JP5853638B2 - ハーフミラー及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハーフミラー及びこれを用いた画像表示装置に関する。

従来より、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、ビデオカメラのビューファインダーなどの画像表示装置においては、光束を複数に分割するためのハーフミラーが用いられている。このハーフミラーは、撮影装置に搭載される観察系の光学系において、液晶ディスプレイ等の表示手段に表示した画像情報と外景からの光の双方を同一視野で観察させるために、液晶ディスプレイ上の画像を、観察者の眼に向かって反射させる一方で、外光を透過させる。

このようなハーフミラーとしては、透明基材が接合されたプリズムタイプのビームスプリッターがあり、一方の透明基材の表面上に、銀などの金属により成膜した後に、その薄膜層上部に屈折率を一致させた他方の透明基材を接着して、薄膜層を挟み込んだ構成となっており、透過光は直進し、外部からの透過像の歪を少なくすることができる。

この薄膜層については、誘電体材料からなる高屈折率膜や低屈折率膜を積層した誘電体多層膜や、金属膜を誘電体膜で挟んだタイプのものがあり（例えば、特許文献１）、後者の金属膜を誘電体膜で挟んだものは可視光全域程度の広い波長範囲で、偏光依存性や入射角依存性が小さくできる特徴があり、外部の光を透過観察しつつ画像情報を表示するシースルー型の光学系を作成するのに好適である。

ところで、上述した薄膜層としては、銀の変わりに他の金属、例えばアルミを使ってもハーフミラーとすることができるが、吸収による損失が大きいという問題があるとともに、１〜５ｎｍと極端に薄い層を均質に精度良く形成できないという困難さがある。また、銀の薄膜層は、熱による拡散や粒状化やガス成分との酸化等の変質反応が生じやすい問題がある。

このような銀の反応性を抑えるために、従来では、成膜時において高真空に排気するとともに基材温度を低くするとともに、大気中において変質を抑える保護層を形成しておく必要があった。また、銀の光学的物性を損なわない範囲で少量の安定化成分と合金化したり、或いは、特許文献２のように安定して形成するために、隣接するＣｒ等の金属層を極薄く形成するなどの手法も知られている。

米国特許３５５９０９０号公報 特許第３５６３９５５号公報

しかしながら、表示装置においては、光学部品の軽量化、低コスト化のためにプリズムを樹脂基材で形成することがある。樹脂基材には特有の吸水性や不安定な分子が含まれ、成膜時の真空状態において、基材から水分や有機成分が滲出し、揮発して膜中に取り込まれるため、銀層や銀層を挟む誘電体膜の密度が低下してしまい、銀層の拡散・変質が従来のガラス基材より生じやすくなってしまう問題があった。

そこで、本発明は、ハーフミラーの基材として樹脂材料を用いることにより光学部品の軽量化及び低コスト化を図るとともに、光量の損失を低減しつつ、ハーフミラーに含まれる金属膜の光学特性の安定化を図ることを解決課題の一つとする。

以上の課題を解決するため、本発明に係るハーフミラーは、透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される一対の誘電体膜とを備え、前記誘電体膜は、前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒＯ_２で形成された一対の高屈折率層と、前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられた一対のブロック層とを含み、前記ブロック層は、前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、前記ＳｉＯ_２層上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、銀で形成された金属膜がＺｒＯ_２で形成された高屈折率層で覆われることから、高屈折率を確保でき、さらに、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３で形成されたブロック層により樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保するとともに、樹脂基材と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＳｉＯ_２層とするため、成膜時において、樹脂基材から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜を挟む誘電体膜の密度が低下するのを回避することができる。

また、上述したハーフミラーでは、前記誘電体膜が、前記樹脂基材と前記ブロック層との間に介在され、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層をさらに含むことが好ましい。この場合には、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層を、さらに樹脂基材側に形成させることにより、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。

また、上述したハーフミラーでは、前記高屈折率層において、前記ＺｒＯ_２に代えて、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物を用いることができる。この場合には、ＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物によって、より高い屈折率を確保することができる。

また、本発明に係るハーフミラーは、透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される一対の誘電体膜とを備え、前記誘電体膜は、前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層と、前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられたブロック層とを含み、前記ブロック層は、前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、前記ＳｉＯ_２層上においてＺｒＯ_２で形成されたＺｒＯ_２層とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、銀で形成された金属膜がＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層で覆われることから、高屈折率が確保できるとともに、樹脂基材と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＺｒＯ_２層とするため、成膜時において、樹脂基材から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜を挟む誘電体膜の密度が低下するのを回避することができる。

