伝搬する光束は、第１半透過反射部３１の第１半透過反射面に入射する。第１半透過反射面を透過した光束は、第２半透過反射部３２の第２半透過反射面を透過する第１光束３３と、第２半透過反射面で反射する第２光束３４とに分けられる。

【0018】

第１光束３３は、図２（ａ）に示されるように、導光板１０の内面を全反射により伝搬し、第２偏向部１２によって複数回偏向される。

【0019】

第２光束３４は、図２（ｂ）に示されるように、第１半透過反射面で反射し、第２半透過反射部面を透過した後、導光板１０の内面を全反射により伝搬し、第２偏向部１２によって複数回偏向される。

【0020】

本実施形態では、導光板１０の内面に複数の半透過反射面を設けることで、図２（ｃ）に示されるように、従来の射出される光束間の幅Ｄ０と比較して、射出される光束間の幅Ｄ１を小さくすることができる。したがって、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。

【0021】

なお、本実施形態では、第１半透過反射部３１及び第２半透過反射部３２は、第１半透過反射面と第２半透過反射面とが平行となるように配置されていることが好ましい。これにより、第２偏向部１２から射出される複数の光束が平行になるため、第２偏向部１２から射出される光束による観察像が一致するようになる。ここで、平行とは、厳密に平行である場合だけでなく、実質的に平行（略平行）である場合も含んでいるものとする。

【0022】

また、本実施形態では、第１半透過反射部３１及び第２半透過反射部３２は、第１半透過反射面と第２半透過反射面とが導光板１０の入射光束が入射する面に対して垂直となるように配置されることが好ましい。これにより、第１半透過反射部３１及び第２半透過反射部３２の製造を容易にすると共に、第１半透過反射面と第２半透過反射面の平行度を高めることができる。ここで、垂直とは、厳密に垂直である場合だけでなく、実質的に垂直（略垂直）である場合も含んでいるものとする。

【0023】

また、本実施形態では、導光板１０は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。

【0024】

０．２０＜Ｌ／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０ （１）
ここで、ｔは、導光板１０の厚さ（）である。Ｌは、第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔である。αは、導光板１０への入射光束の最大入射角である。ｎは、０以上の整数である。

【0025】

条件式（１）は、導光板１０の厚さ及び第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔を規定する。図４は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する光束の概念図である。ここで、導光板１０の厚さ及び第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔に応じた導光板１０から射出される光束間の幅の変化について説明するため、間隔Ｌを以下の式（２）で表す。

【0026】

Ｌ＝Ｌ０＋ｎ・ｔ・ｔａｎ（α）（０≦Ｌ０＜ｔ・ｔａｎ（α）） （２）
間隔Ｌがｔ・ｔａｎ（α）の整数倍分変化しても光束間の幅は変わらないため、値Ｌ０の範囲で光束間の幅を議論してよい。第２偏向部１２から射出される光束による第１の間隔をｄ１、第２の間隔をｄ２とするとき、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２はそれぞれ、以下の式（３），（４）で表される。

【0027】

ｄ１＝２・ｔ・ｔａｎ（α）－２・Ｌ０ （３）
ｄ２＝２・Ｌ０ （４）
導光板１０が条件式（１）を満足することで、第１の間隔ｄ１及び第２の間隔ｄ２を小さくすることができる。すなわち、射出される光束間の幅を小さくすることができる。条件式（１）の下限値を下回ると、第１の間隔ｄ１が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。条件式（１）の上限値を上回ると、第２の間隔ｄ２が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。

【0028】

なお、条件式（１）の数値範囲を以下の条件式（１ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

【0029】

０．２５＜Ｌ／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．７５ （１ａ）
また、条件式（１）の数値範囲を以下の条件式（１ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

【0030】

０．３０＜Ｌ／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．７０ （１ｂ）
また、本実施形態では、導光板１０は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。

【0031】

０．５０＜Φ／（ｔ・ｔａｎ（β））＜２．００ （５）
ここで、Φは、導光板１０の入射面における導光板１０への入射光束の光束径である。βは、導光板１０の入射面における導光板１０への入射光束の最小入射角である。

【0032】

条件式（５）は、導光板１０の厚さ及び入射光束の光束径を規定する。図５は、射出される光束の光束径Φと光束間の幅Ｄの概念図である。導光板１０が条件式（５）を満足することで、第２偏向部１２から射出される光束による間隔ｄと入射光束の光束径Φとの差分である射出される光束間の幅Ｄを小さくすることができる。条件式（５）の下限値を下回ると、入射光束の光束径Φが小さくなりすぎ、射出される光束間の幅Ｄを小さくすることができず好ましくない。条件式（５）の上限値を上回ると、入射光束が導光板１０の内面で全反射した後、再度導光板１０に入射するため好ましくない。

