虚像显示装置的制作方法

专利名称：虚像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在头部安装使用的头戴显示器等的虚像显示装置。
背景技术：
近年来，作为像头戴显示器那样可进行虚像的形成及观察的虚像显示装置，提出了各种通过导光板将来自显示元件的图像光引导至观察者的瞳孔的类型。
在这样的虚像显示装置中，为了使图像光和外界光重叠，提出透视光学系统(参照专利文献I等)。
然而，在专利文献I记载的装置中，由于通过使用射出开口比瞳孔尺寸小的导光光学系统的瞳孔分割方式来实现透视，所以难以使得虚像的显示尺寸很大。还有，由于使用比瞳孔尺寸小的导光光学系统，所以难以为了对应于各个人的眼宽度，使得有效瞳径(即可进行虚像的取入的采光直径，还称为视圈直径)增大。还有，由于在瞳孔附近物理地配置导光光学系统的射出开口、外壳，所以会产生死角，最终不能成为完全的透视。
还有，作为头部安装显示器用的光学系统，存在包括能使导光角度不同的多个光模式进行的导光体的光学系统(参照专利文献2)。在这样的光学系统中，也可以考虑通过将射出侧的第3光学面设为半透半反镜，以在内部嵌入该半透半反镜的方式对导光体粘贴棱镜状部件而将全体平板化，从而隔着半透半反镜可以进行外界光的观察的透视型的导光>j-U ρ α装直。
然而，有可能在将导光体和棱镜状部件接合的部分，施加很大的力量，在两者的粘接强度不充分的情况下，在接合部分产生剥离，导光装置有可能损坏。
专利文献1:特开2010-224473号公报
专利文献2 :特表2008-535001号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种虚像显示装置，其包括通过多个部件的接合而形成的并具有充分的强度的导光装置。
为了达成上述目的，本发明的虚像显示装置，其特征在于，包括(a)图像显示装置，其形成图像光；(b)投射光学系统，其形成基于从图像显示装置射出的图像光的虚像； (C)导光部件，其具有光入射部，向内部取入通过了投射光学系统的图像光；导光部，通过在相对的第I及第2面的全反射引导从光入射部取入的图像光；和光射出部，向外部取出经过了导光部的图像光；和(d)光透射部件，通过与导光部件接合能够进行外界光的观察， (e)导光部件，在与光透射部件接合的第I接合面的部分区域上，具有使图像光弯曲并使外界光透射的半透射反射膜，(f)光透射部件具有第2接合面，其包含与第I接合面中除了部分区域之外的区域即第I接合面的其他区域相对的第2接合面的其他区域，并且通过粘接剂对于第I接合面至少在第2接合面的其他区域粘接。这里，半透射反射膜不限于金属反射膜，还包括包含电介质层等的多层膜、全息元件等。
上述虚像显示装置中，由于半透射反射膜形成在第I接合面的部分区域上，光透 射部件的第2接合面对于第I接合面至少在其他区域粘接，所以即使半透射反射膜对于第I 接合面的粘接力不够充分大的情况下，也能提高第I接合面和第2接合面的接合强度即将 导光部件和光透射部件组合而成的导光装置的强度。
根据本发明的具体方面，第I接合面的其他区域和第2接合面的与其他区域相对 应的相对区域的至少一方包含具有起伏的非平滑面。这个情况下，由于通过非平滑面能使 粘接或接合的面积增加，能使第I接合面和第2接合面的接合强度容易并可靠地增加。
根据本发明的具体方面，非平滑面是通过粗面化加工而具有细微的凹凸的粗糙 面。这个情况下，非平滑面的加工容易，能抑制通过第I接合面、第2接合面的光束的混乱。
根据本发明的其他方面，在第I接合面侧设置的非平滑面和在第2接合面侧设置 的非平滑面相互嵌合。这个情况下，能够经过第I接合面和第2接合面在导光部件和光透 射部件之间对准。
根据本发明的其他方面，在第I接合面侧设置的非平滑面和在第2接合面侧设置 的非平滑面呈凹凸相反的翻转形状。这个情况下，能降低充满第I接合面和第2接合面之 间的粘接剂的量。
根据本发明的其他方面，导光部件的第I接合面中，支持半透射反射膜的部分区 域关于预定方向配置在第I接合面的中央侧，半透射反射膜的周围的其他区域是在预定方 向的两端侧夹着部分区域的周边区域。在上述预定方向为上下方向的情况下，半透射反射 膜配置在第I接合面的上下的中央，在第I接合面的上下端侧能设置不经过半透射反射膜 而能够进行外界光的观察的透射区域。
根据本发明的其他方面，第I接合面全体与第2接合面粘接，周边区域全体成为非 平滑面。
根据本发明的其他方面，导光部件，作为一体的部件而具有光入射部、导光部和光 射出部，光入射部具有对于第I及第2反射面的任一个成钝角的平面的第3反射面，光射出 部的第I接合面形成对于第I及第2反射面的任一个成钝角的平面的第4反射面。这个情 况下，由光入射部的第3反射面反射的图像光通过导光部的第I及第2反射面全反射同时 传送，由光射出部的第4反射面反射作为虚像入射至观察者的眼。再者，通过使光入射部、 导光部和光射出部作为一体的部件，能利用注塑成型技术高精度地形成导光装置。
根据本发明的其他方面，导光部件、光透射部件、和粘接剂通过具有基本相同的折 射率的材料而形成。这个情况下，可以抑制第I接合面、第2接合面中的光束的混乱，进行 外界光的正确观察。再者，所谓基本相同的折射率意味着取决于粘接面的粗糙度，但是容许 不打乱光路的程度的略微折射率差。


图1是表示第I实施方式的虚像显示装置的透视图。
图2(A)是构成虚像显示装置的第I显示装置的主体部分的俯视图，(B)是主体部 分的主视图。
图3(A)是说明导光部件的光入射部的第3反射面的结构的图，(B)是说明导光部 件的导光部的第I反射面的结构的图，(C)是说明导光部件的导光部的第2反射面的结构的图，(D)是说明导光部件的光射出部的第4反射面的结构的图。
图4(A)是展开关于纵的第I方向的光路的概念图，⑶是展开关于横的第2方向的光路的概念图。
图5是具体说明虚像显示装置的光学系统的光路的俯视图。
图6(A)表示液晶显示装置的显示面，(B)是概念地说明观察者所见的液晶显示装置的虚像的图，(C)及(D)是说明构成虚像的部分图像的图。
图7是说明导光部件和光透射部件的接合的透视图。
图8是概念地说明导光部件和光透射部件的接合部的放大截面图。
图9(A)及(B)是说明变形例的虚像显示装置的一部分的图。
图10是概念地说明第2实施方式的接合部的放大截面图。
图11是概念地说明变形例的接合部的放大截面图。
图12是概念地说明第3实施方式的接合部的放大截面图。
图13A是表示第4实施方式涉及的虚像显示装置的截面图，(B)及(C)，是导光装置主视图及俯视图。
图14是说明图像光的光路的模式图。
图15是说明包含半透半反镜层的接合部的截面图。
图16(A)是表示第5实施方式涉及的虚像显示装置的截面图，(B)及(C)，是导光装置主视图及俯视图。
图17是说明图像光的光路的模式图。
图18是说明包含半透半反镜层的接合部的截面图。
图19是说明变形例的虚像显示装置的概念图。
符号的说明
2c…反射单元，10…图像形成装置，11…图像显示装置，12…投射光学系统，20、 420、520…导光装置,20a、20b…主体部分,20s…导光主体部件,21、421、521…导光部件, 21a、21b、21c…第1-第3反射面，21d…第4反射面，21 j、424j…第I接合面，21s…导光主体部件，23…光透射部件，23a…第I面，23b…第2面，23c…第2接合面，23s…光透射主体部件，25···镜层，26···保护层，28…半透半反镜层(半透射反射膜)，31…照明装置，32…液晶显示装置，34…驱动控制部，100…虚像显示装置，100AU00B…显示装置，110…光学面板，221 j…第I接合面，223c…第2接合面，423、523…角度变换部，424c、23c…第2接合面， 424…棱镜 ，AX、AX1、AX2···光轴，BI…光入射部，B2…导光部，B3…光射出部，B4…透视部， CC…粘接层，EY…眼，GL…图像光，GL’…外界光，GL1、GL2…图像光，IMU頂2…投射像(虚像)，IS…光入射面，OS…光射出面，PA…其他区域，PAO…部分区域，PA1、PA2···周边区域， PA4···相对区域，SF1、SF2···嵌合形状，SL···照明光，SR…粗糙面具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的一实施方式涉及的虚像显示装置。
