JP7097066B2 - 光学装置、ウエアラブル画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、導光体およびハーフミラーを備える光学装置に関するものである。また、この発明は、導光体およびハーフミラーを使用した光学装置を備えるウエアラブル画像表示装置に関するものである。

光学装置、ウエアラブル画像表示装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２に示すものがある。特許文献１の光導体光学装置は、平面基板と、平面基板中に配置された複数枚の選択的反射面と、を備えるものである。特許文献１の光導体光学装置は、平面基板中に入射した光が、平面基板の面での数回の反射後、選択的反射面で平面基板から出射して、画像として表示される。

特許文献２の頭部装着型ディスプレイは、導光板と、その導光板中に配置された複数枚の半透過鏡と、を備えるものである。特許文献２の頭部装着型ディスプレイは、導光板に入射された光が、導光板の内部を導光しながら伝播して、半透過鏡で導光板から出射して、画像として表示される。

特許第４５０８６５５号公報 特許第５６７８４６０号公報

しかしながら、特許文献１の光導体光学装置は、選択的反射面の反射特性（後述するハーフミラー３の反射特性を参照）により、表示画像の一方の部分の明るさに比較して表示画像の他方の明るさが減衰する傾向（すなわち、表示画像の他方が暗くなる傾向）にあるので、表示画像の明るさのバランスが取れていない。また、同様に、特許文献２の頭部装着型ディスプレイは、半透過鏡の反射特性（同じく、後述するハーフミラー３の反射特性を参照）により、表示画像の一方の部分の明るさに比較して表示画像の他方の明るさが減衰する傾向（すなわち、表示画像の他方が暗くなる傾向）にあるので、表示画像の明るさのバランスが取れていない。

ここで、表示画像の明るさのバランスが取れていないと、使用者にとっては、表示画像を見て違和感がある。このため、光学装置、ウエアラブル画像表示装置においては、使用者にとって表示画像を見て違和感が無いように、表示画像の明るさのバランスを簡単に取ることが重要となる。

この発明が解決しようとする課題は、表示画像の明るさのバランスを簡単に取ることができる光学装置、ウエアラブル画像表示装置を提供することにある。

この発明の光学装置は、主面を有する導光体と、導光体中に配置された複数枚のハーフミラーと、入射角調整部材と、を備え、導光体が、入射された映像光を主面における導光作用により一方の部分から他方の部分に導く光学部材であり、複数枚のハーフミラーが、それぞれ、導光体中を導光体の導光作用により進む映像光を外部に出射させて人の目に虚像として入射させ、虚像を表示画像として表示させ、人の目に対して反対側の面である裏面において映像光のうちの一部が反射する反射特性を有する光学部材であり、入射角調整部材が、ハーフミラーの反射特性に合わせて、導光体の主面における映像光の入射角を調整して、映像光のうちの他の一部に主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、表示画像の明るさのバランスを取る光学部材である、ことを特徴とする。

この発明の光学装置は、入射角調整部材が、ハーフミラーの反射特性に合わせて、導光体の屈折率と導光体の主面における映像光の入射角を調整して、映像光のうちの他の一部に主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、表示画像の明るさのバランスを取る光学部材である、ことが好ましい。

この発明の光学装置は、映像光が、表示画像に対応する画角である映像光画角を有し、映像光のうち映像光画角の中心線を通る中心映像光が、表示画像の中央に対応し、映像光のうち映像光画角の一方の半直線を通る一方映像光が、表示画像の一方の端に対応し、映像光のうち映像光画角の他方の半直線を通る他方映像光が、表示画像の他方の端に対応し、ハーフミラーが、ハーフミラーの裏面における映像光の入射角が他方映像光側になる程大きくなり、映像光のうちの一部である他方映像光側の映像光の一部が裏面において反射して、ハーフミラーを透過する他方映像光側の映像光の光量が低下する反射特性を有する光学部材であり、入射角調整部材が、ハーフミラーの反射特性により低下した他方映像光側の映像光の光量に合わせて、導光体の主面における映像光の入射角を調整して、映像光のうちの他の一部である一方映像光側の映像光の一部に主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、全反射条件が満たされない一方映像光側の映像光の一部が主面から外部に透過して、導光体中の主面において全反射する一方映像光側の映像光の光量を低下させて、表示画像の明るさのバランスを取る光学部材である、ことが好ましい。

この発明の光学装置は、入射角調整部材が、ハーフミラーの反射特性により低下した他方映像光側の映像光の光量に合わせて、導光体の屈折率と導光体の主面における映像光の入射角を調整して、映像光のうちの他の一部である一方映像光側の映像光の一部に主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、全反射条件が満たされない一方映像光側の映像光の一部が主面から外部に透過して、導光体中の主面において全反射する一方映像光側の映像光の光量を低下させて、表示画像の明るさのバランスを取る光学部材である、ことが好ましい。

この発明の光学装置は、入射角調整部材が、他方映像光側の映像光の一部が裏面において反射する画角である他方映像光側画角の映像光画角に対する角度割合と、一方映像光側の映像光の一部が主面において全反射しない画角である一方映像光側画角の映像光画角に対する角度割合と、を合わせる光学部材である、ことが好ましい。

この発明の光学装置は、入射角調整部材が、表示画像の他方の端から他方映像光側の映像光の光量の低下により表示画像の明るさが減衰する開始位置までの間の減衰領域の割合と、表示画像の一方の端から一方映像光側の映像光の光量の低下により表示画像の明るさが減衰する開始位置までの間の減衰領域の割合と、を合わせる光学部材である、ことが好ましい。

この発明の光学装置は、中心映像光の主面における入射角をθ１、ハーフミラーの反射特性境界角をθ２、映像光画角の半角をθ３、記導光体の屈折率をＮ、とすると、下式（１）、（２）、（３）、（４）を満足する、ことが好ましい。
｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝÷（２×θ３） ……… （１）
［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］÷（２×θ３） ……… （２）
（１）＝（２）、すなわち、
３／２θ１＋θ３－θ２＝－θ１＋θ３＋ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ） ……… （３）
であって、
５／２×θ１－θ２－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）＝０ ……… （４）
ただし、中心映像光が、映像光のうち映像光画角の中心線を通り、表示画像の中央に対応する映像光であり、反射特性境界角θ２が、映像光のうちの一部がハーフミラーの裏面において反射する率が上昇する境界角であり、上式（１）が、他方映像光側の映像光の一部が裏面において反射する画角である他方映像光側画角｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合であり、上式（２）が、一方映像光側の映像光の一部が主面において全反射しない画角である一方映像光側画角［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合であり、上式（３）が、上式（１）の角度割合と上式（２）の角度割合とをイコールで結んだ式であり、上式（４）が、上式（３）を整理した式である。

