特開 2024-110912 虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

(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】P2024110912

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240808BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240808BHJP

   G02C 7/12 20060101ALN20240808BHJP

   G02B 25/00 20060101ALN20240808BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B5/30

G02C7/12

G02B25/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023191350

(22)【出願日】2023-11-09

(31)【優先権主張番号】P 2023014985

(32)【優先日】2023-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】須藤 芳文

(72)【発明者】

【氏名】筒井 猛壮

【テーマコード（参考）】

2H087

2H149

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H087KA14

2H087LA12

2H087LA28

2H087PA06

2H087PB06

2H087QA02

2H087QA07

2H087RA06

2H087TA02

2H087UA01

2H149AA18

2H149AB01

2H149BA02

2H199CA25

2H199CA27

2H199CA29

2H199CA30

2H199CA42

2H199CA47

2H199CA53

2H199CA57

2H199CA58

2H199CA64

2H199CA65

2H199CA86

(57)【要約】

【課題】ゴーストやフレア等をより効果的に抑制すること。
【解決手段】虚像表示装置用光学系は、画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、導光部材内を導光される画像光の一部を反射して導光部材の射出面から外部へ射出させる部分反射部と、射出面と反対側に位置する導光部材の外側面に配置された偏光部と、を含む。偏光部は、偏光部に垂直に入射される垂直入射光に対し、第１偏光の透過率が、第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高い。部分反射部は、垂直入射光に対し、第１偏光の反射率が第２偏光の反射率より低い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、
前記導光部材内を導光される前記画像光の一部を反射して前記導光部材の射出面から外部へ射出させる部分反射部と、
前記射出面と反対側に位置する前記導光部材の外側面に配置された偏光部と、を含み、
前記偏光部は、前記偏光部に垂直に入射される垂直入射光に対し、第１偏光の透過率が、前記第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高く、
前記部分反射部は、前記垂直入射光に対し、前記第１偏光の反射率が前記第２偏光の反射率より低い、
虚像表示装置用光学系。

【請求項2】

前記垂直入射光に対する前記第１偏光の透過率をＴＡ（単位：％）とし、前記垂直入射光に対する前記第２偏光の透過率をＴＢ（単位：％）としたとき、
次式
６０＜ＴＡ≦１００
０≦ＴＢ＜ ３０
を満たす、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項3】

前記部分反射部は、前記虚像表示装置用光学系の光軸方向に間隔を空けて複数配置される、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項4】

複数の前記部分反射部の前記第２偏光の反射率のうち、最も低い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとしたとき、
次式
５＜ＲＢ_ＭＩＮ＜３０
を満たす、
請求項３に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項5】

複数の前記部分反射部の前記第２偏光の反射率のうち、最も低い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとし、最も高い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＡＸとしたとき、
次式
０．１＜ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ＜０．４
を満たす、
請求項３に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項6】

複数の前記部分反射部の前記第１偏光の反射率のうち、最も高い前記第１偏光の反射率（単位：％）をＲＡ_ＭＡＸとしたとき、
次式
０＜ＲＡ_ＭＡＸ＜２５
を満たす、
請求項３に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項7】

前記外側面から前記導光部材内に入射される光を減光する減光部材を更に含む、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項8】

反射部を更に含み、
前記部分反射部は、第１の側から前記導光部材内を導光される第１方向の前記画像光の一部を透過させ、かつ前記第１の側とは異なる第２の側から前記導光部材内を導光される第２方向の前記画像光の一部を反射させて前記射出面から外部へ射出させ、
前記反射部は、前記部分反射部を挟んで前記第１の側とは異なる前記第２の側に位置し、前記部分反射部を透過した前記第１方向の画像光を前記第２方向の画像光として前記部分反射部に向けて反射する、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項9】

前記部分反射部を透過した前記第１方向の画像光の偏光を回転させ、更に、前記反射部にて反射された前記第２方向の画像光の偏光を回転させることにより、前記部分反射部の透過時に前記第１偏光であった前記画像光を前記第２偏光に変換する偏光変換部を更に含む、
請求項８に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項10】

前記画像光が前記導光部材内を全反射することなく導光されるように、前記導光部材の寸法が前記導光部材内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっている、
請求項１に記載の虚像表示装置用光学系。

【請求項11】

前記画像表示素子と、
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の虚像表示装置用光学系と、を備える、
虚像表示装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の虚像表示装置を含む、
ヘッドマウントディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

虚像画像を観察者に観察させるように表示する虚像表示装置が知られている。例えば特許文献１に、この種の虚像表示装置の具体的構成が記載されている。

【0003】

特許文献１に記載の虚像表示装置は、グラスデバイスであり、画像表示素子の各画素から発せられた光（以下「画像光」と記す。）をグラスレンズ内で導光し、導光された画像光を観察者に向けて射出し、射出された画像光を観察者が虚像として観察できるように構成される。

【0004】

特許文献１に記載の虚像表示装置には、グラスレンズの表面に減光膜が形成される。グラスレンズ内に入射される外光を減光膜で減光することにより、例えば外界が明るいときに発生するゴーストやフレア等を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４７４２５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

虚像表示装置では、この種のゴーストやフレア等をより効果的に抑制することが求められる。そこで、本発明は、外界が明るいときに発生するゴーストやフレア等をより効果的に抑制することができる虚像表示装置用光学系、このような虚像表示装置用光学系を備える虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ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】

本発明の一実施形態に係る虚像表示装置用光学系は、画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、導光部材内を導光される画像光の一部を反射して導光部材の射出面から外部へ射出させる部分反射部と、射出面と反対側に位置する導光部材の外側面に配置された偏光部と、を含む。偏光部は、偏光部に垂直に入射される垂直入射光に対し、第１偏光の透過率が、第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高い。部分反射部は、垂直入射光に対し、第１偏光の反射率が第２偏光の反射率より低い。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一実施形態によれば、虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイにおいて、ゴーストやフレア等をより効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の基本的な構成を示す概略構成図である。