【0033】

なお、条件式（５）の数値範囲を以下の条件式（５ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

【0034】

０．５５＜Φ／（ｔ・ｔａｎ（β））＜１．９５ （５ａ）
また、条件式（５）の数値範囲を以下の条件式（５ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

【0035】

０．６０＜Φ／（ｔ・ｔａｎ（β））＜１．９０ （５ｂ）
［第２の実施形態］
図６は、本実施形態の導光板１０の構成を示す図である。図６（ａ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する第１光束を示している。図６（ｂ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する第２光束を示している。図６（ｃ）は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する光束を示している。

【0036】

本実施形態の導光板１０は、第１の実施形態と同様に、第１偏向部１１及び第２偏向部１２を有する。また、本実施形態の導光板１０は、第１偏向部１１と第２偏向部１２との間の光路上に配置された、半透過反射部を有する。本実施形態では、半透過反射部は、第１偏向部１１の側から第２偏向部１２の側へ順に配置された、第１半透過反射部５１、第３半透過反射部５２、第２半透過反射部５３を備える。第１半透過反射部５１は偏光選択性半透過反射機能による第１半透過反射面を備え、第３半透過反射部５２は第３半透過反射面を備え、第２半透過反射部５３は偏光選択性半透過反射機能による第２半透過反射面を備える。また、本実施形態の導光板１０は、第１半透過反射面と第３半透過反射面との間の光路上に配置された第１四分の一波長板５４、及び第３半透過反射面と第２半透過反射面との間の光路上に配置された第２四分の一波長板５５を有する。第１四分の一波長板５４と第２四分の一波長板５５は、それぞれの遅相軸が９０°傾くように配置される。第１半透過反射部５１と第２半透過反射部５３は、第１半透過反射面の偏光透過軸と第２半透過反射面の偏光透過軸とが平行となるように配置される。第１半透過反射部５１と第１四分の一波長板５４は、第１半透過反射面の偏光透過軸に対して第１四分の一波長板５４の遅相軸が４５°傾くように配置される。

【0037】

第１偏向部１１により導光板１０の内面を全反射により伝搬する光束は、第１半透過反射面に入射する。第１半透過反射面を透過した光束は、直線偏光となり、第１四分の一波長板５４によって円偏光となり、第３半透過反射面に入射する。第３半透過反射面に入射した光は、第３半透過反射面を透過する第１光束５６と、第３半透過反射面で反射する第２光束５７とに分けられる。

【0038】

第１光束５６はまず、第２四分の一波長板５５によって第１半透過反射面を透過した際の方向と直交した方向へ偏光した直線偏光になる。次に、第１光束５６は、第２半透過反射面で反射し、第２四分の一波長板５５によって最初に第１四分の一波長板５４によって円偏光となった際と逆回りの円偏光となり第３半透過反射面に入射する。次に、第１光束５６は、第３半透過反射面で反射し、第２四分の一波長板５５によって第１半透過反射面を透過した際の方向と同じ方向へ偏光した直線偏光になる。その後、第１光束５６は、第２半透過反射面を透過して第２偏向部１２によって複数回偏向される。

【0039】

第２光束５７はまず、第１四分の一波長板５４によって第１半透過反射面を透過した際の方向と直交した方向へ偏光した直線偏光になる。次に、第２光束５７は、第１半透過反射面で反射し、第１四分の一波長板５４によって最初に第１四分の一波長板５４によって円偏光となった際と逆回りの円偏光となり第３半透過反射面に入射する。次に、第２光束５７は、第３半透過反射面を透過し、第２四分の一波長板５５によって第１半透過反射面を通過した際の方向と同じ方向へ偏光した直線偏光になる。その後、第２光束５７は、第２半透過反射面を透過して第２偏向部１２によって複数回偏向される。

【0040】

本実施形態では、導光板１０の内面に複数の半透過反射面を設けることで、図７に示されるように、従来の射出される光束間の幅Ｄ０と比較して、射出される光束間の幅Ｄ２を小さくすることができる。したがって、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。

【0041】

なお、本実施形態では、第１偏向部１１及び第１半透過反射部５１は、第１偏向部１１によって導光板１０の内面を全反射により伝搬する光束の偏光方向と第１半透過反射面の偏光透過軸とが平行となるように配置されることが好ましい。これにより、導光板１０の内面を全反射により伝搬する光束の第１半透過反射面を透過する効率が高くなる。

