JP2012198264A - 導光板の製造方法及び導光板並びに導光板を備える虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な画像を表示可能とする虚像表示装置用の導光板の製造方法及び導光板並びに導光板を備える虚像表示装置を提供すること。
【解決手段】本実施形態の導光板２０の製造方法では、樹脂部材成形工程において、第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２との双方を有する樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２によって一括して一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が成形される。また、画像取出部形成工程において、当該第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成される。この場合、画像取出部２３を構成する第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２との屈折率差を極力抑制できる。従って、画像取出部２３の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板２０が製造される。
【選択図】図５

Description

本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイ等に用いられる導光板の製造方法及び導光板並びに導光板を備える虚像表示装置に関する。

近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。このような虚像表示装置用の導光板として、全反射を利用して映像光を導くとともに、導光板の出口側において導光板の主面に対して所定角度をなして平行に配置される多数の部分反射面にて映像光を反射させ導光板から取り出すことによって、映像光を観察者の網膜に到達させるものが知られている（特許文献１参照）。

上記のように多数の部分反射面によって映像光を取り出す構成において、映像光の一部が当該部分反射面を１回又は複数回通過した後に瞳に向けて反射される構成となっている。この場合、部分反射面を形成する部分に屈折率差があると、映像光が部分反射面を通過する前後で意図しない屈折によって進行方向が変化する角度ずれが生じ、画像が劣化する可能性がある。

特開２００４−１５７５２０号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、良好な画像を表示可能とする虚像表示装置用の導光板の製造方法及び導光板並びに導光板を備える虚像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る導光板の製造方法は、（ａ）導光部と、導光部に画像光を入射させる光入射部と、導光部によって導かれた画像光を外部へ取出す画像取出部を有する光射出部と、を備える導光板の製造方法であって、（ｂ）画像取出部の一部を構成する第１樹脂部材を成形する第１成形部と、第１樹脂部材と対になり画像取出部の他の一部を構成する第２樹脂部材を成形する第２成形部との双方を有する樹脂部材成形型を準備する型準備工程と、（ｃ）樹脂部材成形型の第１成形部と第２成形部との双方に樹脂材料を充填し、樹脂部材成形型から第１及び第２樹脂部材を一括して成形する樹脂部材成形工程と、（ｄ）樹脂部材成形工程において一括して成形された第１樹脂部材と第２樹脂部材とを対として貼り合せることにより画像取出部を形成する画像取出部形成工程と、を備える。

上記導光板の製造方法では、樹脂部材成形工程において、第１成形部と第２成形部との双方を有する樹脂部材成形型によって一括して一対の第１及び第２樹脂部材が成形され、画像取出部形成工程において、当該第１及び第２樹脂部材を貼り合せて１つの画像取出部が形成される。この場合、画像取出部を構成する第１樹脂部材と第２樹脂部材との屈折率差を極力抑制できる。従って、画像取出部の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板が製造される。

本発明の具体的な側面では、画像取出部形成工程において、第１樹脂部材と第２樹脂部材との間に画像取出部を構成する所定の配列方向に配列される複数の反射ユニットを形成するために、第１及び第２位樹脂部材の互いに貼り合わされる成形面の一方に反射膜を成膜する反射膜成膜工程を含む。この場合、光射出部の画像取出部において複数の反射ユニットで映像光を個別に反射させて導光板外に取り出すことができる。

本発明の別の側面では、複数の反射ユニットが、反射膜によって入射光の少なくとも一部を透過させる複数の部分反射面を有し、複数の部分反射面のうちいずれかにおいて画像光の少なくとも一部を１回以上通過させる。この場合、画像取出部に入射する角度によって、画像光は、複数の部分反射面を１回以上通過することになるが、この通過に際して意図しない画像光の屈折を抑えて画像を良好な状態に保ち、画像光の各成分を適正な位置から観察者に対して射出させることができる。

本発明のさらに別の側面では、（ａ）第１樹脂部材と第２樹脂部材とが、複数の反射ユニットを構成するための互いに平行な傾斜面を含み互いに反転した一対の断面鋸歯状の面を有し、（ｂ）画像取出部形成工程において、反射ユニットの長手方向を軸方向として、第２樹脂部材の断面鋸歯状の面を１８０°反転させて第１樹脂部材の断面鋸歯状の面に貼り合せる。ここで、断面鋸歯状の面は、例えば第１樹脂部材では同一形状の複数の溝部分を連ねて形成され、第２樹脂部材では同一形状の複数の山部分を連ねて形成される。この場合、第１樹脂部材の溝部分と第２樹脂部材の山部分とが隙間なく貼り合わされ、貼り合せた部分に複数の部分反射面が形成される。

本発明のさらに別の側面では、樹脂部材成形工程において、射出成形により第１及び第２樹脂部材を成形する。この場合、比較的簡易かつ高精度で第１及び第２樹脂部材を成形できる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂部材成形工程において、紫外線硬化樹脂成形により前記第１及び第２樹脂部材を成形する。この場合、比較的簡易に微細な形状を有する第１及び第２樹脂部材を成形できる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂部材成形型が、第１成形部と第２成形部との双方を、連続した１つの型の一部として含んでおり、第１及び第２樹脂部材が、樹脂部材成形工程において連なった状態で成形されるとともに、画像取出部形成工程の前に個々に分割される。この場合、比較的簡易に屈折率の差の少ない第１及び第２樹脂部材の成形ができる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂部材成形型において、第１成形部と第２成形部とが隣接している。この場合、成形される第１樹脂部材と第２樹脂部材との屈折率の差を極めて小さくすることができる。