【図3】本発明の別の一実施形態に係る虚像表示装置の基本的な構成を示す概略構成図である。

【図4A】本発明の数値実施例１～４に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。

【図4B】本発明の数値実施例１～４に係る虚像表示装置の光学構成を示す図である。

【図5】本発明の数値実施例１における画像光の照度分布を示す図である。

【図6】本発明の数値実施例１に係る虚像表示装置の遮光率を示す図である。

【図7】本発明の数値実施例２における画像光の照度分布を示す図である。

【図8】本発明の数値実施例２に係る虚像表示装置の遮光率を示す図である。

【図9】本発明の数値実施例３における画像光の照度分布を示す図である。

【図10】本発明の数値実施例３に係る虚像表示装置の遮光率を示す図である。

【図11】本発明の数値実施例４における画像光の照度分布を示す図である。

【図12】本発明の数値実施例４に係る虚像表示装置の遮光率を示す図である。

【図13】ゴースト又はフレアの主要因となる光の光路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイについて図面を参照しながら説明する。以下の説明において、共通の又は対応する要素については、同一又は類似の符号を付して、重複する説明を適宜簡略又は省略する。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ１の概略図である。附言するに、ヘッドマウントディスプレイ１は、虚像表示装置を含む構成であり、虚像表示装置を装用者の頭部に装用できる形態にしたものである。本実施形態において、ヘッドマウントディスプレイ１は、例えばメガネ型ウェアラブル端末であるスマートグラスである。スマートグラスは、グラスデバイスやグラスディスプレイと呼ばれてもよい。

【0012】

ヘッドマウントディスプレイ１は、ＶＲ（Virtual Reality）グラス、ＡＲ（Augmented Reality）グラス、ＭＲ（Mixed Reality）グラス、ＸＲ（eXtended Reality）グラス等と呼称されるウェアラブル端末であってもよい。

【0013】

図１の例では、ヘッドマウントディスプレイ１は、両眼タイプのヘッドマウントディスプレイである。別の実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１は、左右一方の眼に対応する単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであってもよい。

【0014】

図１に示されるように、ヘッドマウントディスプレイ１は、フレーム部２及びレンズ部３を備える。レンズ部３は、フレーム部２に嵌め込まれている。レンズ部３は、装用者の左右の眼に対応して一対備えられる。

【0015】

画像を表示する画像表示素子１０がフレーム部２に内蔵されている。図１の例では、フレーム部２内の、レンズ部３の上側縁を覆う部分に、画像表示素子１０が埋設されている。なお、画像表示素子１０の設置位置は、図１に例示される位置に限らない。例えば、フレーム部２内の、レンズ部３の下側縁又は右側縁或いは左側縁を覆う部分に、画像表示素子１０が埋設されてもよい。

【0016】

画像表示素子１０は、ヘッドマウントディスプレイ１を装用した装用者が虚像として認識する画像を表示する素子であり、例示的には、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）アレイ、ＬＤ（laser diode）アレイ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）アレイ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等である。

【0017】

以下の説明において、図１中、レンズ部３から装用者の眼に向かう第１の水平方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する第２の水平方向をｘ方向とし、ｘ方向とｚ方向の双方に直交する鉛直方向をｙ方向とする。互いに直交するｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、左手系をなす。

【0018】

なお、方向の呼称は、構成要素の相対的な位置関係を説明するために便宜上用いる呼称であり、絶対的な方向を示すものではない。ヘッドマウントディスプレイ１を装用する装用者の姿勢によっては、例えば、ｚ方向が必ずしも水平方向とは限らず、鉛直方向になることもある。

【0019】

画像表示素子１０の各画素から発せられた光（すなわち画像光）は、画像表示素子１０からｙ方向負側に射出されてレンズ部３内に入射され、レンズ部３内を導光されて、ｚ方向正側に向かって（言い換えると、装用者の各眼に向かって）虚像表示のために射出される。すなわち、左右一対のレンズ部３は、それぞれ、対応する眼を含む領域にアイボックスを形成する。

【0020】

図２は、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置１Ａの基本的な構成を示す概略構成図である。図２の概略構成図は、画像表示素子１０、伝搬光学系２０及び虚像表示装置用光学系１Ｂのｙｚ断面（光軸ＡＸを含む断面）を示す。

【0021】

本実施形態では、画像表示素子１０の有効画素領域の中心から画素配列面に対して垂直方向に射出された光線が通る光路を「光軸ＡＸ」と定義する。光軸ＡＸは、虚像表示装置１Ａの光軸でもあり、また、虚像表示装置用光学系１Ｂに含まれる各光学素子（例えば後述する導光部材３０）の光軸でもある。

【0022】

なお、本実施形態に係る虚像表示装置１Ａは、ヘッドマウントディスプレイに限らず、他の形態とすることも可能である。

【0023】

図２に示されるように、虚像表示装置１Ａは、画像表示素子１０、伝搬光学系２０及び虚像表示装置用光学系１Ｂを備える。なお、図２中、符号ＥＹは装用者の左右一方の眼を示す。

【0024】

画像表示素子１０からの画像光は、伝搬光学系２０により導光部材３０まで伝搬されて、導光部材３０の入射面３１０を介して導光部材３０内に入射される。虚像表示装置１Ａをヘッドマウントディスプレイ１の形態とした場合、レンズ部３が導光部材３０に相当する。また、伝搬光学系２０は、画像表示素子１０と同様に、フレーム部２内の、レンズ部３の上側縁を覆う部分に、埋設される。

【0025】

導光部材３０の内部に、入射面３１０より入射された画像光を反射光と透過光に分岐する部分反射部３２０が配置される。部分反射部３２０は、例えば、画像光に対する反射率、透過率がそれぞれ５％以上の部分反射面で構成される。

【0026】

部分反射部３２０は、画像光がｙ方向に所定の角度（例えば４５度）をなす向きで配置される。部分反射部３２０は、例えばハーフミラーである。部分反射部３２０は、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）であってもよい。部分反射部３２０の反射率は、例えばコーティングにより実現される。

【0027】

部分反射部３２０は、導光部材３０内を導光される画像光の一部を反射して導光部材３０の射出面３４０から外部へ射出する。射出面３４０から射出された画像光が装用者の眼ＥＹに到達し、虚像画像として装用者に観察される。

【0028】

導光部材３０の外側面３５０上に偏光部７０が配置される。偏光部７０は、例えば外側面３５０全体を覆うシート状部材である。偏光部７０は、偏光部７０に垂直に入射される垂直入射光（言い換えると、入射角が０度の光）に対し、第１偏光の透過率が、第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高くなっている。

【0029】

更に、部分反射部３２０は、上記の垂直入射光に対し、第１偏光の反射率が第２偏光の反射率より低くなっている。

【0030】

このように、本実施形態に係る虚像表示装置用光学系１Ｂは、画像を表示する画像表示素子１０からの画像光を導光する導光部材３０と、導光部材３０内を導光される画像光の一部を反射して導光部材３０の射出面３４０から外部へ射出させる部分反射部３２０と、射出面３４０と反対側に位置する導光部材３０の外側面３５０に配置された偏光部７０と、を含む構成となっている。偏光部７０は、偏光部７０に垂直に入射される垂直入射光に対し、第１偏光の透過率が、第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高くなっている。また、部分反射部３２０は、垂直入射光に対し、第１偏光の反射率が第２偏光の反射率より低くなっている。