【0042】

また、導光板１０は、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。

【0043】

０．２０＜｜ａ－ｂ｜／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０ （６）
ここで、ｔは、導光板１０の厚さである。ａは、第１半透過反射面と第３半透過反射面との間隔である。ｂは、第３半透過反射面と第２半透過反射面との間隔である。αは、導光板１０への入射光束の最大入射角である。ｎは、０以上の整数である。

【0044】

条件式（６）は、導光板１０の厚さ及び半透過反射面の間隔を規定する。図１０は、本実施形態の導光板１０内を伝搬する光束の概念図である。ここで、導光板１０の厚さと半透過反射面の間隔に応じた導光板１０から射出される光束間の幅の変化について説明するため、絶対値｜ａ－ｂ｜を以下の式（７）で表す。

【0045】

｜ａ－ｂ｜＝Ｌ０＋ｎ・ｔ・ｔａｎ（α）（０≦Ｌ０＜ｔ・ｔａｎ（α）） （７）
絶対値｜ａ－ｂ｜がｔ・ｔａｎ（α）の整数倍分変化しても光束間の間隔は変わらないため、値Ｌ０の範囲で光束間の間隔を議論してよい。第２偏向部１２から射出される光束による第１の間隔をｄ１、第２の間隔をｄ２とするとき、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２はそれぞれ、以下の式（８），（９）で表される。

【0046】

ｄ１＝２・ｔ・ｔａｎ（α）－２・Ｌ０ （８）
ｄ２＝２・Ｌ０ （９）
導光板１０が条件式（６）を満足することで、第１の間隔ｄ１及び第２の間隔ｄ２を小さくすることができる。すなわち、射出される光束間の幅を小さくすることができる。条件式（６）の下限値を下回ると、第１の間隔ｄ１が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。条件式（６）の上限値を上回ると、第２の間隔ｄ２が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。

【0047】

なお、条件式（６）の数値範囲を以下の条件式（６ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

【0048】

０．２５＜｜ａ－ｂ｜／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．７５ （６ａ）
また、条件式（６）の数値範囲を以下の条件式（６ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

【0049】

０．３０＜｜ａ－ｂ｜／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．７０ （６ｂ）
以下、各実施形態の導光板１０の具体的な構成について説明する。

【0050】

数値実施例１乃至３の導光板１０は、第１の実施形態の導光板１０と同様の構成を有する。

【0051】

数値実施例１では、導光板１０の厚さは０．９０ｍｍ、第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔は１．２５ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は６５°、導光板１０への入射光束の最小入射角は４５°、導光板１０への入射光束の光束径は１．００ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、１．５０ｍｍ以下である。

【0052】

数値実施例２では、導光板１０の厚さは１．５０ｍｍ、第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔は１．１０ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は６１°、導光板１０への入射光束の最小入射角は３５°、導光板１０への入射光束の光束径は１．００ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、２．００ｍｍ以下である。

【0053】

数値実施例３では、導光板１０の厚さは０．８０ｍｍ、第１半透過反射面と第２半透過反射面との間隔は１．４５ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は７４°、導光板１０への入射光束の最小入射角は３２°、導光板１０への入射光束の光束径は０．９０ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、２．００ｍｍ以下である。

【0054】

図８は、数値実施例１乃至３の導光板１０への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。図８に示されるように、数値実施例１乃至３の導光板１０を用いることで、射出される光束間の幅を小さくすることができる。これにより、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。

【0055】

数値実施例４乃至６の導光板１０は、第２の実施形態の導光板１０と同様の構成を有する。

【0056】

数値実施例４では、導光板１０の厚さは０．９０ｍｍ、第１半透過反射面と第３半透過反射面との間隔は１．００ｍｍ、第３半透過反射面と第２半透過反射面との間隔は２．１０ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は６４°、導光板１０への入射光束の最小入射角は４２°、導光板１０への入射光束の光束径は１．００ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、１．５０ｍｍ以下である。

【0057】

数値実施例５では、導光板１０の厚さは１．４０ｍｍ、第１半透過反射面と第３半透過反射面との間隔は３．００ｍｍ、第３半透過反射面と第２半透過反射面との間隔は１．７５ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は６４°、導光板１０への入射光束の最小入射角は４２°、導光板１０への入射光束の光束径は１．００ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、１．７５ｍｍ以下である。

【0058】

数値実施例６では、導光板１０の厚さは０．８０ｍｍ、第１半透過反射面と第３半透過反射面の間隔は２．５０ｍｍ、第３半透過反射面と第２半透過反射面の間隔は１．０５ｍｍである。また、導光板１０への入射光束の最大入射角は７４°、導光板１０への入射光束の最小入射角は３４°、導光板１０への入射光束の光束径は０．９０ｍｍである。更に、導光板１０から射出される光束間の幅は、２．００ｍｍ以下である。

