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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-18
(45)【発行日】2024-03-27
(54)【発明の名称】導光部材および虚像表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240319BHJP
G02B 6/00 20060101ALI20240319BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20240319BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B6/00 331
H04N5/64 511A
G02B6/00 301
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020127360
(22)【出願日】2020-07-28
(65)【公開番号】P2022024648
(43)【公開日】2022-02-09
【審査請求日】2023-05-11
(73)【特許権者】
【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】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(72)【発明者】
【氏名】門馬 進
(72)【発明者】
【氏名】中村 直樹
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】須藤 芳文
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 駿
(72)【発明者】
【氏名】平野 成伸
(72)【発明者】
【氏名】片野 泰男
(72)【発明者】
【氏名】亀山 健司
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 規和
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 愛乃
(72)【発明者】
【氏名】山田 正道
(72)【発明者】
【氏名】牧 隆史
【審査官】河村 麻梨子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１４２４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０３５５１７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１２０３０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０６１２５１９４（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／００、２７／０１－２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像光を内部に取り込む光入射部と、該光入射部から取り込まれた画像光を反射して外部へ射出させる画像光取り出し部と、前記画像光を前記光入射部から前記画像光取り出し部へ向かって導光する導光部とを有し、前記導光部は、互いに平行に対向し、前記画像光を反射により前記画像光取り出し部へ向かって導光する第１反射面および第２反射面を備え、
前記画像光取り出し部は、前記導光部により導光された画像光を外部へ射出する射出面部と、取り出すべき前記画像光を前記射出面部へ向ける取り出し用構造部とを有し、
前記射出面部は、前記第１反射面と平行で、前記導光部の導光方向側に形成され、
前記取り出し用構造部は、導光用反射面部と傾斜反射面部と連結部とを有する構造単位を前記導光方向へ繰り返して有し、
前記導光用反射面部は前記射出面部と平行であって、前記射出面部との間隔が、前記導光方向に向かって隣接する構造単位ごとに小さくなるように形成され、
前記傾斜反射面部は、前記導光方向に向かって前記射出面部との間隔が狭くなるように傾斜し、
前記連結部は、前記傾斜反射面部の前記導光方向側の端部と、前記導光方向側に隣接する前記構造単位の前記導光用反射面部とを連結するように、前記傾斜反射面部よりも前記射出面部側に形成され、反射防止処理を施されている、導光部材。
【請求項2】
請求項１記載の導光部材であって、前記導光用反射面部の法線と、前記傾斜反射面部とが角：θ（＜∠Ｒ）をなし、
前記連結部は、
前記傾斜反射面部の前記導光方向側の端部と前記導光方向側に隣接する前記構造単位の前記導光用反射面部とを連結する面であり、
前記導光用反射面部と角：β（∠Ｒ－θ＜β≦∠Ｒ）をなす、導光部材。
【請求項3】
請求項１または２記載の導光部材であって、前記導光用反射面部の法線と、前記傾斜反射面部とがなす角：θ（＜∠Ｒ）、
前記各構造単位において、前記傾斜反射面部の前記第２反射面への正射影の前記導光方向の幅：Ｇと、前記連結部の前記第２反射面への正射影の前記導光方向の幅との和：Ｗ、および、前記隣接する構造単位における導光用反射面部の面法線方向の面間隔である距離：ｄが、条件：
（１） Ｗ＜ｄ・ｔａｎθ
を満足する、導光部材。
【請求項4】
請求項３記載の導光部材であって、前記傾斜反射面部の前記第１反射面への垂直射影の前記導光方向の幅：Ｇと前記和：Ｗが、条件：
（２） Ｇ≦Ｗ
を満足する、導光部材。
【請求項5】
請求項３または４の何れか１項に記載の導光部材であって、前記画像光が前記第２反射面に入射する入射角：φが、φ１≦φ≦φ２の範囲にあり、前記角：φ１は、前記角：θよりも小さく、
前記和：Ｗ、前記距離：ｄ、前記角：φ１が、条件：
（３） Ｗ≦ｄ×ｔａｎφ１
を満足する導光部材。
【請求項6】
請求項１ないし５の何れか１項に記載の導光部材であって、前記連結部に施された反射防止処理は、反射防止部材もしくは光吸収部材である、導光部材。
【請求項7】
請求項３ないし５の何れか１項に記載の導光部材であって、前記連結部は、第１反射面の法線と角：ψをなす平面形状であり、
前記画像光は、前記第２反射面への入射角：φがφ１≦φ≦φ２の範囲にあり、
前記和：Ｗ、前記導光方向の幅：Ｇ、角：ψ（＝∠Ｒ－β）、角：θ、角：φ１および角：φ２が、条件：
（４） ψ＞φ２－２θ
（５） Ｗ＝Ｇ・ｔａｎφ１（ｔａｎψ－ｔａｎθ）
／（ｔａｎθ（ｔａｎψ－ｔａｎφ１））
を満足する、導光部材。
【請求項8】
請求項１ないし７の何れか１項に記載の導光部材であって、均一な屈折率を有する透明媒体で形成され、前記画像光の導光は、前記第１反射面および前記第２反射面、前記導光用反射面部との全反射により行われる、導光部材。
【請求項9】
請求項８記載の導光部材と、この導光部材における第２反射面の側に設けられる透明部材と、を有し、
前記透明部材は、前記導光部材と同一もしくは略等しい屈折率を有し、前記第２反射面と、前記導光用反射面部、前記傾斜反射面部に対して空気間隙を隔して近接し、前記連結部に接合されて、前記連結部における反射防止処理を構成する、導光部材。
【請求項10】
請求項９記載の導光部材であって、前記透明部材と前記連結部の接合は接着である、導光部材。
【請求項11】
請求項１ないし１０の何れか１項に記載の導光部材であって、前記取り出し用構造部の、導光用反射面部と傾斜反射面部とはミラー面である、導光部材。
【請求項12】
請求項１ないし１０の何れか１項に記載の導光部材であって、前記取り出し用構造部の、導光用反射面部と傾斜反射面部とはハーフミラー面である、導光部材。
【請求項13】
請求項１ないし１０の何れか１項に記載の導光部材であって、第２反射面はミラー面もしくはハーフミラー面である導光部材。
【請求項14】
請求項１ないし１３の何れか１項に記載の導光部材と、前記導光部材の前記光入射部に前記画像光を入射させる画像光入射手段と、を有する虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、導光部材および虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
２次元画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察する装置として知られるヘッドマウントディスプレイ（以下「ＨＭＤ」と称する。）のうちで、虚像を構成する画像光を「導光部材」により導光するものが知られ（例えば、特許文献１、２）、近来、商品化されつつある（例えば「Googleglass（登録商標 Google LTD.）」）。
導光部材は、光入射部と、導光部と、画像光取り出し部とを有し、光入射部から取り込まれた画像光を導光部により導光して、画像光取り出し部から観察用画像光として射出させ、拡大虚像の観察に供する。
このような導光部材を用いるＨＭＤには、透過型と非透過型のものがある。
透過型のものは所謂シースルータイプで、導光部材を透して「現実の情景と、画像光による拡大虚像と」を重ね合わせた状態で観察でき、例えば、情報端末と組み合わせてＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の用途に用いることができる。
非透過型の導光部材を用いるＨＭＤは、映画やゲーム等の動画の鑑賞やＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の用途に用いることができる。
導光部材は、光入射部と、導光部と、画像光取り出し部とを有し、光入射部から取り込まれた画像光を導光部により導光して、画像光取り出し部から観察用画像光として射出させ、拡大虚像の観察に供する。
このような導光部材を用いるＨＭＤには、透過型と非透過型のものがある。
透過型のものは所謂シースルータイプで、導光部材を透して「現実の情景と、画像光による拡大虚像と」を重ね合わせた状態で観察でき、例えば、情報端末と組み合わせてＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の用途に用いることができる。
非透過型の導光部材を用いるＨＭＤは、映画やゲーム等の動画の鑑賞やＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の用途に用いることができる。
【0003】
