JP6819221B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置（映像素子）によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような虚像表示装置として、例えば、画像光（映像光）を視認させるとともに観察者に外界像を視認させるシースルーの光学系として、映像光を複数の反射面で反射させて導光する導光部材を適用するものが知られている（例えば特許文献１等参照）。上記特許文献１等では、複数の反射面として隣り合っている面（例えば特許文献１における図３の第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４）が存在する。

しかしながら、上記のようなシースルータイプのＨＭＤ等では、導光部材に入り込む外光が、導光部材の内部で意図しない反射をして導光部材の内部を導光し、観察者に視認されてしまう、すなわちゴースト光となる可能性がある。特に、導光部材のうち、隣り合う反射面の接続部分においては、その形状によっては、導光部材に入り込んだ外光の一部の成分が反射されて導光方向（映像光の光路下流側に向かう方向）に導光されてしまう場合が生じ得る。特に、装置の小型化を図る上で、ゴースト光に関する余分な成分の適切な処理は重要となる。

特開２０１５−７２４３８号公報

本発明は、シースルータイプの虚像表示装置であって、上記したようなゴースト光の発生を抑制して良好な画像視認性を確保できる虚像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の虚像表示装置は、映像光を生じさせる映像素子と、複数の反射面を有して内面で反射させることにより映像素子からの映像光を導光するとともに、映像光と外界光とを重複して視認させる導光部材とを備え、導光部材は、複数の反射面のうち外界光の入射側と反対側に配置されかつ隣り合う反射面として、第１反射面と、第１反射面よりも映像光の射出側に位置する第２反射面とを有し、第１反射面と第２反射面とを繋ぐ接続部において、第１反射面を第２反射面以上に張り出させている。

上記虚像表示装置では、映像光を導光する複数の反射面のうち観察者側において隣り合う一対の反射面である第１反射面と第２反射面とを繋ぐ接続部において、第１反射面を、第１反射面よりも映像光の射出側に位置する第２反射面以上に張り出させている。言い換えると、虚像表示装置を装着した場合において、映像光の光路上流側にある面が光路下流側にある面以上に観察者側に出っ張った状態となっている。この場合、両反射面を繋ぐ接続部は、第１反射面から第２反射面にかけて観察者に近い側から遠ざかる側に向かって延びるような形状となる。これにより、導光部材に対して観察者と反対側から観察者側に向かって入射する成分である外光が、当該接続部に入射しその一部が反射されても、反射された成分は、そのまま反射されて導光部材の外部に向かうか映像光の光路上流側に向かうものとなり、光路下流側には向かないあるいは向きにくくなる。すなわち、導光部材の内部を光路下流側に向かって導光し、観察者に視認されてしまいゴースト光となる、ということを抑制でき、良好な画像視認性を確保できる。

本発明の具体的な側面では、第１反射面は、自由曲面であり、第２反射面は、平坦面である。この場合、第１反射面においては、収差補正を抑制する機能をもたせ、第２反射面においては、シースルーにおける外界光の視認性を良好にできる。

本発明の別の側面では、接続部において、第２反射面に対する第１反射面の張出し方向の厚さｎは、接続部の全体に亘って０≦ｎ≦２ｍｍで維持されている。この場合、接続部において第１反射面を第２反射面以上に観察者側に張り出させた状態に維持するとともに接続部が大きくなりすぎることで外光が接続部において意図しない反射をすることを抑制できる。また、接続部が目立つことを抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、接続部は、第１反射面と第２反射面との間を連続的に繋ぐ接続面を有する。この場合、接続面に入射した外光の反射成分がゴースト光となることを抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、第１反射面と第１反射面を延長した延長面全体とを含む第１表面と、第２反射面と第２反射面を延長した延長面全体とを含む第２表面との間を接続部により繋ぐとともに、繋いだ範囲全体において、第１表面を第２表面以上に張り出させている。この場合、第１反射面や第２反射面を延長した延長面全体において導光部材の内部でのゴースト光の発生を抑制できる。

本発明に係る第２の虚像表示装置は、映像光を生じさせる映像素子と、複数の反射面を有して内面で反射させることにより映像素子からの映像光を導光するとともに、映像光と外界光とを重複して視認させる導光部材とを備え、導光部材は、複数の反射面のうち外界光の入射側と反対側に配置されかつ隣り合う反射面として、第１反射面と、第１反射面よりも映像光の射出側に位置する第２反射面とを有するとともに、第１反射面と第２反射面とを繋ぐ接続部を有し、接続部は、第１反射面が第２反射面よりも凹んで凹状部分を形成する箇所において、凹状部分に応じて第２反射面に対して所定値以下の傾斜角度を保持する傾斜接続面を形成する。

上記虚像表示装置では、映像光を導光する複数の反射面のうち観察者側において隣り合う一対の反射面である第１反射面と第２反射面とを繋ぐ接続部が、第１反射面において第２反射面よりも凹んで形成される凹状部分に応じて第２反射面に対して所定値以下の傾斜角度を保持する傾斜接続面を形成している。これにより、導光部材に対して観察者と反対側から観察者側に向かって入射する成分である外光が、当該接続部傾斜接続面に入射しその一部が反射されても、反射された成分の光路を調整して、当該成分が観察者に視認されてしまいゴースト光となる、ということを抑制でき、良好な画像視認性を確保できる。

本発明の具体的な側面では、接続部において、第２反射面に対する傾斜接続面の傾斜角度は、第１反射面における凹状部分の第２反射面に対する差と、接続部の導光部材の導光方向についての幅とに応じて定まる。この場合、凹状部分の形状や凹状部分の導光方向についての幅によって所望の傾斜角度となる傾斜接続面を形成できる。

本発明の別の側面では、接続部の導光部材の導光方向についての幅は、１．７ｍｍ以上である。この場合、所望の傾斜角度となる傾斜接続面を形成するために十分なものにできる。

本発明のさらに別の側面では、接続部において、第２反射面に対する第１反射面の張出し方向の厚さｎは、接続部の全体に亘って−０．２≦ｎ≦２ｍｍで維持されている。この場合、接続部において第１反射面を第２反射面以上に観察者側に張り出すところだけでなく、第１反射面が第２反射面よりも凹んだ箇所が存在する箇所も存在するが、かかる箇所での第１反射面と第２反射面との位置の差が大きくなりすぎるすなわち接続部が大きくなりすぎてしまって外光が接続部において意図しない反射をしてしまう、といったことを抑制できる。また、接続部が目立つことを抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、第２反射面に対する傾斜接続面の最大傾斜角度θは、複数の反射面のうち第１反射面及び第２反射面に対向する第３反射面における導光部材の導光方向の長さについて接続部の中心よりも映像光の射出側の長さをＬ_２とし、第３反射面から入射した外光の屈折角をα_１とし、第２反射面に垂直な方向についての導光部材の厚みをＤとした場合に、

を満たす。この場合、ゴースト光の抑制に際して、導光部材の形状に応じた傾斜角度とすることができる。

本発明のさらに別の側面では、第２反射面に対する傾斜接続面の最大傾斜角度は、６．９°以下である。この場合、傾斜接続面の傾斜角度をゴースト光の抑制のために十分小さいものにできる。

