JP2020034721A

JP2020034721A - 虚像表示装置

Info

Publication number: JP2020034721A
Application number: JP2018161127A
Authority: JP
Inventors: 武田　高司; Takashi Takeda; 高司武田; 将行 ▲高▼木; Masayuki Takagi; 敏明宮尾; Toshiaki Miyao; 論人山口; Tokito Yamaguchi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US20200073127A1; US11448882B2

Abstract

【課題】シースルー視野を確保することが容易な虚像表示装置を提供すること。【解決手段】虚像表示装置１００は、画像形成部である表示デバイス１１と、外側ミラー部材である第１ミラー部材２１を含み、表示デバイス１１からの画像光ＧＬが入射する映像光学系１１２と、映像光学系１１２から射出された画像光ＧＬを射出瞳ＥＰの位置に向けて反射する部分反射型ミラー部２３とを備え、外側ミラー部材である第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とが一体化されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ミラー部材を含むヘッドマウントディスプレイ及びその他の虚像表示装置に関し、特にシースルー視が可能な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、ミラー又は導光体のような光学素子によって表示素子からの画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。

特許文献１に記載の光学系は、４個の偏芯曲面ミラーで構成され、第１の偏芯曲面ミラーは、回転楕円面又は回転楕円面をベースとする非球面であり、第２の偏芯曲面ミラーは、双曲面又は双曲面をベースとする非球面である。複数の偏芯曲面ミラーは、例えば顔を基準として垂直方向に配置される。光学系を偏芯曲面ミラーで構成することにより、導光体を用いる場合に比較して軽量化の達成が容易となる。

特開平９−１８９８８０号公報

特許文献１の光学系は、偏芯曲面ミラーで構成するため、眼前の偏芯曲面ミラーに隣接して別の偏芯曲面ミラーが配置される。このため、眼前の偏芯曲面ミラーに透過性を持たせてシースルーを確保する場合、眼前の偏芯曲面ミラーの支持体、別の偏芯曲面ミラー等によって、シースルー視野が阻害される可能性がある。

本発明の一側面における虚像表示装置は、画像形成部と、外側ミラー部材を含み、画像形成部からの画像光が入射する映像光学系と、映像光学系から射出された画像光を射出瞳の位置に向けて反射する部分反射型ミラー部とを備え、外側ミラー部材と部分反射型ミラー部とが一体化されている。

第１実施形態の虚像表示装置を説明する側断面図である。第１実施形態の虚像表示装置を説明する正面図である。図１等に示す装置の構成要素の配置関係等を説明する側断面図である。前方カバー部材の要部と他の光学素子との配置関係を説明する斜視図である。前方カバー部材を説明する正面図である。表示デバイスに形成された表示像の強制的歪曲を説明する図である。第１ミラー部材の反射面の構造を説明する拡大断面図である。第２ミラー部材の反射面の構造を説明する拡大断面図である。部分反射型ミラー部の反射面等の構造を説明する拡大断面図である。グラデーション領域の反射面等の構造を説明する拡大断面図である。第１ミラー部材の反射面の変形例を説明する図である。グラデーション領域の反射面の変形例を説明する図である。外光透視領域の断面構造の変形例を説明する図である。外光透視領域の断面構造の別の変形例を説明する図である。第２実施形態の虚像表示装置を説明する側断面図である。光学素子の配置関係を説明する斜視図である。第３実施形態の虚像表示装置の要部を説明する斜視図である。第３実施形態の虚像表示装置の光学系を説明する側断面図である。保護部材の構造を説明する拡大断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜３等を参照して本発明に係る第１実施形態の虚像表示装置について説明する。

図１〜３において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、Ｘ方向は、虚像表示装置１００を装着した観察者ＵＳの両眼の並ぶ横方向に対応し、Ｙ方向は、観察者ＵＳにとっての両眼の並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、Ｚ方向は、観察者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。

図示の虚像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイであり、観察者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。虚像表示装置１００は、表示デバイス１１と、投射光学系１２とを備える。投射光学系１２は、第１ミラー部材２１と、第２ミラー部材２２と、部分反射型ミラー部２３とを備える。これらのうち、外側ミラー部材である第１ミラー部材２１と、内側ミラー部材である第２ミラー部材２２とは、映像光学系１１２を構成する。また、第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とは、外観部材である前方カバー部材５０の一部となっており、第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とが上下に並んで一体化されている。前方カバー部材５０は、第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とを含んでこれらを一体化したものであるという観点で、２面反射部材と呼ぶことができ、前方カバー反射部材と呼ぶこともできる。前方カバー部材５０は、表示デバイス１１及び第２ミラー部材２２よりも外側又は外界側においてこれら表示デバイス１１等に対して位置決めされた状態で配置されている。前方カバー部材５０は、メガネレンズ状の輪郭を有し、観察者ＵＳの眼を覆って外側に凸の湾曲した形状を有する。図１及び３では、右眼用の虚像表示装置１００のみを示しているが、左眼用の虚像表示装置１００も同様の構造を有し、両眼用の虚像表示装置１００を組み合わせることで、全体として眼鏡のような外観を有する虚像表示装置２００となる。なお、両眼用の虚像表示装置２００については、右眼用又は左眼用の部分のうち一方を省略することができ、この場合、片眼型のヘッドマウントディスプレイとなる。

なお、図３に示すように、表示デバイス１１と第１ミラー部材２１との間には、レンズ２５を配置することができる。レンズ２５は、投射光学系１２の一部であり、投射光学系１２の収差を低減する役割を有する。レンズ２５については、台形補正の機能を持たせる観点で、縦のＹＺ断面において楔角を有するものとすることができる。また、レンズ２５は、縦横のテレセントリック特性を調整する観点で、縦横で光学的パワーを異なるものとすることができる。レンズ２５は、色収差を少なくする観点でアッベ数が５０以上の材料で形成されることが望ましい。

図１等に戻って、フレーム８０は、メガネと類似した構造を有し、本体部材８１の側方端部に連結されるツル部８２を備え、本体部材８１の中央から延びる金具の先端にノーズパッド８３を備える。