この発明の光学装置は、下式（５）を満足する、
０．９≦（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≦１．１ ……… （５）
ことが好ましい。

この発明のウエアラブル画像表示装置は、この発明にかかる光学装置と、光学装置に取り付けられていて、映像光を光学装置に出力する映像光出力部と、光学装置および映像光出力部を使用者の顔面に装着する装着部と、を備える、ことを特徴とする。

この発明の光学装置、ウエアラブル画像表示装置は、表示画像の明るさのバランスを簡単に取ることができる。

図１は、この発明にかかる光学装置の実施形態を示す概略平面説明図である。 図２は、映像光画角（表示画像に対応する画角）を有する映像光が導光板中を進む状態を示す説明図である。 図３は、映像光が開始点を基準として映像光画角に基づいて発散して進む状態を示す説明図である。 図４は、映像光が終了点を基準として映像光画角に基づいて収束して進む状態を示す説明図である。 図５は、ハーフミラーの反射特性を示す説明図（グラフ）である。 図６は、映像光がハーフミラーの表面に入射した状態を示す説明図であって、ハーフミラーの表面反射を示すための説明図である。 図７は、映像光がハーフミラーの裏面に入射した状態を示す説明図であって、ハーフミラーの裏面反射を示すための説明図である。 図８は、表示画像の明るさと表示画像の位置との相対関係を示す説明図（グラフ）であって、ハーフミラーの反射特性により表示画像の右端側の部分の明るさが減衰している状態を示す説明図である。 図９は、表示画像の明るさと表示画像の位置との相対関係を示す説明図（グラフ）であって、入射角調整部材の入射角の調整により表示画像の左端側の部分の明るさが減衰している状態を示す説明図である。 図１０は、表示画像の明るさと表示画像の位置との相対関係を示す説明図（グラフ）であって、表示画像の右端側の部分の明るさと表示画像の左端側の部分の明るさとを合わせた状態を示す説明図である。 図１１は、表示画像の明るさと表示画像の位置との相対関係を示す説明図（グラフ）であって、映像光の入射角により表示画像の明るさが減衰する開始位置においてばらつきがある状態を示す説明図である。 図１２は、映像光の一部がハーフミラーの裏面において反射する画角である他方映像光側画角の映像光画角に対する角度割合を示す説明図である。 図１３は、映像光の他の一部が導光板の主面において全反射しない画角である一方映像光側画角の映像光画角に対する角度割合を示す説明図である。 図１４は、表示画像左側の減衰割合の、表示画像右側の減衰割合に対する許容範囲を示す説明図である。図１４（１）は、表示画像の左側の減衰領域と表示画像の右側の減衰領域とが同等の場合を示す説明図である。図１４（２）は、表示画像の左側の減衰領域が表示画像の右側の減衰領域に対して約０．９の場合を示す説明図である。図１４（３）は、表示画像の左側の減衰領域が表示画像の右側の減衰領域に対して約１．１の場合を示す説明図である。図１４（４）は、表示画像の左側の減衰領域が表示画像の右側の減衰領域に対して約０．８の場合を示す説明図である。図１４（５）は、表示画像の左側の減衰領域が表示画像の右側の減衰領域に対して約１．２の場合を示す説明図である。 図１５は、評価試験の実施の結果を示す説明図である。図１５（Ａ）は、２つの光学装置による１０人の被試験者の評価および１０人の被試験者の内訳（性別および年齢層）を示す説明図（図表）である。図１５（Ｂ）は、評価の内容を表わした印を示す説明図（図表）である。 図１６は、この発明にかかるウエアラブル画像表示装置の実施形態を示す平面図である。

以下、この発明にかかる光学装置、ウエアラブル画像表示装置の実施形態（実施例）の１例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図において、導光体および入射角調節部材のハッチングを省略する。

（光学装置１の構成の説明）
図１～図１３は、この発明にかかる光学装置の実施形態を示す。以下、この実施形態にかかる光学装置の構成について説明する。図中、符号１は、この実施形態にかかる光学装置である。この実施形態にかかる光学装置（モジュール）１は、横向きに配置した例を示す。

（光学装置１の説明）
光学装置１は、図１に示すように、導光体としての導光板２と、複数枚この例では４枚のハーフミラー３と、入射角調整部材４と、を備える。光学装置１は、映像光（映像光線）Ｌを人の目Ｅ・Ｐに虚像として入射させ、その虚像を表示画像５として表示させるものである。

（映像光Ｌと表示画像５との説明）
映像光Ｌは、図１～図４、図６、図７、図１２、図１３に示すように、表示画像５に対応する画角（図１２、図１３中の（２×θ３）を参照）である映像光画角を有する。すなわち、映像光Ｌは、図１２、図１３に示すように、（２×θ３）の映像光画角を持っている。この例における映像光画角は、表示画像５の横（水平方向あるいは左右方向の幅）に対応する横画角（水平画角）である。

映像光Ｌのうち映像光画角の一方の半直線を通る一方映像光（一方映像光線）ＬＡは、表示画像５の一方の端この例では左端Ａに対応する。また、映像光Ｌのうち映像光画角の中心線を通る中心映像光（中心映像光線）ＬＢは、表示画像５の左右の中央Ｂ（一点鎖線を参照）に対応する。さらに、映像光Ｌのうち映像光画角の他方の半直線を通る他方映像光（他方映像光線）ＬＣは、表示画像５の他方の端この例では右端Ｃに対応する。このようにして、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）は、図１に示すように、人の目Ｅ・Ｐに入射する虚像を表示画像５（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）として表示させる。

なお、図１～図４、図６、図７、図１２、図１３において、一点鎖線矢印は、一方映像光ＬＡを示し、実線矢印は、中心映像光ＬＢを示し、破線矢印は、他方映像光ＬＣを示す。また、図１において、拡大文字の「Ａ」は、表示画像５の左端Ａ側の部分において表示される左側の画像５Ａを示し、拡大文字の「Ｂ」は、表示画像５の中央Ｂの部分において表示される中央の画像５Ｂを示し、拡大文字の「Ｃ」は、表示画像５の右端Ｃ側の部分において表示される右側の画像５Ｃを示す。