A.虚像显示装置的外观
图1所示的本实施方式的虚像显示装置100是具有像眼镜那样的外观的头戴显示器，可以使佩戴该虚像显示装置100的观察者识别虚像的图像光，并可以使观察者透视观察外界像。虚像显示装置100具备覆盖观察者的眼前的光学面板110 ;支持光学面板110 的框121 ;在从框121的外壳到镜腿的部分附加的第I及第2驱动部131、132。这里，光学面板110具有第I面板部分111和第2面板部分112,两个面板部分111、112成为在中央被一体连结的板状的部件。附图上由左侧的第I面板部分111和第I驱动部131组合而成的第I显示装置100A是形成左眼用的虚像的部分，也可以单独作为虚像显示装置起作用。另外，附图上由右侧的第2面板部分112和第2驱动部132组合而成的第2显示装置100B是形成右眼用的虚像的部分，也可以单独作为虚像显示装置起作用。
B.显示装置的构造
如图2⑷等所示，第I显示装置100A具备图像形成装置10和导光装置20。这里，图像形成装置10与图1中的第I驱动部131相当，导光装置20与图1中的第I面板部分111相当。另外，图1所示的第2显示装置100B具有与第I显示装置100A同样的构造， 仅仅是左右反向，因此，第2显示装置100B的详细说明省略。
图像形成装置10具有图像显示装置11和投射光学系统12。其中，图像显示装置 11具有射出2维的照明光SL的照明装置31 ;透射型的空间光调制装置即液晶显示装置32 ； 和控制照明装置31及液晶显示装置32的工作的驱动控制部34。
照明装置31具备发生包含红、绿、蓝的3色光的光源31a ;和使来自光源31a的光扩散形成矩形截面的光束的背光导光部31b。液晶显示装置32空间地调制来自照明装置 31的照明光SL，形成要成为动态图像等的显示对象的图像光。驱动控制部34具备光源驱动电路34a和液晶驱动电路34b。光源驱动电路34a向照明装置31的光源31a供给电力， 使其射出稳定亮度的照明光SL。液晶驱动电路34b通过对液晶显示装置32输出图像信号或驱动信号，液晶显示装置32形成成为动态图像、静态图像的基础的彩色的图像光，作为透射率图案。另外，液晶驱动电路34b可具备图像处理功能，但是也可以由外接的控制电路具备图像处理功能。投射光学系统12是将从液晶显示装置32上的各点射出的图像光形成为平行状态的光束的准直透镜。
液晶显示装置32中，第I方向Dl与纵的Y方向相当，第2方向D2与横的X方向相当。第I方向Dl和第2方向D2正交于通过投射光学系统12的第I光轴AXl，并相互正交。
导光装置20由导光部件21和光透射部件23接合而成，全体构成与XY面平行延伸的平板状的光学部件。
导光装置20中，导光部件21是俯视为梯形的棱镜状部件,具有第I反射面21a、 第2反射面21b、第3反射面21c和第I接合面21 j，作为构成侧面的第I面至第4面。另外，导光部件21具有与第1、第2、第3反射面21a、21b、21c及第I接合面21 j相邻并相互相对的第I侧面21e和第2侧面21f。这里，第I及第2反射面21a、21b沿XY面延伸，以导光部件21的厚度t离开。另外，第3反射面21c相对于XY面以45°以下的锐角α倾斜， 第I接合面21 j相对于XY面以例如45°以下的锐角β倾斜。如果改变观察方法，则第3 反射面21c对于第2反射面21b成为钝角η，第I接合面21 j对于第2反射面21b成为 钝角ε。穿过第3反射面21c的第I光轴AXl和穿过第I接合面21 j的第2光轴AX2平行配置，以距离D离开。另外，将在以下进行详述，在第I反射面21a和第3反射面21c之间，以除去棱的方式设置了端面21h。导光部件21若包含该端面21h，则成为具有7面的多面体状的外形。
导光部件21利用作为相对延伸的第I及第2面的第I及第2反射面21a、21b的全反射进行导光，有导光时通过反射折返的方向和导光时未通过反射折返的方向。考虑到导光部件21导光的图像的场合,导光时通过多次反射折返的横方向即封闭方向DW2与第I 及第2反射面21a、21b垂直(与Z轴平行)，如后述直到光源侧为止展开光路时，与液晶显示装置32的第2方向D2相当。另一方面，导光时未通过反射折返而传送的纵方向即非封闭方向DWl与第I及第2反射面21a、21b及第3反射面21c平行(与Y轴平行)，如后述直到光源侧为止展开光路时，与液晶显示装置32的第I方向Dl相当。再者，在导光部件21 中，传送的光束全部朝向的主导光方向成为-X方向。
导光部件21由在可视范围呈现高的光透射性的树脂材料形成。导光部件21，以通过注塑成型一体成型的块状的一体的部件为主体部分20a，主体部分(一体的部件)20a例如通过向成型模具内射出热或光聚合型的树脂材料并使其热固化或光固化而形成。这样的导光部件21将作为基础材料的主体部分20a设为一体形成的部件，但是，可以考虑从功能上将其分成光入射部B1、导光部B2和光射出部B3。
光入射部BI是三角棱镜状的部分，具有作为第I反射面21a的一部分的光入射面 IS ;和与光入射面IS相对的第3反射面21c。光入射面IS是用于取入来自图像形成装置 10的图像光GL的内侧或观察者侧的平面，与投射光学系统12相对，与其第I光轴AXl垂直延伸。第3反射面21c具有矩形的轮廓，在其矩形区域的基本整体，具有用于将通过光入射面IS的图像光GL反射并引导至导光部B2内的反射镜即镜层25。这个镜层25通过在导光部件21的斜面RS上由铝等的蒸镀实施成膜而形成。
图3(A)是说明第3反射面21c的图，是光入射部BI的表面部分SPl的部分放大截面图。第3反射面21c具有镜层25，并由保护层26来覆盖。这个镜层25是全反射的涂层，在构成导光部件21的主体部分20a的斜面RS上由Al (铝)等的蒸镀实施成膜而形成。
返回图2 (A)等，第3反射面21c对于投射光学系统12的第I光轴AXl或XY面以例如锐角α =25° 27°倾斜，通过将从光入射面IS入射的全体朝向+Z方向的图像光 GL弯曲为全体地朝向偏一 Z方向的一 X方向，将图像光GL可靠地结合到导光部Β2内。再者，作为镜层25的基础，也可预先形成硬涂层。
导光部Β2具备分别全反射由 光入射部BI弯曲的图像光的第I反射面21a和第2 反射面21b，作为相互相对与XY面平行延伸的2个平面。第I及第2反射面21a、21b的间隔即导光部件21的厚度t为例如9_左右。这里，第I反射面21a设为接近图像形成装置 10的内侧或观察者侧，第2反射面21b设为远离图像形成装置10的表面侧或外界侧。该场合，第I反射面21a的面部分成为与上述的光入射面IS、后述的光射出面OS共同的面部分。第I及第2反射面21a、21b是利用折射率差的全反射面，在其表面，未施加镜层等的非透射性的反射涂层。
图3(B)是说明第I反射面21a的图，是导光部件21的导光部B2的表面部分SP2 的部分放大截面图。还有，图3 (C)是说明第2反射面21b的图，是导光部件21的导光部B2 的表面部分SP3的部分放大截面图。第I及第2反射面21a、21b由硬涂层27覆盖，以防止表面的损伤和防止影像的分辨率降低。该硬涂层27，通过在导光部件21的主体部分20a的平坦面FS上使包括树脂等的涂层剂由浸泡处理、喷雾涂层处理成膜而形成。
返回图2 (A)等，由光入射部BI的第3反射面2Ic反射的图像光GL首先入射至第I 反射面21a并全反射。接着，该图像光GL入射第2反射面21b并全反射。以下该操作反复进行，从而图像光全体被引导至导光装置20的内侧的主导光方向即设置光射出部B3的-X 侧。另外，由于在第I及第2反射面21a、21b未施加非透射性或半透射性的反射涂层，因此从外界侧入射第2反射面21b的外界光或外光以高透射率通过导光部B2。即，导光部B2是可透视外界像的透视型。
光射出部B3是三角棱镜状的部分，具有作为第I反射面21a的一部分的光射出面 OS、和与光射出面OS相对的第I接合面21 j。光射出面OS是用于向观察者的眼EY射出图像光GL的内侧平面,与光入射面IS同样，成为第I反射面21a的一部分,与第2光轴AX2 垂直延伸。穿过光射出部B3的第2光轴AX2和穿过光入射部BI的第I光轴AXl的距离D 考虑观察者的头部宽度等设定成例如50_。第I接合面21 j是基本矩形倾斜的平坦面(斜面RS)，在其一部分，具有用于反射经过第I及第2反射面21a、21b入射的图像光GL使其向光射出部B3外射出的第4反射面2Id。