光路について説明すると、表示デバイス１１からの画像光ＧＬは、外側ミラー部材である第１ミラー部材２１に入射して第１反射領域Ｒ１を形成する反射面２１ｒによって１００％に近い高い反射率で反射される。第１ミラー部材２１で反射された画像光ＧＬは、第２ミラー部材２２に入射して反射面２２ｒによって１００％に近い高い反射率で反射される。第２ミラー部材２２で反射された画像光ＧＬは、部分反射型ミラー部２３に入射して第２反射領域Ｒ２を形成する反射面２３ｒによって５０％程度以下の反射率で反射される。部分反射型ミラー部２３で反射された画像光ＧＬは、観察者ＵＳの瞳ＥＹが配置される射出瞳ＥＰに入射する。

図３を参照して、虚像表示装置１００は、フレーム８０の本体部材８１に固定された本体カバー部材である上部カバー部材７０を有する。上部カバー部材（本体カバー部材）７０は、前方カバー部材５０に連結され、表示デバイス（画像形成部）１１と第２ミラー部材２２とを覆う。上部カバー部材７０の上側壁部７１は、本体部材８１に対して接着材や締結具によって固定されている。上部カバー部材７０の裏面壁部７２には、画像形成部である表示デバイス１１と第２ミラー部材２２とが上下に隣接して固定されている。表示デバイス１１（画像形成部）と第２ミラー部材２２とは、それらの背面側で接着材や締結具によって裏面壁部７２に固定されている。結果的に、第２ミラー部材２２は、上端で固定されて、上部カバー部材（本体カバー部材）７０に吊持されていることになる。これにより、第２ミラー部材２２の下端や左右に視界を妨げるものを配置することを回避しやすくなる。第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とは、前方カバー部材５０の一部として、フレーム８０の本体部材８１に直接固定されている。第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３は、前方カバー部材５０の一部として、一体化されている。

図４は、図２に示す右眼用の前方カバー部材５０のうち中央領域ＡＣを示している。前方カバー部材５０は、全体で一様な厚みを有し、射出瞳ＥＰの前方側に配置されている。前方カバー部材５０には、第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１の反射面２１ｒと部分反射型ミラー部２３の反射面２３ｒとが上下に分離して形成されており、前方カバー部材５０は、２面反射部材又は前方カバー反射部材と呼ぶことができる。反射面２１ｒは、第１ミラー部材２１の有効領域ＥＡ１に対応する領域に形成され、反射面２３ｒは、部分反射型ミラー部２３の有効領域ＥＡ３に対応する領域に形成されている。第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とは、これらの間に延びる連結部２９を介して連続的に接続されている。連結部２９は、後述するグラデーション領域５４を含んでいる。

図４及び５に示すように、前方カバー部材５０の一部である透過領域５１は、シースルー視を確保する観点で、部分反射型ミラー部２３を含んでその外側に広がっている。つまり、透過領域５１は、部分反射型ミラー部２３を一部に有しており、部分反射型ミラー部２３の反射面２３ｒの上下左右である周囲に広がっている。透過領域５１は、部分反射型ミラー部２３を含む観点で虚像又は投影像の形成に寄与し、部分反射型ミラー部２３や透過領域５１のシースルー視において光透過性を持たせる役割を有する。その意味で、透過領域５１の透過率は、可視光線を基準として１０％〜９０％、実用的には２０％〜９０％に設定されることが望ましく、通常５０％〜８０％に設定される。本実施形態の場合、透過領域５１において、部分反射型ミラー部２３のまわりに外光透視領域５５が設けられている。より詳細には、透過領域５１のうち、部分反射型ミラー部２３を除いた領域は、外光透視領域５５となっている。外光透視領域５５は、部分反射型ミラー部２３の部分透過型又は半透過型の反射面２３ｒを延長した反射面５５ｒを形成したものとなっている。これにより、外光透視領域５５と部分反射型ミラー部２３との間に透過率が段階的に変化する箇所が形成されることを防止でき、外界側からは、透過領域５１が一様な透過率及び反射率を有する部分又は領域として認識される。透過領域５１の上側には、遮光領域５２が形成されている。遮光領域５２は、第１ミラー部材２１を一部に有しており、第１ミラー部材２１の反射面２１ｒの上下左右である周囲に広がっている。前方カバー部材５０は、部分反射型ミラー部２３及び外光透視領域５５を含む透過領域５１と、第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１を含む遮光領域５２とを一体化したものである。本実施形態の場合、遮光領域５２のうち第１ミラー部材２１を除いた外光遮断領域５６は、第１ミラー部材２１の全反射型の反射面２１ｒを延長した反射面５６ｒを形成したものとなっている。遮光領域５２、つまり第１ミラー部材２１や外光遮断領域５６は、屈折面による内部全反射ではなく反射膜による全反射型の反射特性を有するものとなっている。

前方カバー部材５０において、透過領域５１と遮光領域５２との間には、帯状のグラデーション領域５４が形成されて一体化されている。グラデーション領域５４の透過率は、グラデーション領域５４の下端において、透過領域５１の上端の透過率と等しく、グラデーション領域５４の上端において、遮光領域５２の下端の透過率と等しくなっている。つまり、遮光領域５２から透過領域５１にかけて光学的状態が連続的に変化し、結果的に、第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１から部分反射型ミラー部２３にかけて光学的状態が連続的に変化する。グラデーション領域５４には、第１ミラー部材２１の反射面２１ｒと同様の反射面５４ｒが形成されているが、反射面５４ｒの反射率は、上下方向の位置に応じて徐々に変化する。この結果、透過領域５１と遮光領域５２とがグラデーション領域５４を挟んで配置され、透過領域５１から遮光領域５２にかけて透過率や反射率が連続的に徐々に変化し、部分反射型ミラー部２３から第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１にかけて、反射率や透過率が連続的に徐々に変化する。このように透過領域５１と遮光領域５２との間に帯状のグラデーション領域５４を設けることで、外界側からは、前方カバー部材５０が下側で透過率が高く上側で透過率が低いだけでなく上下の境界がぼかされた一体的な部材として認識される。

透過領域５１やグラデーション領域５４は、外界光ＯＬを少なくとも部分的に通過させるので、観察者ＵＳは、外界のシースルー視が可能になる。透過領域５１やグラデーション領域５４は、巨視的に一様な厚みを有し、透過光に対して光学的パワーを実質的に有しない。より詳細には、部分反射型ミラー部２３、外光透視領域５５、及びグラデーション領域５４は、透過光に対して光学的パワーを実質的に有しない。見方を変えれば、第１ミラー部材２１の有効領域ＥＡ１かつ部分反射型ミラー部２３の有効領域ＥＡ３外にある連結部２９、つまり、部分反射型ミラー部２３及び第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１間に延びる連結部２９は、透過光に対して光学的パワーを実質的に有しない。このように、透過領域５１やグラデーション領域５４が透過光に対して光学的パワーを実質的に有しないことにより、透過領域５１やグラデーション領域５４越し、例えば部分反射型ミラー部２３、連結部２９、及びグラデーション領域５４越しに観察される外界像の歪みを抑えることができる。