本発明のさらに別の側面では、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが、同一形状である。この場合、精度の高い樹脂部材成形型の作製が比較的容易となり、得られる第１及び第２樹脂部材を組み合わせた画像取出部等の精度も高められる。

本発明のさらに別の側面では、樹脂部材成形型が、画像取出部を接合する光射出部の本体部分を構成する第３樹脂部材を成形する第３成形部をさらに有する。この場合、第１及び第２樹脂部材の形状の自由度を高めるとともに、光射出部の本体部分と画像取出部との屈折率差を抑えて高精度な光射出部を形成できる。

上記課題を解決するため、本発明に係る導光板は、上記いずれかの導光板の製造方法により製造される。この場合、製造された導光板は、画像光を良好状態で射出ことができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置は、（ａ）上記の導光板と、（ｂ）導光板に導かれる画像光を形成する画像形成装置とを備える。この場合、上記の導光板を用いることで、虚像表示装置は、良好な画像表示が可能となる。

（Ａ）は、第１実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施形態に係る導光板の正面図及び平面図である。 （Ａ）は、導光板内の画像取出部の奥側の部分の構造を説明する断面図であり、（Ｂ）は、画像取出部の入口側の部分の構造を説明する断面図である。 画像取出部を通過する光の様子を示す図である。 第１実施形態に係る導光板の製造方法を説明するためのフローチャートの図である。 （Ａ）は、製造された導光板を示す平面図であり、（Ｂ）は、射出成形による各部の成形について説明するための図であり、（Ｃ）〜（Ｅ）は画像取出部を成形する工程を示す図である。 （Ａ）は、第２実施形態に係る導光板の製造方法により製造された導光板を示す平面図であり、（Ｂ）は、射出成形に用いる型と成形される樹脂部材とを示す図である。 第３実施形態に係る導光板の製造方法を説明するためのフローチャートの図である。 （Ａ）は、製造された導光板を示す平面図であり、（Ｂ）は、射出成形に用いる型と成形される樹脂成型品とを示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、画像取出部を成形する工程を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第４実施形態に係る導光板の製造方法を説明するための作製工程を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る導光板の製造方法によって製造される虚像表示装置用の導光板及びこれを組み込んだ虚像表示装置について説明する。

〔Ａ．導光板及び虚像表示装置の構造〕
図１（Ａ）に示す本実施形態に係る虚像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイに適用されるものであり、画像形成装置１０と、導光板２０とを一組として備える。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す導光板２０のＡ−Ａ断面に対応する。

虚像表示装置１００は、観察者に虚像による画像光を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させるものである。画像形成装置１０と導光板２０とは、通常観察者の右眼および左眼に対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とでは左右対称であるので、ここでは左眼用のみを示し、右眼用については図示を省略している。なお、虚像表示装置１００は、全体としては、例えば一般の眼鏡のような外観（不図示）を有するものとなっている。

図１（Ａ）に示すように、画像形成装置１０は、液晶デバイス１１と、投射光学系１２とを有する。このうち、液晶デバイス１１は、２次元的な照明光を射出する照明装置３１と、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス３２と、これらの間に配置される射出角調整部材３３とを有する。液晶表示デバイス３２は、照明装置３１からの照明光を空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。投射光学系１２は、液晶表示デバイス３２上の各点から射出された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。射出角調整部材３３は、照明光の射出角度分布を画面内の位置に応じて変化させており、液晶表示デバイス３２から射出される画像光が効率的に観察者の眼ＥＹに入射するように調整している。

図１（Ｂ）及び１（Ｃ）に示すように、導光板２０は、光入射部Ｄ１と、導光部Ｄ２と、光射出部Ｄ３とを備える。光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳと入射光折曲面２１とを有し、画像形成装置１０からの画像光を光入射面ＩＳから取り込むとともに、取り込んだ画像光を導光部Ｄ２に向けて折り曲げる。導光部Ｄ２は、全反射面形成部２２を有し、取り込まれた画像光を光射出部Ｄ３に向けて伝播させる。なお、導光部Ｄ２が光束全体として導く方向を導光方向と呼ぶものとする。つまり、ここでは、Ｚ方向が導光方向となる。光射出部Ｄ３は、角度変換部である画像取出部２３と光射出面ＯＳとを有し、導光部Ｄ２で伝播された画像光の角度変換を行い光射出面ＯＳから画像光を射出する。

光入射部Ｄ１は、光入射面ＩＳを、ＹＺ面に平行で画像形成装置１０に対向する表側の平面上に有している。また、光入射部Ｄ１は、四角柱状の肉厚部分の側面として光入射面ＩＳの他に矩形の斜面ＲＳを有し、当該斜面ＲＳ上には、アルミ蒸着等の成膜によりミラー層２１ａが形成されている。つまり、ミラー層２１ａと斜面ＲＳとが協働することで入射光折曲面２１を形成している。入射光折曲面２１は、光入射面ＩＳから入射し全体として＋Ｘ方向に向かう画像光を、全体として−Ｘ方向に偏った＋Ｚ方向に向かわせるように折り曲げることで、画像光を導光部Ｄ２内に導く。