（導光板２の説明）
導光板２は、この例では、アクリル樹脂やＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル、メタクリル樹脂）などの無色透明樹脂材、または、無色透明なガラスからなる。導光板２は、図１～図４、図６、図７、図１２、図１３に示すように、この例では、板形状（平板形状、直方体形状）をなし、主要な２面（すなわち、人の目Ｅ・Ｐ側の面の表面２０および人の目Ｅ・Ｐに対して反対側の面の裏面２１）と、補助的な４面（すなわち、上面、下面、左端面２２および右端面２３）と、を有する。導光板２の屈折率は、Ｎである。

導光板２は、入射角調整部材４を経て導光板２中に入射された映像光Ｌを、２つの主面２０、２１の導光作用により、一方の部分（この例では、右端面２３側の部分）から他方の部分（この例では、左端面２２側の部分）に導く光学部材である。

映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）は、前述したように、映像光画角を有する。この結果、映像光Ｌの一方映像光ＬＡ、中心映像光ＬＢ、他方映像光ＬＣは、図２に示すように、相互にそれぞれ異なった角度で、導光板２の２つの主面２０、２１において全反射する。一方映像光ＬＡの主面２０、２１における入射角および反射角は、中心映像光ＬＢの主面２０、２１における入射角θ１（以下、単に「中心映像光ＬＢの入射角」と称する。図１３を参照）および反射角に比較して小さい。他方映像光ＬＣの主面２０、２１における入射角および反射角は、中心映像光ＬＢの入射角θ１および反射角に比較して大きい。

また、映像光Ｌの一方映像光ＬＡ、中心映像光ＬＢ、他方映像光ＬＣは、図３に示すように、開始点Ｓを基準とした場合には、映像光画角に基づいて発散する。一方、映像光Ｌの一方映像光ＬＡ、中心映像光ＬＢ、他方映像光ＬＣは、図４に示すように、終了点Ｇを基準とした場合には、映像光画角に基づいて収束する。なお、この図３、図４は、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）の光路（直進、反射および透過など）について記述する際に、説明し易いように、記述する基準を開始点Ｓ、終了点Ｇとした説明図である。

（ハーフミラー３の説明）
複数枚（４枚）のハーフミラー３は、図１、図５～図７、図１２に示すように、それぞれ、導光板２中に相互に平行にかつ傾斜した状態で配置されている。ハーフミラー３の傾斜状態は、ハーフミラー３の一端（導光板２の表面２０側の端）が導光板２の左端面２２側に位置し、かつ、ハーフミラー３の他端（導光板２の裏面２１側の端）が導光板２の右端面２３側に位置する傾斜状態にある。また、ハーフミラー３の導光板２の主面２０、２１に対する傾斜角は、中心映像光ＬＢの入射角θ１の２分の１である（図１２を参照）。

複数枚（４枚）のハーフミラー３は、それぞれ、導光板２中を導光板２の導光作用により進む（導かれる）映像光Ｌを導光板２の表面２０から外部に出射させて人の目Ｅ・Ｐに虚像として入射させ、かつ、虚像を表示画像５として表示させる光学部材である。

複数枚（４枚）のハーフミラー３は、それぞれ、誘電体層膜を積層してなる。ハーフミラー３の人の目Ｅ・Ｐ側の面を表面３０とし、ハーフミラー３の人の目Ｅ・Ｐに対して反対側の面を裏面３１とする。ハーフミラー３は、表面３０および裏面３１において、映像光Ｌを図５に示す反射特性で反射させる。

（ハーフミラー３の反射特性の説明）
ハーフミラー３は、裏面３１において映像光Ｌのうちの一部が反射する反射特性を有する光学部材である。映像光Ｌのうちの一部とは、図１２に示すように、他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの一部（以下、単に「映像光Ｌの一部」と称する）ＬＣ－ＬＤであって、他方映像光ＬＣから映像光ＬＤまでの間の映像光Ｌである。映像光ＬＤは、図１２に示すように、ハーフミラー３の裏面３１における入射角が反射特性境界角（限界角）θ２である映像光Ｌである。

以下、ハーフミラー３の反射特性について、図５～図８、図１２を参照して説明する。図５において、縦軸は、映像光Ｌがハーフミラー３の表面３０および裏面３１において反射する率すなわち反射率を示し、その単位は、（％）である。横軸は、映像光Ｌがハーフミラー３の表面３０および裏面３１に入射する角度すなわち入射角を示し、その単位は、（°）である。図６は、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）がハーフミラー３の表面３０に入射した状態を示す説明図であって、ハーフミラー３の表面反射を示すための説明図である。図７は、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）がハーフミラー３の裏面３１に入射した状態を示す説明図であって、ハーフミラー３の裏面反射を示すための説明図である。図８は、表示画像５の明るさ（縦軸）と表示画像５の位置（横軸）との相対関係を示す説明図（グラフ）であって、ハーフミラー３の反射特性により表示画像５の右端Ｃ側の部分の明るさが減衰している状態を示す説明図である。図１２は、映像光Ｌの一部ＬＣ－ＬＤがハーフミラー３の裏面３１において反射する画角である他方映像光側画角θ４の映像光画角に対する角度割合を示す説明図である。

図５に示すように、映像光Ｌの入射角が０からハーフミラー３の反射特性境界角θ２までの範囲においては、映像光Ｌの反射率が狙い値Ｄで一定である。映像光Ｌの入射角が反射特性境界角θ２を超えて大きくなると、映像光Ｌの反射率が狙い値Ｄを超えて大きくなる。なお、反射特性境界角θ２は、この例では、約８０°から約８４°までの任意の角度である。狙い値Ｄは、この例では、約２０％である。

ここで、図６に示すように、導光板２の表面側の主面２０で全反射した映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）がハーフミラー３の表面３０に入射した時、その入射角が反射特性境界角θ２（例えば、約８０°）以下である。この結果、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）は、一律に狙い値Ｄ（約２０％）の反射率で反射する。

一方、図７に示すように、導光板２の裏面側の主面２１で全反射した映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）がハーフミラー３の裏面３１に入射した時、その入射角が他方映像光ＬＣ側になる程大きくなる。他方映像光ＬＣ側の入射角が反射特性境界角θ２（例えば、約８０°）を超えると、入射角が反射特性境界角θ２を超えた映像光Ｌの一部ＬＣ－ＬＤは、ハーフミラー３の裏面３１において狙い値Ｄ（約２０％）の反射率よりも大きい反射率で反射する。

この結果、ハーフミラー３の裏面３１から表面３０に透過する映像光Ｌのうち他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量が低下する。これにより、図８に示すように、他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌが対応する表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさが減衰（低下）する。すなわち、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１が暗くなる。これが、前述したハーフミラー３の反射特性である。なお、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の詳細については、後述する。