具体的な作製例では、グラデーション領域５４のＹ方向の幅を例えば２ｍｍ程度以上で例えば５ｍｍとし、外光透視領域５５の反射率が約５０％で第１ミラー部材２１の反射率が約１００％である場合、グラデーション領域５４の下端又は−Ｙ端側の反射率を約５０％としてグラデーション領域５４の上端又は＋Ｙ端側の反射率を約１００％として、その間を一様な変化率で変化させた。なお、外光透視領域５５の反射率は、分反射型ミラー部２３の反射率と一致させることができるが、分反射型ミラー部２３の反射率と相違させることもできる。

図３に示すように、前方カバー部材５０のグラデーション領域５４は、シースルー視を確保する観点で、水平方向に対応する中心軸ＨＸより上方１５°以上の位置まで広がっている。つまり、射出瞳ＥＰの中央からＹＺ面に平行な斜め上方であって、中心軸ＨＸに対する角度β１が１５°の方向に向けて延びる仮想的な第１基準線ＵＬ１を考えて、この第１基準線ＵＬ１に達するまで前方カバー部材５０のグラデーション領域５４が形成されている。

以上では、ＹＺ断面で配置関係を説明しているが、近似的にはＸ方向にも同様の関係が成り立っていることが望ましい。具体的には、射出瞳ＥＰの中央から斜め上方に向けて第１基準線ＵＬ１及びＸ軸に平行に延びる仮想的な第１基準面ＵＰ１を考えて、この第１基準面ＵＰ１よりも下側において前方カバー部材５０のグラデーション領域５４が配置されていることが望ましい。

上記第１基準線ＵＬ１については、水平方向を基準とするのではなく、画面中心の方向又は射出側光軸ＡＸｏを基準とすることができる。つまり、この場合、第１基準線ＵＬ１は、画面中心に対応する射出側光軸ＡＸｏに対する角度α１が２５°となっており、グラデーション領域５４は、射出瞳ＥＰを基準として画面中心より上方２５°に対応する第１基準線ＵＬ１以上の位置まで広がっている。以上の関係は、近似的にはＸ方向にも成り立っていることが望ましく、グラデーション領域５４は、射出瞳ＥＰを基準として画面中心より上方２５°に対応する第１基準面ＵＰ１以上の位置まで広がっている。

グラデーション領域５４に限らず、透過領域５１の上端が中心軸ＨＸに対して角度β１＝１５°の方向に向けて延びる仮想的な第１基準線ＵＬ１又は第１基準面ＵＰ１以上の位置まで広がっていることがシースルー視野を広げる観点で望ましい。

なお、第１基準線ＵＬ１又は第１基準面ＵＰ１の角度β１は、２５°以上であることがシースルー視野確保の観点で望ましい。同様に、角度α１は、３５°以上であることがシースルー視野確保の観点で望ましい。

グラデーション領域５４は、射出瞳ＥＰを基準として、水平方向から上方５５°の位置、又は画面中心より上方６５°の位置を上限として広がっていれば足る。これは、人の視界の上限が、水平視の上側に５５°程度以下となっており、水平視の上側に４５°以上離れている物体は気にならないことによる。

以上の実施形態では、画面中心に対応する射出側光軸ＡＸｏは、水平方向の中心軸ＨＸに対して１０°下向きに設定されている。これは、人間の視線が水平方向より下側に約１０°傾いた若干の伏し目状態で安定するからである。なお、射出瞳ＥＰに対して水平方向の中心軸ＨＸは、虚像表示装置１００を装着した観察者ＵＳが直立姿勢でリラックスして正面に向いて水平方向又は水平線を注視した場合を想定したものとなっている。虚像表示装置１００を装着する個々の観察者ＵＳの眼の配置、耳の配置等を含む頭部の形状や姿勢は、様々であるが、観察者ＵＳの平均的な頭部形状又は頭部姿勢を想定することで、着目する虚像表示装置１００について、平均的な中心軸ＨＸを設定することができ、これを典型定又は代表的な中心軸ＨＸとして、角度β１に対応する第１基準線ＵＬ１や第１基準面ＵＰ１を決定することができる。

透過領域５１やグラデーション領域５４の形状や配置は、虚像表示装置１００の仕様等に応じて適宜変更できる。例えば、透過領域５１は、部分反射型ミラー部２３の上側に広がる必要はなく、この場合、部分反射型ミラー部２３の上端からグラデーション領域５４を形成することができる。また、透過領域５１のうち、部分反射型ミラー部２３の左右や下側に広がる外光透視領域５５も図示のものに限らず、例えば部分反射型ミラー部２３の左方、右方、及び下方において遮光領域（不図示）を設け、この遮光領域と部分反射型ミラー部２３との間にグラデーション領域を設けることができる。この場合、前方カバー部材５０において、透過領域５１は、部分反射型ミラー部２３のみからなり、その周囲にグラデーション領域が形成された状態となり、さらにその外側を囲むように遮光領域が形成された状態となる。

前方カバー部材５０の透過領域５１の透過性は、画面中心に対応する射出側光軸ＡＸｏに対して下側に４０°又は５０°まで確保すれば足る。つまり、透過領域５１が画面中心に対応する射出側光軸ＡＸｏよりも下側に４０°以上広がる場合、射出側光軸ＡＸｏよりも下側において安定視野に対応する４０°より所定だけ大きな誘導視野に対応する５０°を超える領域では、透過性を確保しなくてもよい。なお、透過領域５１は、１０°下向きの射出側光軸ＡＸｏに対して下側又は−Ｙ側に６５°程度の広がりを有するものである場合、眼球の動きにも対応できより好ましい。透過領域５１は、射出側光軸ＡＸｏが水平方向に延びるものである場合、誘導視野に対応する射出側光軸ＡＸｏに対して下側に４０°程度の広がりを有することが好ましく、視野を広げる観点からは射出側光軸ＡＸｏに対して下側に７５°程度の広がりを有することがより好ましいことになる。