導光部Ｄ２は、入口側である光入射部Ｄ１側から奥側である光射出部Ｄ３側にかけて延びており、内部に入射させた画像光を光射出部Ｄ３の画像取出部２３に導くための全反射面形成部２２を有している。

全反射面形成部２２は、導光部Ｄ２として機能するための平板状の主面であり互いに対向しＹＺ面に対して平行に延びる２平面として、画像光をそれぞれ全反射させる第１の全反射面２２ａと第２の全反射面２２ｂとを有している。ここでは、第１の全反射面２２ａが画像形成装置１０に近い側にあるものとし、第２の全反射面２２ｂが画像形成装置１０から遠い側にあるものとする。この場合、第１の全反射面２２ａは、光入射面ＩＳ及び光射出面ＯＳと共通の面部分となっている。従って、光入射面ＩＳや光射出面ＯＳの一部又は全体も画像光を導く導光部Ｄ２として機能する。光入射部Ｄ１の入射光折曲面２１で反射された画像光は、まず、第１の全反射面２２ａに入射し、全反射される。次に、当該画像光は、第２の全反射面２２ｂに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光板２０の奥側すなわち画像取出部２３を設けた＋Ｚ側に導かれる（例えば図２（Ａ）参照）。ここで、導光部Ｄ２に用いる透明樹脂材料の屈折率ｎは、例えば１．５以上の高屈折率材料であるものとする。導光板２０に比較的屈折率の高い透明樹脂材料を用いることで、導光板２０内部で画像光を導光させやすくなり、かつ、導光板２０内部での画像光の画角を比較的小さくすることができる。

光射出部Ｄ３は、光射出面ＯＳに対向して微細構造である画像取出部２３を有している。画像取出部２３は、全反射面形成部２２の奥側（＋Ｚ側）において、第２の全反射面２２ｂの延長平面に略沿ってこの延長平面に近接して形成されており、全反射面形成部２２を経た画像光を、所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。画像取出部２３の詳しい構造については、図２（Ａ）等により後述する。

〔Ｂ．画像光の光路〕
以下、画像光の光路について説明する。図１（Ａ）に示すように、投射光学系１２を経た各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の主要成分は、導光板２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて互いに異なる角度で全反射を繰り返す。画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３のうち、液晶デバイス１１の射出面３２ａの中央部分から射出された画像光ＧＬ１は、入射光折曲面２１で反射された後、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３の中央部２３ｋで反射され、光射出面ＯＳからこの面に対して垂直な光軸ＡＸ方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの一端側（＋Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ２は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち反光入射面側（＋Ｚ側）の周辺部２３ｍで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。また、液晶デバイス１１の射出面３２ａの他端側（−Ｚ側）から射出された画像光ＧＬ３は、全反射面形成部２２を経て画像取出部２３のうち最も光入射面側（−Ｚ側）の周辺部２３ｈで反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に射出される。なお、この場合、各画像光ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の全反射の角度について、画像光ＧＬ２の角度が最小であり、画像光ＧＬ３の角度が最大であり、その他の画像光の角度については、これらの中間の値となる。

また、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射による光の反射効率は非常に高いものであるため、画像取出部２３に至るまでは、輝度低下が生じることは殆どない。また、図１（Ｂ）に示すように、縦方向すなわちＹ方向について見た画像光である画像光ＧＬｙは、光束全体として収束するように導光板２０内を通過する。

〔Ｃ．画像取出部の構造及び画像取出部による光路の折曲げ〕
以下、本実施形態に係る導光板２０の画像取出部２３の詳しい構造について説明する。図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、画像取出部２３は、多数の画像光反射面２３ａで構成され、画像光反射面２３ａの配列される方向は、全反射面形成部２２の延びるＺ方向となっている。各画像光反射面２３ａは、Ｚ方向に対して垂直な縦方向すなわちＹ方向に延びる細長い面である。多数の画像光反射面２３ａは、互いに平行であり、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂに対して同一の角度をそれぞれなし画像光の光成分の一部を透過させ、残りを反射させる部分反射面となっている。これにより、画像取出部２３は、観察者に外界像をシースルーで観察させることを可能にしている。なお、各画像光反射面２３ａ間は、画像光を取り出すための反射面等としての機能を有しない境界部２３ｂによって繋がれている。結果的に、画像光反射面２３ａは、Ｙ方向を長手方向としてＺ方向に沿って周期的に繰り返して配列され互いに平行に延びている。ここでは、１つの画像光反射面２３ａとこれに隣接する１つの境界部２３ｂとを１組として反射ユニット２３ｃと呼ぶこととする。つまり、多数の反射ユニット２３ｃ全体で、１つの断面鋸歯状となっている。