本発明のさらに別の側面では、接続部は、砂刷りまたは黒塗りされている。この場合、接続部に入射する外光を吸収または拡散させて、外光に起因するゴースト光の発生を抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、第１反射面及び第２反射面に対向する反射面は、導光部材の導光方向に関して接続部よりも映像光の入射側において砂刷りまたは黒塗りされている部分を有する。この場合、第１反射面及び第２反射面に対向する反射面から入射する外光を吸収または拡散させて、外光に起因するゴースト光の発生を抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、非軸対称な曲面を２面以上含み、導光部材を構成する複数の反射面のうち第１面と第３面とは、対向するように配置され、第１面と第３面とを通過させて外界を視認した時に、視度が略０になっており、映像素子からの映像光は、第３面で全反射され、第１面で全反射され、第２面で反射された後、第１面を透過して、観察側に到達する。この場合、映像光による画像に外界を重畳して視認させるシースルーの状態を良好に維持しつつ、装置の小型化を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、第１面と隣り合い、かつ、映像光を反射して第３面に入射させる第４面を含み、第１反射面は、第４面であり、第２反射面は、第１面である。この場合、小型化された導光部材の内部でのゴースト光の発生を抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子からの映像光を導光部材に入射させる投射光学系をさらに備える。

本発明のさらに別の側面では、投射光学系は、少なくとも１面の非軸対称非球面を含み、１面の非軸対称非球面は、映像素子の光射出面において異なる隅領域の２点からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分が互いに交わらない位置に配置されている。この場合、投射光学系を含む光学系全体においてさらに小型化し、延いては装置全体を小型化することができる。

本発明のさらに別の側面では、映像素子の光射出面の法線方向に対して垂直で、かつ、導光部材の導光方向に対応する方向を第１方向とし、法線方向と第１方向とに対して垂直な方向を第２方向とした場合に、投射光学系は、映像素子の中心を通り法線方向に平行な投射光学系光軸に対して垂直に配置され、かつ、第１方向に平行に延びて投射光学系光軸に交差する第１軸について線対称で第２方向に平行に延びて投射光学系光軸に交差する第２軸について非線対称な四角形状の開口部、または、投射光学系光軸に対して非垂直に配置されている四角形状の開口部を形成する絞りを有する。

本発明のさらに別の側面では、導光部材において、光入射側に配置される光入射部と投射光学系の投射光学系光軸との交点から光射出側に配置される光射出部と観察者の視線の基準として想定される視線軸との交点までの距離が４８ｍｍ以下である。この場合、ＨＭＤとして適用するにあたって長時間の使用やデザイン性等の観点から、装置の十分な小型化を図ることができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、映像素子からの映像光と外界光との部分的な反射及び透過を行う半透過反射部を有し、半透過反射部を挟んで光透過部材と接続されている。この場合、導光部材は、光透過部材と協働して半透過反射部を挟んだ構造を構成することで、映像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。

本発明のさらに別の側面では、導光部材は、左右一対で構成され、左右一対の導光部材と光透過部材とは、左右一対の導光部材により光透過部材を挟んで接続して一体の光学部材となっている。この場合、両眼視による画像の認識が可能であるとともに、両眼視のための位置合わせを光透過部材により簡易かつ正確に行うことができる。

第１実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を簡単に説明する斜視図である。 虚像表示装置を構成する本体部分の光路を示す平面図である。 （Ａ）は、導光部材の形状を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の導光部材を別の角度から見た斜視図であり、（Ｃ）は、（Ａ）の導光部材の側面図である。 （Ａ）は、外光の導光部材の接続部への進入の一例について説明するための図であり、（Ｂ）は、外光の反射成分について説明するために（Ａ）の一部を拡大した様子を概念的に示す図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）についての比較例の図である。 （Ａ）は、投射光学系の構成について示す断面図であり、（Ｂ）は、投射光学系の鏡筒の正面図である。 （Ａ）は、映像素子と投射光学系の絞りとの配置関係についての一例を概念的に示す図であり、（Ｂ）は、映像素子と投射光学系の絞りとの配置関係について一変形例を概念的に示す図である。 （Ａ）は、画像表示装置の一構成例について装置の周辺側の様子を示す概念図であり、（Ｂ）は、装置の中心側の様子を示す概念図である。 第２実施形態に係る虚像表示装置を構成する導光部材について説明するための図である。 外光の導光部材の接続部への進入の一例について説明するための図である。 （Ａ）は、第１実施形態との比較説明のために図３（Ｃ）を再度示すものであり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部を抽出した概念図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に対応する図であり、本実施形態における虚像表示装置の導光部材の一部を抽出した概念図である。 第２実施形態に係る虚像表示装置を構成する導光部材の一変形例について説明するための図である。 （Ａ）は、導光装置の一変形例について説明するための概念的に示す平面図であり、（Ｂ）は、正面図である。 虚像表示装置のさらに別の一例について本体部分の光路を示す平面図である。 導光装置における導光の様子の一例について導光部材の一部を拡大して概念的に示す図である。 一変形例の虚像表示装置の外観を簡単に説明する斜視図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置１００を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる虚像表示装置である。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部材１０１ｂと第２像形成本体部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。なお、図２を図１と比較することで、例えば第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、投射光学系である投射レンズ３０や、画像生成部８１を含む画像表示装置８０（映像素子）でそれぞれ構成されることが分かる。図２は、左眼用の表示装置について図示したものであり、右眼用の表示装置については省略しているが、右眼用の表示装置についても同様の構造を有している。なお、上記の他、観察者の鼻に当接することによって枠部１０２を支持する役割を有する鼻受部４０が設けられている。

図２に示すように、表示装置１００Ｂは、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とを備えるものと見ることができる。投射透視装置７０は、第２光学部材１０１ｂ又は導光装置２０と、結像用の投射レンズ３０とを備え、画像表示装置８０によって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。言い換えると、投射透視装置７０は、画像表示装置８０に形成される画像光（映像光）を射出する面である画像面ＯＩからの光を導光して観察者に虚像を視認させる虚像光学系であり、観察者の網膜において再結像させる結像光学系でもある。第２光学部材１０１ｂ又は導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。なお、第２像形成本体部１０５ｂは、画像表示装置８０と投射レンズ３０とで構成される。また、画像面ＯＩについては、画像表示装置８０を構成するパネルのパネル位置を示すパネル面でもある。さらに、画像表示装置８０が自発光型の照明の場合、画像面ＯＩは、発光面であるとも言える。

ここで、上記の光学系の光軸基準について以下のように定める。まず、投射レンズ３０についての中心光軸をレンズ光軸（投射光学系光軸）ＬＸとする。また、導光部材１０の導光方向に沿って延びる中心軸を導光軸ＤＸとする。導光軸ＤＸは、平板状の導光部材１０において、中心を通りかつ平板形状に沿って延びる軸である。さらに、導光部材１０の光射出側において、観察者の視線の基準として想定される中心軸を視線軸ＳＸとする。視線軸ＳＸは、眼の位置として想定される眼想定位置ＥＹ（以下、実際に眼想定位置ＥＹに眼が置かれた場合も含めるために単に眼ＥＹとも記載する。）の中心位置から導光部材１０の光射出範囲の中心に向かって延びる軸である。さらに、導光部材１０において、光入射側に配置される光入射部（後述する第２導光部分１２）と投射レンズ３０のレンズ光軸ＬＸとの交点を交点Ｃ１とし、導光部材１０の光射出側に配置される光射出部（後述する第１導光部分１１）と視線軸ＳＸとの交点を交点Ｃ２とする。ここで、図中双方向矢印ＡＡで示す交点Ｃ１から交点Ｃ２までの距離（間隔）は、４８ｍｍ以下となっているものとする。また、視線軸ＳＸは、レンズ光軸ＬＸに対して約７°（より正確には６．７°）傾斜している。また、視線軸ＳＸは、導光軸ＤＸに対して垂直な状態から約１０°傾斜している。すなわち、視線軸ＳＸと導光軸ＤＸとは、約８０°の反射角をなすように交差している。また、上記の場合、レンズ光軸ＬＸと導光軸ＤＸとは、約１０６．７°の反射角をなすように交差していることになる。