このようなＨＭＤでは、表示する虚像の視野角すなわち画角を大きくする場合に、画像光の迷光や輝度ぬけによる画像のフレアや輝度ムラに改善の余地があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この発明は、画像光における迷光や輝度ぬけを低減できる新規な導光部材の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明の導光部材は、画像光を内部に取り込む光入射部と、該光入射部から取り込まれた画像光を反射して外部へ射出させる画像光取り出し部と、前記画像光を前記光入射部から前記画像光取り出し部へ向かって導光する導光部とを有し、前記導光部は、互いに平行に対向し、前記画像光を反射により前記画像光取り出し部へ向かって導光する第１反射面および第２反射面を備え、前記画像光取り出し部は、前記導光部により導光された画像光を外部へ射出する射出面部と、取り出すべき前記画像光を前記射出面部へ向ける取り出し用構造部とを有し、前記射出面部は、前記第１反射面と平行で、前記導光部の導光方向側に形成され、前記取り出し用構造部は、導光用反射面部と傾斜反射面部と連結部とを有する構造単位を前記導光方向へ繰り返して有し、前記導光用反射面部は前記射出面部と平行であって、前記射出面部との間隔が、前記導光方向に向かって隣接する構造単位ごとに小さくなるように形成され、前記傾斜反射面部は、前記導光方向に向かって前記射出面部との間隔が狭くなるように傾斜し、前記連結部は、前記傾斜反射面部の前記導光方向側の端部と、前記導光方向側に隣接する前記構造単位の前記導光用反射面部とを連結するように、前記傾斜反射面部よりも前記射出面部側に形成され、反射防止処理を施されている。
【発明の効果】
【0006】
この発明によれば、画像光における迷光や輝度ぬけを低減できる新規な導光部材を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】導光部材の実施の形態の特徴部を説明するための図である。
【図2】導光部材の取り出し用構造部の１例を説明するための図である。
【図3】導光部材の取り出し用構造部の別例を説明するための図である。
【図4】導光部材の実施の別形態（導光ユニット）を説明するための図である。
【図6】虚像表示装置の従来例を説明するための図である。
【図8】導光部材の取り出し用構造部の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して説明する。
図６は、導光部材を用いる虚像表示装置の従来例を説明図的に示す図である。この発明の導光部材や虚像表示装置の説明に先立って、図６の例に即して用語や虚像表示の仕組み等を説明する。
図６（ａ）において、符号１０は導光部材、符号１２は画像光発生部、符号１４は「観察者の目」を示している。
図の如く、Ｘ方向（図の横方向）、Ｙ方向（図の上下方向）を定め、図面に直交する方向をＺ方向とする。
画像光発生部１２は、画像表示部１２１とコリメートレンズ１２２とを有する。
画像表示部１２１は、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であり、微小な反射面が「画素」として２次元的にアレイ配列した画像表示領域を持ち、その表面を、図示を省略された半導体レーザ等からのレーザ光で照射されている。
図示を省略されている画像情報発生部により、表示すべき画像に応じて、画像表示領域における微小な反射面を傾けて画像を表示する。画像表示領域のサイズは、１例として３ｍｍ×４ｍｍであり、画素数は略１万画素である。
画像表示部１２１に表示された画像により反射された光Ｌ０は、コリメートレンズ１２２によりコリメートされ、画像光ＬＩとなる。
図６は、導光部材を用いる虚像表示装置の従来例を説明図的に示す図である。この発明の導光部材や虚像表示装置の説明に先立って、図６の例に即して用語や虚像表示の仕組み等を説明する。
図６（ａ）において、符号１０は導光部材、符号１２は画像光発生部、符号１４は「観察者の目」を示している。
図の如く、Ｘ方向（図の横方向）、Ｙ方向（図の上下方向）を定め、図面に直交する方向をＺ方向とする。
画像光発生部１２は、画像表示部１２１とコリメートレンズ１２２とを有する。
画像表示部１２１は、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であり、微小な反射面が「画素」として２次元的にアレイ配列した画像表示領域を持ち、その表面を、図示を省略された半導体レーザ等からのレーザ光で照射されている。
図示を省略されている画像情報発生部により、表示すべき画像に応じて、画像表示領域における微小な反射面を傾けて画像を表示する。画像表示領域のサイズは、１例として３ｍｍ×４ｍｍであり、画素数は略１万画素である。
画像表示部１２１に表示された画像により反射された光Ｌ０は、コリメートレンズ１２２によりコリメートされ、画像光ＬＩとなる。
【0009】
導光部材１０は「ＸＹ面内において図の如き断面形状」を有し、Ｚ方向においては、導光部材としての機能を果たす部分においては図の断面形状が一様に続いている。
導光部材１０は、３つの部分、即ち、光入射部１０Ａ、導光部１０Ｂ、画像光取り出し部１０Ｃを有する。
画像光発生部１２からの画像光ＬＩは、導光部材１０の光入射部１０Ａから導光部材内に取り込まれ、導光部１０Ｂを導光画像光ＬＰとなって「導光方向」、即ち、Ｘ軸の右方向へ導光され、画像光取り出し部１０Ｃから観察用画像光ＬＴとして射出する。観察用画像光ＬＴが観察者の目１４の水晶体レンズ１４Ａに入射すると、水晶体レンズ１４Ａの結像作用により網膜上に２次元画像として結像し、観察者は２次元の拡大画像を観察できる。観察者が観察する拡大画像は「虚像」である。
コリメートレンズ１２２と観察者の眼球１４の水晶体レンズ１４Ａとは「リレーレンズ系」を構成する。
導光部材１０は、３つの部分、即ち、光入射部１０Ａ、導光部１０Ｂ、画像光取り出し部１０Ｃを有する。
画像光発生部１２からの画像光ＬＩは、導光部材１０の光入射部１０Ａから導光部材内に取り込まれ、導光部１０Ｂを導光画像光ＬＰとなって「導光方向」、即ち、Ｘ軸の右方向へ導光され、画像光取り出し部１０Ｃから観察用画像光ＬＴとして射出する。観察用画像光ＬＴが観察者の目１４の水晶体レンズ１４Ａに入射すると、水晶体レンズ１４Ａの結像作用により網膜上に２次元画像として結像し、観察者は２次元の拡大画像を観察できる。観察者が観察する拡大画像は「虚像」である。
コリメートレンズ１２２と観察者の眼球１４の水晶体レンズ１４Ａとは「リレーレンズ系」を構成する。
【0010】
導光部材１０は「樹脂等の透明な光学材料」で形成され、導光部１０Ｂおよび画像光取り出し部１０Ｃにおける導光画像光ＬＰの導光は「全反射」により行われる。
導光部１０Ｂの「図で下方の面」である平面１０１は、ＸＺ面に平行で、光入射部１０Ａ、導光部１０Ｂ、画像光取り出し部１０Ｃに共通な面である。
平面１０１は、光入射部１０Ａにおいては「画像光ＬＩの入射面部」をなし、画像光取り出し部１０Ｃにおいては「観察用画像光ＬＴの射出面部」をなしている。
光入射部１０Ａの平面１０１に対する面は、Ｘ方向に対して傾いた反射面１０３となっている。また、導光部１０Ｂにおいて、平面１０１に対向する平面１０２は、平面１０１と平行である。
導光部１０Ｂの「図で下方の面」である平面１０１は、ＸＺ面に平行で、光入射部１０Ａ、導光部１０Ｂ、画像光取り出し部１０Ｃに共通な面である。
平面１０１は、光入射部１０Ａにおいては「画像光ＬＩの入射面部」をなし、画像光取り出し部１０Ｃにおいては「観察用画像光ＬＴの射出面部」をなしている。
光入射部１０Ａの平面１０１に対する面は、Ｘ方向に対して傾いた反射面１０３となっている。また、導光部１０Ｂにおいて、平面１０１に対向する平面１０２は、平面１０１と平行である。
【0011】
画像光取り出し部１０Ｃは、取り出し用構造部１０４と平面１０１とにより構成され、ＸＹ面内の断面形状が、導光方向へ向かって「楔状に狭まる形状」となっている。
取り出し用構造部１０４は、図６（ｃ）に示すように、２種の平面部分１０４Ａと１０４Ｂとを有する。平面部分１０４Ａは平面１０１に平行（即ち、平面１０２にも平行）で、図の右方へ向かい「ステップ状に下降」しており、平面部分１０４Ｂは「隣接する平面部分１０４Ａを連結する」ようにして、図の右方へ向かって下がるように傾斜している。
平面部分１０４Ａ、１０４Ｂは何れも「画像光を反射する機能」を持つ。平面部分１０４Ａは、平面１０１と共に、導光部１０Ｂにより導光されてきた画像光を、図の右方へ向かってさらに導光する。
平面部分１０４Ｂは、画像光取り出し部１０Ｃを導光される導光画像光ＬＰのうち、平面部分１０４Ｂに入射する画像光部分を平面１０１の側に反射する。このように反射された画像光部分が、観察用画像光ＬＴとして平面１０１から射出する。
取り出し用構造部１０４は、図６（ｃ）に示すように、２種の平面部分１０４Ａと１０４Ｂとを有する。平面部分１０４Ａは平面１０１に平行（即ち、平面１０２にも平行）で、図の右方へ向かい「ステップ状に下降」しており、平面部分１０４Ｂは「隣接する平面部分１０４Ａを連結する」ようにして、図の右方へ向かって下がるように傾斜している。
平面部分１０４Ａ、１０４Ｂは何れも「画像光を反射する機能」を持つ。平面部分１０４Ａは、平面１０１と共に、導光部１０Ｂにより導光されてきた画像光を、図の右方へ向かってさらに導光する。
平面部分１０４Ｂは、画像光取り出し部１０Ｃを導光される導光画像光ＬＰのうち、平面部分１０４Ｂに入射する画像光部分を平面１０１の側に反射する。このように反射された画像光部分が、観察用画像光ＬＴとして平面１０１から射出する。
【0012】
画像表示部１２１の画像表示領域のＸ方向における両端部を、図６（ｂ－１）のように、端部Ｂ、Ｃ、中央部分を中央部Ａとする。中央部Ａ、端部Ｂ、Ｃは、コリメートレンズ１２２の光軸を含みＸＹ面に平行な面内にあるものとする。
この状態で、中央部Ａ、端部Ｂ、Ｃにある画素から出た光線の中で、コリメートレンズ１２２の中心を通る光線を光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃとする。このとき、光線Ｌａはコリメートレンズ１２２の光軸と合致する。
図６（ｂ－２）は、端部Ｂにある画素からの光がコリメートレンズ１２２により平行光束化される様子を示している。以下、端部Ｂにある画素からコリメートレンズ１２２に入射して「平行光束化された光束」を画素光束ＬＢと呼び、（ｂ－１）に示す光線Ｌａ、Ｌｃを含む光束についても、平行光束化されたものを画素光束ＬＡ、ＬＣと呼ぶ。
このとき、画素光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの光軸光線（図６（ｂ－１）を示す光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃと、コリメートレンズ１２２の光軸とのなす角を「画素光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの画角」と言い、画角ξＡ、ξＢ、ξＣ等と呼ぶ。
図６（ｂ－２）には、画素光束ＬＢの画角ξＢを示す。