透過領域５１は、射出側光軸ＡＸｏの左右横側又は±Ｘ側に安定視野に対応する±５０°程度の広がりを有することが望ましい。透過領域５１は、射出側光軸ＡＸｏの左右横側又は±Ｘ側に±１００°程度の広がりを有するものである場合、眼球の動きにも対応できより好ましい。なお、斜め方向の視野は、縦及び横の中間的広がりがあることが望ましく、一般的には、透過領域５１として、横長の楕円状の領域をカバーするようなものであることが望ましいと言える。

グラデーション領域５４は、第２ミラー部材２２の下端位置よりも上方に広がっている（図３，５参照）。さらに、グラデーション領域５４や透過領域５１は、射出瞳ＥＰを基準として内側ミラー部材である第２ミラー部材２２の下縁を投影する線ＵＬ４によって規定される境界線ＢＬ４より下側に形成されている。これにより、グラデーション領域５４までの上側視界を広くしつつ、第２ミラー部材２２によってグラデーション領域５４や透過領域５１の視界が遮られることを回避できる。

前方カバー部材５０を正面方向から観察することを仮定した場合において、第２ミラー部材２１のＸ方向の横幅は、第１ミラー部材２１のＸ方向の横幅よりも広い（図２、５参照）。これは、第２ミラー部材２１の周辺で中間像ＩＩが形成されるが、画角が横方向に広いことに関連している。また、第１ミラー部材２１と第２ミラー部材２２とは、水平方向に関して部分的に重畳するように配置されており（図３，５参照）、前方カバー部材５０を正面方向から観察することを仮定した場合、第２ミラー部材２２の上端が第１ミラー部材２１の下端の背後に配置されている状態となる。

図３を参照して、表示デバイス１１は、画像形成部であり、投射光学系１２よりも観察者ＵＳの頭部寄りに対応する上寄り又は＋Ｙ寄りに配置されている。表示デバイス（画像形成部）１１は、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）、無機ＥＬ、ＬＥＤアレイ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示素子であり、２次元の表示面１１ａにカラーの静止画又は動画を形成する。表示デバイス１１は、不図示の駆動制御回路に駆動されて表示動作を行う。表示デバイス１１として有機ＥＬのディスプレイを用いる場合、有機ＥＬ制御部を備える構成とする。表示デバイス１１として量子ドットディスプレイを用いる場合、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を量子ドットフィルムに通すことにより、緑や赤の色を出す構成とする。表示デバイス１１は、自発光型の表示素子に限らず、ＬＣＤその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。表示デバイス１１として、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, LCoS は登録商標）や、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。

図６に示すように、表示デバイス１１の表示面１１ａに形成される表示像ＤＡは、仮想的な格子の歪みから分かるように台形歪を持たせた修正画像となっている。後述するように、投射光学系１２が偏芯光学系であることから、台形歪のようなディスト―ションを取りきることは容易でない。よって、投射光学系１２にディスト―ションが残存していても、表示面１１ａに形成する表示像ＤＡに予め歪を持たせておくことで、投射光学系１２を経て射出瞳ＥＰの位置で観察される虚像の投影像ＩＧの画素配列を格子パターンとすることができ輪郭を矩形とすることができる。これにより、観察者ＵＳはディスト―ションの少ない投影像ＩＧを観察することができ、投射光学系１２におけるその他の収差の補正が容易になる。表示面１１ａに形成する表示像（修正画像）ＤＡは、画像処理によって強制的なディスト―ションを形成したものとできる。表示面１１ａが矩形である場合、強制的なディスト―ションを形成することで余白が形成されるが、このような余白に付加情報を表示させることもできる。表示面１１ａに形成する表示像（修正画像）ＤＡは、画像処理によって強制的なディスト―ションを形成したものに限らず、例えば表示面１１ａに形成された表示画素の配列を強制的なディスト―ションに対応するものしてもよい。この場合、ディスト―ションを補正する画像処理は不要となる。さらに、表示面１１ａに収差を補正する湾曲を持たせることもできる。

図３に戻って、投射光学系１２は、非共軸光学系又は偏芯光学系である。投射光学系１２の偏芯方向は、第１ミラー部材２１、第２ミラー部材２２等の配置によって規定される。具体的には、第１ミラー部材２１、第２ミラー部材２２、及び部分反射型ミラー部２３は、偏芯方向をＹＺ面内に設定したものとなっている。つまり、第１ミラー部材２１、第２ミラー部材２２、及び部分反射型ミラー部２３を通過する光軸ＡＸは、観察者の一対の瞳ＥＹが並ぶ横方向つまりＸ方向に対して交差して略縦方向に延びる平面に沿って配置され、より具体的にはＸ方向に対して直交して縦方向に延びるＹＺ平面に沿って配置される。光軸ＡＸを縦のＹＺ平面に沿って配置することで、横方向の画角を広くし易くなる。光軸ＡＸを含む面がＺ軸の周りに時計方向又は反時計方向（つまり左右）に数１０°程度傾いても、略縦方向に延びていれば、画角への影響はあまり大きくならない。また、第１ミラー部材２１は、第２ミラー部材２２よりも観察者ＵＳの頭部寄りに対応する上又は＋Ｙ寄りに配置され、第２ミラー部材２２は、部分反射型ミラー部２３よりも観察者ＵＳの頭部寄りに対応する上又は＋Ｙ寄りに配置されている。ここで、上又は＋Ｙ寄りとは、各ミラー部材２１，２２，２３と光軸ＡＸとの交点又は接点を基準として考える。

第１ミラー部材２１は、凹の表面ミラーとして機能する板状の部品であり、表示デバイス１１からの画像光ＧＬを反射する。第１ミラー部材２１は、薄板状の基材２１ｂの一方の表面２１ｓ上、具体的には射出瞳ＥＰ側の表面２１ｓ上にミラー膜２１ｃを形成した構造を有する表面反射型の光学素子である（図７参照）。ミラー膜２１ｃの表面は、薄い保護層２１ｈで被覆されている。第１ミラー部材２１の反射面２１ｒは、例えば自由曲面であり、基材２１ｂの表面２１ｓに対応する形状を有する。反射面２１ｒは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。反射面２１ｒは、全反射型のミラー膜２１ｃが形成された第１反射領域Ｒ１（図１参照）に相当し、ＹＺ面内にある偏芯方向（紙面の略上下方向）に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、ＹＺ面に直交する横方向又はＸ方向（紙面の法線方向）に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。第１ミラー部材２１の基材２１ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。ミラー膜２１ｃは、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜Ｌ１１又は多層膜Ｌ１２で形成されるが、誘電体多層膜Ｌ１３とすることもできる。ミラー膜２１ｃは、蒸着等の手法を含む積層によって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。保護層２１ｈは、例えばシリコン系ハードコート材料や酸化シリコンで形成された膜Ｌ１５とできるが、増反射機能や反射防止機能を付加した誘電体多層膜Ｌ１６とすることもできる。