また、画像表示装置８０において、画像面ＯＩは、レンズ光軸ＬＸに対して垂直な面であり、画像面ＯＩの中心をレンズ光軸ＬＸが通過している。ここで、画像面ＯＩに平行な面における水平方向であるｘ方向（Ｘ方向に対応する方向）を第１方向ＤＤ１とし、垂直方向であるｙ方向（Ｙ方向に対応する方向）を第２方向ＤＤ２とする。なお、ｚ方向は、画像面ＯＩの法線方向でありレンズ光軸ＬＸが延びる方向である。本実施形態では、画像面ＯＩから射出される映像光の光線束の射出角度は、画像面ＯＩの中心線（レンズ光軸ＬＸ）に対して左右（ｘ方向）について非対称である。なお、画像面ＯＩの中心に対して上下方向（ｙ方向）については対称となっている。

画像表示装置８０は、有機ＥＬ（有機ＥＬパネル）を光源として含む自発光型の照明によりマトリクス状の画素で構成される画像面ＯＩを形成する画像生成部８１や、画像生成部８１の直近後段に配置されて画像生成部８１の画像面ＯＩから射出される映像光ＧＬの各成分について配光の制御を行う配光制御部８２のほか、画像生成部８１等の動作を制御する駆動制御部（図示略）を有する。なお、詳しくは後述する（図７参照）が、ここでは、画像生成部８１の直近後段に配置されるカラーフィルター層ＣＦが、配光制御部８２として機能することで、映像光ＧＬについて画像面ＯＩの周辺側から射出される成分光の射出角度が調整されている。例えば、映像光ＧＬの部分光線束のうち、相対的に人体（観察者）に近い内側から射出される部分光線束ＧＬａと相対的に人体から遠い外側から射出される部分光線束ＧＬｂとでは、射出角度が異なっている。なお、ここでは、部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂは、映像光ＧＬを構成する光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分を意味するものとする。

投射レンズ３０は、画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬを導光装置２０向けて投射する投射光学系である。本実施形態では、特に、非軸対称な非球面（非軸対称非球面または自由曲面）を有するレンズを画像表示装置８０に近い側に配置することで、光学系全体の小型化を可能にしている。ここで、投射レンズ３０には、絞りＳＴが付随して設けられている。絞りＳＴは、非線対称な四角形状の開口部を形成することで、上記のような非対称に射出される映像光ＧＬの部分光線束ＧＬａ等の各成分に対して適切な遮光を行う。なお、絞りＳＴの詳しい形状・構造等については、図５等を参照して後述する。

導光装置２０は、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０は、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１（光射出部）と光入射側の第２導光部分１２（光入射部）とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。

以下、図２を参照して、虚像光学系である投射透視装置７０の役割について、すなわち導光装置２０と投射レンズ３０とについて詳細に説明する。

投射レンズ３０は、画像表示装置８０からの映像光ＧＬを入射させて投射を行う光学系であり、構成要素として、投射光学系光軸であるレンズ光軸ＬＸに沿って３つの光学素子（第１〜第３レンズ）３１〜３３を備える投射光学系である。光学素子３１〜３３は、非軸対称な非球面（非軸対称非球面）と軸対称な非球面（軸対称非球面）との双方を含む非球面レンズで構成され、導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に画像生成部８１の表示像に対応する中間像を形成する。本実施形態では、特に、光射出側に配置される第１レンズ３１の各レンズ面のうち光射出側のレンズ面３１ａのみならず、光入射側に配置される第３レンズ３３の各レンズ面のうち光射出側のレンズ面３３ａが、非軸対称非球面となっている。なお、投射レンズ３０を構成する第１〜第３レンズ３１〜３３は、例えば鏡筒（図５参照）によって第２像形成本体部１０５ｂ内に収納・支持されている。また、投射レンズ３０は、第１〜第３レンズ３１〜３３のうち、第２レンズ３２と第３レンズ３３との間に絞りＳＴを有している。絞りＳＴは、投射レンズ３０において、映像光ＧＬが最も多く重畳する箇所に配置され、適切に光を絞っている。ここでは、レンズ面に非軸対称な非球面が含まれるため、各部分光線束の成分も複雑に折れ曲がるものとなる。絞りＳＴは、これに対応した形状や構造を有している。

導光装置２０は、上述のように、導光部材１０と光透過部材５０とで構成されている。このうち、導光部材１０は、平面視において、鼻に近い中央側（眼前側）の部分が直線状に延びている。導光部材１０のうち、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置されている第１導光部分１１は、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置されている第２導光部分１２は、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５とは大きな角度を成して隣接している。さらに、ここでは、対向した配置となっている第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに略平行な平面形状となっている。一方、光学的な機能を有する他の面、すなわち第２面Ｓ１２、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、非軸対称な曲面（自由曲面）となっている。

ここで、シースルーにおけるゴースト光の抑制の観点から、導光部材１０を構成する複数の反射面について別の捉え方で規定しておく。具体的には、まず、導光部材１０における複数の反射面である面Ｓ１１〜Ｓ１５のうち、観察者側に配置されかつ隣り合う一対の反射面である第４面Ｓ１４と第１面Ｓ１１とについて、相対的に映像光ＧＬの入射側に位置する第４面Ｓ１４を第１反射面Ｒ１とし、相対的に映像光の射出側に位置する第１面Ｓ１１を第２反射面Ｒ２とする。さらに、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とを繋ぐ部分を接続部ＳＳとし、特に接続部ＳＳの表面すなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との間を連続的に滑らかに繋ぐ面を接続面ＳＳａとする。この場合、入射側の第１反射面Ｒ１は、自由曲面（第４面Ｓ１４）であり、射出側の第２反射面Ｒ２は、平坦面（第１面Ｓ１１）であるということになる。本実施形態では、接続部ＳＳにおいて第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２以上に観察者側に張り出している。ここで、接続部において隣り合う２つの面において一の面が他の面よりも観察者側に張り出している、という文言に関して、図示での典型例としては、平坦面である第２反射面Ｒ２について、この面を含む平面（基準面）の法線方向を張出し方向ＤＳとし、張出し方向ＤＳに関して第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２に比べて観察者側に出っ張っていることを意味する。さらに、一の面が他の面「以上に」観察者側に張り出しているとは、上記の張出し方向ＤＳに関して、接続部ＳＳの全体のどこにおいても第２反射面Ｒ２が第１反射面Ｒ１よりも出っ張っている箇所が存在しないことを意味する（図３参照）。なお、ここでは、この張出し方向ＤＳを厚み方向とも呼ぶものとする。

詳しくは図３及び図４を参照して後述するが、導光部材１０が、張出し方向（厚み方向）ＤＳについて上記のような条件を満たす形状・構造を有することで、導光部材１０の内部において外光に起因するゴースト光の発生を抑制可能なものとなっている。

図２に戻って、光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっており、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）である。光透過部材５０は、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

なお、導光部材１０を構成する複数の面のうち、第１面Ｓ１１から第３面Ｓ１３までの面以外の面Ｓ１４，Ｓ１５については、少なくとも１つの自由曲面について、方向によって曲率の符号が異なっている点を少なくとも１つ含むものとなっている。これにより、映像光の導光を精密に制御しつつ、導光部材１０の小型化を可能にしている。

導光部材１０のうち本体１０ｓは、可視域で高い光透過性を示し、一体形成品とされているが、導光部材１０は、既に説明したように機能的に第１導光部分１１と第２導光部分１２とに分けて考えることができる。第１導光部分１１は、映像光ＧＬの導波及び射出を可能にするとともに、外界光ＨＬの透視を可能にする。第２導光部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１導光部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１導光部分１１外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第１面Ｓ１１は、眼想定位置ＥＹ（眼ＥＹ）の正面に配されるものであり、既述のように、平面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２面Ｓ１２は、本体１０ｓの表面にハーフミラー層１５が付随し、映像光ＧＬを反射するとともに外界光ＨＬを通過させる半透過反射面（半透過反射部）として機能している。