【0031】

なお、本実施形態では、第１偏光を図２の紙面と平行な光とし、第２偏光を図２の紙面と直交する光とする。垂直入射光の第１偏光は、垂直入射光が部分反射部３２０に入射したときのＰ偏光に該当する。垂直入射光の第２偏光は、垂直入射光が部分反射部３２０に入射したときのＳ偏光に該当する。別の実施形態では、第１偏光を図２の紙面と直交する光とし、第２偏光を図２の紙面と平行な光としてもよい。

【0032】

ここで、図１３に、虚像表示装置用光学系１Ｂにおいてゴースト又はフレアの主要因となる光の光路を示す。図１３に示されるように、導光部材３０の外側面３５０より入射された外光が部分反射部３２０で反射することにより、ゴーストやフレアが発生する。

【0033】

上記のように、各偏光に対する偏光部７０の透過率と部分反射部３２０の反射率とを組み合わせることにより、導光部材３０の外側面３５０より入射される透過率の高い外光（ここでは第１偏光）の、部分反射部３２０での反射率が低くなる。部分反射部３２０で反射される外光が少なくなるため、装用者の眼に届く、ゴーストやフレアとなる光の光量が低減される。従って、例えば外界が明るいときに発生するゴーストやフレア等がより効果的に抑制される。

【0034】

具体的数値を用いて上記の効果を説明する。ここでは、特許文献１のように、偏光部７０をＮＤ（Neutral Density）フィルタに置き換えたものを比較例として説明する。

【0035】

比較例に係る虚像表示装置用光学系、本実施形態に係る虚像表示装置用光学系１Ｂの数値条件は、それぞれ、次の通りである。これら２つの虚像表示装置用光学系の構成は、次の数値条件を除き、共通である。なお、各光学素子における外光の吸収は考慮しない。

【0036】

［比較例］
《ＮＤフィルタ》
・減光率：５０％
《部分反射面》
・第１偏光の反射率： ０％
・第２偏光の反射率：２０％
《装用者の眼に届く外光》
・第１偏光：５０％
＝（ＮＤフィルタの透過率５０％）×（部分反射面の第１偏光の透過率１００％）
・第２偏光：４０％
＝（ＮＤフィルタの透過率５０％）×（部分反射面の第２偏光の透過率８０％）
・全体：４５％
＝｛（第１偏光５０％）＋（第２偏光４０％）｝／２
《ゴーストやフレアとなる外光の光量》
・第１偏光：０％
＝（ＮＤフィルタの透過率５０％）×（部分反射面の第１偏光の反射率０％）
・第２偏光：１０％
＝（ＮＤフィルタの透過率５０％）×（部分反射面の第２偏光の反射率２０％）
・全体：５％
＝｛（第１偏光０％）＋（第２偏光１０％）｝／２

【0037】

［実施形態］
《偏光部７０》
・第１偏光の透過率：９０％
・第２偏光の透過率： ０％
《部分反射面》
・第１偏光の反射率： ０％
・第２偏光の反射率：２０％
《装用者の眼に届く外光》
・第１偏光：９０％
＝（偏光部７０の透過率９０％）×（部分反射面の第１偏光の透過率１００％）
・第２偏光：０％
＝（偏光部７０の透過率０％）×（部分反射面の第２偏光の透過率８０％）
・全体：４５％
＝｛（第１偏光９０％）＋（第２偏光０％）｝／２
《ゴーストやフレアとなる外光の光量》
・第１偏光：０％
＝（偏光部７０の透過率９０％）×（部分反射面の第１偏光の反射率０％）
・第２偏光：０％
＝（偏光部７０の透過率０％）×（部分反射面の第２偏光の反射率２０％）
・全体：０％
＝｛（第１偏光０％）＋（第２偏光０％）｝／２

【0038】

このように、本実施形態では、比較例と同等のシースル性を維持しつつも、ゴーストやフレアとなる外光の光量が比較例よりも抑制される。

【0039】

附言するに、本実施形態に係る虚像表示装置１Ａを図１の如くウェアラブル端末の形態とすることにより、例えば、偏光サングラスのように、水面で反射した光が偏光部７０で遮光される。装用者は、例えば太陽光が水面で反射する場合にも水中の物体を視認することができる。

【0040】

図２に示されるように、部分反射部３２０は、導光部材３０内に光軸ＡＸ方向に所定間隔を空けて複数配置される。

【0041】

複数の部分反射部３２０により画像光が複数の光束に分岐されることにより、薄型化された導光部材３０を用いた場合にも、広いアイボックスを確保することができ、また、広い画角を確保することもできる。これにより、例えば装用者が虚像表示装置１Ａに対して眼ＥＹを動かした場合にも装用者に虚像を視認させやすくなり、また、広い画角をもつ虚像を装用者に視認させることができる。

【0042】

部分反射部３２０の配置間隔が狭すぎると、例えば、ある部分反射部３２０で反射された画像光が隣接する部分反射部３２０でも反射されることに起因する光量ムラ（虚像の輝度ムラ）が発生しやすくなる。また、多数の部分反射部３２０が装用者の視界に入りやすくなり、例えば装用者が外界の景色を見る際の妨げとなり得る。部分反射部３２０の配置間隔が広すぎると、例えば、アイボックス内の場所によって、虚像が欠けて見えることがある。そのため、部分反射部３２０の配置間隔は適正な値に設定することが望ましい。

【0043】

複数の部分反射部３２０が配置される間隔は等間隔であってもよく、また、等間隔でなくてもよい。

【0044】

部分反射部３２０は、例えば、平面に形成された部分反射面よりなる。部分反射部３２０を平面で形成することにより、例えば、製造容易性が向上する。

【0045】

非平面（曲率をもつ面等）の部分反射部３２０を複数有する場合を考える。この場合、適切に収差が補正された高画質の虚像を表示するためには、隣接する部分反射部３２０同士を異なる形状に形成する必要がある。更に、収差を適切に補正するためには、画像光の光路上における、部分反射部３２０よりも画像表示素子１０側に位置する光学系と、それぞれの部分反射部３２０とで、収差補正を分担する必要がある。その結果、複数の部分反射部３２０は、それぞれが異なる自由曲面を有する形状とすることが必要となる。そのため、製造容易性を確保することが難しく、また、収差を補正することが難しくなる。

【0046】

図２の例では、導光部材３０は、複数の光学ブロックよりなる。光学ブロックの傾斜面に、部分反射部３２０をなす部分反射面が成膜される。部分反射面が成膜された光学ブロックの傾斜面と他方の（部分反射面が成膜されていない）光学ブロックの傾斜面とを接着剤で接着することにより、導光部材３０が完成する。