ここで、以上のような構成の画像取出部２３の作製について簡単に説明する。まず、前提として、導光板２０のうち、全反射面形成部２２と画像取出部２３とを含む樹脂製の本体部分は、−Ｘ側の部分と＋Ｘ側の部分とをそれぞれ形成する一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２によって構成されている。画像取出部２３は、一対の樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が対応する一対の貼合せ面として有する断面鋸歯状の傾斜面において各画像光反射面２３ａを挟むことで形成されている。例えば、画像取出部２３は、まず、第１樹脂部材Ｂ１の断面鋸歯状の傾斜面のうち画像光反射面２３ａとなるべき箇所に反射膜を成膜した後、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２の断面鋸歯状の傾斜面を貼り合わせることで作製される。

以下、画像取出部２３による画像光の光路の折曲げについて説明する。ここでは、画像光のうち、画像取出部２３の両端側に入射する画像光ＧＬ２及び画像光ＧＬ３について示し、他の光路については、これらと同様であるので図示等を省略する。また、各画像光反射面２３ａが画像光ＧＬ２，ＧＬ３の実際の入射面であるが、本明細書では、画像光の全反射面２２ａ，２２ｂでの全反射角度を画像取出部２３に対する入射角度すなわち反射ユニット２３ｃへの入射角と呼ぶこととする。既述のように、画像光ＧＬ２，ＧＬ３を含む画像光は、図１（Ａ）、１（Ｂ）等に示す導光板２０に光入射面ＩＳから入射し、図２（Ａ）等に示すように全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射を繰り返して導光されて、画像取出部２３に到る。まず、図２（Ａ）に示すように、最小反射角α₋で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射される画像光ＧＬ２は、画像取出部２３をＮ回（Ｎは１より大きい自然数）通過した後、画像取出部２３のうち周辺部２３ｍの最も奥側（＋Ｚ側）に位置する画像光反射面２３ａに達し、画像光反射面２３ａでの反射により、眼ＥＹの中心軸である光軸ＡＸに対して角度θ_２で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。画像光ＧＬ２のように、画像取出部２３の奥側で反射する成分は、多数の画像光反射面２３ａを１回以上のＮ回通過した後、眼ＥＹに向わせる所定の画像光反射面２３ａに達し、ここで反射された成分が有効な成分となって観察者に認識される。

一方、図２（Ｂ）に示すように、最大反射角α_＋で全反射面形成部２２の第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂで全反射される画像光ＧＬ３は、画像取出部２３のうち周辺部２３ｈの最も入口側（−Ｚ側）に位置する画像光反射面２３ａに達し、画像光反射面２３ａでの反射により、光軸ＡＸに対して角度θ_３で光射出面ＯＳから眼ＥＹに向けて平行光束として射出される。

なお、画像光ＧＬ２の角度θ_２と画像光ＧＬ３の角度θ_３とは、大きさが略等しく逆向きとなっており、画像光による虚像の画角に相当するものとなっている。

〔Ｄ．画像取出部における通過光の光路〕
上述したように、画像光のうち例えば画像光ＧＬ２に代表される画像取出部２３の奥側で取り出される成分は、画像取出部２３で取り出される前に、画像光反射面２３ａを１回以上通過する。ここで、画像取出部２３は、＋Ｘ側と−Ｘ側とに配置される一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２によって画像光反射面２３ａを挟むものとなっている。従って、画像光の画像光反射面２３ａの通過に際して、意図しない屈折が生じないように、樹脂部材Ｂ１，Ｂ２間において屈折率差がない状態にしておくことが非常に重要である。仮に、図３に示すように、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２との間に屈折率差があると、入射角φ_１で画像光反射面２３ａに入射する画像光ＧＬｘが画像光反射面２３ａを通過するに際して意図しない屈折をする。これにより、画像光ＧＬｘは、以後屈折角φ_２（φ_１≠φ_２）で画像取出部２３を伝播することになってしまい、この角度ずれが画像の劣化となって現れてしまう。特に、画像光ＧＬｘが複数並ぶ画像光反射面２３ａを一度に横切るような場合には、角度ずれによる画像の劣化はさらに進んでしまう。以上のような角度ずれを引き起こす屈折率差について、例えば、樹脂部材Ｂ１，Ｂ２間の屈折率差が０．００１以上あると、観察者に映像光のずれとなって認識される可能性がある。従って、当該屈折率差を±０．０００５程度の範囲内とする非常に高い精度が要求される。このレベルでの屈折率差内に抑えることは、たとえ第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２とに同一材料を用いたとしても保証できず、製造時の誤差によってもこれ以上の差が生じ得てしまう。本実施形態では、導光板２０の製造のうち、特に画像取出部２３の製造において、上記のような意図しない屈折が発生することを抑制できるように高精度なものとすることで、導光板２０延いては虚像表示装置１００を良好な画像形成が可能なものとしている。

〔Ｅ．導光板の製造方法〕
以下、図４及び図５（Ａ）〜５（Ｅ）を参照して、本実施形態に係る導光板の製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係る導光板２０の製造方法の概要を説明するフローチャートである。また、図５（Ａ）は、本実施形態の製造方法によって製造される導光板２０を模式的に示す平面図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す導光板２０のうち全反射面形成部２２及び画像取出部２３の本体部分である第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を射出成形する工程について示す図であり、図５（Ｃ）〜５（Ｅ）は、画像取出部２３を形成する工程を示す図である。