この状態で、中央部Ａ、端部Ｂ、Ｃにある画素から出た光線の中で、コリメートレンズ１２２の中心を通る光線を光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃとする。このとき、光線Ｌａはコリメートレンズ１２２の光軸と合致する。
図６（ｂ－２）は、端部Ｂにある画素からの光がコリメートレンズ１２２により平行光束化される様子を示している。以下、端部Ｂにある画素からコリメートレンズ１２２に入射して「平行光束化された光束」を画素光束ＬＢと呼び、（ｂ－１）に示す光線Ｌａ、Ｌｃを含む光束についても、平行光束化されたものを画素光束ＬＡ、ＬＣと呼ぶ。
このとき、画素光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの光軸光線（図６（ｂ－１）を示す光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃと、コリメートレンズ１２２の光軸とのなす角を「画素光束ＬＡ、ＬＢ、ＬＣの画角」と言い、画角ξＡ、ξＢ、ξＣ等と呼ぶ。
図６（ｂ－２）には、画素光束ＬＢの画角ξＢを示す。
【0013】
上の説明から明らかなように、導光部材１０の光入射部１０Ａに入射する画像光ＬＩは
画像表示部１２１の画像表示領域内の「画像を構成する各画素からの光が平行光束化された画素光束」の集合である。
画像光ＬＩを構成する各画素光束は「その出発点となる画素」に応じた画角を有する。上に挙げた画角ξＡ等はその例である。
導光部材１０は、上述の如く、Ｚ方向には「ＸＹ面内の断面形状」が一様に続いており、導光部材１０に入射した画像光を構成する各画素光束に対する光学作用はＺ方向から見ると、ＸＹ面内においては同一となる。従って、以下においては、ＸＹ面のうちでコリメートレンズ１２２の光軸を含む面を考え、この面内での光学作用を考える。
画像表示部１２１の画像表示領域内の「画像を構成する各画素からの光が平行光束化された画素光束」の集合である。
画像光ＬＩを構成する各画素光束は「その出発点となる画素」に応じた画角を有する。上に挙げた画角ξＡ等はその例である。
導光部材１０は、上述の如く、Ｚ方向には「ＸＹ面内の断面形状」が一様に続いており、導光部材１０に入射した画像光を構成する各画素光束に対する光学作用はＺ方向から見ると、ＸＹ面内においては同一となる。従って、以下においては、ＸＹ面のうちでコリメートレンズ１２２の光軸を含む面を考え、この面内での光学作用を考える。
【0014】
図６（ａ）に示すように、導光部材１０の光入射部１０Ａに入射した画像光ＬＩは、反射面１０３により反射されて導光画像光ＬＰとなり、その導光は、前述の如く全反射により行われる。すなわち、導光部１０Ｂおよび画像光取り出し部１０Ｃにおける導光は、平面１０１と平面１０２、平面１０１と平面部分１０４Ａによる全反射により行われる。
【0015】
従って、平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する導光画像光ＬＰ（を構成する各画素光束）の入射角は、全反射が成り立つ臨界角以上である。
導光体１における全反射の臨界角：γは、導光体１を構成する透明な光学材料の屈折率：ｎにより、
ｓｉｎγ＝１/ｎ
から、
γ＝ｓｉｎ－１（１/ｎ）
で与えられる。
導光体１における全反射の臨界角：γは、導光体１を構成する透明な光学材料の屈折率：ｎにより、
ｓｉｎγ＝１/ｎ
から、
γ＝ｓｉｎ－１（１/ｎ）
で与えられる。
【0016】
画像光ＬＩを構成する画素光束の画角は、画素の位置に応じて、画角ξＢから画角ξＣの間で変化する。画角ξＢをもって導光部材１０に入射する画素光束ＬＢが反射面１０３で反射されて平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角が一番小さい。また、画角ξＣで導光部材１０に入射する画素光束ＬＣが反射面１０３で反射された画素光束ＬＣが平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角が一番大きい。
そこで、便宜的に、画素光束ＬＢが平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角を「最小入射角」と呼び、同様に画素光束ＬＣの平面１０１等への入射角を「最大入射角」と呼ぶ。
画像光ＬＩは画素光束の集合で、各画素光束はその出発点となる画素に応じた画角をもつ平行光束である。従って、各画素からの画素光束が導光部材１０内を導光されるとき、互いに平行な平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角は、画素ごとに決まっており導光の過程で変化しない。
上記「入射角」は勿論「反射角」に等しい。
そこで、便宜的に、画素光束ＬＢが平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角を「最小入射角」と呼び、同様に画素光束ＬＣの平面１０１等への入射角を「最大入射角」と呼ぶ。
画像光ＬＩは画素光束の集合で、各画素光束はその出発点となる画素に応じた画角をもつ平行光束である。従って、各画素からの画素光束が導光部材１０内を導光されるとき、互いに平行な平面１０１、１０２、平面部分１０４Ａに入射する入射角は、画素ごとに決まっており導光の過程で変化しない。
上記「入射角」は勿論「反射角」に等しい。
【0017】
コリメートレンズ１２２について付言すると、上の説明におけるコリメートレンズ１２２は、説明のために単純化したものである。実際には、コリメートレンズは複数枚のレンズにより構成され、図において、光線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃはレンズ内で交差しているが、実際には、レンズ系の外部で交差することもある。
【0018】
上に説明したタイプの導光部材には、以下のような問題が考えられる。
図７を参照して説明する。
問題の第１は「迷光（フレア光）」である。図７（ａ）を参照する。
図７（ａ）は、図６（ｃ）において説明した取り出し用構造部１０４の一部を拡大して示している。この図において、平面部分１０４Ａに入射角（＝反射角）：ξをもって入射する入射光線Ｌ１、Ｌ２を考える。入射光線Ｌ１、Ｌ２は「同一画素」からの光が平行光束となった「同一の画素光束」を構成する光線のうちの２本である。
平面部分１０４Ａとこれに連接する平面部分１０４Ｂの連接部分において、平面部分１０４Ａに「幅：Δの微小領域」を考える。入射光線Ｌ１は、微小領域の「図で左側の端部」に入射して反射されるが、反射された反射光線ＲＬ１が平面部分１０４Ｂに入射することはない。
しかし、微小領域内に入射した入射光線Ｌ２は、平面部分１０４Ａで反射されたのち、傾斜面をなす平面部分１０４Ｂに入射して反射され、正規の反射光以外の迷光（フレア光）ＲＬ２となる。
迷光ＲＬ２の発生は、光線Ｌ２と平面部分１０４Ａとがなす角：∠Ｒ－ξが、平面部分１０４Ｂの傾斜角：ωよりも小さいことに起因する。即ち、迷光は、平面部分１０４Ａへの入射角：ξが大きい光線による光束、換言すれば「最大入射角に近い入射角」をもつ光束で生じる。
微小領域の幅：Δは、上記傾斜角：ω、入射角：ξ、平面部分１０４ＢのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅：Ｌにより、以下のように与えられる。
図７を参照して説明する。
問題の第１は「迷光（フレア光）」である。図７（ａ）を参照する。
図７（ａ）は、図６（ｃ）において説明した取り出し用構造部１０４の一部を拡大して示している。この図において、平面部分１０４Ａに入射角（＝反射角）：ξをもって入射する入射光線Ｌ１、Ｌ２を考える。入射光線Ｌ１、Ｌ２は「同一画素」からの光が平行光束となった「同一の画素光束」を構成する光線のうちの２本である。
平面部分１０４Ａとこれに連接する平面部分１０４Ｂの連接部分において、平面部分１０４Ａに「幅：Δの微小領域」を考える。入射光線Ｌ１は、微小領域の「図で左側の端部」に入射して反射されるが、反射された反射光線ＲＬ１が平面部分１０４Ｂに入射することはない。
しかし、微小領域内に入射した入射光線Ｌ２は、平面部分１０４Ａで反射されたのち、傾斜面をなす平面部分１０４Ｂに入射して反射され、正規の反射光以外の迷光（フレア光）ＲＬ２となる。
迷光ＲＬ２の発生は、光線Ｌ２と平面部分１０４Ａとがなす角：∠Ｒ－ξが、平面部分１０４Ｂの傾斜角：ωよりも小さいことに起因する。即ち、迷光は、平面部分１０４Ａへの入射角：ξが大きい光線による光束、換言すれば「最大入射角に近い入射角」をもつ光束で生じる。
微小領域の幅：Δは、上記傾斜角：ω、入射角：ξ、平面部分１０４ＢのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅：Ｌにより、以下のように与えられる。
【0019】
Δ＝Ｌ（ｔａｎω－ｔａｎ（∠Ｒ－ξ））／ｔａｎ（∠Ｒ－ξ） 。
【0020】
迷光ＲＬ２は、先に説明した観察用画像光ＬＴ（図６（ａ））に対するノイズ成分となり、観察される拡大虚像の像質を低下させる原因となる。
【0021】
問題の第２は「輝度抜け」と呼ばれるものである。
上に説明したように、導光部材１０内における、導光部１０Ｂおよび画像光取り出し部１０Ｃにおける導光は、平面１０１と平面１０２、平面１０１と平面部分１０４Ａによる反射により行われる。
図７（ｂ）は、入射角：ηをもって平面部分１０４Ａに入射する画素光束の一部を示している。
入射光線Ｌ１１、Ｌ１４は平面部分１０４Ａに入射し、反射光線ＲＬ１１、ＲＬ１４となって平面１０１に入射して反射され、さらに図の右方へ導光されていく。光線Ｌ１２、Ｌ１３は、平面部１０４Ｂの両端部に入射し、反射されて反射光線ＲＬ１２、ＲＬ１３となり平面１０１に反射されて、さらに図の右方へ導光されていく。
上に説明したように、導光部材１０内における、導光部１０Ｂおよび画像光取り出し部１０Ｃにおける導光は、平面１０１と平面１０２、平面１０１と平面部分１０４Ａによる反射により行われる。
図７（ｂ）は、入射角：ηをもって平面部分１０４Ａに入射する画素光束の一部を示している。
入射光線Ｌ１１、Ｌ１４は平面部分１０４Ａに入射し、反射光線ＲＬ１１、ＲＬ１４となって平面１０１に入射して反射され、さらに図の右方へ導光されていく。光線Ｌ１２、Ｌ１３は、平面部１０４Ｂの両端部に入射し、反射されて反射光線ＲＬ１２、ＲＬ１３となり平面１０１に反射されて、さらに図の右方へ導光されていく。
【0022】
一方、光線Ｌ１２とＬ１３とに挟まれた「画素光束部分」は、平面部１０４Ｂに入射すると反射されて反射光束ＬＴ０となる。反射光束ＬＴ０は平面１０１に入射するが、平面１０１への入射角は臨界角以下で、平面１０１から導光部材側へ射出する。即ち、反射光束ＬＴ０は「観察用画像光ＬＴの一部」となって観察者に観察される。