さらに、本発明に係るハーフミラーは、透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される第１及び第２の誘電体膜とを備え、前記第１の誘電体膜は、前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層と、前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられ、前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、前記ＳｉＯ_２層上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層とを含むブロック層とを含み、前記第２の誘電体膜は、前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒＯ_２で形成された高屈折率層と、前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられ、前記樹脂基材上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層を含むブロック層とを含むことを特徴とする。

この発明によれば、第１及び第２の誘電体膜において、銀で形成された金属膜が、Ａｌ_２Ｏ_３又はＺｒＯ_２で形成された高屈折率層で覆われることから、高屈折率が確保できる。また、第１及び第２の誘電体膜において、樹脂基材と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＳｉＯ_２層又はＡｌ_２Ｏ_３層とし、さらにＡｌ_２Ｏ_３層により樹脂からの距離を十分に確保するため、成膜時において、樹脂基材から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜を挟む誘電体膜の密度が低下するのを回避することができる。

上述したハーフミラーにおいて、前記誘電体膜が、前記樹脂基材と前記ブロック層との間に介在され、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層をさらに含むことが好ましい。この場合には、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層を、さらに樹脂基材側に形成させることにより、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。

上述したハーフミラーにおいて、前記高屈折率層において、前記ＺｒＯ_２に代えて、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物を用いることができる。この場合には、ＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物によって、より高い屈折率を確保することができる。

上述したハーフミラーにおいて、前記Ａｌ_２Ｏ_３層は、５ｎｍ以上であり、且つ前記一対の誘電体膜の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。一対の誘電体膜の厚さを１μｍ以上まで誘電体膜を厚く形成した場合では、樹脂基材との線膨張率の差に起因する膜の割れや剥離が生じてしまうが、２００ｎｍ以上１μｍ以下とした場合には、誘電体膜の厚みを持たせることにより樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保することができ、樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。

本発明に係る画像表示装置は、映像を表示する表示部と、上述したハーフミラーとを備え、前記ハーフミラーは、外光を透過するとともに前記表示部で表示される映像を反射し、前記外光と前記映像とを重ねて表示することを特徴とする。
この発明によれば、液晶ディスプレイ等の表示部で表示された映像を、ハーフミラーを通じて、観察可能に表示する画像表示装置において、ハーフミラーの樹脂基材として樹脂材料を用いることにより光学部品の軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、ハーフミラーの金属膜として銀を用いることにより光量の損失を低減し、金属膜を挟む誘電体膜のブロック層や保護層により長期間に渡り、耐久性、耐熱性を向上させ、光学特性の安定化を図ることができる。

は、実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の光路を示す要部断面図である。 （ａ）は、ハーフミラーの膜構成を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した膜構成に、さらに保護層を形成した模式的断面図である。 実施例１の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。 実施例２の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。 実施例３の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。 実施例４の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。 実施例５の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。 実施例６の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと称する）の実施形態を詳細に説明する。なお、図面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異ならせてある。また、かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内に任意に変更可能である。

図１は、実施形態に係るＨＭＤ１００の光路を示す要部断面図である。図１に示すように、ＨＭＤ１００は、液晶ディスプレイ等の表示手段１で表示された映像を、観察者の眼前に観察可能に表示する画像表示装置であり、観察者の頭部に装着され、観察者の眼ＥＹの前方に配置されるＨＭＤ本体内に種々の装置が組み込まれている。このＨＭＤ本体は、使用者の眼前に配置される筐体であり、その筐体の内部に表示手段１と、光学系６と、導光手段１０とを備えている。なお、ＨＭＤ本体の筐体は、前方が開放状態であるか、若しくはガラス等の透明な部材が配置された状態となっている。

表示手段１は、本実施形態では透過型液晶パネルであり、この表示手段１から射出された映像は、光学系６を通じて、導光手段１０の映像入射面１０ａに入射される。光学系６は、表示手段１から射出された光を拡大して、導光手段１０の映像入射面１０ａに入射させるレンズ群である。本実施例では、この光学系６には、表示手段１の前方に配置された対物レンズＬ１と、調整用の調整レンズＬ２と、導光手段１０に向けて集光する集光レンズＬ３とが含まれている。なお、この光学系６は、表示装置１の大きさによって映像に倍率をかける必要がない場合には不要である。また、図示しないが、表示手段１と導光手段１０との間には、空気或いは透明プラスチックやガラスなどの導光媒質があったり、さらにはレンズがあったり、ＨＭＤの光学仕様によって種々の光学要素が配置されるようになっている。