【0047】

部分反射面は、例えば金属材を蒸着することによって形成された蒸着膜よりなる。光学ブロック同士の密着性を向上させるため、光学ブロックの傾斜面にプライマー層を成膜したうえで部分反射面を成膜してもよい。

【0048】

導光部材３０の各光学ブロックは、例えばプラスチック等の合成樹脂製の成形品である。これにより、導光部材３０を軽量化させることができる。導光部材３０を軽量化させることにより装用者の鼻にかかる荷重が低減するため、例えばヘッドマウントディスプレイ１を装用者が長時間装用したときの疲労感が軽減される。

【0049】

なお、導光部材３０は、ガラス製であってもよい。

【0050】

後述する数値実施例１～４で示されるように、虚像表示装置１Ａは、開口絞りを含む構成としてもよい。開口絞りは、画像表示素子１０と部分反射部３２０との間（例えば画像表示素子１０と導光部材３０との間）の光路上に配置される。開口絞りによって、画像表示素子１０からの画像光を、収差補正された画像光に実質的に絞ることができる。別の観点では、収差補正されない不要光を開口絞りでカットすることができる。そのため、例えばフレアの発生が抑えられ、画質の向上につながる。

【0051】

また、開口絞りの大きさを適切に設定することにより、十分な被写界深度を確保できるとともに解像度が向上する。

【0052】

また、開口絞りの形状は円形や矩形でもよく、光軸ＡＸに対して垂直方向に複数配置してもよい。複数の小さい絞りを配置することにより、アイボックスを確保しつつ、被写界深度が広い虚像を表示することが可能になる。

【0053】

図３は、本発明の別の一実施形態に係る虚像表示装置１Ａの基本的な構成を示す概略構成図である。図３に示される虚像表示装置１Ａは、偏光板４２、偏光制御部材４４及び反射部５０を更に含む。

【0054】

画像光が全反射しながら導光部材３０内を導光する構成では、全反射条件を充足する都合上、例えば偏光部７０を導光部材３０の外側面３５０上に密接して配置することが難しい。そこで、画像光が導光部材３０内を全反射することなく導光されるように、導光部材３０の寸法（ｘ方向及びｚ方向の寸法）が導光部材３０内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっている。言い換えると、光軸ＡＸ方向に導光される画像光の光束幅を導光部材３０内に収める光学構成となっている。

【0055】

光軸ＡＸ方向に導光される画像光の光束幅を導光部材３０内に収めるため、虚像表示装置１Ａは、中間像形成部を含む構成となっている。中間像形成部は、画像表示素子１０からの画像光の中間像を導光部材３０内に形成する。図３の例では、伝搬光学系２０が中間像形成部をなす。

【0056】

画像表示素子１０からの画像光は、伝搬光学系２０を通過すると、光束幅が小さくなりながら導光部材３０内をｙ方向負側（光軸ＡＸ方向）に導光されて偏光板４２を通過し、部分反射部３２０付近で中間像を結ぶ。部分反射部３２０を透過した画像光は、偏光制御部材４４を通過して、導光部材３０の端面３３０に到達する。すなわち、画像光は、導光部材３０内に収まる光束幅で導光部材３０内を導光されるため、全反射無しで端面３３０に到達する。なお、偏光板４２及び偏光制御部材４４の説明は後述する。

【0057】

画像光が導光部材３０内を全反射することなく導光されるため、導光部材３０の外側面３５０上で偏光部７０を保持する構成が可能となっている。偏光部７０を保持する専用の保持部材が不要なため、虚像表示装置１Ａの構成が簡易になる。そのため、例えば虚像表示装置１Ａの小型化に有利である。

【0058】

画像光は、導光部材３０の端面３３０から射出されて反射部５０で反射される。反射部５０で反射された画像光は、端面３３０から再度導光部材３０内に入射されて、部分反射部３２０に向けて、全反射することなく、ｙ方向正側に導光される。

【0059】

このように、反射部５０は、部分反射部３２０を挟んで第１の側（図３の例では、画像表示素子１０が位置する側）とは異なる第２の側（図３の例では、第１の側とは反対側）に位置する。虚像表示装置１Ａをヘッドマウントディスプレイ１の形態とした場合、反射部５０は、レンズ部３の上部に配置された画像表示素子１０と対向するレンズ部３の下部に位置する。反射部５０は、部分反射部３２０を透過した第１方向の画像光（ｙ方向負側に導光される画像光）を第２方向の画像光（ｙ方向正側に導光される画像光）として部分反射部３２０に向けて反射する。

【0060】

より具体的な例示として、反射部５０は、導光部材３０の端面３３０からの画像光をコリメート光に変換して、部分反射部３２０に向けて反射する。これにより、コリメート光が、導光部材３０内をｙ方向正側に導光されて、部分反射部３２０にてｚ方向正側に反射され、導光部材３０の射出面３４０から外部に射出されて、装用者の眼ＥＹに到達する。

【0061】

なお、コリメート光には、略コリメート光（極僅かに発散する光又は極僅かに収束する光）が含まれてもよい。

【0062】

このように、反射部５０によって画像光をコリメート光に変換することで、画像光は、導光部材３０内に収まる光束幅を維持したままｙ方向正側（光軸ＡＸ方向）に導光されて、部分反射部３２０に到達する。すなわち、画像光は、全反射無しで部分反射部３２０に到達する。

【0063】

図３の例では、上述したように、画像表示素子１０からの画像光の中間像が伝搬光学系２０により導光部材３０内に形成される。これにより、導光部材３０を薄型化すること（言い換えると、導光部材３０のｚ方向のサイズを小さく抑えること）ができる。導光部材３０の薄型化により、導光部材３０を軽量化させることができる。導光部材３０を軽量化させることにより装用者の鼻にかかる荷重が低減するため、例えばヘッドマウントディスプレイ１を装用者が長時間装用したときの疲労感が軽減される。

【0064】

また、画像表示素子１０からの画像光の中間像を導光部材３０内に形成することにより、虚像表示装置用光学系１Ｂの瞳を装用者の眼ＥＹの付近に配置することができる。そのため、広い画角を確保しつつ広いアイボックスを確保することもできる。

【0065】

ｙ方向正側に導光される画像光は、部分反射部３２０にてｚ方向正側に反射され、導光部材３０の射出面３４０から外部に射出される。射出面３４０から射出された画像光が装用者の眼ＥＹに到達し、虚像画像として装用者に観察される。