第4反射面21d具有半透半反镜层28。该半透半反镜层28是具有光透射性的反射膜(即半投射反射膜)。半透半反镜层(半透射反射膜)28不是在第I接合面21 j的全体，而是在其部分区域PAO上形成。第I接合面21 j中，应该形成半透半反镜层28的部分区域PAO配置在关于作为纵方向的非封闭方向DWl的中央侧，在上下的两端侧，由一对的周边区域PAl、PA2夹着。并且，在部分区域PAO的-X侧，存在未形成半透半反镜层28的内侧区域PA3。将这些周边区域PA1、PA2和内侧区域PA3合并而成的其他区域PA是不存在作为第4反射面21d的半透半反镜层28的区域，使图像光GL等基本按其原样透射。半透半反镜层28通过在构成导光部件21的主体部分20a的第I接合面21 j中的部分区域PAO上将金属反射膜、电介质多层膜成膜而形成。半透半反镜层28对图像光GL的反射率从容易透视地观察外界光GL’的观点看，在假定的图像光GL的入射角范围中设为10%以上50%以下。具体的实施例的半透半反镜层28对图像光GL的反射率设定成例如20%，对图像光GL 的透射率设定成例如80%。
图3(D)是说明第4反射面21d及其周边的构造的图。在这里，在导光部件21的第4反射面2Id和光透射部件23的第2接合面23c之间，更正确地说是在半透半反镜层28 和第2接合面23c之间，通过用于将导光部件21和光透射部件23接合的粘接剂来形成粘接层CC。粘接层CC具有与导光部件21的主体部分20a、光透射部件23的大块部件基本相等的折射率，抑制从导光部件21到光透射部件23的通过这些和粘接层CC的界面的光在该界面无用的反射。
返回图2⑷等，第4反射面21d或第I接合面21 j相对于与第I反射面21a垂直的第2光轴AX2或XY面以例如锐角β =25° 27°倾斜，通过上述半透半反镜层28，使经过导光部Β2的第I及第2反射面21a、21b入射的图像光GL部分地反射，以全体朝向一 Z方向的方式弯曲，从而通过光射出面OS。再者，透射第4反射面21d的图像光的分量入射至光透射部件23，未用于影像的形成。
如图2(B)所示，导光部件21中图像光GL通过的有效区域EA，在光入射部BI侧成为相对纵长，在光射出部B3侧成为相对横长。第4反射面21d或 半透半反镜层28是第 I接合面21 j的一部分，但是对应于图像光GL的有效区域EA以对其覆盖的方式而形成，向导光部件21引导的图像光GL没有浪费地通过光入射部BI，向观察者的眼EY入射。这样， 半透半反镜层28具有横长的轮廓，但是成为对应于液晶显示装置32的图像形成区域AD的横长的轮廓。
光透射部件23包括与导光部件21的主体部分20a相同的材料，并具有相同的折射率，具有第I面23a、第2面23b、和第2接合面23c。第I及第2面23a、23b沿着XY面延伸。还有，第2接合面23c相对于XY面倾斜，与导光部件21的第I接合面21 j或第4反射面21d相对地平行配置，即，光透射部件23成为具有由第2面23b和第2接合面23c夹着的楔状的部件WP的装置。光透射部件23，与导光部件21相同，由在可视范围呈现高光透射性的树脂材料形成。光透射部件23是通过注塑成型而一体成型的块状部件，例如通过向成型模具内射出热或光聚合型的树脂材料使其热固化或光固化而形成。
在光透射部件23中，第I面23a在设置于导光部件21的第I反射面21a的延伸平面上配置，位于接近观察者的眼EY的内侧，第2面23b在设置于导光部件21的第2反射面21b的延伸平面上配置，位于远离观察者的眼EY的表面侧。第2接合面23c是通过粘接剂与导光部件21的第I接合面21 j接合的矩形的光透射面。以上的第I面23a和第2接合面23c形成的角度与导光部件21的第2反射面21b和第I接合面21 j形成的角度ε相等，第2面23b和第2接合面23c形成的角度与导光部件21的第I反射面21a和第3反射面21c形成的角度β相等。
光透射部件23和导光部件21，在两者的接合部分及其附近，构成透视部Β4。SP， 由于在第I及第2面23a、23b未施加镜层等的反射涂层，因此与导光部件21的导光部B2 相同，使外界光GL’以高透射率透射。第2接合面23c也可使外界光GL’以高透射率透射， 但是，因为在与导光部件21的第4反射面21d相对应的区域存在半透半反镜层28，通过第 2接合面23c的外界光GL’减光例如20%。即，观察者观察到使减光到20%的图像光GL和减光到80%的外界光GL’重叠而成的光。
C.图像光的光路的概要
图4(A)是与液晶显示装置32的纵截面CSl对应的第I方向Dl的光路的说明图。 沿第I方向Dl的纵截面即YZ面(展开后的Y’Z’面)中，从液晶显示装置32射出的图像光中，将图中点划线表示的从显示区域32b的上端侧(+ Y侧)射出的分量设为图像光GLa， 将图中双点划线表示的从显示区域32b的下端侧(一 Y侧)射出的分量设为图像光GLb。
上侧的图像光GLa被投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX’，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，相对于观察者的眼EY，以平行光束状态从角度的上方向倾斜入射。另一方面，下侧的图像光GLb被投射光学系统12平行光束化， 沿展开的光轴AX’，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，相对于观察者的眼EY，以平行光束状态从角度φ2( I φ2 I = I Cj5l I )的下方向倾斜入射。以上的角度Φρ Φ2与上下的半视角相当，设定成例如6. 5°。
图4(B)是与液晶显示装置32的横截面CS2对应的第2方向D2的光路的说明图。 沿第2方向D2的横截面CS2即XZ面(展开后的Χ’Ζ’面)中，从液晶显示装置32射出的图像光中，将图中单点划线表示的面向显示区域32b从右端侧(+ X侧)的第I显示点Pl 射出的分量设为图像光GL1，将图中双点划线表示的面向显示区域32b从左端侧(一 X侦 的第2显示点Ρ2射出的分量设为图像光GL2。
来自右侧的第I显示点Pl的图像光GLl被投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX’，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，相对于观察者的眼 EY,以平行光束状态从角度θ I的右方向倾斜入射。另一方面，来自左侧的第2显示点P2 的图像光GL2被投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX’，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，相对于观察者的眼EY，以平行光束状态从角度θ2( | θ2 I = I Q1 I )的左方向倾斜入射。以上的角度θρ θ2与左右的半视角相当，设定成例如10。。
另外，对于第2方向D2或封闭方向DW2的横方向，导光部件21中图像光GL1、GL2 通过反射折返，反射的次数也不同，因此，各图像光GL1、GL2在导光部件21中表现为不连续。另外，相对于观察者的眼ΕΥ，与图2㈧的场合比较，观察方向成为上下相反。结果，对于横方向，全体画面左右反向，但是如后详述，通过高精度加工导光部件21，可将液晶显示装置32的右半部分图像和液晶显示装置32的左半部分图像无缝连续地无错开地结合。另外，考虑两图像光GL1、GL2的导光部件21内的反射次数互异，右侧的图像光GLl的射出角度Θ/和左侧的图像光GL2的射出角度θ2’设定成不同。
以上，向观察者的眼EY入射的图像光GLa、GLb、GLl、GL2成为来自无限远的虚像， 关于纵的第I方向Dl或非封闭方向DWl，在液晶显示装置32形成的图像正立，关于横的第 2方向D2或封闭方向DW2，在液晶显示装置32形成的图像翻转。
D.关于横方向的图像光的光路
图5是说明第I显示装置100A中的具体的光路的截面图。投射光学系统12具有 3 个透镜 L1、L2、L3。