一方、導光手段１０は、観察者の眼ＥＹの前方に設けられ、外界の被写体ＯＢＪから入射された外光と、表示装置１から入射された光とを合成して、眼ＥＹに入射させるビームスプリッターであり、具体的には、内部にハーフミラー４を備えるとともに、外界からの光が入射される外光入射面１０ｃと、表示装置１から射出された光が入射される映像入射面１０ａと、映像入射面１０ａから入射された光を反射させる反射面１０ｂと、外界からの光及び反射面１０ｂからの反射光が合成されて射出される射出面１０ｄとを有している。

この導光手段１０は、透明樹脂で成形された２つの樹脂基材１１及び１２で構成され、これら２つの樹脂基材１１及び１２の接合面に沿ってハーフミラー４が形成されている。この樹脂基材１１及び１２としては、アクリル、ウレタン、ポリカーボネート、シクロオレフィン、スチレン等の単体若しくは混合した材料を用いることができる。

前記ハーフミラー４は、外光入射面１０ｃから入射された外光を透過させるとともに、反射面１０ｂで反射された表示装置１からの光を反射させる。すなわち、表示手段１で表示された映像に基づく光束（可視光束）は、光学系６を通じて映像入射面１０ａより導入され、反射面１０ｂで全反射された後に、ハーフミラー４で反射され、射出面１０ｄを通過して観察者の眼ＥＹに導光される。そして、ハーフミラー４では、外景である被写体ＯＢＪの映像と、表示手段１からの虚像とが、空間的に重畳して双方を同一視野で同一視度として観察できるようになっている。

図２（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したハーフミラー４の膜構成を示す模式的断面図である。図２（ａ）に示すように、このハーフミラー４は、樹脂基材１１又は１２の表面上に成膜された一対の誘電体膜４１，４１と、この誘電体膜４１，４１により挟まれた金属膜４０とから概略構成されている。本実施形態において金属膜４０は、銀で形成されている。なお、この金属膜４０としては、銀とＣｕ、Ａｕ、Ｐｄ等の他の金属との合金で形成し、樹脂基材１１，１２に成膜された誘電体膜４１，４１に対する銀膜の結合力（付着性）を強化してもよく、これにより、耐熱性や安定性、光学特性を向上させてもよい。

また、誘電体膜４１，４１は、金属膜４０に接する上下一対の高屈折率層４１ａ，４１ａと、樹脂基材１１，１２に接するブロック層４１ｂ，４１ｂとから構成され、これら高屈折率層４１ａ，４１ａとブロック層４１ｂ，４１ｂとしては、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＺｒとＴｉの混合酸化物、ＬａとＴｉの混合酸化物、ＬａとＡｌとの混合酸化物、ＣｅＯ_２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ_２、及びこれらの混合物の中から一つ又は複数の組み合わせを選定することができる。

詳述すると、高屈折率層４１ａ，４１ａとしては、屈折率が高く、吸収の少ないＺｒＯ_２ やＴｉＯ_２ を主成分とすることができ、膜厚により選択的にＡｇ膜の内面反射を減少させられ、分光特性を平坦化している。また、高屈折率層４１ａ，４１ａとしては、ＺｒＯ_２層に代えて、ＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物で形成されたＺｒ含有層とすることもできる。この場合には、ＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物によって、より高い屈折率を確保することができる。

ブロック層４１ｂ，４１ｂとしては、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又は珪素酸化物のＳｉＯやＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらが積層され、樹脂基材１１，１２との密着性がよく、熱膨張・吸湿膨張による変形を緩和する材料が用いられる。また、このブロック層４１ｂ，４１ｂとしては、複数の材質を積層させることができ、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３膜を、樹脂基材１１，１２と接触するように形成してもよい。そして、このブロック層４１ｂ，４１ｂとしてＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合には、そのＡｌ_２Ｏ_３層は、５ｎｍ以上とする。また、一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下とする。このように誘電体膜４１，４１の厚みを持たせることにより樹脂基材１１，１２と金属膜４０との距離を十分に確保することができ、樹脂基材特有の金属膜４０に対する変質効果を抑制することができる。