【0066】

このように、部分反射部３２０は、導光部材３０内をｙ方向負側に導光される画像光（言い換えると、画像表示素子１０が位置する第１の側から導光部材３０内を導光される、第１方向の画像光）の一部を透過させ、かつ導光部材３０内をｙ方向正側に導光される画像光（言い換えると、第１の側とは異なる第２の側から導光部材３０内を導光される、第２方向の画像光）の一部をｚ方向正側に反射させることにより、画像光を、導光部材３０の射出面３４０から外部へ射出させる。

【0067】

虚像表示装置１Ａの具体的構成について更に説明する。

【0068】

第１方向の画像光（導光部材３０内をｙ方向負側に導光される画像光）は、部分反射部３２０へ入射すると、一部が透過して反射部５０に向かう一方、残りの一部が反射されて、射出面３４０と対向する外側面３５０から外部へ放射される。外部へ漏れる画像光の量を低減させるためには、部分反射部３２０の透過率を高くすること（言い換えると、反射率を低くすること）が求められる。しかし、部分反射部３２０の透過率を高くすると、第２方向の画像光（導光部材３０内をｙ方向正側に導光される画像光）が部分反射部３２０へ入射した際、その多くが部分反射部３２０を透過してしまう。すなわち、部分反射部３２０にてｚ方向正側に反射されて装用者の眼ＥＹに向かう画像光の量が少なくなってしまう。

【0069】

そこで、本実施形態では、光利用効率を向上させるべく、偏光板４２及び偏光制御部材４４が虚像表示装置１Ａに備えられる。

【0070】

偏光板４２は、画像表示素子１０と部分反射部３２０との間に配置されており、画像表示素子１０が位置する第１の側から部分反射部３２０に向かう画像光を第１偏光に変換する。なお、部分反射部３２０が複数備えられる場合、偏光板４２は、画像表示素子１０と、複数の部分反射部３２０のうち画像表示素子１０に最も近い部分反射部３２０と、の間に配置される。

【0071】

なお、偏光板４２は、画像表示素子１０が位置する第１の側から部分反射部３２０に向かう画像光を第１偏光に変換する偏光膜に置き換えられてもよい。この偏光膜は、画像表示素子１０と部分反射部３２０との間に配置された何れかの光学素子の面上に形成される。この偏光膜は、例えば、導光部材３０の入射面３１０に形成され、部分反射部３２０に向かう画像光を第１偏光に変換する。

【0072】

光学素子の面上に偏光膜を形成する場合、偏光板４２が不要となる。そのため、虚像表示装置１Ａの部品点数が減る。

【0073】

部分反射部３２０は、光軸ＡＸ方向に導光される画像光に対し、第１偏光の反射率が第２偏光の反射率より低い。偏光板４２により第１偏光に変換された画像光は、その多くが部分反射部３２０を透過しかつ部分反射部３２０での反射光量が少ない。すなわち、上記の如く部分反射部３２０の反射率を設定することにより、部分反射部３２０で反射されて外側面３５０から外部へ漏れる画像光の量が低減される。附言するに、外側面３５０から外部へ漏れる画像光の量は、偏光部７０により更に抑制される。偏光部７０を配置することで外部へ漏れる画像光の量を抑制できることに鑑み、偏光板４２を構成要件から省いてもよい。偏光板４２を画像光の光路上に配置しないことにより、例えばより多くの画像光を装用者の眼ＥＹに届けることができる。

【0074】

偏光制御部材４４は、偏光変換部の一例であり、部分反射部３２０と反射部５０（より詳細には反射部５０に含まれる反射面）との間に配置される。偏光制御部材４４は、部分反射部３２０を透過した第１方向の画像光の偏光を回転させ、更に、反射部５０にて反射された第２方向の画像光の偏光を回転させることにより、部分反射部３２０の透過時に第１偏光であった画像光を第２偏光に回転させる。

【0075】

具体的には、偏光制御部材４４は、１／４波長板である。部分反射部３２０を透過した第１偏光の画像光は、偏光制御部材４４により偏光方向が４５度回転して反射部５０にて反射された後、再び偏光制御部材４４に入射される。画像光は、偏光制御部材４４により更に４５度回転して第２偏光となって、部分反射部３２０に入射される。

【0076】

部分反射部３２０は、光軸ＡＸ方向に導光される画像光に対し、第２偏光の反射率が第１偏光の反射率より高い。第２偏光に変換された画像光は、その多くが部分反射部３２０を透過せず反射して、導光部材３０の射出面３４０から外部に射出されて、装用者の眼ＥＹに到達する。

【0077】

このように、部分反射部３２０で反射されて外部へ漏れる画像光の量を低減しつつも多くの画像光を眼ＥＹへ導くことができる。そのため、高い光利用効率が達成される。

【0078】

偏光部７０に垂直に入射される垂直入射光に対する第１偏光の透過率をＴＡ（単位：％）とし、上記垂直入射光に対する第２偏光の透過率をＴＢ（単位：％）としたとき、虚像表示装置１Ａは、ゴーストやフレアをより一層抑制するため、次式（１）及び次式（２）を満たす構成としてもよい。

【0079】

式（１）
６０＜ＴＡ≦１００

【0080】

式（２）
０≦ＴＢ＜ ３０

【0081】

上記式（１）を満たすことにより、より多くの外光が導光部材３０の外側面３５０を透過する。そのため、外光とゴーストやフレアとなる光との差を大きくすることができ、ゴーストやフレアを抑制しやすくなる。透過率ＴＡが６０％未満になると、導光部材３０の外側面３５０を透過する外光が少ないため、ゴーストやフレアとなる光を外光に対して十分に小さくすることが難しくなる。

【0082】

上記式（２）を満たすことにより、ゴーストやフレアとなる光を低減させられるため、ゴーストやフレアを抑制しやすくなる。透過率ＴＢが３０％を超えると、ゴーストやフレアとなる光が多くなり、ゴーストやフレアを抑制することが難しくなる。

【0083】

複数の部分反射部３２０の第２偏光の反射率のうち、最も低い第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとしたとき、虚像表示装置１Ａは、画像光を明るくしつつ虚像画像の輝度ムラを抑制するため、次式（３）を満たす構成としてもよい。

【0084】

式（３）
５＜ＲＢ_ＭＩＮ＜３０

【0085】

反射率ＲＢ_ＭＩＮが３０％を超えると、画像光が明るくなるものの、虚像画像の輝度ムラを抑制することが難しくなる。反射率ＲＢ_ＭＩＮが５％を下回ると、画像光が暗くなりすぎる。附言するに、導光部材３０の端面３３０に近い部分反射部３２０ほど第２偏光の反射率を低くすると、虚像画像の輝度ムラが抑制される。