来自液晶显示装置32的右侧的第I显示点Pl的图像光GL11、GL12通过投射光学系统12的透镜L1、L2、L3被平行光束化，入射导光部件21的光入射面IS。导向导光部件 21内的图像光GL11、GL12在第I及第2反射面21a、21b上以相等角度反复全反射，最终从光射出面OS以平行光束射出。具体地说，图像光GL11、GL12作为平行光束被导光部件21 的第3反射面21c反射后，以第I反射角Y I入射导光部件21的第I反射面21a并全反射 (第I次的全反射)。然后，图像光GLl1、GL12以保持第I反射角Y I的状态，入射第2反射面21b并全反射(第2次的全反射)，然后再度入射第I反射面21a并全反射(第3次的全反射)。结果，图像光GL11、GL12在第I及第2反射面21a、21b上合计3次全反射后，入射第4反射面21d。图像光GL11、GL12由该第4反射面21d以与第3反射面21c同一的角度反射，从光射出面OS相对于与该光射出面OS垂直的第2光轴AX2方向倾斜角度Θ i，作为平行光束射出。
来自液晶显示装置32的左侧的第2显示点P2的图像光GL21、GL22通过投射光学系统12的透镜L1、L2、L3被平行光束化，入射导光部件21的光入射面IS。导向导光部件 21内的图像光GL21、GL22在第I及第2反射面21a、21b上以相等角度反复全反射，最终从光射出面OS以平行光束射出。具体地说，图像光GL21、GL22作为平行光束被导光部件21的第3反射面21c反射后，以第2反射角Y 2( Y 2 < Y I)入射导光部件21的第I反射面21a 并全反射(第I次的全反射)。然后，图像光GL21、GL22以保持第2反射角Y 2的状态，入射第2反射面21b并全反射(第2次的全反射)，再度入射第I反射面21a并全反射(第3 次的全反射)，再度入射第2反射面21b并全反射(第4次的全反射)，再度入射第I反射面21a并全反射(第5次的全反射)。结果，图像光GL21、GL22在第I及第2反射面21a、 21b上合计5次全反射后入射第4反射面21d。图像光GL21、GL22在该第4反射面21d以与第3反射面21c同一的角度反射,从光射出面OS相对于与该光射出面OS垂直的第2光轴AX2方向倾斜角度Θ 2，作为平行光束射出。
图5中，描绘了导光部件21展开时与第I反射面21a对应的假想的第I面121a 和导光部件21展开时与第2反射面21b对应的假想的第2面121b。通过这样展开可知，来自第I显示点Pl的图像光GLl1、GL12通过与光入射面IS对应的入射等价面IS’后，2次通过第I面121a，I次通过第2面121b，从光射出面OS射出而入射观察者的眼EY，来自第 2显示点P2的图像光GL21、GL22通过与光入射面IS对应的入射等价面IS〃后，3次通过第 I面121a，2次通过第2面121b，从光射出面OS射出而入射观察者的眼EY。若改变观察方法，则观察者重叠观察到2个位置的不同入射等价面IS’、IS"的附近存在的投射光学系统 12的透镜L3。
图6 (A)是概念地说明液晶显示装置32的显示面的图，图6 (B)是概念地说明观察者所见的液晶显示装置32的虚像的图，图6(C)及6(D)是说明构成虚像的部分图像的图。 图6(A)所示在液晶显示装置32设置的矩形的图像形成区域AD观察为图6(B)所示虚像显示区域Al。在虚像显示区域Al的左侧，形成与液晶显示装置32的图像形成区域AD中从中央向右侧的部分相当的第I投射像頂1，该第I投射像IMl成为图6(C)所示右侧缺失的部分图像。另外，在虚像显示区域Al的右侧，与液晶显示装置32的图像形成区域AD中从中央向左侧的部分相当的投射像頂2形成虚像，该第2投射像頂2成为图6 (D)所示左半部分缺失的部分图像。
图6 (A)所示液晶显示装置32中，仅仅形成第I投射像(虚像)頂1的第I部分区域AlO包含例如液晶显示装置32的右端的第I显示点Pl，射出导光部件21的导光部B2中合计3次全反射的图像光GL11、GL12。液晶显示装置32中，仅仅形成第2投射像(虚像) IM2的第2部分区域A20包含例如液晶显示装置32的左端的第2显示点P2，射出导光部件 21的导光部B2中合计5次全反射的图像光GL21、GL22。来自在液晶显示装置32的图像形成区域AD的偏中央处、由第I及第2部分区域A10、A20夹着纵长延伸的带域SA 的图像光，形成图6(B)所示重复图像IS。即，来自液晶显示装置32的带域SA的图像光成为导光部B2中合计3次全反射的图像光GL11、GL12形成的第I投射像Ml和导光部B2中合计5 次全反射的图像光GL21、GL22形成的第2投射像頂2，在虚像显示区域Al上重叠。若导光部件21的加工精密，形成由投射光学系统12正确准直了的光束，对于重复图像IS，可防止 2个投射像Ml、IM2的重叠导致的错开、模糊。
E.导光部件和光透射部件的接合
如图7所示，在接合导光部件21和光透射部件23时，预先在导光部件21的第I接合面21j中的部分区域PAO上形成半透半反镜层28。此后，在半透半反镜层28、其周围的其他区域PA上涂布并摊开例如紫外线固化型的粘接剂。并且，以与半透半反镜层28及其他区域PA相对的方式配置光透射部件23的第2接合面23c，对它们用适度的力量按压，并在第I及第2接合面21j、23c间照射作为紫外线的固化光。由此，第I及第2接合面21j、 23c间的粘接剂固化，导光部件21和光透射部件23的接合完成。这时，不仅在半透半反镜层28和第2接合面23c之间，在其他区域PA和第2接合面23c之间也填充有粘接剂，由于通过粘接剂的固化形成粘接层CC (参照图3 (D))，所以导光部件21的光透射部件23的接合强度提高。
图8是概念地说明导光部件21和光透射部件23的接合部的放大截面图。通过在第I及第2接合面21 j、23c间形成的粘接层CC，将导光部件21的主体部分20a和光透射部件23的主体部分20b连结。在这里，关于周边的其他区域PA，基本镜面的第I及第2接合面21j、23c经由粘接层CC直接连接，接合强度的确保比较容易。另一方面，关于中央的部分区域ΡΑ0，在第I接合面21 j和粘接层CC之间存在半透半反镜层28，由于通过蒸镀等形成的半透半反镜层28的相对粘接力较弱，接合强度的确保相对不容易。结果，导光部件21 和光透射部件23主要在周边的其他区域PA进行坚固地粘接，将导光部件21和光透射部件 23组合而成的导光装置20的强度也成为充分地高。
还有，图示的半透半反镜层(半透射反射膜)28成为具有以金属反射膜28a为中央将金属反射膜28a、第I电介质多层膜28b、和第2电介质多层膜28c层叠的夹层构造的部件。金属反射膜28a由例如Ag、Al等的材料形成。下侧的第I电介质多层膜28b、上侧的第2电介质多层膜28c是将多层以上的例如透明的电介质层进行层叠而得的部件，改善了金属反射膜28a的角度特性等。但是，这样电介质多层膜28b、28c也可省略。
根据上述实施方式的虚像显示装置100，在导光装置20中，由于导光部件21的半透半反镜层(半透射反射膜)28形成于第I接合面21 j的部分区域PAO上，所以光透射部件23的第2接合面23c对于第I接合面21 j至少在其他区域PA进行坚固地粘接，即使在半透半反镜层(半透射反射膜)28对于第I接合面21 j的粘接力不够充分大的情况下，也能提高第I接合面21 j和第2接合面23c的接合强度即将导光部件21和光透射部件23组合而成的导光装置20的强度。
以上，从包含液晶显示装置32的右侧的第I显示点Pl的第I部分区域AlO射出的图像光GL11、GL12在第I及第2反射面21a、21b形成的全反射次数设为合计3次，从包含液晶显示装置32的左侧的第2显示点P2的第2部分区域A20射出的图像光GL21、GL22 在第I及第2反射面21a、21b形成的全反射次数设为合计5次，但是全反射次数也可以适宜变更。即，通过导光部件21的外形(即厚度t，距 离D，锐角α，β)的调整，也可以将图像光GL11、GL12的全反射次数设为合计5次，将图像光GL21、GL22的全反射次数设为合计 7次。另外，以上，图像光GL11、GL12、GL21、GL22的全反射次数为奇数，但是，若在相反侧配置光入射面IS和光射出面OS，即若将导光部件21设为俯视为平行四边形，则图像光GL11、 GL12、GL21、GL22的全反射次数成为偶数。