さらに、誘電体膜４１，４１には、図２（ｂ）に示すように、樹脂基材１１，１２と前記ブロック層４１ｂ，４１ｂとの間に介在され、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層４１ｃ，４１ｃを形成してもよい。このように保護層４１ｃ，４１ｃを、さらに樹脂基材１１，１２側に形成させることにより、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜４０に対する変質効果を抑制することができる。

なお、図２（ａ）及び（ｂ）に示した誘電体膜４１，４１は、各膜構造を金属膜４０の表裏において、別々に組み合わせて用い、膜構造（組成や層数）の異なる第１及び第２の誘電体膜としてもよく、画像表示装置の映像や外光の入射方向・射出方向に応じて、その反射率や透過率を調整するようにしてもよい。

次に本発明に係るハーフミラーの膜構成の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０（屈折率ｎの値は、可視光の中央の波長５５０における代表値）のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により１０層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第５層）として、屈折率０．０６及び膜厚１８．０ｎｍのＡｇ膜を用い、これを挟み込むようにＺｒＯ_２で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第４層及び第６層）を形成し、さらにこれを挟み込むように、Ａｌ_２ Ｏ_３で形成された第１のＡｌ_２ Ｏ_３層（第３層及び第７層）を形成し、さらにこれを挟み込むようにＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層（第２層及び第８層）を形成している。また、本実施例では、ＳｉＯ_２層を挟み込むように、さらに保護層４１ｃ，４１ｃが形成されている。この保護層４１ｃ，４１ｃは、本実施例では、ＺｒＯ_２ のみで形成され、一方の樹脂基材に接触されるＺｒＯ_２層（第１層及び第９〜１０層）と、他方の樹脂基材に接触されるＳｉＯ_２層と、このＳｉＯ_２層を覆うＡｌ_２ Ｏ_３層とから構成されている。

ブロック層４１ｂ，４１ｂを形成するＡｌ_２ Ｏ_３ は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第４層の合計厚さ、及び第６層〜第１０層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。

図３は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６２．０％、透過率は３５．０％、吸収は３．０％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＺｒＯ_２で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３で形成されたブロック層により樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保することができる。また、ＺｒＯ_２で形成され、又はＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を積層させた保護層４１ｃ，４１ｃを、さらに樹脂基材１１，１２側に形成させることにより、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。特に、樹脂基材１１，１２と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＺｒＯ_２又はＳｉＯ_２層とするため、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

（実施例２）
樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により７層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第４層）として、屈折率０．０６及び膜厚１７．９ｎｍのＡｇ膜を用い、これを挟み込むようにＺｒＯ_２で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第３層及び第５層）を形成し、さらにこれを挟み込むように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとして、Ａｌ_２ Ｏ_３で形成されたＡｌ_２ Ｏ_３層を形成し、さらにこれを挟み込むようにＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層を形成している。

ブロック層４１ｂ，４１ｂを形成するＡｌ_２ Ｏ_３ は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第３層の合計厚さ、及び第５層〜第７層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。

図４は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６４．０％、透過率は３４．５％、吸収は１．５％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＺｒＯ_２で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３で形成されたブロック層により樹脂基材１１，１２と金属膜４０との距離を十分に確保することができ、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

（実施例３）
樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により５層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第３層）として、屈折率０．０６及び膜厚１７．４ｎｍのＡｇ膜を用い、これを挟み込むようにＺｒＯ_２で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第２層及び第３層）を形成し、さらにこれを挟み込むように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとしてのＡｌ_２ Ｏ_３で形成されたＡｌ_２ Ｏ_３層を形成している。

ブロック層４１ｂ，４１ｂを形成するＡｌ_２ Ｏ_３ は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第２層の合計厚さ、及び第４層〜第５層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。

図５は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６４．０％、透過率は３５．５％、吸収は０．５％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＺｒＯ_２で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、Ａｌ_２Ｏ_３で形成されたブロック層により樹脂基材１１，１２と金属膜４０との距離を十分に確保することができ、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