【0086】

複数の部分反射部３２０の第２偏光の反射率のうち、最も低い第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとし、最も高い第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＡＸとしたとき、虚像表示装置１Ａは、虚像画像の輝度ムラを抑制したり、遮光される外光の光量分布を均一化したりするため、次式（４）を満たす構成としてもよい。

【0087】

式（４）
０．１＜ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ＜０．４

【0088】

値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸが０．４を超えると、遮光される外光の光量分布を均一化することが難しい。値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸが０．１を下回ると、虚像画像の輝度ムラが大きくなる。

【0089】

複数の部分反射部３２０の第１偏光の反射率のうち、最も高い第１偏光の反射率（単位：％）をＲＡ_ＭＡＸとしたとき、虚像表示装置１Ａは、ゴーストやフレアを抑制するため、次式（５）を満たす構成としてもよい。

【0090】

式（５）
０＜ＲＡ_ＭＡＸ＜２５

【0091】

反射率ＲＡ_ＭＡＸが２５％を超えると、ゴーストやフレアを抑制することが難しい。反射率ＲＡ_ＭＡＸを０％にすることは製造上難しい。

【0092】

虚像表示装置１Ａは、導光部材３０の外側面３５０から導光部材３０内に入射される外光を減光する減光部材（例えばＮＤフィルタ）を更に含む構成としてもよい。減光部材は、例えば偏光部７０に積層される。また、偏光部７０が減光部材を含む構成であっても（言い換えると、偏光部７０に吸収作用を付加しても）よい。

【0093】

例えば、屋外のような明るい視聴環境では、外光を減光して虚像画像の視認性を向上させたい場合がある。このような場合、例えば導光部材３０の外側面３５０上に減光部材を配置することにより、外側面３５０から導光部材３０内に入射される外光を減光するのが好適である。なお、導光部材３０の射出面３４０上に減光部材を配置すると、外光だけでなく画像光までもが減光されるため、虚像画像の視認性を向上させることが難しい。

【0094】

次に、虚像表示装置１Ａの具体的な数値実施例１～４を示す。なお、以下の数値実施例１～４では、光学部材の形状を示す際の通例に倣い、座標軸を変更して説明する。具体的には、光軸ＡＸ方向と直交する２方向をｘｌ方向、ｙｌ方向とする。例えば、虚像表示装置１Ａをヘッドマウントディスプレイ１の形態とした場合、ｘｌ方向は、レンズ部３の幅方向である。ｙｌ方向は、光軸ＡＸ方向及びレンズ部３の幅方向と直交する、レンズ部３の奥行方向である。なお、部分反射部３２０により光路が９０度折り曲げられると、光軸ＡＸ方向も９０度変わるため、ｘｌ方向及びｙｌ方向も９０度回転する。

【0095】

本発明の数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａの光学構成は図４Ａ及び図４Ｂに示される。図４Ａは、数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａのｙｚ断面を示す。図４Ｂは、数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａのｘｙ断面を示す。なお、図４Ａのｙｚ断面及び図４Ｂのｘｙ断面は、光軸ＡＸ方向をｙ方向とし、画像光が装用者の眼ＥＹに向かう方向をｚ方向として固定したときの断面である。

【0096】

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａは、画像表示素子１０側から順に、画像表示素子１０、伝搬光学系２０、導光部材３０、反射部５０を有する。

【0097】

伝搬光学系２０内に、開口絞りａが配置される。開口絞りａは、垂直方向に１．５ｍｍ、水平方向に６．９ｍｍの矩形開口を有する。なお、開口絞りａの形状は円形など、別の形状であってもよい。

【0098】

導光部材３０の厚さ（例えば図４Ａではｚ方向の寸法）は、５．５ｍｍである。導光部材３０内には、平面形状で形成された７つの部分反射部３２０が１．６ｍｍの間隔で配置される。導光部材３０内には、偏光板４２及び偏光制御部材４４が配置される。反射部５０は、ｙ方向負側の面が反射面となっている。

【0099】

虚像画像の垂直方向、水平方向、対角方向の画角は、それぞれ、２０．０度、３５．４度、４０．０度である。虚像距離は、無限遠である。

【0100】

数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａの具体的数値構成は、表１Ａ及び表１Ｂに示される。以下、表１Ａと表１Ｂをまとめて「表１」と記す。表１中、Ｒｙ（単位：ｍｍ）は、光学素子の各面の、ｙｌ方向の軸であるｙｌ軸、すなわち、光軸ＡＸを含むｙｚ平面におけるレンズの断面での曲率半径（又は近軸曲率半径）を示す。Ｒｘ（単位：ｍｍ）は、光学素子の各面の、ｘｌ方向の軸であるｘｌ軸、すなわち、光軸ＡＸを含むｘｚ平面におけるレンズの断面での曲率半径（又は近軸曲率半径）を示す。Ｄ（単位：ｍｍ）は、光軸ＡＸ上の光学素子の厚さ又は光学素子の間隔を示す。Ｎｄは、ｄ線（波長５８７．５６２ｎｍ）の屈折率を示す。νｄは、ｄ線のアッベ数を示す。アッベ数の右欄には、光学素子の材質の商品名及び製造者を記す。

【0101】

表１の番号は、画像表示素子１０側から順に、虚像表示装置１Ａの各面に付されたものである。補足すると、表１の番号０は、画像表示素子１０の画像表示面（画素配列面）を示す。表１の番号１～２は、画像表示素子１０に備えられるカバーガラスの各面を示す。カバーガラスは、画像表示素子１０の画像表示面をカバーするガラス製部材である。

【0102】

表１の番号３～１４は、伝搬光学系２０から反射部５０の反射面までの光路に対応する。表１の番号１５以降は、反射部５０の反射面から装用者の眼ＥＹまでの光路に対応する。番号１９の間隔Ｄは、射出面３４０から眼ＥＹまでの距離、すなわちアイレリーフを示す。

【0103】

表１の番号１７の間隔Ｄの欄の標記Ａは、反射部５０の反射面から、各部分反射部３２０（部分反射面）までの、光軸ＡＸ方向の距離を示す。便宜上、この距離を距離Ａと記す。距離Ａは、７つの部分反射部３２０のうち、反射部５０の反射面に近い側から順に、１３．２ｍｍ、１４．８ｍｍ、１６．４ｍｍ、１８．０ｍｍ、１９．６ｍｍ、２１．２ｍｍ、２２．８ｍｍである。すなわち、７つの部分反射部３２０は、１．６ｍｍの等間隔で配置される。