【0023】
すると、平面１０１に入射する反射光線ＲＬ１２とＲＬ１３により挟まれた領域１０１Ｎでは、反射光束ＬＴ０により光エネルギが取り去られ、光エネルギが０もしくは「０に近い状態」、即ち、輝度が減衰した状態となる。
領域１０１Ｎのように輝度が減衰した状態を「輝度抜け」と称する。
領域１０１Ｎのように輝度が減衰した状態を「輝度抜け」と称する。
【0024】
画像光取り出し部における画素光束の導光は、互いに平行な平面部１０４Ａと平面１０１との間の全反射が導光方向へ繰り返されて行われるので、導光の途上で画素光束に「輝度抜け」が生じると、輝度抜けの生じた画素光束は「光束幅が痩せた状態」となる。光束幅の痩せた画素光束では、後続の平面部分１０４Ｂの全域が照射されず、画像光取り出し部１０Ｃから射出する観察用画像光ＬＴにより観察される虚像の「解像度むらや輝度むら」の原因となる。
「輝度抜け」の生じた領域１０１Ｎの幅：Ｎは、（ｂ）において、平面部１０４Ｂの傾斜角を、図７（ａ）と同様に「ω」、平面部１０４Ａの法線と平面部１０４ＢがＸＹ面内でなす角を角：θとし、隣り合う平面部１０４Ａの面法線方向（Ｙ方向）の距離（面間隔）を図の如くδとすると、以下のように与えられる。
「輝度抜け」の生じた領域１０１Ｎの幅：Ｎは、（ｂ）において、平面部１０４Ｂの傾斜角を、図７（ａ）と同様に「ω」、平面部１０４Ａの法線と平面部１０４ＢがＸＹ面内でなす角を角：θとし、隣り合う平面部１０４Ａの面法線方向（Ｙ方向）の距離（面間隔）を図の如くδとすると、以下のように与えられる。
【0025】
Ｎ＝δ（ｔａｎθ―ｔａｎη）
従って、「輝度抜け」の生じる領域の幅：Ｎは、平面部１０４Ａに入射する「入射光線Ｌ１１、Ｌ１２で例示される画素光束」の入射角：ηが小さくなるほど大きくなる。即ち、「輝度抜け」は、平面部分１０４Ａへの入射角：ηが小さい画素光束で生じやすい。逆に、入射角：ηが大きくなり、η＝θになると抜けの幅：Ｎは０となり、輝度抜けの問題は解消されるが、η＞θになると、上述の迷光の問題が生じる。
従って、「輝度抜け」の生じる領域の幅：Ｎは、平面部１０４Ａに入射する「入射光線Ｌ１１、Ｌ１２で例示される画素光束」の入射角：ηが小さくなるほど大きくなる。即ち、「輝度抜け」は、平面部分１０４Ａへの入射角：ηが小さい画素光束で生じやすい。逆に、入射角：ηが大きくなり、η＝θになると抜けの幅：Ｎは０となり、輝度抜けの問題は解消されるが、η＞θになると、上述の迷光の問題が生じる。
【0026】
説明中の例のように、画像形成にレーザ光が用いられる場合、レーザ光はガウスビームであり、レンズにより集光させると、集光径は「ビームウエスト径」に等しくなる。
図７（ｃ）左図に示すように、水晶体レンズ１４Ａに入射する光束ＬＴ２の幅が十分大きければ、網膜１４Ｂにおける「ビームウエスト径」は小さくなるが、右図のように光束ＬＴ２の幅が痩せて小さいと、網膜１４Ｂにおけるビームウエスト径が大きくなる。
観察用画像光ＬＴを構成する光束の幅が不揃いだと、観察される拡大虚像に「解像度のむらや輝度のむら」が発生し、観察される拡大虚像の像質が低下する。
図７（ｃ）左図に示すように、水晶体レンズ１４Ａに入射する光束ＬＴ２の幅が十分大きければ、網膜１４Ｂにおける「ビームウエスト径」は小さくなるが、右図のように光束ＬＴ２の幅が痩せて小さいと、網膜１４Ｂにおけるビームウエスト径が大きくなる。
観察用画像光ＬＴを構成する光束の幅が不揃いだと、観察される拡大虚像に「解像度のむらや輝度のむら」が発生し、観察される拡大虚像の像質が低下する。
【0027】
前述の「迷光」や「輝度抜け」の問題は、画像光の最大入射角：ξがより大きく、最小入射角：ηがより小さくなる場合に顕著に発生することが分かる。換言するとξとηの差が大きい、即ち「画像光の入射角度の範囲が大きいほど」発生しやすいことが分かる。
従って、このような導光部材を用いて虚像表示装置を構成した場合、入射角度範囲の広い、即ち「画角の大きい画像」において、「迷光」や「輝度抜け」の問題により、フレアや輝度ムラといった画像が悪化する問題が発生する。
従って、このような導光部材を用いて虚像表示装置を構成した場合、入射角度範囲の広い、即ち「画角の大きい画像」において、「迷光」や「輝度抜け」の問題により、フレアや輝度ムラといった画像が悪化する問題が発生する。
【0028】
この発明の導光部材を用いることにより、以下に説明するように、上記「迷光」や「輝度抜け」の問題を、軽減もしくは解消できる。従って、大きい画角の画像でもフレア、輝度ムラ、解像ムラが発生し難い虚像表示装置を構成することができる。
以下、導光部材の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の導光部材の実施の形態例を説明するための図である。
図１（ａ）において、導光部材１は、光入射部１Ａと、導光部１Ｂと、画像光取り出し部１Ｃとを有する。図１におけると同様、Ｘ方向、Ｙ方向を図の如く定め、図面に直交する方向をＺ方向とする。「導光方向」は、Ｘ軸の右側へ向かう方向である。
図６に示した導光部材１０と同様に、図１に示す導光部材１は「樹脂等の透明な光学材料」で形成され、導光部１Ｂおよび画像光取り出し部１Ｃにおける導光は「全反射」により行われる。導光部材１は、ＸＹ面内において図の如き断面形状を有し、Ｚ方向においては、導光部材としての機能を果たす部分は図の断面形状が一様に続いている。
従って、図６、図７と同様、以下においても、ＸＹ面のうちで、画像光ＬＩの中心光線を含む面内での光学作用を考える。
以下、導光部材の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の導光部材の実施の形態例を説明するための図である。
図１（ａ）において、導光部材１は、光入射部１Ａと、導光部１Ｂと、画像光取り出し部１Ｃとを有する。図１におけると同様、Ｘ方向、Ｙ方向を図の如く定め、図面に直交する方向をＺ方向とする。「導光方向」は、Ｘ軸の右側へ向かう方向である。
図６に示した導光部材１０と同様に、図１に示す導光部材１は「樹脂等の透明な光学材料」で形成され、導光部１Ｂおよび画像光取り出し部１Ｃにおける導光は「全反射」により行われる。導光部材１は、ＸＹ面内において図の如き断面形状を有し、Ｚ方向においては、導光部材としての機能を果たす部分は図の断面形状が一様に続いている。
従って、図６、図７と同様、以下においても、ＸＹ面のうちで、画像光ＬＩの中心光線を含む面内での光学作用を考える。
【0029】
光入射部１Ａは、画像光ＬＩを内部に取り込む部分であり、この実施の形態では、画像光ＬＩが入射する側に透明プリズム１３０を有する。透明プリズム１３０は、画像光ＬＩの入射角を調整して、光入射部１Ａの反射面１３への反射角の調整に用いられる。
画像光取り出し部１Ｃは、光入射部１Ａから取り込まれた画像光ＬＩを反射して観察用画像光ＬＴとして外部へ射出させる部分である。
導光部１Ｂは、画像光ＬＩを光入射部１Ａから画像光取り出し部１Ｃへ向かって導光する部分である。
導光部１Ｂは、互いに平行に対向する第１反射面１１１及び第２反射面１１２を備え、導光部材１に入射した画像光ＬＩを、反射の繰り返しにより画像光取り出し部１Ｃへ向かって導光する。
画像光取り出し部１Ｃは、導光部１Ｂにより導光された画像光を外部へ観察用画像光ＬＴとして射出する「射出面部」と、取り出すべき観察用画像光を射出面部へ向ける取り出し用構造部１４と、を有する。
「射出面部」は、第１反射面１１１が「導光部１Ｂによる導光の導光方向側（図の右方）へ延在した部分」として形成されている。
画像光取り出し部１Ｃは、光入射部１Ａから取り込まれた画像光ＬＩを反射して観察用画像光ＬＴとして外部へ射出させる部分である。
導光部１Ｂは、画像光ＬＩを光入射部１Ａから画像光取り出し部１Ｃへ向かって導光する部分である。
導光部１Ｂは、互いに平行に対向する第１反射面１１１及び第２反射面１１２を備え、導光部材１に入射した画像光ＬＩを、反射の繰り返しにより画像光取り出し部１Ｃへ向かって導光する。
画像光取り出し部１Ｃは、導光部１Ｂにより導光された画像光を外部へ観察用画像光ＬＴとして射出する「射出面部」と、取り出すべき観察用画像光を射出面部へ向ける取り出し用構造部１４と、を有する。
「射出面部」は、第１反射面１１１が「導光部１Ｂによる導光の導光方向側（図の右方）へ延在した部分」として形成されている。
【0030】
この発明の導光部材は、取り出し用構造部１４の構造に特徴を有する。
取り出し用構造部１４は、導光用反射面部と傾斜反射面部と連結部とを有する。
「連結部」は単一の面でも、複数の面を用いた複合面や曲面で合ってもよいが、以下の記載では連結部を「単一の面」で構成した場合を例として説明する。
「単一の面で構成した連結部」を、以下の説明において「連結面部」と呼ぶ。
取り出し用構造部１４は、導光用反射面部と傾斜反射面部と連結部とを有する。
「連結部」は単一の面でも、複数の面を用いた複合面や曲面で合ってもよいが、以下の記載では連結部を「単一の面」で構成した場合を例として説明する。
「単一の面で構成した連結部」を、以下の説明において「連結面部」と呼ぶ。
【0031】
取り出し用構造部１４の２例を、図１（ｂ）および（ｃ）に示す。
図１（ｂ）、（ｃ）において、符号１４Ａは「導光用反射面部」、符号１４Ｂは「傾斜反射面部」を示し、符号１４Ｃおよび符号１４Ｃ１は「連結面部」を示す。
図１（ｂ）に示す例では、導光用反射面部１４Ａ、傾斜反射面部１４Ｂと連結面部１４Ｃは、Ｘ方向に「一定の幅：Ｈを持つ構造単位１４Ｕ」を成すように組み合わせられ、この構造単位１４Ｕが導光方向へ繰り返されるように形成されている。
図１（ｂ）、（ｃ）において、符号１４Ａは「導光用反射面部」、符号１４Ｂは「傾斜反射面部」を示し、符号１４Ｃおよび符号１４Ｃ１は「連結面部」を示す。
図１（ｂ）に示す例では、導光用反射面部１４Ａ、傾斜反射面部１４Ｂと連結面部１４Ｃは、Ｘ方向に「一定の幅：Ｈを持つ構造単位１４Ｕ」を成すように組み合わせられ、この構造単位１４Ｕが導光方向へ繰り返されるように形成されている。
【0032】
同様に、図１（ｃ）に示す例では、導光用反射面部１４Ａ、傾斜反射面部１４Ｂと連結面部１４Ｃ１は、Ｘ方向に「一定の幅：Ｈを持つ構造単位１４Ｕ１」を成すように組み合わせられ、この構造単位１４Ｕ１が導光方向へ、幅：Ｈを周期として繰り返されるように形成されている。
隣接する構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１において「隣接する導光用反射面部１４Ａの面法線方向の面間隔」を図の如く「ｄ」とする。即ち、導光用反射面部１４Ａは、導光方向に１構造単位進むごとに距離：ｄをもった「段差」をなして第１反射面１１１に近づいていく。