まず、図４のフローチャートに示す導光板２０の製造手順の最初の工程として、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を射出成形するための１組の金属型である第１及び第２樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２を準備する（図４のステップＳ１の型準備工程）。ここで、１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２は、第１樹脂部材Ｂ１を成形するための第１成形部ＰＰ１と、第２樹脂部材Ｂ２を成形するための第２成形部ＰＰ２とを有している。樹脂部材成形型ＭＰ１は、第１及び第２成形部ＰＰ１，ＰＰ２のうち、画像取出部２３の多数の反射ユニット２３ｃを形成するための断面鋸歯状の転写面ＳＳ１，ＳＳ２を有している。つまり、転写面ＳＳ１と転写面ＳＳ２とは同一形状であり、これらを貼合せの面として、これらの間に反射膜を設けつつ貼り合わせることで、画像取出部２３の複数の反射ユニット２３ｃが形成される。なお、樹脂部材成形型ＭＰ２は、全反射面形成部２２の全反射面２２ａ，２２ｂ等の平坦面を形成するための転写面ＳＳａを有している。以上のように、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２において、一対の第１及び第２成形部ＰＰ１，ＰＰ２の双方が１つの型内に存在することで、一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を一括して同時に作製可能となっている。これにより、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２との製造時の誤差を極力抑えることができるので、両者間の屈折率差を所望の範囲内（例えば±０．０００５以内）とする高精度のものにできる。なお、ここでは、このように複数の部材を一括して同時に作製することを同一ロットで作製すると言うものとする。

次に、準備された樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２を型閉じし、さらに、型締めした状態にし、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２間に形成された内部空間に高圧で樹脂材料を射出して充填する（図４のステップＳ２の射出充填工程）。これにより、同一の樹脂材料が第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２との双方に対して一斉に充填されるものとなる。第１及び第２成形部ＰＰ１，ＰＰ２に充填された樹脂材料は、１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２内において加圧状態に保持されて徐々に冷却されることで、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２の各転写面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳａの転写がなされる。転写後、樹脂材料が樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２から離型される（図４のステップＳ３の離型工程）。以上により、樹脂材料から両樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が同一ロットで作製される（樹脂部材成形工程）。以上の各工程を経て作製される第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２において、各転写面ＳＳ１，ＳＳ２の転写によって成形される断面鋸歯状の面である成形面ＰＳ１と成形面ＰＳ２とは、同一形状であり、かつ、多数の反射ユニット２３ｃの延びる方向であるＹ方向についてそれぞれ軸対称形状である。また、これらの成形面ＰＳ１，ＰＳ２は、各反射ユニット２３ｃの画像光反射面２３ａを構成するための互いに平行な傾斜面を含む同一形状の複数の溝部分又は山部分を連ねて形成されたものと見ることもできる。

ここで、成形面ＰＳ１，ＰＳ２について、第２樹脂部材Ｂ２を、Ｙ方向を軸方向として１８０°反転させることで、第２樹脂部材Ｂ２の成形面ＰＳ２は、第１樹脂部材Ｂ１の成形面ＰＳ１に隙間なく貼り合わせることが可能な形状である。なお、第１樹脂部材Ｂ１は、全反射面形成部２２の−Ｘ側の本体部分を構成するものとして、第１の全反射面２２ａを有し、また、画像取出部２３に対向して配置される光射出面ＯＳを有している。また、第２樹脂部材Ｂ２は、全反射面形成部２２の＋Ｘ側の本体部分を構成するものとして、第２の全反射面２２ｂを有している。

次に、図５（Ｃ）に示すように、樹脂部材成形工程において作製された第１樹脂部材Ｂ１の成形面ＰＳ１のうち画像光反射面２３ａを構成すべき多数の第１面Ｍ１に面する方向である矢印方向ＡＷから、アルミ等の成膜材料が蒸着され、各第１面Ｍ１上に画像光反射面２３ａとなるべき反射膜ＭＢが形成される（図４のステップＳ４の反射膜成膜工程）。次に、図５（Ｄ）及び５（Ｅ）に示すように、画像光反射面２３ａが形成された成形面ＰＳ１の各第１面Ｍ１と、成形面ＰＳ１に対応する成形面ＰＳ２の各第２面Ｍ２とを貼り合せて、導光板２０の画像取出部２３を形成する（画像取出部形成工程）。なお、貼合せは、成形面ＰＳ１と成形面ＰＳ２との接着によってなされる。また、この際、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２によって併せて全反射面形成部２２も形成される。さらに、図５（Ａ）に示すように、両樹脂部材Ｂ１，Ｂ２によって形成されたものに光入射面ＩＳ等を含む四角柱状の肉厚のブロック部分ＢＰを接合することで、導光板２０の樹脂製の本体部分が作製され（図４のステップＳ５の樹脂部材接合工程）、ブロック部分ＢＰにおいて入射光折曲面２１が形成されることで導光板２０が作製される。