第２ミラー部材２２は、凸の表面ミラーとして機能する板状の部品であり、第１ミラー部材２１からの画像光ＧＬを反射する。第２ミラー部材２２は、薄板状の基材２２ｂの一方の表面２２ｓ上にミラー膜２２ｃを形成した構造を有する表面反射型の光学素子である（図８参照）。ミラー膜２２ｃの表面は、薄い保護層２２ｈで被覆されている。第２ミラー部材２２の反射面２２ｒは、例えば自由曲面であり、基材２２ｂの表面２２ｓに対応する形状を有する。反射面２２ｒは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。反射面２２ｒは、ＹＺ面内にある偏芯方向（紙面の略上下方向）に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、ＹＺ面に直交する横方向又はＸ方向（紙面の法線方向）に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。第２ミラー部材２２の基材２２ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。ミラー膜２２ｃは、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜Ｌ２１又は多層膜Ｌ２２で形成されるが、誘電体多層膜Ｌ２３とすることもできる。ミラー膜２２ｃは、蒸着等の手法を含む積層によって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。保護層２２ｈは、例えばシリコン系ハードコート材料や酸化シリコンで形成された膜Ｌ２５とできるが、増反射機能や反射防止機能を付加した誘電体多層膜Ｌ２６とすることもできる。

部分反射型ミラー部２３は、凹の表面ミラーとして機能する板状の部品であり、第２ミラー部材２２からの画像光ＧＬを反射する。部分反射型ミラー部２３は、瞳ＥＹが配置される射出瞳ＥＰの位置を覆うとともに射出瞳ＥＰの位置に向かって凹形状を有する。透過型ミラー部２３と第１ミラー部材２１とは、上下方向に関して離間して配置されている。部分反射型ミラー部２３は、薄板状の基材２３ｂの一方の表面２３ｓ上、具体的には射出瞳ＥＰ側の表面２３ｓ上にミラー膜２３ｃを形成した構造を有する表面反射型の光学素子である（図９参照）。ミラー膜２３ｃの表面は、薄い保護層２３ｈで被覆されている。部分反射型ミラー部２３の反射面２３ｒは、例えば自由曲面であり、基材２３ｂの表面２３ｓに対応する形状を有する。反射面２３ｒは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。反射面２３ｒは、部分透過型のミラー膜２３ｃが形成された第２反射領域Ｒ２（図１参照）に相当し、ＹＺ面内にある偏芯方向（紙面の略上下方向）に関して光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、ＹＺ面に直交する横方向又はＸ方向（紙面の法線方向）に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。

部分反射型ミラー部２３は、反射に際して一部の光を透過させる透過型の反射素子であり、部分反射型ミラー部２３のミラー膜２３ｃは、半透過性を有する。これにより、外界光ＯＬが部分反射型ミラー部２３を通過するので、外界のシースルー視が可能になり、外界像に虚像を重ねることができる。この際、基材２３ｂが数ｍｍ程度以下に薄ければ、光学的パワーを実質的に有しない状態となり、外界像の倍率変化を小さく抑えることができる。ミラー膜２３ｃの画像光ＧＬや外界光ＯＬに対する反射率は、画像光ＧＬの輝度確保や、シースルーによる外界像の観察を容易にする観点で、想定される画像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。部分反射型ミラー部２３の基材２３ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。ミラー膜２３ｃは、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜Ｌ３１又は多層膜Ｌ３２で形成されるが、誘電体多層膜Ｌ３３とすることもできる。ミラー膜２３ｃは、蒸着等の手法を含む積層によって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。保護層２３ｈは、例えばシリコン系ハードコート材料や酸化シリコンで形成された膜Ｌ３５とできるが、増反射機能や反射防止機能を付加した誘電体多層膜Ｌ３６とすることもできる。基材２３ｂの他方の表面２３ｔについては、ハードコート層Ｌ３０を介して反射防止膜Ｌ３４を形成することができる。

以上において、第１ミラー部材２１の反射面２１ｒ、第２ミラー部材２２の反射面２２ｒ、及び部分反射型ミラー部２３の反射面２３ｒを自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、非共軸光学系又は偏芯光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になる。なお、自由曲面は回転対称軸をもたない面であり、自由曲面の面関数としては、各種多項式を用いることができる。また、非球面は、回転対称軸をもつ面であるが、放物面や多項式で表される球面以外の面である。

なお、部分反射型ミラー部２３を囲む外側の外光透視領域５５は、図９に示す部分反射型ミラー部２３の断面構造と同じ断面構造を有している。つまり、図９に示すミラー膜２３ｃによって表面反射型の反射面５５ｒが形成される。

図１０に示すように、グラデーション領域５４は、上下方向に透過率が変化する領域であり、薄板状の基材５４ｂの一方の表面５４ｓ上にミラー膜５４ｃを形成した構造を有しする。ミラー膜５４ｃの表面は、反射面５４ｒであり、薄い保護層５４ｈで被覆されている。ミラー膜５４ｃは、部分反射型ミラー部２３のミラー膜２３ｃと同様の構造を有するが、例えば膜厚が上から下に向かって薄くなっており、反射率や率透過率に勾配を持たせている。ミラー膜５４ｃは、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜Ｌ５１又は多層膜Ｌ５２で形成されるが、誘電体多層膜Ｌ５３とすることもできる。保護層５４ｈは、例えばシリコン系ハードコート材料や酸化シリコンで形成された膜Ｌ５５とできるが、増反射機能や反射防止機能を付加した誘電体多層膜Ｌ５６とすることもできる。基材５４ｂの他方の表面５４ｔについては、ハードコート層Ｌ５０を介して反射防止膜Ｌ５４を形成することができる。ミラー膜５４ｃを金属の膜Ｌ５１，Ｌ５２とする場合、蒸着等に際してマスクのエッジをぼかすことで、膜厚に勾配を持たせることができる。ミラー膜５４ｃを誘電体多層膜Ｌ５６とする場合、誘電体多層膜Ｌ５６を構成する屈折層の厚みや屈折率を調整して反射率に勾配を持たせることができる。