隣接する構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１において「隣接する導光用反射面部１４Ａの面法線方向の面間隔」を図の如く「ｄ」とする。即ち、導光用反射面部１４Ａは、導光方向に１構造単位進むごとに距離：ｄをもった「段差」をなして第１反射面１１１に近づいていく。
【0033】
距離：ｄ、即ち「段差」は、ここでは一定であるとして説明する。
即ち、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１における導光用反射面部１４Ａは、第２反射面部１１２と平行であるが、隣接する構造単位において、導光方向側の構造単位における「導光用反射面部１４Ａと第１反射面１１１との間隔」が、一定の段差分の距離：ｄだけ小さくなる。
即ち、導光用反射面部１４Ａは、導光方向へ向かって、１構造単位ごとに距離：ｄずつ第１反射面１１１へ近づいていく。
即ち、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１における導光用反射面部１４Ａは、第２反射面部１１２と平行であるが、隣接する構造単位において、導光方向側の構造単位における「導光用反射面部１４Ａと第１反射面１１１との間隔」が、一定の段差分の距離：ｄだけ小さくなる。
即ち、導光用反射面部１４Ａは、導光方向へ向かって、１構造単位ごとに距離：ｄずつ第１反射面１１１へ近づいていく。
【0034】
導光用反射面部１４Ａと第２反射面１１２とは互いに平行であり、画像光は画像光取り出し部１Ｃにおいても、第１反射面１１１と導光用反射面部１４Ａとの間の全反射により導光される。
傾斜反射面部１４Ｂは、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１内において、導光用反射面部１４Ａの導光方向側に接続し、第１反射面１１１側へ傾斜角：ωで傾斜するように形成されている。
傾斜反射面部１４Ｂは、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１内において、導光用反射面部１４Ａの導光方向側に接続し、第１反射面１１１側へ傾斜角：ωで傾斜するように形成されている。
【0035】
傾斜角：ωに対して∠Ｒ－ωとなる角を「θ」とする。即ち、角：θは、導光用反射面１４Ａの法線と、傾斜反射面部１４ＢとがＸＹ面内でなす角であり、図７（ｂ）に即して説明したものと同じである。
即ち、各傾斜反射面部１４Ｂは、導光用反射面１４Ａの法線に対して角：θ（＜∠Ｒ）をもって、第１反射面１１１側へ傾斜している。
連結面部１４Ｃ、１４Ｃ１は、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１内において、傾斜反射面部１４Ｂの導光方向側端部と「導光方向側における隣接構造単位の導光用反射面部１４Ａ」とを連結し、第２反射面１１２と傾斜角：β（β＞∠Ｒ－θ）を有するように形成される。そしてこの連結面部１４Ｃ、１４Ｃ１は「反射防止処理ＡＲＦ」を施されている。
即ち、各傾斜反射面部１４Ｂは、導光用反射面１４Ａの法線に対して角：θ（＜∠Ｒ）をもって、第１反射面１１１側へ傾斜している。
連結面部１４Ｃ、１４Ｃ１は、各構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１内において、傾斜反射面部１４Ｂの導光方向側端部と「導光方向側における隣接構造単位の導光用反射面部１４Ａ」とを連結し、第２反射面１１２と傾斜角：β（β＞∠Ｒ－θ）を有するように形成される。そしてこの連結面部１４Ｃ、１４Ｃ１は「反射防止処理ＡＲＦ」を施されている。
【0036】
図１（ｂ）、（ｃ）の右の図は、連結面部と同一面に施された反射防止処理ＡＲＦと傾斜角：βとの関係を示している。図１（ｂ）の右図では傾斜角：βは９０度であり、図１（ｃ）の右図では傾斜角：βは（∠Ｒ―θ）度よりも大きい。なお、角；∠Ｒ－θは傾斜角：ωに等しいから、「連結面部の傾斜角」は傾斜反射面部１４Ｂの傾斜角よりも大きい。
反射防止処理ＡＲＦは、種々の方法で施すことができる。例えば、反射防止膜を連結面部に成膜してもよいし、光吸収膜を成膜してもよい。さらには、後述する実施の形態において説明するように、導光部材の光学材料と同一材料、もしくは、光学材料と略等しい屈折率を持つ材料を連結面部に接着等により接合することにより反射防止処理ＡＲＦとすることもできる。
反射防止処理ＡＲＦは、種々の方法で施すことができる。例えば、反射防止膜を連結面部に成膜してもよいし、光吸収膜を成膜してもよい。さらには、後述する実施の形態において説明するように、導光部材の光学材料と同一材料、もしくは、光学材料と略等しい屈折率を持つ材料を連結面部に接着等により接合することにより反射防止処理ＡＲＦとすることもできる。
【0037】
以下に、取り出し用構造部１４の作用を説明する。
図２は図１（ｂ）に示すタイプ、即ち、連結面部１４Ｃの傾斜角：βが∠Ｒであるものの説明図であり、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、図２（ａ）ないし（ｄ）に共通である。
取り出し用構造部１４の各部に関わる量を、図２（ａ）に即して説明する。
導光用反射面部につき、導光方向（Ｘ軸の右方向）において、左側のものを導光用反射面部１４Ａとし、これと区別するため、導光方向において右側のものを導光用反射面部１４Ａ１とする。導光用反射面部１４Ａ１は導光用反射面部１４Ａに対し、導光方向において隣接している。
導光用反射面部１４Ａと１４Ａ１とのＹ方向における距離（段差）を前述の如く「ｄ」とする。導光用反射面部１４Ａの法線と傾斜反射面部１４ＢとがＸＹ面内でなす角は「θ」である。また、傾斜反射面部１４ＢのＸＺ面（第１反射面１１１、第２反射面１１２に平行な面）への正射影の導光方向（Ｘ方向）の幅を「Ｇ」とする。
さらに「連結面部１４ＣのＸＺ面への正射影の導光方向の幅」と前記幅：Ｇとの和を
「Ｗ」とする。図２の例では、連結面部１４Ｃの傾斜角：βは９０度であるので、そのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅は０であり、従って、和：Ｗ＝幅：Ｇである。
図２は図１（ｂ）に示すタイプ、即ち、連結面部１４Ｃの傾斜角：βが∠Ｒであるものの説明図であり、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、図２（ａ）ないし（ｄ）に共通である。
取り出し用構造部１４の各部に関わる量を、図２（ａ）に即して説明する。
導光用反射面部につき、導光方向（Ｘ軸の右方向）において、左側のものを導光用反射面部１４Ａとし、これと区別するため、導光方向において右側のものを導光用反射面部１４Ａ１とする。導光用反射面部１４Ａ１は導光用反射面部１４Ａに対し、導光方向において隣接している。
導光用反射面部１４Ａと１４Ａ１とのＹ方向における距離（段差）を前述の如く「ｄ」とする。導光用反射面部１４Ａの法線と傾斜反射面部１４ＢとがＸＹ面内でなす角は「θ」である。また、傾斜反射面部１４ＢのＸＺ面（第１反射面１１１、第２反射面１１２に平行な面）への正射影の導光方向（Ｘ方向）の幅を「Ｇ」とする。
さらに「連結面部１４ＣのＸＺ面への正射影の導光方向の幅」と前記幅：Ｇとの和を
「Ｗ」とする。図２の例では、連結面部１４Ｃの傾斜角：βは９０度であるので、そのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅は０であり、従って、和：Ｗ＝幅：Ｇである。
【0038】
また、傾斜反射面部１４ＢのＹ方向の高さを「ｄ１」、同じく連結面部１４ＣのＹ方向の高さを「ｄ２」とする。すると「ｄ＝ｄ１＋ｄ２」である。
傾斜反射面部１４Ｂの延長と導光用反射面部１４Ａ１とのＸＹ面内での交点ｐと、傾斜反射面部１４Ｂの左端部との「Ｘ方向における距離」は「ｄ・ｔａｎθ」である。
図２（ａ）に即した上記説明によれば、図１（ｂ）に示したタイプの導光部材では、上記、幅：Ｇ、和；Ｗ、距離：ｄ、角：θが以下の関係を満足している。
（１） Ｇ＝Ｗ＜ｄ・ｔａｎθ
上記の如く、ｄ＝ｄ１＋ｄ２であるが、ここで、高さ：ｄ２を小さくしていくと（１）式の右辺は小さくなり、ｄ２＝０の極限では「Ｇ＝Ｗ＝ｄ１・ｔａｎθ」となり、これは、図７（ｂ）で説明した場合に相当する。
傾斜反射面部１４Ｂの延長と導光用反射面部１４Ａ１とのＸＹ面内での交点ｐと、傾斜反射面部１４Ｂの左端部との「Ｘ方向における距離」は「ｄ・ｔａｎθ」である。
図２（ａ）に即した上記説明によれば、図１（ｂ）に示したタイプの導光部材では、上記、幅：Ｇ、和；Ｗ、距離：ｄ、角：θが以下の関係を満足している。
（１） Ｇ＝Ｗ＜ｄ・ｔａｎθ
上記の如く、ｄ＝ｄ１＋ｄ２であるが、ここで、高さ：ｄ２を小さくしていくと（１）式の右辺は小さくなり、ｄ２＝０の極限では「Ｇ＝Ｗ＝ｄ１・ｔａｎθ」となり、これは、図７（ｂ）で説明した場合に相当する。
【0039】
以下の説明において、導光部材１の導光部１Ｂを導光される画像光において、第２反射面１１２に入射する画像光の画角：Ａの範囲を、便宜的に画角：Ａ１≦Ａ≦Ａ２とする。そして、この画角範囲において、第２反射面１１２に入射する入射角：φの範囲が、以下の如くであるとする。
φ１≦φ≦＜φ２
即ち、φ１は「最小入射角」、φ２は「最大入射角」である。
図２（ｂ）において、符号Ｌ１１、Ｌ１２は導光用反射面部１４Ａに入射する入射光線、符号Ｌ１３は傾斜反射面部１４Ｂに入射する入射光線を示す。符号Ｌ１４は連結面部１４Ｃに入射する入射光線示し、符号Ｌ１５は導光用反射面部１４Ａ１に入射する入射光線を示している。これら入射光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５は互いに平行であり、画角はＡ２で導光用反射面部１４Ａへの入射角は「φ２」であるとする。
φ１≦φ≦＜φ２
即ち、φ１は「最小入射角」、φ２は「最大入射角」である。
図２（ｂ）において、符号Ｌ１１、Ｌ１２は導光用反射面部１４Ａに入射する入射光線、符号Ｌ１３は傾斜反射面部１４Ｂに入射する入射光線を示す。符号Ｌ１４は連結面部１４Ｃに入射する入射光線示し、符号Ｌ１５は導光用反射面部１４Ａ１に入射する入射光線を示している。これら入射光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５は互いに平行であり、画角はＡ２で導光用反射面部１４Ａへの入射角は「φ２」であるとする。
【0040】
ここで、連結面部１４Ｃは「反射防止処理」を施されている。反射防止処理は、種々の方法で施すことができるが、導光部材の光学材料と同一材料を連結面部１４Ｃに接着等により接合することにより反射防止処理としたものを挙げる。