（入射角調整部材４の説明）
入射角調整部材４は、図１、図１３に示すように、この例では、三角プリズムからなり、三角柱形状（三角板形状）をなす。入射角調整部材４は、入射面４０と、接合面４１と、側面４２と、上下両端面と、を有する。入射角調整部材４の接合面４１が、導光板２の主面２１（裏面２１）に接合されていて、入射角調整部材４と導光板２とは、一体構造をなす。入射角調整部材４の右角（入射面４０と接合面４１との間になす角）と導光板２の右端面２３とは、一致し、また、図示されていないが、入射角調整部材４の上下両端面と導光板２の上面および下面とは、面一である。入射角調整部材４の屈折率は、導光板２の屈折率と同一のＮである。

映像光Ｌは、図１、図１３に示すように、入射角調整部材４の入射面４０から入射角調整部材４中に入射し、入射角調整部材４の接合面４１および導光板２の主面２１（裏面２１）を経て導光板２中に入射する。この時、映像光Ｌの中心映像光ＬＢは、入射角調整部材４の入射面４０に対して垂直に、入射角調整部材４中に入射する。

入射角調整部材４は、ハーフミラー３の反射特性に合わせて、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角（映像光Ｌの全反射条件）を調整して、映像光Ｌのうちの他の一部に主面２０、２１における全反射条件が満たされない映像光を形成して、表示画像５の明るさ（この例では、表示画像５の左右の明るさ）のバランスを取る光学部材である。ここで、映像光Ｌのうちの他の一部とは、図１３に示すように、一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの一部（以下、単に「映像光の他の一部」と称する）ＬＡ－ＬＥであって、一方映像光ＬＡから映像光ＬＥまでの間の映像光Ｌである。映像光ＬＥは、図１３に示すように、導光板２の主面２０、２１における入射角が臨界角θ５（ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ））である映像光Ｌである。

映像光Ｌは、前述したように、映像光画角を有する（図１、図１３を参照）。これにより、図１～図４、図１３に示すように、映像光Ｌ（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ）が導光板２の主面２０、２１に入射する時の入射角は、一方映像光ＬＡ側の入射角が中心映像光ＬＢの入射角θ１および他方映像光ＬＣ側の入射角よりも小さい。

このため、入射角調整部材４で導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角を調整することにより、映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥが主面２０、２１における全反射条件を満たさない映像光Ｌとして形成される。すなわち、映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥが主面２０、２１において全反射せずに主面２０、２１から外部に透過する。この結果、導光板２中の主面２０、２１において全反射する一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの光量が低下する。これにより、図９に示すように、一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌが対応する表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさが減衰（低下）する。すなわち、表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１が暗くなる。なお、表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の詳細については、前述した表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の詳細と共に、後述する。

このように、入射角調整部材４は、ハーフミラー３の反射特性に合わせて、映像光Ｌの入射角を調整して、映像光Ｌのうちの他の一部に主面２０、２１における全反射条件が満たされない映像光を形成して、表示画像５の明るさのバランスを取る。すなわち、入射角調整部材４は、ハーフミラー３の反射特性により低下した他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量に合わせて、映像光Ｌの入射角を調整して、一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの光量を低下させて、表示画像５の明るさのバランスを取る。この結果、図１０に示すように、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさと表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさとが合う。

（表示画像５の左右の明るさのバランスの取り方の説明）
以下、表示画像５の左右の明るさのバランスの取り方ついて、図８～図１３を参照して、説明する。

図８～図１１は、表示画像５の明るさと表示画像５の左右方向の位置との相対関係を示す説明図（グラフ）である。この図８～図１１において、縦軸は、表示画像５の明るさを示し、縦軸の上方向に行く程明るくなる。横軸は、表示画像５の左右方向の位置を示す。横軸において、Ａは、表示画像５の左端を示し、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置を示し、Ｂは、表示画像５の中央を示し、Ｃは、表示画像５の右端を示し、Ｃ１は、他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置を示す。Ａ－Ｃは、表示画像５の幅を示す。

図８は、ハーフミラー３の反射特性により表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさが減衰している状態を示す説明図である。図９は、入射角調整部材４がハーフミラー３の反射特性に合わせて導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角を調整することにより、表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさが減衰している状態を示す説明図である。図１０は、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさと表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさとを合わせた状態を示す説明図である。図１１は、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角により、表示画像５の明るさが減衰する開始位置すなわち減衰開始位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）においてばらつきがある状態を示す説明図である。

図１２は、前述したように映像光Ｌの一部ＬＣ－ＬＤがハーフミラー３の裏面３１において反射する画角である他方映像光側画角θ４の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合を示す説明図である。図１３は、映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥが導光板２の主面２０において全反射しない画角である一方映像光側画角θ６の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合を示す説明図である。

まずは、図８に示すように、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさは、ハーフミラー３の反射特性により、減衰する。すなわち、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１が暗くなる。

そこで、図９に示すように、入射角調整部材４の映像光Ｌの入射角調整により、ハーフミラー３の反射特性に合わせて、表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさを減衰させる。すなわち、表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１を暗くする。

この結果、図１０に示すように、表示画像５の右端Ｃ側の部分Ｃ－Ｃ１の明るさと表示画像５の左端Ａ側の部分Ａ－Ａ１の明るさとを合わせることができる。

ここで、図１１に示すように、入射角調整部材４の映像光Ｌの入射角調整においては、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角のばらつきによって、表示画像５の明るさの減衰開始位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）がばらつく。

このため、入射角調整部材４は、
図８、図１０に示す表示画像５の右端Ｃから他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置Ｃ１までの間である減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）と、
図９、図１０に示す表示画像５の左端Ａから一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置Ａ１までの間である減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）と、
を合わせる。
これにより、下式（６）が成立する。
Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ＝Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ ……… （６）

ここで、図８～図１０に示す表示画像５の幅Ａ－Ｃは、図１２、図１３に示す映像光画角（２×θ３）に対応する。また、図８、図１０に示す減衰領域Ｃ－Ｃ１は、図１２に示す他方映像光側画角θ４に対応する。さらに、図９、図１０に示す減衰領域Ａ－Ａ１は、図１３に示す一方映像光側画角θ６に対応する。

この結果、下式（７）に示すように、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）は、他方映像光側画角θ４の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ４÷（２×θ３）｝に対応する。また、下式（８）に示すように、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）は、一方映像光側画角θ６の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ６÷（２×θ３）｝に対応する。
（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）＝θ４÷（２×θ３） ……… （７）
（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）＝θ６÷（２×θ３） ……… （８）