（実施例４）
樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により１０層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第５層）として、屈折率０．０６及び膜厚１７．３ｎｍのＡｇ膜を用い、これを挟み込むようにＡｌ_２ Ｏ_３で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第４層及び第６層）を形成し、さらにこれを挟み込むように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとして、ＺｒＯ_２で形成されたＺｒＯ_２層（第３層及び第７層）を形成し、さらにこれを挟み込むようにＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層（第２層及び第８層）を形成している。また、本実施例では、ブロック層４１ｂ，４１ｂを挟み込むように、さらに保護層４１ｃ，４１ｃが形成されている。この保護層４１ｃ，４１ｃは、本実施例では、ＺｒＯ_２ のみで形成され、一方の樹脂基材に接触されるＺｒＯ_２層（第１層及び第９〜１０層）と、他方の樹脂基材に接触されるＳｉＯ_２層と、このＳｉＯ_２層を覆うＡｌ_２ Ｏ_３層とから構成されている。

ブロック層４１ｂ，４１ｂを形成するＡｌ_２ Ｏ_３は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第４層の合計厚さ、及び第６層〜第１０層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。

図６は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６４．０％、透過率は３４．０％、吸収は３．０％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２で形成されたブロック層により樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保することができる。また、ＺｒＯ_２で形成され、又はＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２を積層させた保護層４１ｃ，４１ｃを、さらに樹脂基材１１，１２側に形成させることにより、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。特に、樹脂基材１１，１２と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＺｒＯ_２又はＳｉＯ_２層とするため、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

（実施例５）
樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により７層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第４層）として、屈折率０．０６及び膜厚１７．０ｎｍのＡｇ膜を用い、これを挟み込むように Ａｌ_２ Ｏ_３で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第３層及び第５層）を形成し、さらにこれを挟み込むように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとしてＺｒＯ_２で形成されたＺｒＯ_２層を形成し、さらにこれを挟み込むようにＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層を形成している。

高屈折率層４１ａ，４１ａを形成するＡｌ_２ Ｏ_３ は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第３層の合計厚さ、及び第５層〜第７層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。

図７は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６３．５％、透過率は３５．５％、吸収は１．０％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２で形成されたブロック層により樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保することができ、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

（実施例６）
また、上述した実施例１〜５で説明した各膜構造を、金属膜４０の表裏において別々に組み合わせて用い、画像表示装置の映像や外光の入射方向・射出方向に応じて、その反射率や透過率を調整するようにしてもよい。

下表に、本実施例に係る膜構造を示す。ここでは、金属膜４０の表面側では、第１の誘電体膜４１として実施例５で説明した膜構造とし、裏面側では、第２の誘電体膜４１として実施例３で説明した膜構造とする。具体的には、樹脂基材１１，１２として、屈折率ｎ＝１．５０のアクリル樹脂を用い、下表のような材料、屈折率及び膜厚により６層の成膜を施した。

同表に示すように、本実施例では、金属膜４０（第４層）として、屈折率０．０６及び膜厚１６．９ｎｍのＡｇ膜を用い、その表面側（上方側）では、第１の誘電体膜４１，４１として、これを覆うようにＡｌ_２ Ｏ_３で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第３層）を形成し、さらにこれを覆うように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとしてＺｒＯ_２で形成されたＺｒＯ_２層を形成し、さらにこれを覆うようにＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層を形成している。

一方、金属膜４０の裏面側（下方側）では、第２の誘電体膜４１，４１として、金属膜４０（第３層）を覆うようにＺｒＯ_２で高屈折率層４１ａ，４１ａ（第５層）を形成し、さらにこれを覆うように、ブロック層４１ｂ，４１ｂとして、Ａｌ_２ Ｏ_３で形成されたＡｌ_２ Ｏ_３層（第６層）を形成している。

ブロック層４１ｂ，４１ｂを形成するＡｌ_２ Ｏ_３ は、その膜厚が５ｎｍ以上であり、且つ一対の誘電体膜４１，４１の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。すなわち、第１層〜第３層の合計厚さ、及び第５層〜第６層の合計厚さのそれぞれが、２００ｎｍ以上１μｍ以下となっている。なお、上記第１及び第２の誘電体膜４１，４１にも上述した実施例の保護層を付加して、８層乃至１０層の膜構成としてもよい。

図８は、本実施例の膜構成により形成されたハーフミラーにおける、ハーフミラーの入射角度２０〜３４度における反射率Ｒと分光透過率Ｔを示すグラフである。この図から解かるように本実施例では可視光域の波長４００〜６６０ｎｍ間では平坦な分光特性で、波長５５０ｎｍの反射率は６３．０％、透過率は３６．０％、吸収は１．０％であり、吸収の少ない優れた光学特性のハーフミラーを達成している。