入射光線Ｌ１１、Ｌ１２は導光用反射面部１４Ａに入射し、反射されると反射光線ＲＬ１１、ＲＬ１２となる。反射光線ＲＬ１２は連結面部１４Ｃに入射する。図２において、入射光線Ｌ１１よりも右側で導光用反射面部１４Ａに入射するものは全て、導光用反射面部１４Ａにより反射されたのち、直接、あるいは傾斜反射面部１４Ｂで反射されて、連結面部１４Ｃに入射する。
また、入射光線Ｌ１３は傾斜反射面部１４Ｂに入射し、反射光線ＲＬ１３となる。反射光線ＲＬ１３は、図示を省略されている第１反射面から「観察用画像光の一部」として射出する。入射光線Ｌ１１～Ｌ１５は何れも、図示を省略されている第１反射面により反射された光線である。
入射光線Ｌ１４は、連結面部１４Ｃに入射する。入射光線Ｌ１５は導光用反射面部１４Ａ１の連結面部１４Ｃとの連接部に入射し、反射されて反射光線ＲＬ１５となる。
入射光線Ｌ１１、Ｌ１２は導光用反射面部１４Ａに入射し、反射されると反射光線ＲＬ１１、ＲＬ１２となる。反射光線ＲＬ１２は連結面部１４Ｃに入射する。図２において、入射光線Ｌ１１よりも右側で導光用反射面部１４Ａに入射するものは全て、導光用反射面部１４Ａにより反射されたのち、直接、あるいは傾斜反射面部１４Ｂで反射されて、連結面部１４Ｃに入射する。
また、入射光線Ｌ１３は傾斜反射面部１４Ｂに入射し、反射光線ＲＬ１３となる。反射光線ＲＬ１３は、図示を省略されている第１反射面から「観察用画像光の一部」として射出する。入射光線Ｌ１１～Ｌ１５は何れも、図示を省略されている第１反射面により反射された光線である。
入射光線Ｌ１４は、連結面部１４Ｃに入射する。入射光線Ｌ１５は導光用反射面部１４Ａ１の連結面部１４Ｃとの連接部に入射し、反射されて反射光線ＲＬ１５となる。
【0041】
図２（ｂ）において、連結面部１４Ｃに入射する光線Ｌ１４および反射光線ＲＬ１２、および、図示を省略されているが、導光用反射面部１４Ａに入射して反射されたのち、傾斜反射面部１４Ｂで反射されて連結面部１４Ｃに入射する光線は、何れも迷光（フレア光）である。これらのフレア光の扱いにつては後述する。
図２（ｃ）は、図２（ｂ）を補足するものであって、傾斜反射面部１４Ｂの「連結面部１４Ｃとの境界部近傍」に入射する入射光線Ｌ１６が、傾斜反射面部１４Ｂに反射された反射光線ＲＬ１６を示している。
連結面部１４Ｃは、導光部材の光学材料と同一材料を連結面部１４Ｃに接着等により接合することにより反射防止処理としたものであるから、連結面部１４Ｃは反射光線ＲＬ１６を反射することなくそのまま通過させる。この反射光線ＲＬ１６の扱いについても後述するが、反射光線ＲＬ１６は迷光とはならない。
図２（ｃ）は、図２（ｂ）を補足するものであって、傾斜反射面部１４Ｂの「連結面部１４Ｃとの境界部近傍」に入射する入射光線Ｌ１６が、傾斜反射面部１４Ｂに反射された反射光線ＲＬ１６を示している。
連結面部１４Ｃは、導光部材の光学材料と同一材料を連結面部１４Ｃに接着等により接合することにより反射防止処理としたものであるから、連結面部１４Ｃは反射光線ＲＬ１６を反射することなくそのまま通過させる。この反射光線ＲＬ１６の扱いについても後述するが、反射光線ＲＬ１６は迷光とはならない。
【0042】
図２（ｄ）には、画角：Ａ１の画素光束をなす光線のうち、傾斜反射面部１４Ｂとの境界部に近接した導光用反射面部１４Ａに入射する入射光線Ｌ２１、傾斜反射面部１４Ｂに入射する入射光線Ｌ２２、傾斜反射面部１４Ｂとの境界部に近接した導光用反射面部１４Ａ１に入射する入射光線Ｌ２３が示されている。
入射光線Ｌ２１は導光用反射面部１４Ａにより反射されて反射光線ＲＬ２１となる。入射光線Ｌ２３は導光用反射面部１４Ａ１で反射されて反射光線ＲＬ２３となる。これら入射光線Ｌ２１、Ｌ２３の導光用反射面部１４Ａ、１４Ａ１への入射角はφ１である。
反射光線ＲＬ２３は、図示を省略されている第１反射面から「観察用画像光の一部」として射出する。図２（ｄ）の場合においては「迷光」は発生しない。
入射光線Ｌ２１は導光用反射面部１４Ａにより反射されて反射光線ＲＬ２１となる。入射光線Ｌ２３は導光用反射面部１４Ａ１で反射されて反射光線ＲＬ２３となる。これら入射光線Ｌ２１、Ｌ２３の導光用反射面部１４Ａ、１４Ａ１への入射角はφ１である。
反射光線ＲＬ２３は、図示を省略されている第１反射面から「観察用画像光の一部」として射出する。図２（ｄ）の場合においては「迷光」は発生しない。
【0043】
「輝度抜け」についてみると、図２（ｂ）に示す「画角：Ａ２、入射角：φ２の場合」は、反射光線ＲＬ１１と反射光線ＲＬ１５とが実質的に重なり合うので、画角：Ａ２、入射角：φ２の画素光束については「輝度抜け」は発生しないことがわかる。入射角：φ２について「φ２＞θ」であるから、図から明らかなように、
ｄ・ｔａｎφ２＞ｄ・ｔａｎθ＞Ｇ＝Ｗ
が満足されている。
図２（ｄ）に示す「画角：Ａ１、入射角：φ１の場合」は、反射光線ＲＬ２１と反射光線ＲＬ２３とが実質的に重なり合うので、画角：Ａ１、入射角：φ１の画素光束については「輝度抜け」は発生しないことがわかる。入射角：φ１について「φ１＜θ」であるから、図から明らかなように、
ｄ・ｔａｎθ＞ｄ・ｔａｎφ１＝Ｇ＝Ｗ
が満足されている。
従って、入射角：φの範囲：φ１≦φ≦φ２の画像光について「輝度抜け」は発生しない。また、角：φ２に近い入射角を持つ画素光束については「迷光」が発生しても、連結面部１４Ｃを介して導光部材から出てしまうので、これを適切に処理することにより迷光の問題を解消することができる。
ｄ・ｔａｎφ２＞ｄ・ｔａｎθ＞Ｇ＝Ｗ
が満足されている。
図２（ｄ）に示す「画角：Ａ１、入射角：φ１の場合」は、反射光線ＲＬ２１と反射光線ＲＬ２３とが実質的に重なり合うので、画角：Ａ１、入射角：φ１の画素光束については「輝度抜け」は発生しないことがわかる。入射角：φ１について「φ１＜θ」であるから、図から明らかなように、
ｄ・ｔａｎθ＞ｄ・ｔａｎφ１＝Ｇ＝Ｗ
が満足されている。
従って、入射角：φの範囲：φ１≦φ≦φ２の画像光について「輝度抜け」は発生しない。また、角：φ２に近い入射角を持つ画素光束については「迷光」が発生しても、連結面部１４Ｃを介して導光部材から出てしまうので、これを適切に処理することにより迷光の問題を解消することができる。
【0044】
ここで、図２の場合について、連結面部１４ＣのＹ方向の高さ：ｄ２を小さくした場合を考えると、図２（ｄ）において、導光用反射面部１４Ａ１の位置がＹ方向（図の上方）へずれる。このため、入射光線Ｌ２３が導光用反射面部１４Ａ１の端部近傍に入射する位置が「図で上方へ」ずれ、反射光線ＲＬ２１とＲＬ２とが乖離することになり、「輝度抜け」が発生する。
【0045】
この場合発生する「輝度抜け」は、高さ：ｄ２の大きさの調整により、実際問題として無視できる程度に抑えることができる。
一方、高さ：ｄ２が小さくなると、図２（ｂ）にける入射光線Ｌ１４のように、連結面部１４Ｃに直接入射して「迷光として失われる光線部分」を小さくできる。
連結面部１４Ｃに直接入射して「迷光として失われる光線部分」は、観察される拡大虚像の明るさを減少させる原因となる。高さ：ｄ２を小さくすることで、このような「連結面部１４Ｃに直接入射して失われる光線部分」の量を抑制することにより、拡大虚像の明るさの減少を抑制することができる。
一方、高さ：ｄ２が小さくなると、図２（ｂ）にける入射光線Ｌ１４のように、連結面部１４Ｃに直接入射して「迷光として失われる光線部分」を小さくできる。
連結面部１４Ｃに直接入射して「迷光として失われる光線部分」は、観察される拡大虚像の明るさを減少させる原因となる。高さ：ｄ２を小さくすることで、このような「連結面部１４Ｃに直接入射して失われる光線部分」の量を抑制することにより、拡大虚像の明るさの減少を抑制することができる。
【0046】
従って、連結面部１４Ｃの高さ：ｄ２は、「輝度抜け」の発生と「拡大虚像の明るさ」とのバランスにより適宜に定めることができる。
【0047】
【0048】
図３（ａ）に示す如く、取り出し用構造部１４の各部と、これに関わる量を、図２（ａ）に倣って、以下の如くにする。
導光用反射面部につき、導光方向において、左側のものを導光用反射面部１４Ａとし、これと区別するためＸ方向において右側のものを導光用反射面部１４Ａ１とする。導光用反射面部１４Ａ１は導光用反射面部１４Ａに対し、導光方向において隣接している。
導光用反射面部１４Ａと１４Ａ１とのＹ方向（面法線方向）における距離（段差）を「ｄ」とする。導光用反射面部１４Ａの法線と傾斜反射面部１４ＡとがＸＹ面内でなす角は「θ」である。傾斜反射面部１４ＢのＸＺ面（第１反射面１１１、第２反射面１１２に平行な面）への正射影の導光方向の幅を「Ｇ」とする。
連結面部１４Ｃ１がＹ方向となす角を「ψ」とする。図１に即して説明した「傾斜角：β」を用いれば、角：ψは「∠Ｒ－β」と表すことができる。
さらに、「連結面部１４ＣのＸＺ面への正射影の導光方向の幅」と前記幅：Ｇとの和を「Ｗ」とする。連結面部１４Ｃ１が、Ｙ方向において角：ψを有しているので、そのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅は０でなく、和：Ｗ＞幅：Ｇである。
傾斜反射面部１４ＢのＹ方向の高さを「ｄ１」、同じく連結面部１４ＣのＹ方向の高さを「ｄ２」とする。「ｄ＝ｄ１＋ｄ２」である。
導光用反射面部につき、導光方向において、左側のものを導光用反射面部１４Ａとし、これと区別するためＸ方向において右側のものを導光用反射面部１４Ａ１とする。導光用反射面部１４Ａ１は導光用反射面部１４Ａに対し、導光方向において隣接している。
導光用反射面部１４Ａと１４Ａ１とのＹ方向（面法線方向）における距離（段差）を「ｄ」とする。導光用反射面部１４Ａの法線と傾斜反射面部１４ＡとがＸＹ面内でなす角は「θ」である。傾斜反射面部１４ＢのＸＺ面（第１反射面１１１、第２反射面１１２に平行な面）への正射影の導光方向の幅を「Ｇ」とする。
連結面部１４Ｃ１がＹ方向となす角を「ψ」とする。図１に即して説明した「傾斜角：β」を用いれば、角：ψは「∠Ｒ－β」と表すことができる。
さらに、「連結面部１４ＣのＸＺ面への正射影の導光方向の幅」と前記幅：Ｇとの和を「Ｗ」とする。連結面部１４Ｃ１が、Ｙ方向において角：ψを有しているので、そのＸＺ面への正射影のＸ方向の幅は０でなく、和：Ｗ＞幅：Ｇである。
傾斜反射面部１４ＢのＹ方向の高さを「ｄ１」、同じく連結面部１４ＣのＹ方向の高さを「ｄ２」とする。「ｄ＝ｄ１＋ｄ２」である。
【0049】
図２（ａ）に即して説明したように、図１（ｃ）に示したタイプの導光部材では、上記、幅：Ｇ、和；Ｗ、距離（段差）：ｄ、角：θが以下の関係を満足している。
（１） Ｇ＜Ｗ＜ｄ・ｔａｎθ
図２に即して説明した場合と同様、導光部材１の導光部１Ｂを導光される画像光において、第２反射面１１２に入射する画像光の画角：Ａの範囲を画角：Ａ１≦Ａ≦Ａ２とし、この画角範囲で、第２反射面１１２に入射する入射角：φの範囲が、以下の如くであるとする。
φ１≦φ≦＜φ２