【0104】

［表１Ａ］

【0105】

［表１Ｂ］

【0106】

表１中、「＊」印が付された番号の面は、非球面である。より詳細には、これらの非球面は、アナモフィックなパワーを有するアナモフィック非球面である。

【0107】

表２Ａ～表２Ｃに、数値実施例１～４に係る虚像表示装置１Ａの各非球面のデータを示す。以下、表２Ａ～表２Ｃをまとめて「表２」と記す。表２中、標記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を示す。非球面素子における曲率半径Ｒは、光軸ＡＸ上での曲率半径（近軸曲率半径）を示す。非球面形状は、サグ量をＺとし、近軸曲率（１／Ｒ）をＣとし、光軸ＡＸからの高さをｈ（単位：ｍｍ）とし、円錐係数をＫとし、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ_４、Ａ_６、・・・とした場合に、次式で示される。

【0108】

Z＝Ch^２/{1+√(1-(1+K)C^２h^２)}+A_４・h^４+A_６・h^６+A_８・h^８+A_１０・h^１０

【0109】

附言するに、アナモフィック非球面形状は、ｘｌ軸での近軸曲率（１／Ｒｘ）をＣｘとし、ｙｌ軸での近軸曲率（１／Ｒｙ）をＣｙとし、光軸ＡＸからの、ｘｌ軸での高さをＸ（単位：ｍｍ）とし、光軸ＡＸからの、ｙｌ軸での高さをＹ（単位：ｍｍ）とし、ｘｌ軸での円錐係数をＫｘとし、ｙｌ軸での円錐係数をＫｙとし、４次以上の偶数次の、回転対称の係数をＡＲ_４、ＡＲ_６、・・・とし、４次以上の偶数次の、回転非対称の係数をＡＰ_４、ＡＰ_６、・・・とした場合に、次式で示される。

【0110】

Z＝(CxX² + CyY²)/{1+√(1-(1+Kx)Cx²X²-(1+Ky)Cy²Y²)} +AR₄・((1-AP₄)X²+(1+AP₄)Y²)²+AR₆・((1-AP₆)X²+(1+AP₆)Y²)³+AR₈・((1-AP₈)X²+(1+AP₈)Y²)⁴+AR₁₀・((1-AP₁₀)X²+(1+AP₁₀)Y²)⁵

【0111】

［表２Ａ］

【0112】

［表２Ｂ］

【0113】

［表２Ｃ］

【0114】

数値実施例１～４において、偏光部７０の透過率及び部分反射部３２０の反射率は、次の通りである。

【0115】

［数値実施例１］
《偏光部７０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の透過率：１００％
・第２偏光（Ｓ偏光）の透過率： ０％
《部分反射部３２０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の反射率ＲＡ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
１％、１％、２％、２％、４％、６％、２２％
・第２偏光（Ｓ偏光）の反射率ＲＢ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
１１％、１２％、１８％、２３％、３２％、４６％、８８％

【0116】

［数値実施例２］
《偏光部７０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の透過率：１００％
・第２偏光（Ｓ偏光）の透過率： ０％
《部分反射部３２０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の反射率ＲＡ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
１％、１％、１％、２％、２％、３％、５％
・第２偏光（Ｓ偏光）の反射率ＲＢ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
９％、１１％、１３％、１８％、２３％、２９％、４３％

【0117】

［数値実施例３］
《偏光部７０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の透過率：８０％
・第２偏光（Ｓ偏光）の透過率：２０％
《部分反射部３２０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の反射率ＲＡ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
１％、１％、１％、２％、２％、３％、５％
・第２偏光（Ｓ偏光）の反射率ＲＢ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
９％、１１％、１３％、１８％、２３％、２９％、４３％

【0118】

［数値実施例４］
《偏光部７０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の透過率：１００％
・第２偏光（Ｓ偏光）の透過率：０％
《部分反射部３２０》
・第１偏光（Ｐ偏光）の反射率ＲＡ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
２％、２％、３％、３％、３％、５％、２２％
・第２偏光（Ｓ偏光）の反射率ＲＢ
反射部５０側に配置された部分反射部３２０から順に、
２２％、２２％、２９％、２９％、２９％、４４％、８８％

【0119】

このように構成された数値実施例１～４では、次の通り、上記式（１）～（５）が全て満たされる。そのため、数値実施例１～４では、上記式（１）～（５）を満たすことによる効果が奏される。

【0120】

［数値実施例１］
透過率ＴＡ ：１００％（式（１）参照）
透過率ＴＢ ： ０％（式（２）参照）
反射率ＲＢ_ＭＩＮ ： １１％（式（３）参照）
値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ ：０．１３（式（４）参照）
反射率ＲＡ_ＭＡＸ ： ２２％（式（５）参照）

【0121】

［数値実施例２］
透過率ＴＡ ：１００％（式（１）参照）
透過率ＴＢ ： ０％（式（２）参照）
反射率ＲＢ_ＭＩＮ ： ９％（式（３）参照）
値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ ：０．２１（式（４）参照）
反射率ＲＡ_ＭＡＸ ： ５％（式（５）参照）

【0122】

［数値実施例３］
透過率ＴＡ ： ８０％（式（１）参照）
透過率ＴＢ ： ２０％（式（２）参照）
反射率ＲＢ_ＭＩＮ ： ９％（式（３）参照）
値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ ：０．２１（式（４）参照）
反射率ＲＡ_ＭＡＸ ： ５％（式（５）参照）

【0123】

［数値実施例４］
透過率ＴＡ ：１００％（式（１）参照）
透過率ＴＢ ： ０％（式（２）参照）
反射率ＲＢ_ＭＩＮ ： ２２％（式（３）参照）
値ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ ：０．２５（式（４）参照）
反射率ＲＡ_ＭＡＸ ： ２２％（式（５）参照）

【0124】

図５は、数値実施例１における画像光の照度分布を示す図である。図５中、横軸が水平方向（ｘ方向）の画角であり、縦軸が垂直方向（ｙ方向）の画角である。なお、装用者の眼ＥＹの大きさとしてφ３ｍｍを想定している。

【0125】

数値実施例１によれば、図５に示されるように、画像光の照度ムラが少ない。

【0126】

図６は、数値実施例１における遮光率を示す図である。図６中、横軸が垂直方向（ｙ方向）の画角（単位：度）であり、縦軸が遮光率（単位：％）の画角である。なお、装用者の眼ＥＹの大きさとしてφ３ｍｍを想定している。「遮光率」は、導光部材３０の外側面３５０に入射された外光のうち、部分反射部３２０で反射されることによって装用者の眼ＥＹに到達しない外光（言い換えると、部分反射部３２０で遮光される外光）の割合を示す。