すなわち、入射角調整部材４は、
減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）と、
減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）と、
を合わせることが、
図１２に示す他方映像光側画角θ４の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ４÷（２×θ３）｝と、
図１３に示す一方映像光側画角θ６の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ６÷（２×θ３）｝と、
を合わせることと同等となる。
これにより、下式（９）が成立する。
θ４÷（２×θ３）＝θ６÷（２×θ３） ……… （９）

図１２に示す他方映像光側画角θ４は、下式（１０）に示すように、求められる。
θ４＝（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２ ……… （１０）
すなわち、他方映像光側画角θ４は、図１２に示すように、中心映像光ＬＢのハーフミラー３の裏面３１における入射角（θ１＋１／２θ１）に映像光画角の半角θ３を足し、そこから、映像光ＬＤのハーフミラー３の裏面３１における入射角すなわちハーフミラー３の反射特性境界角θ２を差し引いた角である。

これにより、上式（７）の右辺のθ４に、上式（１０）の右辺の（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２を代入すると、下式（１）が成立する。この下式（１）は、映像光Ｌの一部ＬＣ－ＬＤがハーフミラー３の裏面３１において反射する画角である他方映像光側画角｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合である。
｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝÷（２×θ３） ……… （１）

一方、図１３に示す一方映像光側画角θ６は、下式（１１）に示すように、求められる。
θ６＝（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝ ……… （１１）
すなわち、一方映像光側画角θ６は、図１３に示すように、中心映像光ＬＢの導光板２の主面２０における入射角θ１に映像光画角の半角θ３を足したものから、映像光ＬＥの導光板２の主面２０における入射角すなわち映像光ＬＥの導光板２の主面２０における臨界角ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）を差し引き、さらに、この差し引いた角を映像光画角（２×θ３）から差し引いた角である。

これにより、上式（８）の右辺のθ６に、上式（１１）の右辺の（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝を代入すると、下式（２）が成立する。この下式（２）は、映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥが導光板２の主面２０、２１において全反射しない画角である一方映像光側画角［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合である。
［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］÷（２×θ３） ……… （２）

上式（９）から、上式（１）と上式（２）とは、下式（３）に示すように、イコールで結ばれ、さらに、下式（４）に示すように、整理される。すなわち、
（１）＝（２）の
３／２θ１＋θ３－θ２＝－θ１＋θ３＋ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ） ……… （３）
であって、
５／２×θ１－θ２－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）＝０ ……… （４）

上式（４）において、中心映像光ＬＢの導光板２の主面２０、２１における入射角θ１、ハーフミラー３の反射特性境界角θ２に、θ１＝４９．３、θ２＝８２の具体的な数値をそれぞれ代入する。すると、下式（１２）となる。この下式（１２）から導光板２および入射角調整部材４の屈折率Ｎを求めることができる。
５／２×４９．３－８２＝４１．２５＝ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ） ……… （１２）

ここで、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）の、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対する許容範囲は、例えば、約２０％以下、好ましくは、約１０％以下である。すなわち、光学装置１は、下式（５）を満足することが好ましい。なお、下式（５）において、数値「０．９」、「１．１」は、後記の評価試験により得られた数値である。すなわち、この数値「０．９」、「１．１」は、光学装置１において、表示画像５を人の目Ｅ・Ｐで見た時に、表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、使用者にとって表示画像５を見て違和感が無い数値である。
０．９≦（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≦１．１ ……… （５）
０．９≦（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≦１．１ ……… （５）

（実施形態の作用の説明）
この実施形態にかかる光学装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

表示画像５に対応する画角を有する映像光Ｌは、図１、図１３に示すように、入射角調整部材４の入射面４０から入射角調整部材４中に入射し、入射角調整部材４の接合面４１および導光板２の主面２１（裏面２１）を経て導光板２中に入射する。この時、映像光Ｌの中心映像光ＬＢは、入射角調整部材４の入射面４０に対して垂直に、入射角調整部材４中に入射する。また、入射角調整部材４の屈折率Ｎと導光板２の屈折率Ｎとは、同一であるから、映像光Ｌは、入射角調整部材４の接合面４１および導光板２の主面２１（裏面２１）において、屈折せずに直進する。

導光板２中に入射した映像光Ｌは、導光板２の２つの主面２０、２１の導光作用により、導光板２の一方の部分である右端面２３側の部分から他方の部分である左端面２２側の部分に導かれる（進む）。この時、映像光Ｌは、導光板２中に配置された４枚のハーフミラー３の表面３０および裏面３１において反射もしくは透過して、導光板２の表面２０から外部に出射する。この外部に出射した映像光Ｌが人の目Ｅ・Ｐに虚像として入射して、この虚像は、表示画像５として表示される。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態にかかる光学装置１は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態にかかる光学装置１は、ハーフミラー３の反射特性に合わせて、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角を調整して、映像光の他の一部ＬＡ－ＬＥに導光板２の主面２０、２１における全反射条件が満たされない映像光を形成する光学部材である入射角調整部材４を、備えるものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４により、表示画像５の明るさ（この例では、表示画像５の左右の明るさ）のバランスを簡単に取ることができる。しかも、この実施形態にかかる光学装置１は、表示画像５の明るさのバランスを取ることができるので、使用者にとって表示画像５を見て違和感が無い。

この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４により、導光板２の屈折率Ｎと導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角とを調整して、映像光の他の一部ＬＡ－ＬＥに導光板２の主面２０、２１における全反射条件が満たされない映像光を形成するものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４により、表示画像５の左右の明るさのバランスを簡単に取ることができ、かつ、安価に提供することができる。

この実施形態にかかる光学装置１は、表示画像５に対応する画角を有する映像光Ｌにおいて、入射角調整部材４により、ハーフミラー３の反射特性で低下した他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量に合わせて、導光板２の主面２０、２１における映像光の入射角を調整して、一方映像光ＬＡ側の映像光の光量を低下させるものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、表示画像５の左右の明るさのバランスを簡単に取ることができる。

この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４により、導光板２の屈折率Ｎと導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角とを調整して、他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの光量に合わせて、一方映像光ＬＡ側の映像光の光量を合わせるものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４により、表示画像５の左右の明るさのバランスを簡単に取ることができ、かつ、安価に提供することができる。

この実施形態にかかる光学装置１は、他方映像光側画角θ４の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ４÷（２×θ３）｝と、一方映像光側画角θ６の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ６÷（２×θ３）｝と、を合わせるものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４の映像光Ｌの入射角調整において、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角のばらつきによって、表示画像５の明るさの減衰開始位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）にばらつきがあっても、表示画像５の左右の明るさのバランスを簡単に取ることができる。