図３（ｂ）において、符号Ｌ１３は、傾斜反射面部１４Ｂに入射角：φ２で入射する入射光線を示す。符号ＲＬ１３は入射光線Ｌ１３が傾斜反射面部１４Ｂにより反射された反射光線を示す。この反射光線ＲＬ１３がＹ方向となす角を角：Ｊとする。また、図中の角：Ｉは角：θに等しく、角：Ｊは｛（φ２―θ）-θ｝即ち、φ２―２θである。
（１） Ｇ＜Ｗ＜ｄ・ｔａｎθ
図２に即して説明した場合と同様、導光部材１の導光部１Ｂを導光される画像光において、第２反射面１１２に入射する画像光の画角：Ａの範囲を画角：Ａ１≦Ａ≦Ａ２とし、この画角範囲で、第２反射面１１２に入射する入射角：φの範囲が、以下の如くであるとする。
φ１≦φ≦＜φ２
図３（ｂ）において、符号Ｌ１３は、傾斜反射面部１４Ｂに入射角：φ２で入射する入射光線を示す。符号ＲＬ１３は入射光線Ｌ１３が傾斜反射面部１４Ｂにより反射された反射光線を示す。この反射光線ＲＬ１３がＹ方向となす角を角：Ｊとする。また、図中の角：Ｉは角：θに等しく、角：Ｊは｛（φ２―θ）-θ｝即ち、φ２―２θである。
【0050】
連結面部１４Ｃ１とＹ方向とがなす角：ψよりも角：Ｊ＝φ２-２θが小さければ、入射角：φ２を持つ入射光線Ｌ１３が、たとえ「傾斜反射面部１４Ｂの連結面部１４Ｃ１との境界部近傍に入射して反射され」ても、反射光線（ＲＬ１３に平行である。）は、連結面部１４Ｃ１に入射することがない。
また、図３（ｂ）において、符号Ｌ２１は、入射角：φ１をもって、導光用反射面部１４Ａ部の傾斜用反射面部１４Ｂとの境界近傍に入射する入射光線であり、反射されると、反射光線ＲＬ２１になる。この図のようになっていれば、入射角：φ１を持つ画素光束には「抜け」は生じない。
また、図３（ｂ）において、符号Ｌ２１は、入射角：φ１をもって、導光用反射面部１４Ａ部の傾斜用反射面部１４Ｂとの境界近傍に入射する入射光線であり、反射されると、反射光線ＲＬ２１になる。この図のようになっていれば、入射角：φ１を持つ画素光束には「抜け」は生じない。
【0051】
このように「輝度抜け」が発生しないようにするには、前記幅：Ｇ、和：Ｗ、入射角：φ１、角：θ、ψが以下の条件を満足するようにすればよい。
【0052】
図３（ａ）に示すところに従えば、先ず、幅：Ｇは、
Ｇ＝ｄ１・ｔａｎθ
であり、これから、高さ：ｄ１は、
ｄ１＝Ｇ／ｔａｎθ
となる。
また、高さ：ｄ２は、角：ψを用いて、
Ｗ－Ｇ＝ｄ２・ｔａｎψ
であり、これから、高さ：ｄ２は、
ｄ２＝（Ｗ－Ｇ）／ｔａｎψ
となる。
また、高さ：ｄ＝ｄ１＋ｄ２は、和：Ｗと入射角：φ１を用いて、
ｄ＝Ｗ／ｔａｎφ１
で与えられる。ｄ＝ｄ１＋ｄ２であるから、
Ｗ／ｔａｎφ１＝Ｇ／ｔａｎθ＋（Ｗ－Ｇ）／ｔａｎψ
となる。この式を和：Ｗについて解けば、
Ｗ＝Ｇ・ｔａｎφ１（ｔａｎψ―ｔａｎθ）／ｔａｎθ（ｔａｎψ―ｔａｎφ１）
となる。
Ｇ＝ｄ１・ｔａｎθ
であり、これから、高さ：ｄ１は、
ｄ１＝Ｇ／ｔａｎθ
となる。
また、高さ：ｄ２は、角：ψを用いて、
Ｗ－Ｇ＝ｄ２・ｔａｎψ
であり、これから、高さ：ｄ２は、
ｄ２＝（Ｗ－Ｇ）／ｔａｎψ
となる。
また、高さ：ｄ＝ｄ１＋ｄ２は、和：Ｗと入射角：φ１を用いて、
ｄ＝Ｗ／ｔａｎφ１
で与えられる。ｄ＝ｄ１＋ｄ２であるから、
Ｗ／ｔａｎφ１＝Ｇ／ｔａｎθ＋（Ｗ－Ｇ）／ｔａｎψ
となる。この式を和：Ｗについて解けば、
Ｗ＝Ｇ・ｔａｎφ１（ｔａｎψ―ｔａｎθ）／ｔａｎθ（ｔａｎψ―ｔａｎφ１）
となる。
【0053】
即ち、傾斜反射面部１４Ｂ、連結面部１４Ｃ１、入射角：φ１、φ２が以下の条件：
（４） ψ＞φ２―２θ
（５） Ｗ＝Ｇ・ｔａｎφ１（ｔａｎψ―ｔａｎθ）
／（ｔａｎθ（ｔａｎψ－ｔａｎφ１））
を満足すれば、入射角：φ１で傾斜反射面部１４Ｂに入射して反射された反射光線が連結面部１４Ｃ１に入射することはなく、また画角範囲：Ａ１≦Ａ≦Ａ２の画像光の反射光束における「輝度抜け」が生じることもない。
勿論、条件（４）、（５）が厳密に満たされなくても、これらを近似的に満足させるようにして実際上問題の無い「取り出し用構造部」とすることが可能である。
（４） ψ＞φ２―２θ
（５） Ｗ＝Ｇ・ｔａｎφ１（ｔａｎψ―ｔａｎθ）
／（ｔａｎθ（ｔａｎψ－ｔａｎφ１））
を満足すれば、入射角：φ１で傾斜反射面部１４Ｂに入射して反射された反射光線が連結面部１４Ｃ１に入射することはなく、また画角範囲：Ａ１≦Ａ≦Ａ２の画像光の反射光束における「輝度抜け」が生じることもない。
勿論、条件（４）、（５）が厳密に満たされなくても、これらを近似的に満足させるようにして実際上問題の無い「取り出し用構造部」とすることが可能である。
【0054】
上記図３に示す実施の形態例の場合において、和：Ｗ、幅；Ｇ、距離（段差）：ｄ、角：θ、入射角：φ１、φ２の好適な例として以下の値の２例を挙げることができる。
「例１」
Ｗ＝０．１７５ｍｍ、Ｇ＝０．１７４ｍｍ、ｄ＝０．１９６ｍｍ、θ＝６３°、φ１＝４２．１１°、φ２＝６６．４°
「例２」
Ｗ＝０．２１３ｍｍ、Ｇ＝０．１７９ｍｍ、φ１＝４２．１°、φ２＝６６．４°、θ＝６３°、ψ＝１２．４°
「例１」において、Ｗ≒Ｇであるから、この例は図２に示した場合（図１（ｂ）の場合）の実施例である。また「例２」は図３に示した場合（図１（ｃ）の場合）の例である。
「例１」
Ｗ＝０．１７５ｍｍ、Ｇ＝０．１７４ｍｍ、ｄ＝０．１９６ｍｍ、θ＝６３°、φ１＝４２．１１°、φ２＝６６．４°
「例２」
Ｗ＝０．２１３ｍｍ、Ｇ＝０．１７９ｍｍ、φ１＝４２．１°、φ２＝６６．４°、θ＝６３°、ψ＝１２．４°
「例１」において、Ｗ≒Ｇであるから、この例は図２に示した場合（図１（ｂ）の場合）の実施例である。また「例２」は図３に示した場合（図１（ｃ）の場合）の例である。
【0055】
以下、導光部材の実施の別形態と、この実施形態における迷光（フレア光）の処理について説明する。
図４（ａ）は、この実施の形態の構成の１例を示している。
即ち、この形態例の導光部材ＬＧは、上に説明した導光部材１に、透明部材２０を一体的に組み合わせた構成のものである。導光部材１と透明部材２０とを一体としたものは、これも「導光部材の形態」の１例であるが、混同を避けるため以下において「導光ユニットＬＧ」と呼ぶことにする。
透明部材２０は、導光部材１と同一の光学材料、もしくは「導光部材１と略等しい屈折率を有する光学材料」からなり「板状」であって、導光部材１の第２反射面１１２の側に設けられる。透明部材２０の第２反射面１１２から離れた側の面２０１は平面で、第１反射面１１１、第２反射面１１２と平行である。
透明部材２０は、導光部材１の第２反射面１１２の側に以下の如くに設けられる。
即ち、第２反射面１１２と、導光用反射面部１４Ａおよび傾斜反射面部１４Ｂに対して空気間隙を隔して近接し、連結面部に接合されて「連結面部における反射防止処理」を構成する。
図４（ａ）は、この実施の形態の構成の１例を示している。
即ち、この形態例の導光部材ＬＧは、上に説明した導光部材１に、透明部材２０を一体的に組み合わせた構成のものである。導光部材１と透明部材２０とを一体としたものは、これも「導光部材の形態」の１例であるが、混同を避けるため以下において「導光ユニットＬＧ」と呼ぶことにする。
透明部材２０は、導光部材１と同一の光学材料、もしくは「導光部材１と略等しい屈折率を有する光学材料」からなり「板状」であって、導光部材１の第２反射面１１２の側に設けられる。透明部材２０の第２反射面１１２から離れた側の面２０１は平面で、第１反射面１１１、第２反射面１１２と平行である。
透明部材２０は、導光部材１の第２反射面１１２の側に以下の如くに設けられる。
即ち、第２反射面１１２と、導光用反射面部１４Ａおよび傾斜反射面部１４Ｂに対して空気間隙を隔して近接し、連結面部に接合されて「連結面部における反射防止処理」を構成する。
【0056】
図４（ｂ）に示す例は、導光部材１の「取り出し用構造部」の連結面部が、図１（ｂ）に示す傾斜角：β＝∠Ｒを有する連結面部１４Ｃである場合を示し、この連結面部１４Ｃが、透明部材２０の側の面２０Ｃと接合されている。
図４（ｃ）に示す例では、図１（ｃ）に示す傾斜角：β（≧Ｒ―θ）をもった連結面部１４Ｃ１の場合を示し、連結面部１４Ｃ１は、透明部材２０の側の面２０Ｃ１と接合されている。
この接合は、例えば、ＵＶ効果樹脂などの接着材を用いた接着で行われている。導光部材１、透明部材２０、前記接着材は、屈折率が「ほぼ等価」のものを使用され、接合部でのフレネル反射はほぼゼロである。
透明部材２０と第２反射面１１２との間、透明部材２０と導光用反射面部１４Ａ（１４Ａ１）との間、傾斜反射面部１４Ｂとの間には「空気層ＡＲＬ」が介在している。
図４（ｂ）、（ｃ）において、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａに対して、透明部材２０の面２０Ａが空気層ＡＲＬを介して近接している。同様に、傾斜反射面部１４Ｂに対しては面２０Ｂが空気層ＡＲＬを介して近接している。
図４（ｃ）に示す例では、図１（ｃ）に示す傾斜角：β（≧Ｒ―θ）をもった連結面部１４Ｃ１の場合を示し、連結面部１４Ｃ１は、透明部材２０の側の面２０Ｃ１と接合されている。
この接合は、例えば、ＵＶ効果樹脂などの接着材を用いた接着で行われている。導光部材１、透明部材２０、前記接着材は、屈折率が「ほぼ等価」のものを使用され、接合部でのフレネル反射はほぼゼロである。
透明部材２０と第２反射面１１２との間、透明部材２０と導光用反射面部１４Ａ（１４Ａ１）との間、傾斜反射面部１４Ｂとの間には「空気層ＡＲＬ」が介在している。
図４（ｂ）、（ｃ）において、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａに対して、透明部材２０の面２０Ａが空気層ＡＲＬを介して近接している。同様に、傾斜反射面部１４Ｂに対しては面２０Ｂが空気層ＡＲＬを介して近接している。
【0057】
図４（ｂ）においては、光線Ｌ１４が導光部材１の側から、直接的に連結面部１４Ｃに入射し、また、反射光線ＲＬ１２が、傾斜反射面部１４Ｂで反射されて連結面部１４Ｃに入射する。さらに、図２（ｃ）に即して説明した、傾斜反射面部１４Ｂの「連結面部１４Ｃとの境界部近傍」で傾斜反射面部１４Ｂに反射された反射光線ＲＬ１６が、連結面部１４Ｃから透明部材２０に入射する。
先ず、反射光線ＲＬ１６についてみると、反射光線ＲＬ１６は、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａ１に近接する面２０Ａ１に入射するが、入射角が臨界角より小さいので反射されずに透明部材２０から射出する。そして導光部材１の導光用反射面部１４Ａ１に入射し、導光部材１をそのまま透過し、観察用画像光の一部として射出する。従って、前述の如く反射光線ＲＬ１６は「迷光」とはならない。