图9 (A)是说明将如图2 (A)等所示的导光部件21变形后的导光部件621的图。以上的说明中，在导光部件21中传送的图像光对于第I及第2反射面21a、21b以2个反射角进行全反射按照2个模式来传送，但是，如图9 (A)所示的变形例的导光部件621那样，也能容 许3个分量的图像光GL31、GL32、GL33以反射角Y1、Y 2、γ3(γ 1>γ2>γ3)分别进行全反射。这个情况下，从液晶显示装置32射出的图像光GL以3个模式来传送，在观察者的眼EY的位置进行合成而识别为虚像。这个情况下，如图9 (B)所示，在有效显示区域AO的左侧形成例如合计3次全反射的投射像ΙΜ21，在有效显示区域AO的偏中央处形成例如合计5 次全反射的投射像頂22，在有效显示区域AO的右侧形成例如计7次全反射的投射像頂23。
还有，还能与如图2(B)所示的导光部件21的光射出面OS相对配置透镜及其他的光学元件。或者，半透半反镜层28能替换为由保护层覆盖的全息片。这个情况下，作为照明装置31使用相干性高的装置，作为全息片采用分别处理由液晶显示装置32形成的例如 3色图像的层叠型的衍射片。
第2实施方式
以下，关于第2实施方式涉及的虚像显示装置进行说明。再者，本实施方式涉及的虚像显示装置是第I实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例，未特别说明的情况下，与第I实施方式涉及虚像显示装置100相同。
如图10所示，第2实施方式的情况下，在导光部件21的第I接合面22Ij中的其他区域PA，形成具有微细的凹凸(起伏)41的粗糙面SR，作为非平滑面。粗糙面(非平滑面)SR通过例如在主体部分20a的成型用模具的转印面预先进行粗面化处理而形成。还有， 粗糙面SR，例如在主体部分20a的成型后，还通过实施喷沙、基于化学药品及其他的蚀刻法等粗面化处理、表面改性处理而形成。
构成粗糙面SR的微细的凹凸(起伏)41的深度例如为数μ m 数10 μ m左右。再者，附图中进行了夸大，但是，半透半反镜层(半透射反射膜)28的厚度是例如数μ m左右， 粘接层CC的厚度是例如50 μ m左右。在具体的实施例中，导光部件21的主体部分20a的折射率和粘接层CC的折射率的差例如在O. 02以下。由此，由于粗糙面SR的存在能防止外界光GL素乱。
图11是说明如图10所示的导光部件21的变形例的截面图。图示的情况下，在光透射部件23的第2接合面223c中与第I接合面221 j的其他区域PA相对应的相对区域 PA4，形成具有微细的凹凸的粗糙面SR，作为非平滑面。在这个情况下，若光透射部件23的主体部分20b的折射率和粘接层CC的折射率的差较小，则由于粗糙面(非平滑面)SR的存在也能防止外界光GL’紊乱。
还有，尽管省略图示，但是也可以使第2接合面223c全体成为粗糙面SR。并且，也可仅使第2接合面223c侧为粗糙面SR，使导光部件21的第I接合面221 j为如图8所示的平滑面的第I接合面21 j。
根据第2实施方式的虚像显示装置100，在导光装置20中，由于第I接合面221 j和第2接合面223c的其他区域PA的至少一方包括具有起伏的非平滑面即粗糙面SR，所以通过粗糙面(非平滑面)SR能使粘接或接合的面积增加，能容易并可靠地使第I接合面221 j 和第2接合面223c的接合强度增加。
第3实施方式
以下，关于第3实施方式涉及的虚像显示装置进行说明。再者，本实施方式涉及的虚像显示装置是第I实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例，未特别说明的情况下，与第I实施方式涉及的虚像显示装置100相同。
如图12所示，第3实施方式的情况下，在导光部件21的第I接合面321 j中的其他区域PA，形成作为相对大的凹凸形状的第I嵌合形状SF1，作为具有起伏的非平滑面。该第 I嵌合形状(非平滑面)SFl可成为在其短边侧排列有例如多条作为以直线延伸的起伏的V 沟的形状。另一方面，在光透射部件23的第2接合面323c中与第I接合面321 j的其他区域PA相对应的相对区域PA4，形成作为相对大的凹凸形状的第2嵌合形状SF2，作为非平滑面。该第2嵌合形状SF2成为使第I嵌合形状SFl的凹凸形状翻转后的形状。也就是，第I嵌合形状SFl和第2嵌合形状SF2成为凹凸相反的翻转形状。具体地，第2嵌合形状SF2 可成为在其短边侧排列有多条以直线延伸的三角断面的垄状部的形状。
还有，第I嵌合形状SFl可成为二维地排列金字塔状的凸部或凹部的形状，第2嵌 合形状SF2也可成为二维地排列金字塔状的凹部或凸部的形状，作为第I嵌合形状SFl的 翻转形状。
根据第3实施方式的虚像显示装置100，通过第I接合面321 j的第I嵌合形状(非 平滑面)SFl和第2接合面323c的第2嵌合形状(非平滑面)SF2的嵌合，能够在导光部件 21和光透射部件23之间精密的对准。
第4实施方式
以下，关于第4实施方式涉及的虚像显示装置进行说明。再者，本实施方式涉及的 虚像显示装置是第I实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例，未特别说明的情况下，与 第I实施方式涉及虚像显示装置100相同。
如图13(A) 13 (C)所示的虚像显示装置100作为一组包括图像形成装置10和导 光装置420。导光装置420包括导光主体部件21s、角度变换部423和光透射主体部件23s。 再者，图13(A)与如图13(B)所示的导光装置420的A-A断面相对应。
导光主体部件21s的全体的外观是与图中XY面平行延伸的平板。还有，导光主体 部件21s具有第I反射面21a、第2反射面21b、第3反射面21c，以及还具有后述的第I接 合面21j(参照图14)，作为侧面。还有，导光主体部件21s具有与第1、第2及第3反射面 21a.21b.21c相邻并且相互相对的第I侧面21e和第2侧面21f。并且，导光主体部件21s 成为在长边方向的一端具有棱镜部PS，在长边方向的另一端连接至由多个镜子构成的角度 变换部423的结构。
作为导光主体部件21s的基础或基板的主体部分20a由光透射性的树脂材料等形 成，与XY面平行地在与图像形成装置10相对的内侧的平面上，具有取入来自图像形成装置 10的图像光的光入射面IS。除了光入射面IS之外，主体部分20a还具有矩形的斜面RS，作 为其棱镜部PS的侧面，在该斜面RS上形成覆盖其的镜层25。在这里，镜层25通过与斜面 RS协作，作为以对于光入射面IS倾斜的状态而配置的第3反射面21c起作用。该第3反 射面21c，通过将从光入射面IS入射的全体朝向+Z方向的图像光弯曲为全体地朝向偏一 Z 方向的一 X方向，将图像光可靠地结合到主体部分20a内。
导光主体部件21s的第I及第2反射面21a、21b是平板状的主体部分20a的主面， 作为相互相对并对于XY面平行地延伸的2个平面，分别使由棱镜部PS弯曲的图像光进行 全反射。由第3反射面21c反射的图像光首先入射至第I反射面21a并全反射。接着，该 图像光入射至第2反射面21b并全反射。以下该动作反复进行，从而图像光被引导至导光 主体部件21s的内侧即设置有角度变换部423的-X侧。
如图13(C)所示，在导光主体部件21s中，第3反射面21c和后述的光入射面IS 作为光入射部BI起作用。还有，导光主体部件21s的由第I及第2反射面21a、21b夹着的 主体部分20a和后述的角度变换部423作为导光部B2起作用。再者，角度变换部423作为 光射出部B3起作用。
角度变换部423，在导光主体部件21s的内侧(_X侧)，沿着第I及第2反射面21a、 21b的延伸平面而形成。在这里，主体部分20a的内侧端部成为角度变换部423的一部分。角度变换部423具有对于第I及第2反射面21a、21b倾斜并相互平行地以等间隔排列的多个半透半反镜层28。角度变换部423将经过导光部件421的第I及第2反射面21a、21b入射的图像光以预定角度反射，并经由光射出面OS向观察者的眼EY侧弯曲。也就是，角度变换部423变换图像光的角度。
光透射主体部件23s是将角度变换部423向内侧(-X侧)延伸而得的部分，与导光部件421的导光主体部件21s相同为平板状的部件。
以上，角度变换部423的全部或入口侧的一部分通过与导光主体部件21s组合而作为导光部件起作用。还有，角度变换部423的全部或内侧的一部分通过与光透射主体部件23s组合而作为光透射部件起作用。