この実施形態にかかる光学装置１は、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）と、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）と、を合わせるものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、入射角調整部材４の映像光Ｌの入射角調整において、導光板２の主面２０、２１における映像光Ｌの入射角のばらつきによって、表示画像５の明るさの減衰開始位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）にばらつきがあっても、表示画像５の左右の明るさのバランスを簡単に取ることができる。

この実施形態にかかる光学装置１は、一方映像光側画角θ６の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ６÷（２×θ３）｝の、他方映像光側画角θ４の映像光画角（２×θ３）に対する角度割合｛θ４÷（２×θ３）｝に対する許容範囲を、約２０％以下、好ましくは、約１０％以下とするものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、表示画像５を人の目Ｅ・Ｐで見た時に、表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、使用者にとって表示画像５を見て違和感が無い。

また、この実施形態にかかる光学装置１は、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）の、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対する許容範囲を、例えば、約２０％以下、好ましくは、約１０％以下とするものである。この結果、この実施形態にかかる光学装置１は、表示画像５を人の目Ｅ・Ｐで見た時に、表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、使用者にとって表示画像５を見て違和感が無い。

（許容範囲の説明）
ここで、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）と減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）とを、上式（４）、（６）に示すように、同等とすることが表示画像５の左右の明るさのバランスが最も取れていて最も好ましい。

しかしながら、前記の通り、図１１に示すように、表示画像５の左側Ａの明るさの減衰開始位置（Ａ１、Ａ２、Ａ３）においてばらつきがある。このために、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）と減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）とを、上式（４）、（６）に示すように、同等とすることが難しい。

そこで、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）を、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、ある程度の許容範囲を持たせる。この許容範囲は、光学装置１において、表示画像５を人の目Ｅ・Ｐで見た時に、表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、使用者にとって表示画像５を見て違和感が無い程度の許容範囲とする。この許容範囲は、約２０％以下、好ましくは、約１０％以下（上式（５）を参照）である。

以下、前記の許容範囲について図１４を参照して説明する。なお、図１４において、符号Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４は、表示画像５の左側Ａの明るさの減衰開始位置である。また、図１４中の横軸Ｘは、「図８」～「図１１」に示す横軸と同様に、「表示画像５の位置」である。さらに、図１４中の縦軸Ｙは、「図８」～「図１１」に示す縦軸と同様に、「表示画像５の明るさ」である。さらにまた、図１４（２）、（３）、（４）、（５）において、縦の一点鎖線は、図１４（１）の表示画像５の左側Ａの明るさの減衰開始位置Ａ１０に対応する基準線である。

図１４（１）は、表示画像５の左側の減衰領域Ａ－Ａ１０と表示画像５の右側の減衰領域Ｃ－Ｃ１とが下式（１３）に示すように、同等の場合を示す説明図である。この場合においては、減衰領域Ａ－Ａ１０の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１０／Ａ－Ｃ）と、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）とが、同等であるから、両者の間には差が無い。
Ａ－Ａ１０＝Ｃ－Ｃ１ ……… （１３）
すなわち、（Ａ－Ａ１０）÷（Ｃ－Ｃ１）＝１である。これにより、上式（５）は、下式（１４）となる。
（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）＝１ ……… （１４）

図１４（２）は、表示画像５の左側の減衰領域Ａ－Ａ１１が表示画像５の右側の減衰領域Ｃ－Ｃ１に対して下式（１５）に示すように、約０．９の場合を示す説明図である。この場合においては、減衰領域Ａ－Ａ１１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１１／Ａ－Ｃ）が、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約０．９となるものであって、両者間の差が全くないように見える。
（Ａ－Ａ１０）÷（Ｃ－Ｃ１）≒０．９ ……… （１５）
これにより、上式（５）は、下式（１６）となる。
（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≒０．９ ……… （１６）

図１４（３）は、表示画像５の左側の減衰領域Ａ－Ａ１２が表示画像５の右側の減衰領域Ｃ－Ｃ１に対して下式（１７）に示すように、約１．１の場合を示す説明図である。この場合においては、減衰領域Ａ－Ａ１２の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１２／Ａ－Ｃ）が、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約１．１となるものであって、両者間の差が全くないように見える。
（Ａ－Ａ１０）÷（Ｃ－Ｃ１）≒１．１ ……… （１７）
これにより、上式（５）は、下式（１８）となる。
（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≒１．１ ……… （１８）

図１４（４）は、表示画像５の左側の減衰領域Ａ－Ａ１３が表示画像５の右側の減衰領域Ｃ－Ｃ１に対して下式（１９）に示すように、約０．８の場合を示す説明図である。この場合においては、減衰領域Ａ－Ａ１３の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１３／Ａ－Ｃ）が、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約０．８となるものであって、両者間の差がほとんどないように見える。
（Ａ－Ａ１０）÷（Ｃ－Ｃ１）≒０．８ ……… （１９）
これにより、上式（５）は、下式（２０）となる。
（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≒０．８ ……… （２０）

図１４（５）は、表示画像５の左側の減衰領域Ａ－Ａ１４が表示画像５の右側の減衰領域Ｃ－Ｃ１に対して下式（２１）に示すように、約１．２の場合を示す説明図である。この場合においては、減衰領域Ａ－Ａ１４の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１４／Ａ－Ｃ）が、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約１．２となるものであって、両者間の差がほとんどないように見える。
（Ａ－Ａ１０）÷（Ｃ－Ｃ１）≒１．２ ……… （２１）
これにより、上式（５）は、下式（２２）となる。
（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≒１．２ ……… （２２）

（評価試験の説明）
なお、この出願人は、評価試験を実施した。以下、実施した評価試験について図１５を参照して説明する。図１５（Ａ）は、２つの光学装置Ａ、Ｂによる１０人の被試験者（出願人の関係者）の評価および１０人の被試験者の内訳（性別および年齢層）を示す説明図（図表）である。図１５（Ｂ）は、評価の内容を表わした印を示す説明図（図表）である。

図１５（Ａ）において、光学装置Ａは、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）を、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約１０％以下とした光学装置である。また、図１５（Ａ）において、光学装置Ｂは、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）を、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約２０％以下とした光学装置である。

図１５の評価試験の実施の結果に示すように、光学装置Ａにおいては、被試験者全員が表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、左右の明るさの差を認識しなかった。これは、前記の図１４（２）、（３）に示すように、表示画像５の左右の明るさのバランスが十分に取れていて、左右の明るさの差が全くないように見えることによるものである。また、光学装置Ｂにおいては、２０％の被試験者が表示画像５の左右の明るさのバランスが若干取れていて、左右の明るさの若干の差を認識したが、８０％の被試験者が表示画像の左右の明るさのバランスが取れていて、左右の明るさの差を認識しなかった。これは、前記の図１４（４）、（５）に示すように、表示画像５の左右の明るさのバランスが取れていて、左右の明るさの差がほとんどないように見えることによるものである。なお、光学装置Ａ、Ｂにおいて、表示画像５の左右の明るさの差を認識した被試験者は、皆無（０％）であった。