【0059】

図９は、数値実施例４乃至６の導光板１０への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。図９に示されるように、数値実施例４乃至６の導光板１０を用いることで、射出される光束間の幅を小さくすることができる。これにより、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。

【0060】

各数値実施例における種々の値を、以下の表１にまとめて示す。

【0061】

【表1】

【0062】

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、
前記光束を偏向して前記光学素子の内面に入射させる第１偏向部と、
前記内面で全反射した前記光束を複数回偏向することで前記瞳の側へ射出する第２偏向部と、
前記第１偏向部の側から前記第２偏向部の側へ順に配置された、第１半透過反射面と第２半透過反射面とを有し、
前記第２半透過反射面は、前記第１半透過反射面からの光束の一部を前記第１半透過反射面の側へ反射することを特徴とする光学素子。
（構成２）
前記第１偏向部により偏向された光束は、前記第１半透過反射面を透過した後、前記第２半透過反射面により前記第２半透過反射面を透過する第１光束と前記第２半透過反射面で反射する第２光束とに分けられ、
前記第１光束は、前記第２偏向部に入射し、
前記第２光束は、前記第１半透過反射面で反射し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射することを特徴とする構成１に記載の光学素子。
（構成３）
前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面とが互いに平行であることを特徴とする構成１又は２に記載の光学素子。
（構成４）
前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面とが前記第１の偏向部の入射面に対して垂直であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つの構成に記載の光学素子。
（構成５）
前記光学素子の厚さをｔ、前記第１半透過反射面と前記第２半透過反射面との間隔をＬ、前記第１の偏向部に対する前記光束の最大入射角をα、ｎを０以上の整数とするとき、
０．２０＜Ｌ／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つの構成に記載の光学素子。
（構成６）
前記光学素子の厚さをｔ、前記光学素子の入射面における前記光束の光束径をΦ、前記第１の偏向部に対する前記光束の最小入射角をβとするとき、
０．５０＜Φ／（ｔ・ｔａｎ（β））＜２．００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つの構成に記載の光学素子。
（構成７）
前記半透過反射部は、前記第１偏向部の側から前記第２偏向部の側へ順に配置された、偏光選択性半透過反射機能による前記第１半透過反射面、第３半透過反射面、偏光選択性半透過反射機能による前記第２半透過反射面を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
（構成８）
前記内面で全反射した前記光束の偏光方向と前記第１半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
（構成９）
前記第１半透過反射面と前記第３半透過反射面との間の光路上に配置された第１四分の一波長板と、
前記第３半透過反射面と前記第２半透過反射面の間の光路上に配置された第２四分の一波長板とを更に有し、
前記第１四分の一波長板、及び前記第２四分の一波長板は、それぞれの遅相軸が９０°傾くように配置され、
前記第１半透過反射面の偏光透過軸と前記第２半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であり、
前記第１半透過反射面の偏光透過軸に対して前記第１四分の一波長板の遅相軸が４５°傾くことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学素子。
（構成１０）
前記第１偏向部により偏向された光束は、前記第１半透過反射面を透過し、前記第１四分の一波長板を透過した後、前記第３半透過反射面により前記第３半透過反射面を透過する第１光束と前記第３半透過反射面で反射する第２光束とに分けられ、
前記第１光束は、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面で反射し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第３半透過反射面で反射し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射し、
前記第２光束は、前記第１四分の一波長板を透過し、前記第１半透過反射面で反射し、前記第１四分の一波長板を透過し、前記第３半透過反射面を透過し、前記第２四分の一波長板を透過し、前記第２半透過反射面を透過し、前記第２偏向部に入射することを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
（構成１１）
前記光学素子の厚さをｔ、前記第１半透過反射面と前記第３半透過反射面との間隔をａ、前記第３半透過反射面と前記第２半透過反射面との間隔をｂ、前記光束の最大入射角をα、ｎを０以上の整数とするとき、
０．２０＜｜ａ－ｂ｜／（ｔ・ｔａｎ（α））－ｎ＜０．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項７乃至１０の何れか一つの構成に記載の光学素子。
（構成１２）
構成１乃至１１の何れか一つの構成に記載の光学素子と、
画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする接眼光学系。
（構成１３）
構成１乃至１１の何れか一つの構成の光学素子と、
画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光束前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。

【0063】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0064】

１０ 導光板（光学素子）
１１ 第１偏向部
１２ 第２偏向部
３１，５１ 第１半透過反射部
３２，５３ 第２半透過反射部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】