このような本実施例によれば、銀で形成された金属膜がＺｒＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層４１ａ，４１ａで覆われることから高屈折率を確保でき、さらに、Ａｌ_２Ｏ_３で形成され、又はたＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２を積層させたブロック層により樹脂基材と金属膜との距離を十分に確保することができ、より適切な反射率・透過率を確保しつつ、より確実に樹脂基材特有の金属膜に対する変質効果を抑制することができる。特に、樹脂基材１１，１２と直接接触するのを、樹脂との付着性が高いＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２層とするため、成膜時において、樹脂基材１１，１２から水分や有機成分が滲出し、揮発して、金属膜４０を挟む誘電体膜４１，４１の密度が低下するのを回避することができる。

なお、上述した各実施例は、本発明の一例である。このため、本発明は上述した実施例に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんである。また、上述した実施形態では、画像表示装置の一例として、ヘッドマウントディスプレイを例示したが、例えば、ヘッドアップディスプレイ、ビデオカメラ等の撮影装置のビューファインダーなど、液晶ディスプレイ等の表示部で表示された映像を、ハーフミラーを通じて、観察可能に表示するものであればいかなる構成であってもよい。

ＥＹ…眼、Ｌ１…対物レンズ、Ｌ２…調整レンズ、Ｌ３…集光レンズ、ＯＢＪ…被写体、４…ハーフミラー、６…光学系、１０…導光手段、１０ａ…映像入射面、１０ｂ…反射面、１０ｃ…外光入射面、１０ｄ…射出面、１１，１２…樹脂基材、４０…金属膜、４１，４１…誘電体膜、４１ａ…高屈折率層、４１ｂ…ブロック層、４１ｃ…保護層

Claims (9)

1. 透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、
   前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、
   前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される一対の誘電体膜とを備え、
   前記誘電体膜は、
   前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒＯ_２で形成された一対の高屈折率層と、
   前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられた一対のブロック層とを含み、
   前記ブロック層は、
   前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、
   前記ＳｉＯ_２層上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層とを含む、
   ことを特徴とするハーフミラー。
2. 前記誘電体膜が、前記樹脂基材と前記ブロック層との間に介在され、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のハーフミラー。
3. 前記高屈折率層において、前記ＺｒＯ_２に代えて、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフミラー。
4. 透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、
   前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、
   前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される一対の誘電体膜とを備え、
   前記誘電体膜は、
   前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層と、
   前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられたブロック層とを含み、
   前記ブロック層は、
   前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、
   前記ＳｉＯ_２層上においてＺｒＯ_２で形成されたＺｒＯ_２層とを含む、
   ことを特徴とするハーフミラー。
5. 透光性の樹脂により形成された一対の樹脂基材と、
   前記樹脂基材に挟まれ、少なくとも銀を含む金属膜と、
   前記金属膜と前記樹脂基材との間にそれぞれ介在される第１及び第２の誘電体膜とを備え、
   前記第１の誘電体膜は、
   前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３で形成された高屈折率層と、
   前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられ、前記樹脂基材上においてＳｉＯ_２で形成されたＳｉＯ_２層と、前記ＳｉＯ_２層上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層とを含むブロック層とを含み、
   前記第２の誘電体膜は、
   前記金属膜に接し、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒＯ_２で形成された高屈折率層と、
   前記樹脂基材と前記高屈折率層との間に設けられ、前記樹脂基材上においてＡｌ_２Ｏ_３で形成されたＡｌ_２Ｏ_３層を含むブロック層とを含む、
   ことを特徴とするハーフミラー。
6. 前記誘電体膜が、前記樹脂基材と前記ブロック層との間に介在され、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２のいずれかで形成され、又はこれらを積層させた保護層をさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のハーフミラー。
7. 前記高屈折率層において、前記ＺｒＯ _２ に代えて、前記金属膜と比較して高い屈折率を有するＺｒとＴｉとの合金、又はこれらの混合酸化物で形成されたＺｒ含有層を有することを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか１項に記載のハーフミラー。
8. 前記Ａｌ_２Ｏ_３層は、５ｎｍ以上であり、且つ前記誘電体膜の厚さがそれぞれ２００ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のハーフミラー。
9. 映像を表示する表示部と、
   請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のハーフミラーとを備え、
   前記ハーフミラーは、外光を透過するとともに前記表示部で表示される映像を反射し、前記外光と前記映像とを重ねて表示することを特徴とする画像表示装置。
   

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