第３面Ｓ１３は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの略正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に、平面形状を成しており、かつ、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに平行な面であることにより、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて外界光ＨＬを見たときに、視度が０になっており、特に、変倍も生じさせないものとなっている。なお、第３面Ｓ１３は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを第２導光部分１２内に入射させる屈折面としても機能する。すなわち、第４面Ｓ１４は、外部から導光部材１０に映像光ＧＬを入射させる光入射面と、導光部材１０の内部において映像光ＧＬを伝搬させる反射面としての機能を兼用している。なお、第４面Ｓ１４は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第５面Ｓ１５は、本体１０ｓの表面上に無機材料で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、反射面として機能する。

光透過部材５０は、可視域で高い光透過性を示し、光透過部材５０の本体部分は、導光部材１０の本体１０ｓと略同一の屈折率を有する材料で形成されている。なお、光透過部材５０は、本体部分を導光部材１０の本体１０ｓに接合した後、接合された状態で本体１０ｓとともにハードコートによる成膜がなされて形成されるものである。つまり、光透過部材５０は、導光部材１０と同様、本体部分の表面にハードコート層２７が施されたものとなっている。第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３とは、本体部分の表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

なお、導光装置２０は、導光部材１０及び光透過部材５０となるべき基材が接合された上で、接合された基材をディップ処理によってコーティングされることで形成されている。つまり、導光部材１０のハードコート層２７は、光透過部材５０とともに導光装置２０全体に設けられている。

以上のように、導光部材１０の内部において、画像生成部８１からの映像光を、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光ＧＬの表示と外界光ＨＬの視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。

以下、虚像表示装置１００における映像光ＧＬ等の光路について説明する。画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０を構成する各レンズ３１〜３３を通過することによって、収束されつつ、所期の非点収差が与えられ導光部材１０に設けた正の屈折力を有する第４面Ｓ１４に入射する。なお、この非点収差は、導光部材１０の各面を経る間に相殺されるものとなっており、最終的に所期の状態で観察者の眼に向けて映像光が射出される。

導光部材１０の第４面Ｓ１４に入射してこれを通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２導光部分１２を経由する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して反射される。

第２導光部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１導光部分１１において、実質的に屈折力を有しない第３面Ｓ１３に入射して全反射され、実質的に屈折力を有しない第１面Ｓ１１に入射して全反射される。

ここで、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を経由する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面は、画像生成部８１の画像面ＯＩに対応するものである。

第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、発散しつつ第２面Ｓ１２に入射するが、特にハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層１５は、ここで反射される映像光ＧＬに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第１面Ｓ１１は、これを通過する映像光ＧＬに対して屈折力を有しないものとして作用する。

第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光ＧＬにより、画像生成部８１上に形成された画像を観察することになる。

一方、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。つまり、観察者は、導光部材１０越しに歪みのない外界像を観察することになる。同様に、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等を生じない。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みのない外界像を観察することになる。さらに、外界光ＨＬのうち、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、導光部材１０の第２面Ｓ１２と光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２とは、略同一の曲面形状をともに有し、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層ＣＣで充填されている。つまり、導光部材１０の第２面Ｓ１２や光透過部材５０の第２透過面Ｓ５２は、外界光ＨＬに対して屈折面として作用しない。

以上のようないわゆるシースルータイプの光学系においては、一般に導光中に外部から漏れ光等が入り込みやすく、これに起因してゴースト光が発生するおそれがある。特に、上記のような板状の導光部材１０を適用する光学系の場合、板状の面部分のうち同じ側の面（例えば観察者側の面）を隣り合う２つの面を繋いで構成する場合、その２つの面を繋ぐ部分に外部からの光が当たり、その一部が意図しない方向に導光されることでゴースト光が発生するということが懸念される。これに対して、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、既述のように、導光部材１０を構成する複数の反射面のうち、第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）と第２反射面Ｒ２（第１面Ｓ１１）とについて、特定の形状・構造を有するものとしていることで、これらの間を繋ぐ接続部ＳＳ（接続面ＳＳａ）においてゴースト光の原因となる成分の発生を抑えることを可能にしている。

以下、図３及び図４を参照して、本実施形態における導光部材１０を構成する複数の反射面のうち、隣り合う一対の反射面である第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）と第２反射面Ｒ２（第１面Ｓ１１）とこれらを繋ぐ接続部ＳＳ（接続面ＳＳａ）に関して詳細に説明する。

既述のように、また、図３（Ａ）、３（Ｂ）及び３（Ｃ）に示すように、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とでは、第１反射面Ｒ１が相対的に映像光の入射側に位置し、第２反射面Ｒ２が相対的に映像光の射出側に位置する。言い換えると、第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２よりも映像光ＧＬの光路上流側にある。この場合に、外部から漏れ光（外光）に起因して、光路上流側から下流側に向かって、すなわち第１反射面Ｒ１側から第２反射面Ｒ２に向かうような成分が発生すると、ゴースト光になりやすいと考えられる。本実施形態では、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とがこれに対処可能な形状、あるいは構造を有するものとなっている。具体的には、既述のように、また、図３（Ａ）、３（Ｂ）及び３（Ｃ）により詳しく示すように、接続部ＳＳにおいて、張出し方向（厚み方向）ＤＳに関して、第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２以上に観察者側に張り出したものとなっている。すなわち、接続部ＳＳ及びその周辺において、第１反射面Ｒ１が常に第２反射面Ｒ２に比べて観察者側に出っ張っており、第２反射面Ｒ２が第１反射面Ｒ１よりも観察者側に出っ張った部分が存在しないものとなっている。これにより、図３及び図４に示すように、接続部ＳＳにおいて、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とを連続的に滑らかに繋ぐ面としての接続面ＳＳａが、第１反射面Ｒ１から第２反射面Ｒ２にかけて観察者に近い側から遠ざかる側に向かって延びるような形状となり、接続面ＳＳａの内面が光路上流側に対向する面となり、光路下流側に対向する箇所がないものとなっている。なお、ここでは、図３に示すように、接続部ＳＳにおいて、接続面ＳＳａは、張出し方向（厚み方向）ＤＳについて最大厚さｎ_ｍａｘが、２ｍｍ以下となっているものとする。さらに、接続部ＳＳの全体に亘っての接続面ＳＳａの張出し方向（厚み方向）ＤＳの厚さｎは、０≦ｎ≦２ｍｍの間に維持されて変化しているものとする。厚さｎを用いて、上記第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との関係についての表現を改めると、厚さｎすなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との段差が、部分的には０ｍｍとなるところが存在しうるとしても、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とにおいて全面に亘って厚さｎが０ｍｍになることはなく、必ず第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２よりも出っ張る（厚さｎ＞０ｍｍとなる）箇所が存在し、かつ、全面に亘って常に厚さｎ≧０ｍｍが維持されるものとなっている。すなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との関係が逆転して厚さ（段差）がマイナスになるようなことは生じないものとなっている。さらに、厚さｎ≦２ｍｍの状態が全面に亘って常に維持されている、すなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との段差が大きくなりすぎることがないようにもなっている。以上の場合、接続部ＳＳにおいて第１反射面Ｒ１を第２反射面Ｒ２以上に観察者側に張り出させた状態に維持するとともに接続部ＳＳが大きくなりすぎることで外光が接続部ＳＳにおいて意図しない反射をすることを抑制できる。また、接続部ＳＳが目立つことを抑制できる。