以上において、第１ミラー部材２１の母材である基材２１ｂと、部分反射型ミラー部２３の母材である基材２３ｂと、グラデーション領域５４の母材である基材５４ｂとは、共通の材料から一体成形されたものとできるが、これらを個別に成形して接着材によって一体化することもできる。基材２１ｂ，２３ｂ，５４ｂは、これらを一体成形する場合、例えばポリカーボネイトで形成されるが、これに限るものではない。第１ミラー部材２１の反射面２１ｒと、部分反射型ミラー部２３の反射面２３ｒとは、自由曲面とすることにより、共通の光学面とすることができる。外光透視領域５５の反射面５５ｒやグラデーション領域５４の反射面５４ｒは、反射面２１ｒ，２３ｒをシームレスに延長した面であり、自由曲面の一部とすることができるが、屈曲面が形成されないような連続性を持たせた固有の面とすることもできる。

第２ミラー部材２２と射出瞳ＥＰの位置とのＺ方向の距離と、部分反射型ミラー部２３と射出瞳ＥＰの位置とのＺ方向の距離とは、１４ｍｍ以上に設定されており、メガネレンズを配置する空間が確保されている。

第２ミラー部材２２と部分反射型ミラー部２３との間には中間像ＩＩが形成されている。中間像ＩＩは、表示デバイス１１の表示面１１ａに形成された画像を適宜拡大したものとなっている。

図１１は、第１ミラー部材２１の断面構造の変形例を説明する図であり、図１２は、グラデーション領域５４の断面構造の変形例を説明する図である。この場合、第１ミラー部材２１やグラデーション領域５４は、ミラー膜２１ｃ，５４ｃの下地としてミラー膜２３ｃを形成した構造を有する。つまり、第１ミラー部材２１に相当する第１反射領域Ｒ１内から部分反射型ミラー部２３に相当する第２反射領域Ｒ２の外縁にかけて、基材２１ｂ，２３ｂ上に形成された部分透過型のミラー膜３２ｃ上に全反射型のミラー膜２１ｃが積層されている。下地のミラー膜２３ｃは、部分反射型ミラー部２３と共通するものであり、部分反射型ミラー部２３の形成に際して一括して形成されたものである。このように、ミラー膜２３ｃ上にミラー膜２１ｃ，５４ｃを形成することで、グラデーション領域５４の透過領域５１とのつなぎ目、又はグラデーション領域５４の遮光領域５２とのつなぎ目で、透過率や反射率を連続的に変化させることが容易になり、つなぎ目を目立たせないことが容易になる。以上は例示であり、下地のミラー膜２３ｃは、グラデーション領域５４までとして、第１ミラー部材２１に下地のミラー膜２３ｃを設けない構造とすることもできる。

図１３は、部分反射型ミラー部２３の周囲の外光透視領域５５の断面構造の変形例を説明する図である。この場合、外光透視領域５５は、薄板状の基材１５５ｂの一方の表面１５５ｓ上に減光層１５５ｃを形成した構造を有する。基材１５５ｂは、部分反射型ミラー部２３の基材２３ｂと共通する部分となる。減光層１５５ｃは、例えばＮＤフィルターＬ４１等とすることができる。減光層１５５ｃをＮＤフィルターＬ４１とする場合、吸光性の樹脂膜を表面１５５ｓ上に塗布することができ、吸光性の無機物質を表面１５５ｓ上に蒸着することもできる。基材１５５ｂは、基材２３ｂとの２色成形によって形成することができ、この場合、基材１５５ｂのバルク透過率を基材２３ｂのバルク透過率よりも自在に低くすることができる。減光層１５５ｃの表面上には反射防止膜を含む保護層１５５ｈを形成することができ、基材１５５ｂの他方の表面１５５ｔにはハードコート層Ｌ４０を介して反射防止膜Ｌ４３を形成することができる。

図１４に示すように、外光透視領域５５は、減光層を形成していない薄板状の基材１５５ｂからなる構造とすることができる。基材１５５ｂは、吸光性を有しない材料で形成されるが、吸光性を有する材料で形成されてもよい。なお、基材１５５ｂの表面１５５ｓ，１５５ｔにはハードコート層Ｌ４０を介して反射防止膜Ｌ４４，Ｌ４３を形成することができる。

以上で説明した第１ミラー部材２１及び部分反射型ミラー部２３は、表面反射型の表面ミラーに限られるものではなく、基材２１ｂ，２３ｂの裏面にミラー膜２１ｃ，２３ｃを形成した内面反射型の内面ミラーとすることができる。

部分反射型ミラー部２３の反射防止膜Ｌ３４、外光透視領域５５の反射防止膜Ｌ４３、グラデーション領域５４の反射防止膜Ｌ５４は、光学性能に直接影響しないので、散乱を生じさせるノングレアタイプとすることもできる。

以上で説明した第１実施形態の虚像表示装置１００によれば、第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１を含む映像光学系１１２と、映像光学系１１２から射出された画像光ＧＬを射出瞳ＥＰの位置に向けて反射する部分反射型ミラー部２３とを備え、第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１と部分反射型ミラー部２３とが一体化されているので、両者のつなぎ目の影響を低減でき、部分反射型ミラー部２３のまわりのうち特に第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１側において広いシースルー視野を確保することが容易になる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第２実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

図１５及び１６に示すように、第２実施形態の虚像表示装置１００は、第１実施形態と同様に、投射光学系１２として、第１ミラー部材２１と、第２ミラー部材２２と、部分反射型ミラー部２３とを備えるが、表示デバイス（画像形成部）１１と第１ミラー部材２１との間の光路上に第３ミラー部材２４をさらに備える。第２ミラー部材２２と第３ミラー部材２４とは、上下に並んで配置され、表示デバイス１１が第１ミラー部材２１の上方に配置されている。