【0127】

また、図６中、実線は、数値実施例１における遮光率を示す。点線は、比較例における遮光率を示す。なお、数値実施例１に係る虚像表示装置１Ａの偏光部７０をＮＤフィルタに置き換えた構成が比較例である。この比較例においてＮＤフィルタの減光率は５９％とする。

【0128】

数値実施例１によれば、図６に示されるように、画角による遮光率の差が小さい。不自然な明暗部が少ないため、装用者は、外界の景色を違和感なく視認することができる。

【0129】

図７は、数値実施例２における画像光の照度分布を示す図である。図８は、数値実施例２における遮光率を示す図である。図８中、数値実施例２に係る虚像表示装置１Ａの偏光部７０をＮＤフィルタに置き換えた構成が比較例（点線）である。この比較例においてＮＤフィルタの減光率は５９％とする。

【0130】

図９は、数値実施例３における画像光の照度分布を示す図である。図１０は、数値実施例３における遮光率を示す図である。図１０中、数値実施例３に係る虚像表示装置１Ａの偏光部７０をＮＤフィルタに置き換えた構成が比較例（点線）である。この比較例においてＮＤフィルタの減光率は５３％とする。

【0131】

図１１は、数値実施例４における画像光の照度分布を示す図である。図１２は、数値実施例４における遮光率を示す図である。図１２中、数値実施例４に係る虚像表示装置１Ａの偏光部７０をＮＤフィルタに置き換えた構成が比較例（点線）である。この比較例においてＮＤフィルタの減光率は５７％とする。

【0132】

これらの図に示されるように、数値実施例２～４においても数値実施例１と同様に、画像光の照度ムラが少なく、また、画角による遮光率の差が小さい。

【0133】

表３に、ゴーストやフレアとなる光の照度の最大値を、外光の照度に対する比率で示す。より詳細には、この「比率」は、装用者の眼ＥＹに届く、画角１０度の外光の照度に対する、ゴーストやフレアとなる光の照度の最大値を比率で示したものである。なお、装用者の眼ＥＹの大きさとしてφ３ｍｍを想定している。また、表３中、「ＮＤ」は、図６、８、１０及び１２で説明した各比較例に対応する。

【0134】

［表３］

【0135】

このように、数値実施例１～４では、偏光部７０を虚像表示装置１Ａに設けたことにより、表３に示されるように、比較例に対してゴーストやフレアが大幅に抑えられる。

【0136】

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

【0137】

以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
画像を表示する画像表示素子からの画像光を導光する導光部材と、
前記導光部材内を導光される前記画像光の一部を反射して前記導光部材の射出面から外部へ射出させる部分反射部と、
前記射出面と反対側に位置する前記導光部材の外側面に配置された偏光部と、を含み、
前記偏光部は、前記偏光部に垂直に入射される垂直入射光に対し、第１偏光の透過率が、前記第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光の透過率よりも高く、
前記部分反射部は、前記垂直入射光に対し、前記第１偏光の反射率が前記第２偏光の反射率より低い、
虚像表示装置用光学系。
［付記２］
前記垂直入射光に対する前記第１偏光の透過率をＴＡ（単位：％）とし、前記垂直入射光に対する前記第２偏光の透過率をＴＢ（単位：％）としたとき、
次式
６０＜ＴＡ≦１００
０≦ＴＢ＜ ３０
を満たす、
付記１に記載の虚像表示装置用光学系。
［付記３］
前記部分反射部は、前記虚像表示装置用光学系の光軸方向に間隔を空けて複数配置される、
付記１又は付記２に記載の虚像表示装置用光学系。
［付記４］
複数の前記部分反射部の前記第２偏光の反射率のうち、最も低い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとしたとき、
次式
５＜ＲＢ_ＭＩＮ＜３０
を満たす、
付記３に記載の虚像表示装置用光学系。
［付記５］
複数の前記部分反射部の前記第２偏光の反射率のうち、最も低い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＩＮとし、最も高い前記第２偏光の反射率（単位：％）をＲＢ_ＭＡＸとしたとき、
次式
０．１＜ＲＢ_ＭＩＮ／ＲＢ_ＭＡＸ＜０．４
を満たす、
付記３又は付記４に記載の虚像表示装置用光学系。
［付記６］
複数の前記部分反射部の前記第１偏光の反射率のうち、最も高い前記第１偏光の反射率（単位：％）をＲＡ_ＭＡＸとしたとき、
次式
０＜ＲＡ_ＭＡＸ＜２５
を満たす、
付記３から付記５の何れか１つに記載の虚像表示装置用光学系。
［付記７］
前記外側面から前記導光部材内に入射される光を減光する減光部材を更に含む、
付記１から付記６の何れか１つに記載の虚像表示装置用光学系。
［付記８］
反射部を更に含み、
前記部分反射部は、第１の側から前記導光部材内を導光される第１方向の前記画像光の一部を透過させ、かつ前記第１の側とは異なる第２の側から前記導光部材内を導光される第２方向の前記画像光の一部を反射させて前記射出面から外部へ射出させ、
前記反射部は、前記部分反射部を挟んで前記第１の側とは異なる前記第２の側に位置し、前記部分反射部を透過した前記第１方向の画像光を前記第２方向の画像光として前記部分反射部に向けて反射する、
付記１から付記７の何れか１つに記載の虚像表示装置用光学系。
［付記９］
前記部分反射部を透過した前記第１方向の画像光の偏光を回転させ、更に、前記反射部にて反射された前記第２方向の画像光の偏光を回転させることにより、前記部分反射部の透過時に前記第１偏光であった前記画像光を前記第２偏光に変換する偏光変換部を更に含む、
付記８に記載の虚像表示装置用光学系。
［付記１０］
前記画像光が前記導光部材内を全反射することなく導光されるように、前記導光部材の寸法が前記導光部材内を導光される画像光の光束幅よりも大きくなっている、
付記１から付記９の何れか１つに記載の虚像表示装置用光学系。
［付記１１］
前記画像表示素子と、
付記１から付記１０の何れか１つに記載の虚像表示装置用光学系と、を備える、
虚像表示装置。
［付記１２］
付記１１に記載の虚像表示装置を含む、
ヘッドマウントディスプレイ。

【符号の説明】

【0138】

１ ：ヘッドマウントディスプレイ
１Ａ ：虚像表示装置
１Ｂ ：虚像表示装置用光学系
２ ：フレーム部
３ ：レンズ部
１０ ：画像表示素子
２０ ：伝搬光学系
３０ ：導光部材
４２ ：偏光板
４４ ：偏光制御部材
５０ ：反射部
７０ ：偏光部
３１０ ：入射面
３２０ ：部分反射部
３３０ ：端面
３４０ ：射出面
３５０ ：外側面
ａ ：開口絞り

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】