以下、図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照して、外部から接続部ＳＳの接続面ＳＳａに向かう外光ＯＬについての導光部材での処理について説明する。ここで、図４（Ａ）は、導光部材１０における外光ＯＬの接続部ＳＳへの進入の一例について説明するための図であり、図示において、映像光の導光方向を矢印ＡＰで示すものとする。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の一部を拡大した様子を概念的に示す図であり、外光ＯＬの接続面ＳＳａ（接続部ＳＳ）での反射成分ＲＬの様子を示している。上記のように、ゴースト光に関しては、外光ＯＬのうち接続面ＳＳａで反射された成分が光路下流側に向かうことが問題となる。すなわち、図示において導光方向を示す矢印ＡＰに沿った成分が発生することが問題となる。このため、図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示すように、接続面ＳＳａに外部から入射する外界光のうち、問題となりやすい成分としての外光ＯＬは、光路上流側から光路下流側に向かって進入するようなものである。このような問題に対して、本実施形態では、上記のように、接続面ＳＳａの内面が光路上流側に対向する面となっているため、図示のように、外光ＯＬが接続面ＳＳａに当たり、その際に一部が反射されて反射成分ＲＬを発生させても、反射成分ＲＬは、そのまま反射されて導光部材１０の外部に向かうか映像光ＧＬの光路上流側に向かうものとなり、光路下流側には向かない、あるいは向きにくくなるようにすることができる。すなわち、導光部材１０の内部を光路下流側に向かって導光し、観察者に視認されてしまいゴースト光となる、ということを抑制でき、良好な画像視認性を確保できる。これに対して、例えば図４（Ｃ）に示す比較例のように接続面ＳＳａの向きが逆になる場合、すなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との関係が逆になる場合には、図示のように、外光ＯＬの反射成分ＲＬが映像光ＧＬの光路下流側に向かってしまう可能性があり、ゴースト光を発生させる可能性が生じてしまう。本実施形態では、図４（Ｃ）に示すような箇所が存在しないことで、外光に起因するゴースト光の発生が抑制される。

さらに、本実施形態では、以上のような接続部において接続される２つの反射面について、これらを延長した延長面（光学的に機能しない面）全体においても、観察者側への張出しの関係が保たれている。具体的には、図３（Ａ）に戻って示すように、まず、光学的に機能を有する領域部分ＥＲ１に形成される第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）と第１反射面Ｒ１を延長した領域部分ＥＲ１外の領域にある光学的に機能しない延長面ＰＦ１との全体で構成される面を第１表面ＳＦ１とする。同様に、光学的に機能を有する領域部分ＥＲ２に形成される第２反射面Ｒ２（第１面Ｓ１１）と第２反射面Ｒ２を延長した領域部分ＥＲ２外の領域にある光学的に機能しない延長面ＰＦ１との全体で構成される面を第２表面ＳＦ２とする。この場合において、接続部ＳＳの接続面ＳＳａは、第１表面ＳＦ１と第２表面ＳＦ２との間を連続的に滑らかに繋ぐとともに、繋いだ範囲全体において、第１表面ＳＦ１を第２表面ＳＦ２以上に観察者側に張り出させている。これにより、光学的に機能を有する第１反射面Ｒ１及び第２反射面Ｒ２を超えた範囲においても、外光に起因するゴースト光の発生が抑制される。

また、本願に示す構成のように、中間像を形成し、かつ、導光部材での全反射を利用して導光を行う構成の光学系では、従来からも、装置の小型化を図りつつ精度を高く維持すべく、導光部材等において自由曲面を用いることで収差を抑えつつ光路の調整を行っている。例えば特許文献１（特開２０１５−７２４３８号公報）では、導光部材に加え、投射レンズの一部（光射出側のレンズ面）においても自由曲面を設けることで収差の補正をしつつ小型化の要請に応えている。しかしながら、例えば導光部材において導光のために全反射条件を維持する必要がある等の制約から、小型化には設計上の限界があった。具体的には、例えば図２に示す導光装置２０における交点Ｃ１から交点Ｃ２までの距離を縮めたい、すなわち導光装置２０の導光方向の長さを短くしたい、という場合に映像光の全反射条件が問題となりやすい。この場合、仮に、本願のようにレンズ面３３ａを非軸対称非球面で構成しないものとすると、画像表示装置８０のうち人体に近い内側から射出される成分である部分光線束ＧＬａが各面Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４上において全反射条件を満たすようにコントロールすることが特に困難になる可能性がある。例えば部分光線束ＧＬａが全反射条件を満たすように、特に全反射条件が厳しくなる成分が通過する面Ｓ１２のうち面Ｓ１３に近い側の形状を調整することが考えられる。しかしながら、このような調整をする場合、面Ｓ１３に近い側のみならず、面Ｓ１２のうち部分光線束ＧＬａを通過させる全範囲である面Ｓ１３に近い側から中央側までの部分を全体的に調整する必要がある。この際、調整した部分のうちの一部（面Ｓ１２のうち中央寄りの部分）は、画像表示装置８０のうち人体から遠い外側から射出される成分である部分光線束ＧＬｂを通過させる範囲でもあるため、面Ｓ１２の形状調整には種々の制約が課されることになり、光学系全体として収差補正がしにくくなる。また、この他の調整箇所の候補として、例えば、非軸対称非球面であり、部分光線束ＧＬａと部分光線束ＧＬｂとが互いに離れた領域で反射している面Ｓ１４を調整することも考えられる。しかし、面Ｓ１４は、映像光ＧＬの反射のみならず、透過も行う箇所であり、例えば部分光線束ＧＬａの反射領域と部分光線束ＧＬｂの透過領域とは重畳している。このため、面Ｓ１４を調整する場合にも種々の制約が課されることになる。

これに対して、本実施形態では、特に、光射出側に配置される第１レンズ３１のレンズ面３１ａのみならず、光入射側に配置される第３レンズ３３の光射出側のレンズ面３３ａを非軸対称非球面としている。レンズ面３３ａは、既述のように、投射レンズ３０のうち画像表示装置８０に比較的近い側に位置するレンズ面である。このため、例えば図示のように、画像面ＯＩの周辺側の領域（隅領域と呼ぶものとする）うち、内側と外側との異なる隅領域ＩＡ，ＯＡの２点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ射出される部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂは、互いに交わる前にレンズ面３３ａに通過するものとなる。すなわち、上記の場合、非軸対称非球面であるレンズ面３３ａは、画像表示装置８０の光射出面である画像面ＯＩにおいて異なる隅領域の２点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち、観察者の眼に到達すべき成分である部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂが互いに交わらない位置に配置されている。このような位置にあるレンズ面３３ａを非軸対称非球面（自由曲面）としていることで、レンズ面３３ａは、画像面ＯＩのうち人体に近い内側の領域から射出される部分光線束ＧＬａと、画像面ＯＩのうち人体から遠い外側の領域から射出される部分光線束ＧＬｂとに対して、個別の作用を及ぼすものとなる。つまり、例えば部分光線束ＧＬａに対する収差補正と部分光線束ＧＬｂに対する収差補正とを個別に行う、といったことが可能になる。さらに、部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂ等の各部分光線束の射出状況の違いに応じて、投射レンズ３０の内面に設けられた絞りＳＴが非対称に変形されていることで、通過する成分の適切な遮光を可能としている。