以上から、この実施形態にかかる光学装置１は、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）を、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約２０％以下にすると、大部分の使用者（８０％の使用者）にとって表示画像５を見て違和感が無い。しかも、この実施形態にかかる光学装置１は、減衰領域Ａ－Ａ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ａ－Ａ１／Ａ－Ｃ）を、減衰領域Ｃ－Ｃ１の表示画像５の幅Ａ－Ｃに対する割合（Ｃ－Ｃ１／Ａ－Ｃ）に対して、約１０％以下にすると、全ての使用者（１００％の使用者）にとって表示画像５を見て違和感が無い。

（ウエアラブル画像表示装置１００の説明）
図１６は、この発明にかかるウエアラブル画像表示装置の実施形態を示す。以下、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置ついて説明する。図中、符号１００は、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置である。

ウエアラブル画像表示装置１００は、図１６に示すように、前記の光学装置１と、映像光出射部６と、装着部７と、を備える。光学装置１と映像光出射部６とは、それぞれ別個にユニット構造に分かれていて、相互に着脱可能に構成されている。なお、光学装置１と映像光出射部６とは、一体構造であっても良い。

映像光出射部６は、映像光Ｌを、光学装置１側に出力して、入射角調整部材４を経て導光板２中に入射させるものである。映像光出射部６は、例えば、反射型のプロジェクタなどである。なお、映像光出射部６としては、反射型のプロジェクタ以外のものであっても良い。

装着部７は、この例では、使用者の顔面に装着するメガネ型をなす。装着部７は、フロント部分７０と、左右のテンプル部分７１、７１とからなる。左右のテンプル部分７１、７１は、フロント部分７０の左右両端に、左右のヒンジ７２、７２を介して、折り畳み可能に取り付けられている。フロント部分７０の中央の下部には、ノーズパッド７３が設けられている。

フロント部分７０の左右両側には、光学装置１の導光板２がそれぞれ取り付けられている。すなわち、左右の光学装置１の導光板２は、フロント部分７０の左右両側に取り付けられている。なお、導光板２を保護するために、導光板２の表面２０側に透明板を固定しても良い。この場合において、透明板をフロント部分７０に直接取り付けて、導光板２を透明板を介して間接的にフロント部分７０に取り付けても良い。

装着部７に取り付けられている光学装置１に映像光出射部６を、着脱可能に取り付けることにより、この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１００が構成される。

この実施形態にかかるウエアラブル画像表示装置１００は、この実施形態にかかる光学装置１を備えるので、この実施形態にかかる光学装置１と同様の作用効果を達成することができる。

（実施形態以外の例の説明）
なお、前記の実施形態においては、使用者の顔面に着脱可能に装着するメガネ型の装着部７を使用する。しかしながら、この発明においては、装着部として、メガネ型以外の装着部であっても良い。例えば、使用者の両側の目に対応するのではなく片側の目に対応する装着部、また、ゴーグルのような装着部であっても良い。

また、前記の実施形態においては、光学装置（モジュール）１を横向きに配置し、表示画像５の左右の明るさのバランスを取る例について説明するものである。しかしながら、この発明においては、光学装置（モジュール）１を縦向きに配置し、表示画像の上下の明るさのバランスを取る場合にも適用することができる。

なお、この発明は、前記の実施形態により限定されるものではない。

１ 光学装置
２ 導光板（導光体）
２０ 主面（表面）
２１ 主面（裏面）
２２ 左端面
２３ 右端面
３ ハーフミラー
３０ 表面
３１ 裏面
４ 入射角調整部材
４０ 入射面
４１ 接合面
４２ 側面
５ 表示画像
５Ａ 左側の画像
５Ｂ 中央の画像
５Ｃ 右側の画像
６ 映像光出射部
７ 装着部
７０ フロント部分
７１、７１ テンプル部分
７２、７２ ヒンジ
７３ ノーズパッド
１００ ウエアラブル画像表示装置
Ａ 表示画像５の左端
Ａ１ 一方映像光ＬＡ側の光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置
Ａ２ 一方映像光ＬＡ側の光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置
Ａ３ 一方映像光ＬＡ側の光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置
Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４ 表示画像５の左側Ａの明るさの減衰開始位置
Ａ－Ａ１ 表示画像５の左端Ａ側の部分（減衰領域）
Ｂ 表示画像５の中央
Ｃ 表示画像５の右端
Ｃ１ 他方映像光ＬＣ側の光量の低下により表示画像５の明るさが減衰する開始位置
Ｃ－Ｃ１ 表示画像５の右端Ｃ側の部分（減衰領域）
Ｄ ハーフミラー３の反射率の狙い値
Ｅ・Ｐ 人の目
Ｇ 終了点
Ｌ 映像光
ＬＡ 一方映像光
ＬＡ－ＬＥ 映像光Ｌの他の一部（一方映像光ＬＡ側の映像光Ｌの一部。映像光Ｌのうちの他の一部）
ＬＢ 中心映像光
ＬＣ 他方映像光
ＬＣ－ＬＤ 映像光Ｌの一部（他方映像光ＬＣ側の映像光Ｌの一部。映像光Ｌのうちの一部）
ＬＤ ハーフミラー３の裏面３１における入射角が反射特性境界角θ２である映像光
ＬＥ 導光板２の主面２０、２１における入射角が臨界角θ５（ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ））である映像光
Ｎ 屈折率
Ｓ 開始点
θ１ 中心映像光ＬＢの入射角（中心映像光ＬＢの主面２０、２１における入射角）
θ２ ハーフミラー３の反射特性境界角
θ３ 映像光画角の半角（映像光Ｌの表示画像５に対応する画角の半角）
θ４ 他方映像光側画角（映像光Ｌの一部ＬＣ－ＬＤがハーフミラー３の裏面３１において反射する画角。表示画像５の右端Ｃから減衰開始位置Ｃ１までの間の画角。｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝）
θ５ 導光板２の主面２０、２１における臨界角（ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ））
θ６ 一方映像光側画角（映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥが導光板２の主面２０において全反射しない画角。導光板２の主面２０、２１における全反射条件が満たされない映像光Ｌの他の一部ＬＡ－ＬＥの画角。表示画像５の左端Ａから減衰開始位置Ａ１までの間の画角。［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］）