从图像形成装置10射出并从光入射面IS入射至导光主体部件21s的图像光由第 3反射面21c同样地反射弯曲，在导光主体部件21s的第I及第2反射面21a、21b反复进行全反射并基本沿着光轴AX按具有一定的扩展的状态前进，进而，在角度变换部423中通过以适当角度弯曲而成为可以取出的状态，最终从角度变换部423上附带的光射出面OS向外部射出。从光射出面OS向外部射出的图像光，作为虚像光入射至观察者的眼EY。
以下，关于导光装置420中的图像光的光路进行说明。再者，第4实施方式的导光装置420关于纵的第I方向Dl (Y方向)，与图1 (A)的导光装置20同样地起作用。另一方面，导光装置420关于横的第2方向D2(X方向)，成为使多个传送模式的图像光导光的装置，与使2个传送模式的图像光导光的图2(A)的导光装置20不同。
如图13(A)所示，从图像显示装置11的液晶显示装置(图像光形成部)32射出的图像光中，以从射出面32a的中央部分射出的虚线所示的分量为图像光GL41，以从射出面 32a的纸面右侧(+X侧)射出的单点划线所示的分量为图像光GL42，以从射出面32a的纸面左侧(-X侧)射出的双点划线所示的分量为图像光GL43。
经过投射光学系统12的各图像光GL41、GL42、GL43的主要分量，在分别从导光主体部件21s的光入射面IS入射之后，在第I及第2反射面21a、21b以相互不同的角度反复全反射。具体地，图像光GL41、GL42、GL43中，从液晶显示装置(图像光形成部)32的射出面32a的中央部分射出的图像光GL41，在通过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后 ，以标准反射角Y ο入射至导光主体部件21s的第 I反射面21a并全反射。此后，图像光GL41以保持标准反射角Y。的状态反复由第I及第 2反射面21a、21b全反射。图像光GL41在第I及第2反射面21a、21b全反射N次(N是自然数)，到达角度变换部423的中央部23k。由这个中央部23k反射了的图像光GL41从光射出面OS向对于该光射出面OS或XY面垂直的光轴AX方向作为平行光束射出。
从液晶显示装置32的射出面32a的一端侧(+X侧)射出的图像光GL42，在通过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后，以最大反射角Y +入射至导光主体部件21s的第I反射面21a并全反射。图像光GL42在第I 及第2反射面21a、21b全反射例如N-M次(M是自然数)，到达角度变换部423中最入口侧 (+X侧)的周边部23m。由这个周边部23m反射的图像光GL42以从入口的第3反射面21c 侧离开的方式对于+X轴成钝角，向对于光轴AX仅以角度Θ 12 (在导光装置420内为θ12’) 倾斜的方向射出(参照图14)。
从液晶显示装置32的射出面32a的另一端侧(_X侧)射出的图像光GL43，在通过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后，以最小反射角Y —入射至导光主体部件21s的第I反射面21a并全反射。图像光GL43在第I及第2反射面21a、21b全反射例如N+M次，入射至角度变换部423中最内侧(-X侧)的周边部23h。由这个周边部23h反射的图像光GL43以向第3反射面21c侧返回的方式对于+X 轴成锐角，向对于光轴AX仅以角度Θ 13 (在导光装置420内为θ13’)倾斜的方向射出(参照图14)。
如图15所示，角度变换部423具有以预定间距在X方向大量排列多个棱镜424的结构。各棱镜424在光射出侧具有第I接合面424 j，在光入射侧具有第2接合面424c。在导光主体部件21s或主体部分20a的第I接合面21 j上或各棱镜424的第I接合面424 j 上，在局部的部分区域上形成作为半透射反射膜的半透半反镜层28。形成半透半反镜层28 的区域成为与如图13(B)所示的部分区域PAO对应。也就是，半透半反镜层28并非形成于将周边区域PAl、PA2合并而成的其他区域PA。主体部分20a、各棱镜424和光透射主体部件23s，与图8的情况相同，在部分区域PAO及其他区域PA中通过粘接层CC相互接合。也就是，导光主体部件21s或角度变换部423的第I接合面21 j、424j、以及角度变换部423或光透射主体部件23s的第2接合面424c、23c经由粘接层CC接合。再者在这里，关于经由半透半反镜层28的接合，将相邻的一对棱镜424中靠近光源的内侧的棱镜424i看作导光部件，将离光源远的外侧的棱镜424ο看作光透射部件。
根据第4实施方式的虚像显示装置100，在导光装置420中，由于在导光主体部件 21s或角度变换部423设置的半透半反镜层(半透射反射膜)28形成于第I接合面21 j、 424j的部分区域PAO上，所以角度变换部423或光透射主体部件23s的第2接合面424c、 23c对于第I接合面21 j、424j至少在其他区域PA进行粘接，即使在半透半反镜层(半透射反射膜)28对于第I接合面21j、424j的粘接力不够充分大的情况下，也能提高第I接合面 21j、424j和第2接合面424c、23c的接合强度，即将导光主体部件21s、角度变换部423和光透射主体部件23s组合而成的导光装置420的强度。
第I接合面21j、424j和第2接合面424c、23c不限于平滑面，也可以为如图10所示的粗糙面SR，能提高由粘接层CC接合的接合强度。还有，第I接合面21 j、424j和第2接合面424c、23c也可设为设置有如图12所示的作为相对大的凹凸形状的嵌合形状SF1、SF2， 容易相对精密地对准并接合导光主体部件21s、角度变换部423和光透射主体部件23s。
还有，导光主体部件21s、角度变换部423、光透射主体部件23s等可由硬涂层覆盖。也就是,通过例如由硬涂层覆盖主体部分20a的表面，也可形成第I及第2反射面21a、 21b 等。
第5实施方式
以下，关于第5实施方式涉及的虚像显示装置进行说明。再者，本实施方式涉及的虚像显示装置是第I实施方式涉及的虚像显示装置100的变形例，未特别说明的情况下，与第I实施方式涉及的虚像显示装置100相同。
如图16(A) 16(C)所示的虚像显示装置100作为一组包括图像形成装置10和导光装置520。导光装置520作为其一部分包括导光部件521。导光部件521包括主体部分20a、和作为图像取出部的角度变换部523。再者，图16(A)与如图16(B)所示的导光部件521的A-A断面相对应。
导光部件521的全体的外观通过与图中XY面平行延伸的平板的主体部分20a形 成。还有,导光部件521具有第I反射面21a、第2反射面21b和第3反射面21c，作为侧面。 还有，导光部件521具有与第1、第2及第3反射面21a、21b、21c相邻并且相互相对的第I 侧面21e和第2侧面21f。并且，导光部件521成为在长边方向的一端作为主体部分20a的 一部分具有棱镜部PS，在长边方向的另一端具有向主体部分20a嵌入的由大量的微小镜子 构成的角度变换部523的结构。导光部件521是一体的部件，但是与第I实施方式的情况 相同，可考虑分成光入射部B1、导光部B2和光射出部B3(参照图16(C))，其中光入射部BI 是具有第3反射面21c和后述的光入射面IS的部分，导光部B2是具有第I及第2反射面 21a、21b的部分，光射出部B3是具有角度变换部523和后述的光射出面OS的部分。
主体部分20a通过光透射性的树脂材料等而形成，与XY面平行地在与图像形成装 置10相对的内侧或观察者侧的平面上，具有取入来自图像形成装置10的图像光的光入射 面IS、和使图像光朝向观察者的眼EY射出的光射出面OS。除了光入射面IS之外，主体部 分20a还具有矩形的斜面RS，作为其棱镜部PS的侧面，在该斜面RS上形成对其覆盖的镜层 25。在这里，镜层25通过与斜面RS协作，作为对于光入射面IS以倾斜的状态而配置的入 射光弯曲部即第3反射面21c起作用。该第3反射面21c，通过将从光入射面IS入射的全 体朝向+Z方向的图像光弯曲为全体地朝向偏一 Z方向的一 X方向，将图像光可靠地结合到 主体部分20a内。还有，在主体部分20a中，沿着光射出面OS的内侧的平面形成作为微细 构造的角度变换部523。主体部分20a从入口侧的第3反射面21c延伸至内侧的角度变换 部523，向角度变换部523引导经由棱镜部PS向内部入射的图像光。