以上のように、本実施形態の導光板２０の製造方法では、図４のステップＳ２，Ｓ３に示す樹脂部材成形工程において、第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２との双方を有する樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２によって一括して一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が成形される。また、図４のステップＳ５に示す画像取出部形成工程において、当該第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成される。この場合、画像取出部２３を構成する第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２との屈折率差を極力抑制できる。従って、画像取出部２３の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板２０が製造される。

〔第２実施形態〕
以下、第１実施形態を変形した第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る導光板の製造方法は、第１実施形態の導光板の製造方法の変形例であり、導光板を構成する樹脂製の本体部分の製造工程以外の製造工程については、第１実施形態と同様であるので、樹脂部材成形型と当該型によって成形される樹脂製の本体部分である樹脂部材についてのみ説明し、他については、説明及び図示を省略する。また、第１実施形態の場合と同符号のものについては、特に説明しない限り同様の機能を有するものとする。

図６（Ａ）は、本実施形態の製造方法によって製造される導光板２０を模式的に示す平面図である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す導光板２０のうち画像取出部２３の本体部分である第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２と、全反射面形成部２２等の本体部分である第３樹脂部材Ｂ３とを射出成形により成形する１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２とを示す図である。

本実施形態に係る導光板２０の製造方法では、１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２は、第１樹脂部材Ｂ１を成形するための第１成形部ＰＰ１と、第２樹脂部材Ｂ２を成形するための第２成形部ＰＰ２とに加え、第３樹脂部材Ｂ３を成形するための第３成形部ＰＰ３を有している。つまり、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２において、第１、第２及び第３成形部ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３が１つの型内に存在することで、第１、第２及び第３樹脂部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を同一ロットで作製可能となっている。

ここで、図６（Ｂ）に示す例では、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２とは、導光板２０のうち画像取出部２３の本体部分のみを形成し、第３樹脂部材Ｂ３によって全反射面形成部２２の全反射面２２ａ，２２ｂや光射出面ＯＳ等の部分が形成されるものとなっている。このように、第３成形部ＰＰ３を有することで、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２の形状の自由度を高めるとともに、第１、第２及び第３樹脂部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を同一ロットで作製することで、光射出部Ｄ３の本体部分と画像取出部２３との屈折率差を抑えて高精度な光射出部Ｄ３を有する導光板２０を作製できる。

以上のように、本実施形態の導光板２０の製造方法では、樹脂部材成形工程において、第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２と第３成形部ＰＰ３とを有する樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２によって一括して一対の第１、第２及び第３樹脂部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が成形される。また、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成される。従って、画像取出部２３の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板２０が製造される。

〔第３実施形態〕
以下、第１実施形態を変形した第３実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る導光板の製造方法は、第１実施形態の導光板の製造方法の変形例であり、画像取出部の製造工程以外の製造工程については、第１実施形態と同様であるので、画像取出部を構成する樹脂部材の成形についてのみ示し、他の工程については、説明及び図示を省略する。また、第１実施形態の場合と同符号のものについては、特に説明しない限り同様の機能を有するものとする。

図７は、本実施形態に係る導光板２０の製造方法の概要を説明するフローチャートである。また、図８（Ａ）は、本実施形態の製造方法によって製造される導光板２０を模式的に示す平面図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す導光板２０のうち画像取出部２３の本体部分である第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２となるべき樹脂成型品ＢＸと、樹脂成型品ＢＸを射出成形するにより成形する１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２とを示す図である。さらに、図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、樹脂成型品ＢＸを分割して第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を取り出すとともに、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成する様子を示す図である。ここで、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２とは、同一形状であり、樹脂成型品ＢＸは、第１樹脂部材Ｂ１又は第２樹脂部材Ｂ２を複数枚分（図９（Ａ）に示す例では、３×６＝１８枚分）配列した断面鋸歯状の面を有している。つまり、樹脂成型品ＢＸを分割することで複数の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が取り出されるものとなっている。

本実施形態に係る導光板２０の製造方法では、図８（Ｂ）に示す１組の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２は、画像取出部２３を構成する第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を含む樹脂成型品ＢＸを成形するものとなっている。つまり、まず、樹脂成型品ＢＸを射出成形するための第１及び第２樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２を準備し（図７のステップＳ１の型準備工程）、次に、型締めした状態の樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２間に形成された内部空間に高圧で射出された同一の樹脂材料が一斉に充填される（図７のステップＳ２の射出充填工程）。樹脂材料は、第１及び第２樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２内において加圧保持され徐々に冷却された後、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２から離型される（図７のステップＳ３の離型工程）。以上により、断面鋸歯状の面を有する樹脂成型品ＢＸが成形される（樹脂部材成形工程）。次に、図９（Ａ）に示すように、成形された樹脂成型品ＢＸを切断面ＤＳに沿ってカットすることにより、図９（Ｂ）に示す同一形状の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が取り出される（図７のステップＳ３ａの樹脂成型品分割工程）。つまり、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２は、同一ロットで成形されたものとなっている。また、この際、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２とは、樹脂成型品ＢＸのうち隣接した部分から取り出されている。つまり、第１樹脂部材Ｂ１と第２樹脂部材Ｂ２とは、連なった状態で成形されている。これにより、両者間の屈折率差をより低減したものにできる。なお、以上の場合、図８（Ｂ）に示すように、対応する第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２とは、樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２において隣接した部分に連続した１つの型の一部として含まれていることになる。