第３ミラー部材２４は、凸の表面ミラーとして機能する板状の部品であり、表示デバイス１１からの画像光ＧＬを反射して第１ミラー部材２１に入射させる。第３ミラー部材２４は、第１ミラー部材２１と同様の構造を有し、基材２４ｂ上にミラー膜２４ｃを形成した構造を有する。ミラー膜２４ｃの表面は、薄い保護層（不図示）で被覆されている。第３ミラー部材２４の反射面２４ｒは、例えば自由曲面であり、ミラー膜２４ｃの表面に対応する形状を有する。反射面２４ｒは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。第３ミラー部材２４の基材２４ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。ミラー膜２４ｃは、例えばＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜又は多層膜で形成されるが、誘電体多層膜とすることもできる。

上部カバー部材（本体カバー部材）７０の裏面壁部７２には、映像光学系１１２のうち第３ミラー部材２４と第２ミラー部材２２とが上下に隣接して固定されている。表示デバイス１１は、第１ミラー部材２１の上方に隣接してフレーム８０の本体部材８１に直接固定されている。第１ミラー部材２１は、部分反射型ミラー部２３とともに前方カバー部材５０の一部として、フレーム８０の本体部材８１に固定されている。第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とは、前方カバー部材５０の一部として、一体化されている。この場合、表示デバイス１１、第１ミラー部材２１、及び部分反射型ミラー部２３が円弧に沿って縦に配列された状態となっている。

第１実施形態の場合と同様に、前方カバー部材５０の透過領域５１は、部分反射型ミラー部２３と、そのまわりに配置される外光透視領域５５とを含む。前方カバー部材５０の遮光領域５２は、第１ミラー部材２１と、そのまわりに配置される外光遮断領域５６とを含む。つまり、第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とは、上下に並んで配置されている。透過領域５１と遮光領域５２との間には、反射率又は透過率が徐々に変化するグラデーション領域５４が形成されており、透過領域５１から遮光領域５２にかけて透過率や反射率が連続的に徐々に変化し、部分反射型ミラー部２３から第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１にかけて、反射率や透過率が連続的に徐々に変化する。

第２ミラー部材２２と第３ミラー部材２４とは、接続部２８ａを利用して一体化することができる（図１５参照）。この場合、第２ミラー部材２２と第３ミラー部材２４とを一部品として扱うことができ、精度を維持しつつ組み付けを容易にすることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、第３実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

図１７は、第３実施形態に係る虚像表示装置の要部を説明する斜視図であり、図１８は、第３実施形態に係る虚像表示装置の光学系を説明する側断面図である。

図１７に示すように、表示デバイス（画像形成部）１１と、映像光学系１１２とは、ケース１７０に収納されている。ケース１７０は、上部カバー部材７０のほかに、一対の側壁部７７と保護部材７８とを備え、前方カバー部材５０のうち第１ミラー部材２１及びそのまわりの部分と協働して収納空間ＳＰを形成している。上部カバー部材７０は、遮光性の材料で形成され、上側壁部７１と裏面壁部７２とを有し、裏面壁部７２によって表示デバイス１１と第２ミラー部材２２とを支持している。側壁部７７は、遮光性の材料で形成された板状の部材であり、上辺及び側辺において接着材や粘着材によって上部カバー部材７０に接合されている。上部カバー部材７０と側壁部７７とによってカバー部材１７０ａを構成している。保護部材７８は、画像光ＧＬを減衰させないで通過させる光透過性を有する材料で形成され、カバー部材１７０ａを下方から塞ぐ。保護部材７８は、一対の側辺において側壁部７７に固定され、後辺において上部カバー部材７０の裏面壁部７２側に固定されている。保護部材７８の前辺部７８ａは、前方カバー部材５０のうち第１ミラー部材（外側ミラー部材）２１と部分反射型ミラー部２３とを繋ぐ連結部２９に接合されている。結果的に、表示デバイス１１と、第１ミラー部材２１と、第２ミラー部材２２とが収納空間ＳＰ中に密閉状態で収納され、防塵、防露、光学面への接触防止等の役割を果たす。

図１８に示すように、保護部材７８は、一様な厚みを有し、前方カバー部材５０の遮光領域５２の下端側であって、第１ミラー部材２１と部分反射型ミラー部２３とを繋ぐ連結部２９において横方向に延びる接合箇所ＰＪに接着材等を利用して接合されている。保護部材７８は、画像光ＧＬへの作用を一様にするため、均一な厚み及び透過率を有するとともに、平行平板状に平坦に延びる。つまり、保護部材７８は、光学的なパワーを有しないものとなっている。

図１９を参照して、保護部材７８の断面構造について説明する。保護部材７８は、９０％以上の透過率を有する材料で形成された、薄板状の基材７８ｂで形成される。基材７８ｂの表面７８ｓ，７８ｔにはハードコート層Ｌ６０を介して反射防止膜Ｌ６４，Ｌ６３を形成することができる。

以上では、保護部材７８の接合箇所ＰＪを遮光領域５２の下端としたが、保護部材７８の接合箇所ＰＪをグラデーション領域５４としてもよい。

ケース１７０の収納空間ＳＰは、密閉されたものに限らず、一部において外部と連通する気道を設けることもできる。なお、表示デバイス１１を支持する裏面壁部７２については放熱機構を設けることもできる。

〔変形例その他〕
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。

前方カバー部材５０の外周部については、透過率を低下させたり、遮光したりすることができる。

以上では説明を省略したが、ミラー膜２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，５４ｃの下地としてハードコート層を形成することもでき、ミラー膜２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，５４ｃの表面にハードコート層を形成することもできる。ミラー膜の表面にハードコート層を形成する場合、ハードコート層上に反射防止膜を形成することもできる。

上記実施形態の虚像表示装置１００では、表示デバイス１１として有機ＥＬ素子等の自発光型の表示素子を用いているが、これに代えて、レーザー光源とポリゴンミラー等であるスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いた構成も可能である。

第２ミラー部材２２については、反射面２２ｒに対して屈折面を複合した屈折反射光学部材とすることができる。この場合、屈折面を自由曲面等とすることができ、投射光学系１２の性能向上により寄与する。第３ミラー部材２４も、屈折反射光学部材とすることができる。

部分反射型ミラー部２３の外界側には、部分反射型ミラー部２３の透過光を制限することで調光を行う調光デバイスを取り付けることができる。調光デバイスは、例えば電動で透過率を調整する。調光デバイスとして、ミラー液晶、電子シェード等を用いることができる。調光デバイスは、外光照度に応じて透過率を調整するものであってもよい。調光デバイスによって外界光ＯＬを遮断する場合、外界像の作用を受けていない虚像のみを観察できる。