导光部件521的第I及第2反射面21a、21b是平板状的主体部分20a的主面，作 为相互相对并对于XY面平行地延伸的2个平面，分别使由棱镜部PS或光入射部BI弯曲了 的图像光进行全反射。由第3反射面21c反射了的图像光首先入射至第I反射面21a并全 反射。接着，该图像光入射至第2反射面21b并全反射。以下该动作反复进行，从而图像光 被引导至导光装置520的内侧即设置有角度变换部523的-X侧。
与主体部分20a的光射出面OS相对配置的角度变换部523，在导光部件521的内 侧(-X侧)，沿着第2反射面21b的延伸平面靠近这个延伸平面而形成。角度变换部523将 经过导光部件521的第I及第2反射面21a、21b入射的图像光以预定角度反射，并向光射 出面OS侧弯曲。也就是，角度变换部523变换了图像光的角度。
从图像形成装置10射出并从光入射面IS入射至导光部件521的图像光由第3反 射面21c同样地反射弯曲，在导光部件521的第I及第2反射面21a、21b反复进行全反射 并基本沿着光轴AX按具有一定的扩展的状态前进，进而，在角度变换部523中通过以适当 角度弯曲而成为可以取出的状态，最终从光射出面OS外向部射出。从光射出面OS向外部 射出的图像光，作为虚像光入射至观察者的眼EY。通过该虚像光在观察者的视网膜上成像， 观察者可识别基于虚像的影像光等的图像光。
以下，关于导光装置520中的图像光的光路进行说明。再者，第5实施方式的导光 装置520关于纵的第I方向Dl (Y方向)，与图1 (A)的导光装置20同样地起作用。另一方 面，导光装置520关于横的第2方向D2 (X方向)，成为使多个的传送模式的图像光导光的装 置，与使2个传送模式的图像光导光的图2(A)的导光装置20不同。
如图16(A)所示，从图像显示装置11的液晶显示装置(图像光形成部)32射出的图像光中，以从射出面32a的中央部分射出的虚线所示的分量为图像光GL51，以从射出面 32a的纸面右侧(+X侧)射出的单点划线所示的分量为图像光GL52，以从射出面32a的纸面左侧(-X侧)射出的双点划线所示的分量为图像光GL53。
经过投射光学系统12的各图像光GL51、GL52、GL53的主要分量，在分别从导光部件521的光入射面IS入射之后，在第I及以第2反射面21a、21b以相互不同的角度反复全反射。具体地，图像光GL51、GL52、GL53中，从液晶显示装置(图像光形成部)32的射出面 32a的中央部分射出的图像光GL51，在经过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后，以标准反射角Y ο入射至导光部件521的第I反射面 21a并全反射。此后，图像光GL51以保持标准反射角YC1的状态反复由第I及第2反射面 21a、21b全反射。图像光GL51在第I及第2反射面21a、21b全反射N次(N是自然数)，到达角度变换部523的中央部23k。由这个中央部23k反射的图像光GL51从光射出面OS向对于该光射出面OS或XY面垂直的光轴AX方向作为平行光束射出。
从液晶显示装置32的射出面32a的一端侧(+X侧)射出的图像光GL52，在经过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后，以最大反射角Y +入射至导光部件521的第I反射面21a并全反射。图像光GL52在第I及第2 反射面21a、21b全反射例如N-M次(M是自然数)，到达角度变换部523中最内侧(-X侧) 的周边部23h。由这个周边部23h反射的图像光GL52以向入口的第3反射面21c侧返回的方式对于+X轴成锐角，向对于光轴AX仅以角度Θ 12 (在导光装置520内为Θ 12’)倾斜的方向射出(参照图17)。
从液晶显示装置32的射出面32a的另一端侧(_X侧)射出的图像光GL53，在经过投射光学系统12后作为平行光束入射至光入射面IS并由第3反射面21c反射之后，以最小反射角Y -入射至导光部件521的第I反射面21a并全反射。图像光GL53在第I及第2 反射面21a、21b全反射例如N+M次，入射至角度变换部523中最入口侧(+X侧)的周边部 23m。由这个周边部23m反射的图像光GL53以从第3反射面21c侧离开的方式对于+X轴成钝角，向对于光轴AX仅以角度θ13(在导光装置520内为θ13’)倾斜的方向射出(参照图 17)。
再者，如图17所示，角度变换部523通过以条纹状排列的多个线状的反射单元2c 构成。也就是，角度变换部523通过使在Y方向延伸的细长的反射元件2c以预定间距PT沿着角度变换部523的延伸的主导光方向即-X方向大量排列而构成。各反射元件2c作为I 组具有作为在内侧即光路下流侧配置的I个反射面部分的第I反射面2a、和作为在入口侧即光路上流侧配置的另外的I个反射面部分的第2反射面2b，两反射面2a、2b成一定的楔角S。其中，至少第2反射面2b是可以透射一部分的光的部分反射面，可以使观察者用透视观察外界像。在该反射元件2c中，图像光GL52、53最初由内侧即-X侧的第I反射面2a 反射，接着，由入口侧即+X侧的第2反射面2b反射。经过该反射单元2c的图像光GL52、53 不经过其他的反射单元2c，在角度变换部523中仅经过I次即以预定角度弯曲而向观察者侧取出。
如图18所示，角度变换部523具有将从导光部件521延伸的相对厚的板状的接合部件521η和从光透射部件23延伸的相对薄的板状的接合部件523η接合而成的结构。接合部件521η在表面侧或外界侧具有第I接合面21 j， 接合部件523η在内侧或观察者侧具有第2接合面23c。在接合部件521η的第I接合面21 j上，在局部的部分区域上形成作为半透射反射膜的半透半反镜层28。形成半透半反镜层28的区域成为与如图16(B)所示的部分区域PAO对应。也就是，半透半反镜层28并非形成于将周边区域PA1、PA2合并而成的其他区域PA。导光部件521的接合部件521η、和光透射部件23的接合部件523η，与图8的情况相同，在部分区域PAO及其他区域PA中通过粘接层CC相互接合。也就是，接合部件521η 的第I接合面21 j和接合部件523η的第2接合面23c经由粘接层CC接合。
根据第5实施方式的虚像显不装置100,在导光装置520中，由于在导光部件521 的接合部件521η设置的半透半反镜层(半透射反射膜)28形成于第I接合面21 j的部分区域PAO上，角度变换部523的第2接合面23c对于第I接合面21 j至少在其他区域PA进行粘接，所以即使在半透半反镜层(半透射反射膜)28对于第I接合面21 j的粘接力不够充分大的情况下，也能提高第I接合面21 j和第2接合面23c的接合强度，即将导光部件521 和光透射部件23组合而成的导光装置520的强度。
第I接合面21 j和第2接合面23c不限于平滑面，也可以为如图10所示的粗糙面 SR，能提高由粘接层CC接合的接合强度。还有，第I接合面21 j和第2接合面23c也可设为设置有如图12所示的作为相对大的凹凸形状的嵌合形状SF1、SF2的接合面，容易比较精密地对准并接合导光部件521和光透射部件23。
其他
根据以上实施方式说明了本发明，但是，本发明不限于上述的实施方式，在不超出其主旨的范围内可以实施各种的形态，例如也可以是如下的变形。
上述的说明中，第I接合面21 j和第2接合面23c在部分区域PAO和其他区域PA 粘接，但是第I接合面21 j和第2接合面23c也可仅在其他区域PA粘接。这个情况下，也可以在其他区域PA全体粘接，但是也可以在设置于其他区域PA的多个位置的粘接区域来粘接。
上述的说明中，半透半反镜层(半透射反射膜)28形成于横长的矩形区域，但是， 半透半反镜层28的轮廓按照用途及其他的规格可进行适当地变更。但是，优选地，半透半反镜层28充分地覆盖有效区域EA。
上述的说明中，导光部件21和光透射部件23串联连接，但是也可通过从光透射部件23延伸的框部件加强地固定导光部件21的第I及第2侧面21e、21f。