比較として、例えば、レンズ面３１ａについてみると、この位置ではすでに部分光線束ＧＬａの通過範囲と部分光線束ＧＬｂの通過範囲とが重なっており、部分光線束ＧＬａと部分光線束ＧＬｂとを分離して個別に収差補正を行うことができず、光線束全体としての収差補正ができるのみである。本実施形態では、映像光の光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分（部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂ）が互いに交わらない位置に非軸対称非球面（レンズ面３３ａ）を配置することで、例えば特許文献１（特開２０１５−７２４３８号公報）に開示の虚像表示装置の場合と同等の解像度や画角等の各種の光学的精度を維持しつつ、光学系をさらに小型化し、延いては装置全体を小型化することができる。具体的には、上記のように、導光装置２０において、例えば交点Ｃ１から交点Ｃ２までの距離（間隔）を、４８ｍｍ以下とすることができる。このような小型化を図った光学系においては、導光範囲が短いため、導光中に光が入り込んでゴースト光が発生する、という問題への対処が特に重要となり得る。本実施形態では、上記のように、導光部材１０の内部においてのゴースト光発生への対処が可能となっている。なお、交点Ｃ１から交点Ｃ２までの距離（間隔）については、４８ｍｍ以下とする場合のほか、例えば５１ｍｍ以下とするものであってもよく、より具体的には、例えば５０．１ｍｍ程度とすることが考えられる。なお、交点Ｃ１から交点Ｃ２までの距離（間隔）を５１ｍｍ以下の長さにした場合、例えば眼鏡をつけたまま装着可能なＨＭＤを実現できる。

さらに、この場合、従来よりも投射レンズ３０の全長を短くし、かつ各レンズ３１〜３３のレンズ厚を薄くすることができる。これにより、さらなる小型化が実現でき、デザイン的にもよりスタイリッシュな外観を実現できる。

また、本実施形態では、既述のように、視線軸ＳＸをレンズ光軸ＬＸに対して６．７°傾斜させ、導光軸ＤＸに対して垂直な状態から約１０°傾斜させていることによっても外観形状をよりスタイリッシュにしている。

また、本実施形態では、上記のように、投射レンズ３０の構成に関して複雑な軸外し光学系であって、かつ、より過密なレンズ配置としている。これに対応して、さらに、画像表示装置８０からの射出光について調整がなされている。すなわち、画像表示装置８０の光射出面である画像面ＯＩから射出される各部分光線束について射出角度が画像表示装置８０の中心を示すレンズ光軸ＬＸに対して非対称となっている。

以上について第１及び第２方向ＤＤ１，ＤＤ２で説明すると、映像光ＧＬを構成する各部分光線束に関して、画像表示装置８０の画像面ＯＩの面内に平行な面（ｘｙ面）内において、ｘ方向（水平方向）である第１方向ＤＤ１に沿って配列された各画素からそれぞれ射出される光線束のｙ方向（垂直方向）である第２方向ＤＤ２についての射出角度がそれぞれ異なっていることになる。さらに、本実施形態では、投射レンズ３０のレンズ面３３ａにおける曲率を、画像表示装置８０から射出された部分光線束の通過位置ごとに応じて変化させている。さらには、レンズ面３３ａにおける曲率を、導光部材１０の面Ｓ１２における部分光線束（例えば図２の部分光線束ＧＬａと部分光線束ＧＬｂ）の入射角度に対応して変化させている。

本実施形態のような構成の場合、例えば上述した部分光線束ＧＬａと部分光線束ＧＬｂとの関係から明らかなように、射出される光線束全体としての対称性が崩れているため、光を絞るに際して、通常の対称な形状及び配置の絞りを設けても所望の機能を果たすことができるとは限らず、ゴースト光等を十分に除去できない可能性がある。これに対して、本実施形態では、投射レンズ３０に設ける絞りＳＴに映像光ＧＬの成分に対応した非対称性をもたせることで、確実な余剰光の除去を可能にし、高性能な画像形成を可能としている。

以下、図５、図６等を参照して、投射レンズ３０に設ける絞りＳＴの構造について説明する。図５（Ａ）は、投射レンズ３０の一例についての構成について示す断面図であり、図５（Ｂ）は、投射レンズ３０を構成する鏡筒３９の正面図である。また、図６（Ａ）は、画像表示装置８０と投射レンズ３０の絞りＳＴとの配置関係について図５に示す一例において概念的に示す図である。また、図６（Ｂ）は、画像表示装置８０と投射レンズ３０の絞りＳＴとの配置関係について一変形例を概念的に示す図である。

以下、まず、図５（Ａ）、５（Ｂ）及び図６（Ａ）に示す一例から説明する。ここでは、図示のように、鏡筒３９の内面の一部として絞りＳＴが設けられているものとする。また、図５（Ａ）に示すように、絞りＳＴは、第２レンズ３２と第３レンズ３３との間においてレンズ光軸ＬＸに対して垂直に配置される枠上の構造を有しており、特に、図５（Ｂ）に示すように、絞りＳＴは、正面視において、台形状となっている。これにより、上記した非対称な状態で画像面ＯＩから射出される各部分光線束に対応して適切に不必要な光のカットを行い、映像内外に余計な光（ゴースト光）を発生させないようにすることを可能にしている。

以下、絞りＳＴの形状や構造についてより詳しく説明する。まず、図５（Ａ）及び５（Ｂ）に示すように、ここでは、上記と同様に、ｘ方向を第１方向ＤＤ１とし、ｙ方向を第２方向ＤＤ２とする。これを言い換えると、画像面ＯＩの法線方向（図２のレンズ光軸ＬＸの延びるＺ方向）に対して垂直で、かつ、導光部材１０の導光方向（図２の導光軸ＤＸの延びる方向）に対応する方向（図２において導光方向と同じくＸＺ面内において延びる方向）を第１方向ＤＤ１とし、画像面ＯＩの法線方向と第１方向ＤＤ１とに対して垂直な方向を第２方向ＤＤ２とする、ということになる。さらにここでは、図５（Ｂ）及び図６（Ａ）に示すように、絞りＳＴにおいて、画像面ＯＩの中心を通るレンズ光軸ＬＸと交差しかつ第１方向ＤＤ１に平行な軸を第１軸ＸＸ１とし、レンズ光軸ＬＸと交差しかつ第２方向ＤＤ２に平行な軸を第２軸ＸＸ２とする。また、図６（Ａ）等に示すように、第１軸ＸＸ１、第２軸ＸＸ２及びレンズ光軸ＬＸが交差する点を交点ＣＳとする。交点ＣＳは、絞りＳＴの中心を示すものとなる。以上の場合、映像光ＧＬを構成する各部分光線束の第１方向ＤＤ１についての非対称性と第２方向ＤＤ２についての対称性に対応して、絞りＳＴによって形成される四角形状の開口部ＯＰは、第１軸ＸＸ１について線対称であり、第２軸ＸＸ２について非線対称な形状となっている。

次に、図６（Ｂ）に示す一変形例について説明する。既述のように、図６（Ｂ）は、画像表示装置８０と投射レンズ３０の絞りＳＴとの配置関係について概念的に示す図であり、図６（Ａ）に対応する図である。なお、図６（Ｂ）では、図６（Ａ）との比較をしやすくするため、図６（Ａ）において規定した第１軸ＸＸ１等について同様に記載している。上記の例では、画像面ＯＩの法線方向（図２のレンズ光軸ＬＸの延びるＺ方向）に対して垂直に配置される絞りを一例として示しているが、本変形例の絞りＳＴは、図６（Ｂ）に示すように、矩形状の開口部ＯＰを投射光学系光軸に対して斜めに配置して設けられている。すなわち、図６（Ａ）と比較して分かるように、図６（Ｂ）に示す絞りＳＴは、図６（Ａ）に例示する垂直な配置状態からｙ軸の回りに回転させて傾けた配置となっている。このように、絞りＳＴをレンズ光軸ＬＸに対して傾けて配置し、すなわち非垂直に配置することで、開口部を例えば台形状ではなく矩形状（長方形状）としておいても、正面視において台形状となっているように見える形状とすることができる。絞りＳＴのレンズ光軸ＬＸに対する傾け度合を射出角度の変化に対応させることで、より厳密に不要光を除去することが可能になる。また、別の見方をすれば、この場合、レンズ光軸ＬＸに沿った奥行き方向までを考慮して空間的（３次元的）に遮光を行うものとなっている。なお、この場合、非垂直な平面に沿って絞りＳＴを形成させる場合のほか、曲面（非平面）に沿って絞りＳＴを形成させてもよい。