また、本願発明の虚像表示装置は、虚像表示装置と撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。

部分反射型ミラー部２３のミラー膜２３ｃについては、一般的半透過性を有するものに限らず、ワイヤーグリッド素子のように特定偏光成分を反射するようなものであってもよい。部分反射型ミラー部２３のミラー膜２３ｃについては、体積ホログラムやその他のホログラム素子で構成することもでき、回折格子で構成することもできる。

以上では、虚像表示装置１００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記虚像表示装置１００は、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。つまり、本発明において、ヘッドマウントディスプレイには、ハンドヘルドディスプレイも含まれる。

１１…表示デバイス、１１ａ…表示面、１２…投射光学系、２１…第１ミラー部材、２２…第２ミラー部材、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｃ，５４ｂ…基材、２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，５４ｃ…ミラー膜、２１ｒ，２２ｒ，２３ｒ，２４ｒ，５４ｒ，５５ｒ，５６ｒ…反射面、１５５ｓ，２１ｓ，２２ｓ，２３ｓ，５４ｓ…表面、２１ｈ，２２ｈ，２３ｈ，５４ｈ…保護層、２３…部分反射型ミラー部、２４…第３ミラー部材、２５…レンズ、２９…連結部、５０…前方カバー部材、５１…透過領域、５２…遮光領域、５４…グラデーション領域、５５…外光透視領域、５６…外光遮断領域、７０…上部カバー部材、７１…上側壁部、７２…裏面壁部、７７…側壁部、７８…保護部材、７８ｂ…基材、７８ｓ，７８ｔ…表面、８０…フレーム、１００…虚像表示装置、１１２…映像光学系、１７０…ケース、１７０ａ…カバー部材、２００…虚像表示装置、ＡＸ…光軸、ＤＡ…表示像、ＥＡ１，ＥＡ３…有効領域、ＥＰ…射出瞳、ＥＹ…瞳、ＧＬ…画像光、ＩＧ…投影像、ＯＬ…外界光、ＰＪ…接合箇所、ＳＰ…収納空間、ＵＳ…観察者

Claims

画像形成部と、
外側ミラー部材を含み、前記画像形成部からの画像光が入射する映像光学系と、
前記映像光学系から射出された画像光を射出瞳の位置に向けて反射する部分反射型ミラー部とを備え、
前記外側ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とが一体化されている、虚像表示装置。
前記外側ミラー部材から前記部分反射型ミラー部にかけて光学的状態が連続的に変化する、請求項１に記載の虚像表示装置。
前記部分反射型ミラー部から前記外側ミラー部材にかけて、反射率が徐々に変化する、請求項２に記載の虚像表示装置。
前記部分反射型ミラー部と、前記部分反射型ミラー部及び前記外側ミラー部材間の連結部とは、透過光に対して光学的パワーを実質的に有しない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記部分反射型ミラー部のまわりに外光透視領域を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記外光透視領域は、水平方向から上方１５°以上の位置に配置される、請求項５に記載の虚像表示装置。
前記外光透視領域は、水平方向から上方５５°以上の位置を上限として広がる、請求項５及び６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記外側ミラー部材を含む遮光領域と、前記部分反射型ミラー部及び前記外光透視領域を含む透過領域とを一体化した前方カバー部材を有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記前方カバー部材は、前記遮光領域と前記透過領域との間に反射率が徐々に変化するグラデーション領域を有する、請求項８に記載の虚像表示装置。
前記透過領域の可視光の透過率は、５０％〜９０％である、請求項８及び９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記外側ミラー部材は、全反射型の反射膜を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記外側ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とは、板状の基材に形成された第１反射領域及び第２反射領域にそれぞれ対応する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記第１反射領域において、前記基材上に全反射型のミラー膜が形成され、前記第２反射領域において、前記基材上に部分透過型のミラー膜が形成される、請求項１２に記載の虚像表示装置。
前記部分透過型のミラー膜と前記全反射型のミラー膜とは、前記基材の射出瞳側の表面に形成され、
前記第１反射領域内から前記第２反射領域の外縁にかけて、前記基材上の前記部分透過型のミラー膜上に前記全反射型のミラー膜が積層されている、請求項１３に記載の虚像表示装置。
前記外側ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とは、有効領域外の連結部を介して接続されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記映像光学系は、前記画像形成部からの画像光を反射する前記外側ミラー部材としての第１ミラー部材と、前記第１ミラー部材で反射された画像光を反射する第２ミラー部材とを含み、
前記第１ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とが上下に並んで一体化され、
前記画像形成部と前記第２ミラー部材とが上下に配置されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記第１ミラー部材と前記第２ミラー部材とが水平方向に関して異なる位置に部分的に重畳するように配置され、前記第１ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とが共通の基材を用いて形成されている、請求項１６に記載の虚像表示装置。
前記前方カバー部材は、前記部分反射型ミラー部から前記第１ミラー部材にかけて、反射率が徐々に変化するグラデーション領域を有し、前記グラデーション領域は、前記第２ミラー部材の下端位置よりも上方に広がっている、請求項１６及び１７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記第２ミラー部材は、上端で固定されて、本体カバー部材に吊持されている、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記第２ミラー部材の横幅は、前記第１ミラー部材の横幅よりも広い、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記映像光学系は、前記画像形成部からの画像光を反射する第３ミラー部材と、前記第３ミラー部材で反射された画像光を反射する前記外側ミラー部材としての第１ミラー部材と、前記第１ミラー部材で反射された画像光を反射する第２ミラー部材とを含み、
前記第１ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とが上下に並んで一体化され、
前記第２ミラー部材と前記第３ミラー部材とが上下に配置され、
前記画像形成部が前記第１ミラー部材の上方に配置されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記画像形成部と前記映像光学系とを覆う本体カバー部材を含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
光透過性を有する材料で形成され、前記外側ミラー部材と前記部分反射型ミラー部とを繋ぐ連結部から延び、前記本体カバー部材を塞ぐ保護部材をさらに備える、請求項２２に記載の虚像表示装置。
前記部分反射型ミラー部の反射面は、前記射出瞳の位置を覆うとともに前記射出瞳の位置に向かって凹形状を有する非球面又は自由曲面である、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
前記画像形成部は、前記第１ミラー部材、前記第２ミラー部材、及び前記第３ミラー部材による歪曲収差を補正する歪んだ修正画像を表示する、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。