次に、図９（Ｂ）及び９（Ｃ）に示すように、第１樹脂部材Ｂ１に矢印方向ＡＷからアルミ等の成膜材料が蒸着され（図７のステップＳ４の反射膜成膜工程）、第１樹脂部材Ｂ１の成形面ＰＳ１と第２樹脂部材Ｂ２の成形面ＰＳ２とを貼り合せて、多数の画像光反射面２３ａを有する画像取出部２３を形成する（画像取出部形成工程）。以上により、導光板２０の画像取出部２３が作製される。

なお、図８（Ａ）示すように、上記のようにして作製された画像取出部２３に全反射面形成部２２等を構成する樹脂部材Ｂ３やブロック部分ＢＰを接合することで（図７のステップＳ５の樹脂部材接合工程）、導光板２０が作製される。なお、樹脂部材Ｂ３について、第２実施形態の場合と同様に同一ロットで作製するものとしてもよい。

以上のように、本実施形態の導光板２０の製造方法では、樹脂部材成形工程において、第１成形部ＰＰ１と第２成形部ＰＰ２とを有する樹脂部材成形型ＭＰ１，ＭＰ２によって一括して一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が成形される。また、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成される。従って、画像取出部２３の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板２０が製造される。

〔第４実施形態〕
以下、第１実施形態を変形した第４実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る導光板の製造方法は、第１実施形態等の導光板の製造方法の変形例であり、画像取出部の本体部分となる樹脂部材の製造工程以外の製造工程については、第１実施形態と同様であるので、画像取出部の成形についてのみ示し、他の工程については、説明及び図示を省略する。また、第１実施形態の場合と同符号のものについては、特に説明しない限り同様の機能を有するものとする。

図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、本実施形態に係る導光板の製造方法のうち、画像取出部２３の本体部分である第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を成形する工程について示す図である。

本実施形態に係る導光板２０の製造方法では、紫外線硬化樹脂成形によって第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を作製している。つまり、金属型である樹脂部材成形型ＭＰ１と光透過性のガラス基板ＧＰとによって、第１樹脂部材Ｂ１を成形するための第１成形部ＰＰ１と、第２樹脂部材Ｂ２を成形するための第２成形部ＰＰ２とが形成され、これらが協働して、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を同一ロットで作製可能となっている。具体的には、まず、図１０（Ａ）に示すように、断面鋸歯状の面である転写面ＳＳ１，ＳＳ２を有する樹脂部材成形型ＭＰ１上に、紫外線硬化性樹脂ＭＭを一斉に充填する。次に、図１０（Ｂ）に示すように、樹脂部材成形型ＭＰ１の上方からガラス基板ＧＰによって押圧し、樹脂部材成形型ＭＰ１の転写面ＳＳ１，ＳＳ２の転写をし（転写工程）、さらに、紫外線ＵＶを照射して（紫外光照射工程）、紫外線硬化性樹脂ＭＭを硬化させ（樹脂硬化工程）、転写面ＳＳ１，ＳＳ２の転写された第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を成形する。

以上のように、本実施形態の導光板の製造方法では、樹脂部材成形型ＭＰ１とガラス基板ＧＰとを用いることで、微細な形状を比較的簡易に作製できる紫外線硬化樹脂成形によって一括して一対の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が成形される。また、第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を貼り合せて１つの画像取出部２３が形成される。従って、画像取出部２３の内部での意図しない屈折による画像光の角度ずれが抑制されることで、良好な画像を表示可能とする導光板２０が製造される。なお、図示の例では、樹脂部材成形型ＭＰ１が２つの転写面ＳＳ１，ＳＳ２を有して第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２を成形するものとしているが、例えば第３実施形態において図８（Ｂ）に示す樹脂部材成形型ＭＰ１のように、一度に大量の第１及び第２樹脂部材Ｂ１，Ｂ２が形成可能な樹脂成型品ＢＸを成形するものとしてもよい。

〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記の説明では、断面鋸歯状の面である成形面ＰＳ１と成形面ＰＳ２とにおいて、各反射ユニット２３ｃの画像光反射面２３ａを構成するための互いに平行な傾斜面を含む複数の溝部分が同一形状であるものとしている。すなわち各反射ユニット２３ｃは同一形状としているが、画像光反射面２３ａは、傾斜角度が維持されれば、サイズの異なるものであってもよい。つまり、これらの成形面ＰＳ１，ＰＳ２は、相似形状の溝部分を連ねて形成された断面鋸歯状の面であってもよい。

上記の説明では、多数の反射ユニットを有する構成としているが、１つの反射面で画像光を取り出す構成とするものについても、本構成のように２部材のブロック部分を接合して導光板を作製してもよい。

上記の説明では、画像表示素子として、透過型の液晶デバイス１１を用いているが、画像表示素子としては、透過型の液晶デバイスに限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶パネルを用いた構成も可能であり、液晶デバイス１１に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子用いた構成も可能である。さらに、レーザー光源とポリゴンミラーその他のスキャナーとを組みあわせたレーザースキャナーを用いた構成も可能である。なお、液晶デバイス１１やその光源において、画像取出部２３の光取出特性を考慮して輝度パターンの調整を行うこともできる。