一方、光線Ｌ１４、反射光線ＲＬ１２は、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａ１に空気層ＡＲＬを介して近接する面２０Ａ１、およびこれと対向する面２０１により全反射され、透明部材２０中を図の右方へ導光されて、透明部材２０の外部へ放射されるか、透明部材２０の導光方向端部に設けた吸収体（図示を省略されている。）により吸収される。
先ず、反射光線ＲＬ１６についてみると、反射光線ＲＬ１６は、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａ１に近接する面２０Ａ１に入射するが、入射角が臨界角より小さいので反射されずに透明部材２０から射出する。そして導光部材１の導光用反射面部１４Ａ１に入射し、導光部材１をそのまま透過し、観察用画像光の一部として射出する。従って、前述の如く反射光線ＲＬ１６は「迷光」とはならない。
一方、光線Ｌ１４、反射光線ＲＬ１２は、透明部材２０の導光用反射面部１４Ａ１に空気層ＡＲＬを介して近接する面２０Ａ１、およびこれと対向する面２０１により全反射され、透明部材２０中を図の右方へ導光されて、透明部材２０の外部へ放射されるか、透明部材２０の導光方向端部に設けた吸収体（図示を省略されている。）により吸収される。
【0058】
図４（ｃ）に示す例おいては、連結面部１４Ｃ１が前述の条件（４）を満足する角：ψを有しているから、図４（ｂ）の反射光線ＲＬ１６のような光線は存在しない。連結面部１４Ｃ１に入射するのは、図４（ｂ）に示したと同様の光線Ｌ１４および反射光線ＲＬ１２であり、これらは上記の如く、透明部材２０内部を全反射により導光され、透明部材２０の外部へ放射されるか、透明部材２０の端部に設けた吸収体により吸収される。
【0059】
図５に、図４に即して説明した導光部材（導光ユニット）ＬＧを用いる虚像表示装置の実施の形態を図６に倣って示す。煩雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては、図６におけると同一の符号を付した。
【0060】
図５（ａ）に示すように、画像光発生部１２からの画像光ＬＩは、導光ユニットＬＧの導光部材１の光入射部のプリズム１３０から導光部材１内に取り込まれ、導光部を導光され、画像光取り出し部から観察用画像光ＬＴとして取り出され、観察者の目１４の水晶体レンズ１４Ａの作用により網膜上に結像する。
【0061】
図５（ｂ）は、導光用反射面部へ最小入射角：φ１で入射する画素光束ＬＩ１が、導光部材１により導光画像光ＬＰとなって導光され、観察用画像光ＬＴ１として射出し、迷光ＦＬが透明部材２０により導光されて処理される状態を示している。
【0062】
図５（ｂ）は、導光用反射面部へ最大入射角：φ２で入射する画素光束ＬＩ２が、導光部材１により導光画像光ＬＰとなって導光され、観察用画像光ＬＴ２として射出し、迷光ＦＬが透明部材２０により導光されて処理される状態を示している。
【0063】
観察用画像光ＬＴ１、ＬＴ２を含む観察用画像光ＬＴの取出される範囲が所謂「アイボックス」である。
【0064】
以上に、この発明の導光部材および虚像表示装置の実施の形態例を説明した。
上に説明したように、この発明の導光部材によれば、迷光の発生が軽減もしくは防止され、また「輝度抜け」の有効な軽減もしくは防止を実現できる。
従って、この発明の導光部材を用いる虚像表示装置では、観察される「拡大虚像」における「迷光による像質の劣化」や「輝度抜けに起因する拡大虚像の解像度むら、輝度むら」を有効に軽減し、もしくは解消することができる。
上に説明したように、この発明の導光部材によれば、迷光の発生が軽減もしくは防止され、また「輝度抜け」の有効な軽減もしくは防止を実現できる。
従って、この発明の導光部材を用いる虚像表示装置では、観察される「拡大虚像」における「迷光による像質の劣化」や「輝度抜けに起因する拡大虚像の解像度むら、輝度むら」を有効に軽減し、もしくは解消することができる。
【0065】
勿論、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上に説明した例では、連結面部における反射防止処理として、導光部材１と同一の光学材料、もしくは「導光部材１と略等しい屈折率を有する光学材料」を接着により接合し、これらの境界面で「フレネル反射」が生じないようにする場合を説明した。
反射防止処理は、このような例に限らない。例えば、連結面部に「光吸収膜等の光吸収手段」を形成し、連結面部に入射する光線を全て吸収するようにしても、迷光の発生を防止できる。この場合、透明部材のように迷光を導光して除去するものを必要としない。
例えば、上に説明した例では、連結面部における反射防止処理として、導光部材１と同一の光学材料、もしくは「導光部材１と略等しい屈折率を有する光学材料」を接着により接合し、これらの境界面で「フレネル反射」が生じないようにする場合を説明した。
反射防止処理は、このような例に限らない。例えば、連結面部に「光吸収膜等の光吸収手段」を形成し、連結面部に入射する光線を全て吸収するようにしても、迷光の発生を防止できる。この場合、透明部材のように迷光を導光して除去するものを必要としない。
【0066】
迷光の防止は連結部における反射をなくせばよいから、連結部に反射防止部材を設けるなどしても迷光の発生を防止できる。
また、取り出し用構造部の、導光用反射面部と傾斜反射面部とをミラー面とすることができる。例えば、図２（ｄ）に示す入射光線Ｌ２２などは、傾斜反射面１４Ｂへの入射角が小さいので、反射光線ＲＬ２２の反射率が小さく、観察用画像光の明るさが減少する。
また、取り出し用構造部の、導光用反射面部と傾斜反射面部とをミラー面とすることができる。例えば、図２（ｄ）に示す入射光線Ｌ２２などは、傾斜反射面１４Ｂへの入射角が小さいので、反射光線ＲＬ２２の反射率が小さく、観察用画像光の明るさが減少する。
【0067】
このような場合には、取り出し用構造部の、導光用反射面部と傾斜反射面部とをハーフミラー面とすることが好ましい。この部分をハーフミラーとしても導光部材のシースルー性は担保できる。
また、導光部を構成する第２反射面もハーフミラーとすることもできる。
さらに、導光部材が「非透過型」である場合には、第２反射面の側を含む取り出し用構造部全体にもミラー面とすることができる。
さらに、図１に即して上に説明した例では、導光用反射面部１４Ａ、傾斜反射面部１４Ｂと連結面部１４Ｃが、Ｘ方向に「一定の幅：Ｈを持つ構造単位１４Ｕ」を成すように組み合わせられ、この構造単位１４Ｕが導光方向へ周期：Ｈで繰り返されるように形成されている場合を説明した。
また、隣接する構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１において「隣接する導光用反射面部１４Ａの面法線方向の面間隔」である距離（段差）：ｄも一定である場合を説明した。
また、導光部を構成する第２反射面もハーフミラーとすることもできる。
さらに、導光部材が「非透過型」である場合には、第２反射面の側を含む取り出し用構造部全体にもミラー面とすることができる。
さらに、図１に即して上に説明した例では、導光用反射面部１４Ａ、傾斜反射面部１４Ｂと連結面部１４Ｃが、Ｘ方向に「一定の幅：Ｈを持つ構造単位１４Ｕ」を成すように組み合わせられ、この構造単位１４Ｕが導光方向へ周期：Ｈで繰り返されるように形成されている場合を説明した。
また、隣接する構造単位１４Ｕ、１４Ｕ１において「隣接する導光用反射面部１４Ａの面法線方向の面間隔」である距離（段差）：ｄも一定である場合を説明した。
【0068】
上記説明は、取り出し用構造部の構成の１例であり、取り出し用構造部の構成は、これに限らない。
図８を参照すると、図８に示す例では、導光用反射面部１４Ａｉ（ｉ＝０～３）、傾斜反射面部１４Ｂｉ（ｉ＝０～３）、連結面部１４Ｃｉ（ｉ＝０～３）により構成される構造単位のＸ方向の幅：Ｈｉ（ｉ＝０～３）は、同一ではなく、互いに異なっている。
図８を参照すると、図８に示す例では、導光用反射面部１４Ａｉ（ｉ＝０～３）、傾斜反射面部１４Ｂｉ（ｉ＝０～３）、連結面部１４Ｃｉ（ｉ＝０～３）により構成される構造単位のＸ方向の幅：Ｈｉ（ｉ＝０～３）は、同一ではなく、互いに異なっている。
【0069】
同様に、「隣接する導光用反射面部１４Ａｉの面法線方向の面間隔」である距離（段差）：ｄｉ（ｉ＝０～３）も同一ではなく、互いに異なっている。
【0070】
この発明の導光部材は「導光用反射面部、傾斜反射面部、連結面部１４Ｃｉにより構成される個々の構造単位」が、所定の構成を有することにより、「迷光や抜け」の問題を解消もしくは軽減でき、従って、取り出し用構造部の各構造単位を特徴づける幅：Ｈや距離（段差）：ｄが「構造単位ごとに同一」である必要はない。
【0071】
例えば、導光方向（図１等のＸ方向右側）に向かって、導光用反射面部の「Ｘ方向の幅：Ｈを構造単位ごとに短くしていく」構成にすることもできる。
画像光取り出し部を導光される導光画像光ＬＰの光量は「導光距離の増大とともに減少する」ので、幅：Ｈ、距離：ｄを図１のＸ方向の右側へ行くほど小さくするなど、導光光量に応じて構造単位ごとに「最適な幅：Ｈ、距離：ｄを設計」することも可能である。
上に説明したこの発明の虚像表示装置は、眼鏡タイプ等のＨＭＤとして実施できることは当然である。
画像光取り出し部を導光される導光画像光ＬＰの光量は「導光距離の増大とともに減少する」ので、幅：Ｈ、距離：ｄを図１のＸ方向の右側へ行くほど小さくするなど、導光光量に応じて構造単位ごとに「最適な幅：Ｈ、距離：ｄを設計」することも可能である。
上に説明したこの発明の虚像表示装置は、眼鏡タイプ等のＨＭＤとして実施できることは当然である。
【0072】
また上には、「射出面部」として、第１反射面１１１が「導光部１Ｂによる導光の導光方向側（図の右方）へ延在した部分」として形成されている場合を説明したが、射出面部と第１反射面は「同一面」である必要はなく、互いに平行であれば、相互に「段差」を有していてもよい。
【0073】
以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0074】
１ 導光部材
ＬＩ 画像光
１Ａ 光入射部
１Ｂ 導光部
１Ｃ 画像光取り出し部
１１１ 第１反射面
１１２ 第２反射面
１４ 取り出し用構造部
１４Ａ 導光用反射面部
１４Ｂ 傾斜反射面部
１４Ｃ 連結面部（連結部）
ＬＴ 観察用画像光
ＬＩ 画像光
１Ａ 光入射部
１Ｂ 導光部
１Ｃ 画像光取り出し部
１１１ 第１反射面
１１２ 第２反射面
１４ 取り出し用構造部
１４Ａ 導光用反射面部
１４Ｂ 傾斜反射面部
１４Ｃ 連結面部（連結部）
ＬＴ 観察用画像光
【先行技術文献】
【特許文献】
【0075】
【文献】特許第５４２１２８５号公報
【文献】特許第５７０３８７５号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】