上述的说明中，作为图像光形成部，采用透射型的液晶显示装置32等，但是，作为图像光形成部，不限于透射型的液晶显示装置32，可采用各种装置。例如，可以是采用反射型的液晶显示装置的构成，也可以取代液晶显示装置32而采用数字微镜器件等。另外，也可以取代液晶显示装置32而采用有机EL等的自发光型的显示设备。
上述实施例中，来自照明装置31的照明光SL未特别具有指向性，但是也可以使照明光SL具有与液晶显示装置32的位置相应的指向性。从而，可以高效地照明液晶显示装置32，能够降低图像光GL的位置导致的亮度不均。
上述的说明中，在同一平面上配置光入射面IS和光射出面OS，但是，不限于此，例如，也可以是在与第I反射面21a同一平面上配置光入射面IS，在与第2反射面21b同一平面上配置光射出面OS的构成。这个情况下，第I反射面21a和第4反射面21d成钝角。
上述的说明中，导光部件21在眼EY排列的横方向延伸，但是，导光部件21可在纵方向延伸。这个情况下，图1的光学面板110即导光部件21、421、521并非串联而是并列地平行配置。
上述的说明中，使用了包括光入射部B1、导光部B2和光射出部B3的导光装置20、 420、520，但是，在光入射部B1、光射出部B3中不需要使用平面镜或平面半透半反镜作为半 透半反镜层28等，通过球面或非球面的曲面镜也可以使其具备透镜的功能。并且，也可以 取代半透半反镜层28等而配置作为虚拟的半透射镜的全息元件。这个情况下，全息元件也 可以是广义的半透射反射面。再者，在这样的全息元件，也可以附加聚光等的光学的功能。
并且，如图19所示，作为光入射部BI，可使用从导光部B2分离的棱镜或块状的中 继部件1125，使这个中继部件1025的入射出射面、反射内面具备透镜的功能。再者，在构成 导光部B2的导光体26,设置通过反射而使图像光GL传送的第I及第2反射面21a、21b,但 是，这些反射面21a、21b不需要彼此平行，也可作为曲面。如图19所示的导光体26与光透 射部件23接合，在两者的接合部设置半透半反镜层28。这个情况下，与第I实施方式的情 况相同，通过至少在半透半反镜层28的周围的其他区域，接合导光体26和光透射部件23， 能提高导光体26和光透射部件23的接合强度，能提高导光装置20的强度。
上述的说明中，具体说明了虚像显示装置100为头部佩戴显示器的情况，但是虚 像显示装置100也可以改变为抬头显示器。
上述实施例的虚像显示装置100中，与右眼及左眼的双方对应，作为一组一组设 置的显示装置100A、100B (具体地为图像形成装置10，导光装置20等)的构成，但是，也可 以形成仅对于右眼或左眼的任一方设置图像形成装置10和导光装置20单眼观察图像的构 成。
上述实施例中，穿过光入射面IS的第I光轴AXl和穿过光入射面IS的第2光轴 AX2平行，但是这些光轴AXUAX2也可以设为非平行。
上述实施例中，未特别地调整液晶显示装置32的显示亮度，但是，可以根据如图 6(B)所示的投射像頂1、IM2的范围、重复而调整显示亮度。
上述实施方式中，使在导光部件21的第4反射面21d设置的半透半反镜层28的 反射率为20%，透视优先，但是也可以使半透半反镜层28的反射率为50%以上，图像光优先。 再者，半透半反镜层28也可以形成于光透射部件23的第2接合面23c上。
上述的说明中，第I及第2反射面21a、21b中，说明了在表面上未施加镜面、半透 半反镜等而通过与空气的界面使图像光全反射并导入的情况，但是，关于本发明中的全反 射，也包含在第I及第2反射面21a、21b上的全体或一部分形成反射涂层、半透半反镜而进 行的反射。例如，也包含图像光的入射角度满足全反射条件且在第I及第2反射面21a、21b 的全体或一部分施加反射涂层等，实质上反射全部图像光的情况。另外，只要可以获得充分 亮度的图像光，也可以由稍稍具有透射性的镜面来涂布覆盖第I及第2反射面21a、21b的 全体或一部分。
还有，上述第4、5实施方式的说明中，关于构成角度变换部423、523的反射单元2c 的排列的间距PT，不限于在第I反射面2a间全部相同的情况，还包含各间距PT存在一定程 度的差异的情况。
上述第4、5实施方式的说明中，未特别地提及构成棱镜部PS的镜层25、斜面RS的 倾斜角度，但是，本发明可以使镜层25等对于光轴AX的倾斜角度按照用途及其他的规格成为各种的值。上述第4、5实施方式的说明中，反射单元2c的V字状的沟以尖端为突尖的状态图示，但是，关于V字状的沟的形状，不限于此，也可以是将尖端平坦地剪切、向尖端附加了半径(圆形)的形状。
权利要求
1.ー种虚像显示装置，其特征在于，包括 图像显示装置，其形成图像光； 投射光学系统，其形成基于从上述图像显示装置射出的上述图像光的虚像； 导光部件，其具有光入射部，向内部取入通过了上述投射光学系统的上述图像光；导光部，通过在相対的第I及第2面的全反射引导从上述光入射部取入的上述图像光；和光射出部，向外部取出经过了上述导光部的上述图像光；和 光透射部件，通过与上述导光部件接合能够进行外界光的观察， 上述导光部件，在与上述光透射部件接合的第I接合面的部分区域上，具有使上述图像光弯曲并使上述外界光透射的半透射反射膜， 上述光透射部件具有第2接合面，其包含与上述第I接合面中除了上述部分区域之外的区域即上述第I接合面的其他区域相対的上述第2接合面的其他区域，并且通过粘接剂对于上述第I接合面至少在上述第2接合面的上述其他区域粘接。
2.如权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述第I接合面的上述其他区域和上述第2接合面的与上述其他区域相对应的相对区域的至少一方包含具有起伏的非平滑面。
3.如权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述非平滑面是通过粗面化加工而具有细微的凹凸的粗糙面。
4.如权利要求2所述的虚像显示装置，其特征在干， 在上述第I接合面侧设置的上述非平滑面和在上述第2接合面侧设置的上述非平滑面相互嵌合。
5.如权利要求2所述的虚像显示装置，其特征在干， 在上述第I接合面侧设置的上述非平滑面和在上述第2接合面侧设置的上述非平滑面呈凹凸相反的翻转形状。
6.如权利要求1至5中任一项所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述导光部件的第I接合面中，支持上述半透射反射膜的上述部分区域对于预定方向配置在上述第I接合面的中央侧，上述半透射反射膜的周围的上述其他区域是在上述预定方向的两端侧夹着上述部分区域的周边区域。
7.如权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述第I接合面全体与上述第2接合面粘接，上述周边区域全体成为上述非平滑面。
8.如权利要求1至7中任一项所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述导光部件，作为一体的部件而具有上述光入射部、上述导光部和上述光射出部， 上述光入射部具有相对于上述第I及第2反射面的任一个成钝角的平面的第3反射面， 上述光射出部的上述第I接合面形成相对于上述第I及第2反射面的任一个成钝角的平面的第4反射面。
9.如权利要求1至8中任一项所述的虚像显示装置，其特征在干， 上述导光部件、上述光透射部件、和上述粘接剂通过具有基本相同的折射率的材料而形成。
全文摘要
本发明提供一种包括导光装置的虚像显示装置，其中上述导光装置通过多个部件的接合而形成并具有充分的强度。在导光装置(20)中，由于导光部件(21)的半透半反镜层(半透射反射膜)(28)形成于第1接合面(21j)的部分区域(PA0)上，光透射部件(23)的第2接合面(23c)对于第1接合面(21j)至少在其他区域(PA)粘接，所以即使对于第1接合面(21j)的半透半反镜层(半透射反射膜)(28)的粘接力不够充分大的情况下，也能提高第1接合面(21j)和第2接合面(23c)的接合强度即将导光部件(21)和光透射部件(23)组合而成的导光装置(20)的强度。
文档编号G02B17/08GK103033937SQ20121037032
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年9月30日
发明者高木将行, 户谷贵洋, 宫尾敏明, 小松朗, 武田高司 申请人:精工爱普生株式会社