上記の説明では、虚像表示装置１００は、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ画像形成装置１０及び導光板２０を備えるとしているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ画像形成装置１０と導光板２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記の説明では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、外界像を観察させる必要がない場合、画像光反射面２３ａの光反射率を略１００％にすることが可能である。

上記の説明では、光入射面ＩＳと光射出面ＯＳとを同一の平面上に配置しているが、これに限らず、例えば、光入射面ＩＳを第１の全反射面２２ａと同一の平面上に配置し、光射出面ＯＳを第２の全反射面２２ｂと同一の平面上に配置することもできる。

上記の説明では、入射光折曲面２１を構成するミラー層２１ａや斜面ＲＳの角度について特に触れていないが、本発明は、ミラー層２１ａ等の光軸ＯＡに対する角度を用途や仕様に応じて様々な値とすることができる。

上記の説明では、反射ユニット２３ｃによるＶ字状の溝は、先端を尖った状態で図示しているが、Ｖ字状の溝の形状については、これに限らず、先端を平らにカットしているものや先端にＲを付けているものであってもよい。

上記の説明では、実施形態の虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、実施形態の虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。

上記の説明では、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂにおいて、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により画像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明における全反射については、第１及び第２の全反射面２２ａ，２２ｂ上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角が全反射条件を満たした上で、全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって全反射面２２ａ，２２ｂの全体又は一部がコートされていてもよい。

１０…画像形成装置、 １１…液晶デバイス、 １２…投射光学系、 ２０…導光板、 ２０ａ…導光板本体部、 ２１…入射光折曲面、 ２２…全反射面形成部、 ２２ａ…第１の全反射面、 ２２ｂ…第２の全反射面、 ２３…画像取出部、 ２３ａ…画像光反射面（部分反射面）、 ２３ｃ…反射ユニット、 １００…虚像表示装置、 ＡＸ…光軸、 Ｂ１…第１樹脂部材、 Ｂ２…第２樹脂部材、 Ｂ３…第３樹脂部材、 Ｄ１…光入射部、 Ｄ２…導光部、 Ｄ３…光射出部、 ＥＹ…眼、 ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３，ＧＬｘ，ＧＬｙ…画像光、 ＩＳ…光入射面、 ＯＡ…光軸、 ＯＳ…光射出面、 ＭＰ１，ＭＰ２…樹脂部材成形型、 ＰＰ１…第１成形部、 ＰＰ２…第２成形部、 ＳＰ１，ＳＰ２…成形面、 ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳａ…転写面

Claims (8)

1. 導光部と、前記導光部に画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた前記画像光を外部へ取出す画像取出部を有する光射出部と、を備える導光板の製造方法であって、
   前記画像取出部の一部を構成する第１樹脂部材を成形する第１成形部と、前記第１樹脂部材と対になり前記画像取出部の他の一部を構成する第２樹脂部材を成形する第２成形部との双方を有する樹脂部材成形型を準備する型準備工程と、
   前記樹脂部材成形型の前記第１成形部と前記第２成形部との双方に樹脂材料を充填し、前記樹脂部材成形型から前記第１及び第２樹脂部材を一括して成形する樹脂部材成形工程と、
   前記樹脂部材成形工程において一括して成形された前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とを対として貼り合せることにより前記画像取出部を形成する画像取出部形成工程と、を備える導光板の製造方法。
2. 前記画像取出部形成工程において、前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材との間に前記画像取出部を構成する所定の配列方向に配列される複数の反射ユニットを形成するために、前記第１及び第２位樹脂部材の互いに貼り合わされる成形面の一方に反射膜を成膜する反射膜成膜工程を含む、請求項１に記載の導光板の製造方法。
3. 前記複数の反射ユニットは、前記反射膜によって入射光の少なくとも一部を透過させる複数の部分反射面を有し、前記複数の部分反射面のうちいずれかにおいて前記画像光の少なくとも一部を１回以上通過させる、請求項２に記載の導光板の製造方法。
4. 前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とは、前記複数の反射ユニットを構成するための互いに平行な傾斜面を含み互いに反転した一対の断面鋸歯状の面を有し、
   前記画像取出部形成工程において、前記反射ユニットの長手方向を軸方向として、前記第２樹脂部材の前記断面鋸歯状の面を１８０°反転させて第１樹脂部材の断面鋸歯状の面に貼り合せる、請求項３に記載の導光板の製造方法。
5. 前記樹脂部材成形型は、前記第１成形部と前記第２成形部との双方を、連続した１つの型の一部として含んでおり、前記第１及び第２樹脂部材は、前記樹脂部材成形工程において連なった状態で成形されるとともに、前記画像取出部形成工程の前に個々に分割される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の導光板の製造方法。
6. 前記樹脂部材成形型は、前記画像取出部を接合する前記光射出部の本体部分を構成する第３樹脂部材を成形する第３成形部をさらに有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の導光板の製造方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の導光板の製造方法により製造される導光板。
8. 請求項７に記載の導光板と、
   前記導光板に導かれる前記画像光を形成する画像形成装置と、
   を備える虚像表示装置。

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