以下、別の観点として、画像表示装置８０からの光の射出に関して説明する。画像表示装置８０から射出される光は、角度輝度特性を有しており、角度輝度特性は画素開口形状に大きく依存する。一般的に開口形状が大きければ大きいほど、角度輝度特性の全値半角は大きくなる、すなわち、パネル法線に対してより大きな角度方向でも高い輝度で射出され、開口形状が小さければ小さいほど、全値半角は小さくなり、ピーキーとなる。特に、本実施形態の虚像表示装置１００等のＨＭＤに使用されるような超小型の表示デバイスでは、１画素の開口形状が１０μｍを下回ることがあり、この場合、例えば画像面ＯＩの法線方向に対して２０°程傾いた方向での輝度は、法線方向に対して５０％を切ってしまう。これにより、映像の輝度ムラの発生することがある。特に、本実施形態のように、パネル位置によって光線束の状態が異なるような光学系である場合、輝度ムラが大きな課題となり得る。そこで、本実施形態では、射出角度がより大きくなるにしたがって画素の開口が大きくなるように画素レイアウトを調整することによって、輝度ムラの発生を抑制している。本実施形態の場合、第１方向ＤＤ１（ｘ方向）に関しての位置によって第２方向ＤＤ２（ｙ方向）について射出角度が異なるものとする調整ができるように例えば第１方向ＤＤ１よりも第２方向ＤＤ２について大きく広がった開口構造とし、各開口画素の大きさを第１方向ＤＤ１の位置ごとによって変えればよい。また、パネルの基板構造によって、パネル法線方向に対してある傾斜した角度の輝度が最も高くなるようにすることも可能である。すなわち、画像表示装置８０から射出される光線束のうち、最も輝度の高い光線方向が、画像表示装置８０の画素の位置によって異なるようにすることができる。

以下、図７を参照して、虚像表示装置１００のうち、画像表示装置８０に関して、光学的構成のより具体的な一例について詳細に説明する。

まず、画像表示装置８０は、上述したように、画像生成部８１や配光制御部８２として画像生成部８１の直近後段に配置されるカラーフィルター層ＣＦの他に、画像生成部８１の動作を制御する駆動制御部（図示略）を有する自発光型の画像表示装置である。画像表示装置８０の一構成例について図７（Ａ）及び７（Ｂ）を参照してより具体的に説明すると、画像表示装置８０のうち画像生成部８１は、画素電極である複数の透明電極（陽極）７１ａと、対向電極（陰極）７２ａと、透明電極７１ａと対向電極７２ａとの間に配置された発光機能層（発光層）としての有機ＥＬ層７３ａと、保護層７４ａとを備える。配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、保護層７４ａ上に形成される。カラーフィルター層ＣＦは、赤色、緑色及び青色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂで構成され、各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂは、画素電極である複数の透明電極（陽極）７１ａにそれぞれ対応してマトリクス状に配列されている。以上のような構成により、画像表示装置８０は、電極７１ａ，７２ａを適宜動作させて有機ＥＬ層７３ａを発光させることで、画像生成部８１は、画像面ＯＩから映像光ＧＬを射出するものとなっている。すなわち、画像表示装置８０は、光源として有機ＥＬを含むことで、画像面ＯＩを構成する画素ごとに映像光ＧＬを発光するものとなっている。また、映像光ＧＬとして画像生成部８１で発光した光がカラーフィルター層ＣＦを映像光ＧＬが通過することで、画像表示装置８０からカラーの映像光（画像光）ＧＬが射出される。ここで、本実施形態では、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦにおいて、画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素のピッチすなわちマトリクス状に配置される複数の透明電極７１ａ，７１ａ，７１ａのピッチに対して、各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂのピッチが異なるように配列させている。これにより、図７（Ａ）に示すように、画像表示装置８０の中心光軸であるレンズ光軸ＬＸから離れた周辺側では、各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの位置が対応する各電極７１ａ，７１ａ，７１ａに対してずれている（図示の場合各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの位置が右側にずれている又は外縁の位置がずれている）ことで、カラーフィルター層ＣＦを経て射出される成分光の配光状態が斜め方向（図示の場合、右斜め方向）に傾き、当該成分光は、レンズ光軸ＬＸ側に近づくように射出される。一方、図７（Ｂ）に示すように、画像表示装置８０のレンズ光軸ＬＸの付近すなわち中心側では、上記のようなずれが生じないか生じてもわずかであることで、射出される成分光の配光状態は傾くことなく、当該成分光は垂直にあるいは略垂直に射出される。このように射出される光の傾き具合を位置ごとにあるいはある程度の領域単位で調整することで、所望の射出状態（非対称な状態）を構成することが可能となる。

以上をまとめて言い換えると、画像表示装置８０において、画像生成部８１は、画素電極である複数の透明電極７１ａによって画像面ＯＩをマトリクス状に画素を配置させることで形成する画素マトリクスであり、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、中心側から周辺側に向かって画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素のピッチ（透明電極７１ａのピッチ）に対するずれが大きくなるように画像面ＯＩの位置ごとに異なる形状を有するものとなっている。これにより、画像面ＯＩの位置ごとに光の配光状態が適したものとなるように制御している。すなわち、各位置で射出される光の主光線となるべき角度の光が最も強くなるようにしており、結果的に、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、画像面ＯＩの各位置から射出する成分の主光線の軸方向について最も強くなる強度分布で光を射出するように制御を行っている。以上のように、本実施形態では、カラーフィルター層ＣＦが、射出光である映像光ＧＬの配光を制御する配光制御部８２として機能するものとなっている。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とを繋ぐ接続部ＳＳにおいて、相対的に映像光ＧＬの入射側に位置する第１反射面Ｒ１を相対的に映像光の射出側に位置する第２反射面Ｒ２以上に観察者側に張り出させて、接続部ＳＳの表面である接続面ＳＳａを、第１反射面Ｒ１から第２反射面Ｒ２にかけて観察者に近い側から遠ざかる側に向かって延びるような形状としている。これにより、外光ＯＬの一部が反射されても、反射成分ＲＬは、光路下流側に向かない、あるいは向きにくくしてゴースト光の発生を抑えている。また、この上で、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、投射レンズ３０において、画像表示装置８０の光射出面である画像面ＯＩにおいて異なる隅領域ＩＡ、ＯＡの２点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分が互いに交わらない位置にあるレンズ面３３ａを非軸対称非球面とすることで、解像度や画角等の各種の光学的精度を維持しつつ、光学系をさらに小型化し、延いては装置全体を小型化することができる。この際、特に、非線対称性を有する四角形状の開口部ＯＰを形成する絞りＳＴを有することで、上記のように画像表示装置８０の各点からの各光線束が、第２方向ＤＤ２についてそれぞれ異なる角度で射出されるものであっても、絞りＳＴにおいて適切に光の調整を行うことができ、高画質な映像が提供可能となっている。