Claims (9)

1. 入射した映像光を伝搬し、人の目に虚像として入射させ、前記虚像を表示画像として表示させる光学装置であって、
   前記光学装置に入射した直後の前記映像光は、前記表示画像に対応する画角である映像光画角を有し、
   前記映像光画角の中心線を通る中心映像光は、前記表示画像の中央に対応し、
   前記映像光画角の一方の半直線を通る一方映像光は、前記表示画像の一方の端に対応し、
   前記映像光画角の他方の半直線を通る他方映像光は、前記表示画像の他方の端に対応し、
   主面を有する導光体と、
   前記導光体中に配置された複数枚のハーフミラーと、
   入射角調整部材と、
   を備え、
   前記導光体は、
   入射された映像光を前記主面における導光作用により一方の部分から他方の部分に導く光学部材であり、
   複数枚の前記ハーフミラーは、それぞれ、
   前記導光体中を前記導光体の導光作用により進む前記映像光を外部に出射させて前記人の目に前記虚像として入射させ、前記虚像を前記表示画像として表示させ、
   前記人の目に対して反対側の面である裏面において前記他方映像光側の前記映像光の一部が反射する反射特性を有する光学部材であり、
   前記入射角調整部材は、
   前記映像光を前記入射角調整部材中に入射させると共に、前記中心映像光を垂直に前記入射角調整部材中に入射させる入射面を有し、
   前記ハーフミラーの反射特性に合わせて、
   前記導光体の前記主面における前記映像光の入射角を調整して、
   前記一方映像光側の前記映像光の一部に前記主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、
   前記表示画像の左右の明るさのバランスを取る光学部材である、
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記入射角調整部材は、
   前記ハーフミラーの反射特性に合わせて、
   前記導光体の屈折率と前記導光体の前記主面における前記映像光の入射角を調整して、
   前記映像光のうちの他の一部に前記主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、
   前記表示画像の左右の明るさのバランスを取る光学部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記ハーフミラーは、
   前記ハーフミラーの前記裏面における前記映像光の入射角が前記他方映像光側になる程大きくなり、
   前記映像光のうちの一部である前記他方映像光側の映像光の一部が前記裏面において反射して、
   前記ハーフミラーを透過する前記他方映像光側の映像光の光量が低下する反射特性を有する光学部材であり、
   前記入射角調整部材は、
   前記ハーフミラーの反射特性により低下した前記他方映像光側の映像光の光量に合わせて、
   前記導光体の前記主面における前記映像光の入射角を調整して、
   前記映像光のうちの他の一部である前記一方映像光側の映像光の一部に前記主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、
   全反射条件が満たされない前記一方映像光側の映像光の一部が前記主面から外部に透過して、
   前記導光体中の前記主面において全反射する前記一方映像光側の映像光の光量を低下させて、
   前記表示画像の左右の明るさのバランスを取る光学部材である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記入射角調整部材は、
   前記ハーフミラーの反射特性により低下した前記他方映像光側の映像光の光量に合わせて、
   前記導光体の屈折率と前記導光体の前記主面における前記映像光の入射角を調整して、
   前記映像光のうちの他の一部である前記一方映像光側の映像光の一部に前記主面における全反射条件が満たされない映像光を形成して、
   全反射条件が満たされない前記一方映像光側の映像光の一部が前記主面から外部に透過して、
   前記導光体中の前記主面において全反射する前記一方映像光側の映像光の光量を低下させて、
   前記表示画像の左右の明るさのバランスを取る光学部材である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記入射角調整部材は、
   前記他方映像光側の映像光の一部が前記裏面において反射する画角である他方映像光側画角の前記映像光画角に対する角度割合と、
   前記一方映像光側の映像光の一部が前記主面において全反射しない画角である一方映像光側画角の前記映像光画角に対する角度割合と、
   を合わせる光学部材である、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光学装置。
6. 前記入射角調整部材は、
   前記表示画像の前記他方の端から前記他方映像光側の映像光の光量の低下により前記表示画像の明るさが減衰する開始位置までの間の減衰領域の割合と、
   前記表示画像の前記一方の端から前記一方映像光側の映像光の光量の低下により前記表示画像の明るさが減衰する開始位置までの間の減衰領域の割合と、
   を合わせる光学部材である、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の光学装置。
7. 請求項１に記載の光学装置において、
   中心映像光の前記主面における入射角をθ１、
   前記ハーフミラーの反射特性境界角をθ２、
   前記映像光画角の半角をθ３、
   前記導光体の屈折率をＮ、
   とすると、
   下式（１）、（２）、（３）、（４）を満足する、
   ことを特徴とする光学装置。
   ｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝÷（２×θ３） ……… （１）
   ［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］÷（２×θ３） ……… （２）
   （１）＝（２）、すなわち、
   ３／２θ１＋θ３－θ２＝－θ１＋θ３＋ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ） ……… （３）
   であって、
   ５／２×θ１－θ２－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）＝０ ……… （４）
   である。
   ただし、
   前記中心映像光は、
   前記映像光のうち前記映像光画角の中心線を通り、前記表示画像の中央に対応する前記映像光であり、
   前記反射特性境界角θ２は、
   前記映像光のうちの一部が前記ハーフミラーの前記裏面において反射する率が上昇する境界角であり、
   上式（１）は、
   前記他方映像光側の映像光の一部が前記裏面において反射する画角である他方映像光側画角｛（θ１＋１／２θ１）＋θ３－θ２｝の前記映像光画角（２×θ３）に対する角度割合であり、
   上式（２）は、
   前記一方映像光側の映像光の一部が前記主面において全反射しない画角である一方映像光側画角［（２×θ３）－｛（θ１＋θ３）－ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）｝］の前記映像光画角（２×θ３）に対する角度割合であり、
   上式（３）は、上式（１）の角度割合と上式（２）の角度割合とをイコールで結んだ式であり、
   上式（４）は、上式（３）を整理した式である。
8. 請求項７に記載の光学装置において、
   下式（５）を満足する、
   ことを特徴とする光学装置。
   ０．９≦（５／２×θ１－θ２）÷ａｒｃｓｉｎ（１／Ｎ）≦１．１ ……… （５）
9. 前記請求項１～８のいずれか１項に記載の光学装置と、
   前記光学装置に取り付けられていて、映像光を前記光学装置に出力する映像光出力部と、
   前記光学装置および前記映像光出力部を使用者の顔面に装着する装着部と、
   を備える、
   ことを特徴とするウエアラブル画像表示装置。

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