〔第２実施形態〕
以下、図８等を参照して、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実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置のうち、導光部材の一部を変更したものであり、図８は、図４（Ａ）に対応する図であり、本実施形態に係る虚像表示装置に組み込まれる導光部材の一例を示す図である。また、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様であるため、虚像表示装置の全体については、図示や説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、導光部材１０は、図８に示すように、複数の反射面が面Ｓ１１〜Ｓ１５で構成され、かつ、観察者側に配置されかつ隣り合う一対の反射面である第４面Ｓ１４と第１面Ｓ１１とを有している。すなわち、導光部材１０における映像光の導光に関して、第１実施形態の構成と共通している。また、第１実施形態の場合と同様に、相対的に映像光ＧＬの入射側に位置する第４面Ｓ１４を第１反射面Ｒ１とし、相対的に映像光の射出側に位置する第１面Ｓ１１を第２反射面Ｒ２とする。さらに、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とを繋ぐ部分を接続部ＳＳとし、特に接続部ＳＳの表面すなわち第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との間を連続的に滑らかに繋ぐ傾斜した面を接続面（傾斜接続面）ＳＳａとする。この場合、入射側の第１反射面Ｒ１は、自由曲面（第４面Ｓ１４）であり、射出側の第２反射面Ｒ２は、平坦面（第１面Ｓ１１）であるということになる。さらに、ここでは、導光部材１０の複数の反射面を構成する面Ｓ１１〜Ｓ１５のうち、第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）及び第２反射面Ｒ２（第１面Ｓ１１）に対向する面である第３面Ｓ１３を第３反射面Ｒ３とする。第３反射面Ｒ３は、第２反射面Ｒ２に対して平行な平坦面である。

一方、本実施形態では、例えば図８に示すように、第１反射面Ｒ１は、第２反射面Ｒ２よりも凹んだ凹状部分ＴＲを有しており、導光部材１０は、接続部ＳＳとその近傍において、凹状部分ＴＲが形成される箇所として凹部ＣＰを有している。以上の点において、本実施形態における導光部材１０は、第１実施形態の場合と異なっている。すなわち、第１実施形態では、導光部材１０の接続部ＳＳ及びその周辺において、第１反射面Ｒ１が常に第２反射面Ｒ２に比べて観察者側に出っ張っており、第２反射面Ｒ２が第１反射面Ｒ１よりも観察者側に出っ張った部分が存在しないものとなっていた。これに対して、本実施形態では、第１反射面Ｒ１のほうが第２反射面Ｒ２よりも観察者側に出っ張った部分が存在する。言い換えると、図４（Ｃ）に示すような状態が存在している点において、第２実施形態は、第１実施形態と異なっている。本実施形態では、接続部ＳＳは、凹部ＣＰにおいて、第１反射面Ｒ１の凹状部分ＴＲに応じてすなわち凹み度合に応じて、第２反射面Ｒ２に対する接続面（傾斜接続面）ＳＳａの傾斜角度θを所定値以下に保持するように接続部ＳＳが形成されていることで、ゴースト光の抑制を図っている。なお、凹部ＣＰにおいて、表面部分は、図示のように、第１反射面Ｒ１の凹状部分ＴＲ（接続部ＳＳ側の端部）の領域Ａ１と、接続部ＳＳの接続面ＳＳａの領域ＡＳと、第２反射面Ｒ２の接続部ＳＳ側の端部の領域Ａ２とで構成されている。

第１実施形態において記述したように、ゴースト光の発生を抑えるために、外光ＯＬの処理においては、接続部ＳＳ（接続面ＳＳａ）で反射された成分が光路下流側に向かうことを極力回避することが望ましく、そのためには、第２反射面Ｒ２が第１反射面Ｒ１よりも観察者側に出っ張った部分が存在しないものとし、これらの面を接続部ＳＳにおいて滑らかに繋ぐ接続面ＳＳａが、光路下流側に向かわないようにしてことが好ましい。しかしながら、例えば装置の小型化の要請や画角・解像度の維持等から、各反射面の光学設計上、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との関係を第１実施形態に示したような状態には必ずしも維持できず、第１反射面Ｒ１のほうが第２反射面Ｒ２よりも観察者側に出っ張った部分が存在するものとなる場合も生じ得る。

本実施形態では、係る事態が想定されるような場合、すなわち接続部ＳＳ（接続面ＳＳａ）で反射された成分が光路下流側に向かってしまうような場合であっても、これに起因するゴースト光の発生が抑えられるような構成としている。

以下、図８及び図９を参照して、本実施形態に係る虚像表示装置を構成する導光部材１０のうち、特に、第１反射面Ｒ１、第２反射面Ｒ２及び接続部ＳＳ等に関して詳細に説明する。まず、図８に示すように、本実施形態において、導光部材１０のうち、第３反射面Ｒ３における導光方向（矢印ＡＰの方向）の長さについて、接続部ＳＳの中心ＰＰよりも映像光の入射側の長さをＬ_１とし、射出側の長さをＬ_２とする。すなわち、図示のように、中心ＰＰから第３反射面Ｒ３に対して垂線を下ろしその足（交点）を足（交点）Ｈとする。この場合に、足（交点）Ｈから導光方向（矢印ＡＰの方向）について映像光の入射側の長さを長さＬ_１とし、射出側の長さを長さＬ_２とする。シースルーという観点からは、第３反射面Ｒ３の長さすなわち長さＬ_１と長さＬ_２とを合わせた全長はできるだけ長いことが好ましい。例えば、第１実施形態に示した一例の導光部材と同程度の長さを有するようにするとなれば、Ｌ_１＝１４ｍｍ、Ｌ_２＝１９．５ｍｍ程度となっていることが望ましい。また、導光部材１０の厚さＤ（すなわち第２反射面Ｒ２から第３反射面Ｒ３までの距離）については、映像光の画角の確保等の観点から、例えばＤ＝１０ｍｍ程度とすることが考えられる。

以上のような構成において、外光ＯＬとして最も問題となりやすいのは、第３反射面Ｒ３（第３面Ｓ１３）のうち映像光の入射側の部分から斜めに入射して（第３反射面Ｒ３に対して大きな入射角度で入射して）、接続部ＳＳの接続面ＳＳａで反射する反射成分ＲＬである。仮に、このような反射成分ＲＬが、接続面ＳＳａでの反射後、直接第２面Ｓ１２に向かってしまうような角度で伝搬してしまうと、第２面Ｓ１２での反射後、観察者の眼に届きゴースト光となってしまう可能性がある。これに対して、図８に示すように、接続面ＳＳａで反射した反射成分ＲＬが、直接には第２面Ｓ１２には届かず、第３反射面Ｒ３（第３面Ｓ１３）に向かうような角度で反射されれば、結果的に観察者の眼に届かないようにできる。具体的には、図８に示すように、反射成分ＲＬが、第２面Ｓ１２よりも手前に位置する第３面Ｓ１３（第３反射面Ｒ３）に向かうようにする。このようにすれば、反射成分ＲＬの光路は、映像光の光路から外れ、ゴースト光として視認されることがないものになると考えられる。したがって、本実施形態では、外光ＯＬが入射する角度に対して、接続面ＳＳａの角度や形状が上記内容を鑑みて調整されていることで、ゴースト光の発生を抑制するものとなっている。ここでは、図９に示すように、第３反射面Ｒ３に対する外光ＯＬの入射角を入射角α_０とし、入射後の屈折角α_１とする。さらに、接続面ＳＳａを反射した後の反射成分ＲＬと第２反射面Ｒ２（または第３反射面Ｒ３）の垂線とのなす角度を角度α_２とする。また、ここで、説明を簡略化するために、接続面ＳＳａは、一定あるいは略一定の傾斜であるものとみなす。すなわち、第２反射面Ｒ２に対する接続面ＳＳａの傾斜角度θについての最大値を最大傾斜角度θでもあるものとする。

以下、上述した各数値の関係について、関係式を示しつつ説明する。まず、第３反射面Ｒ３における入射光としての外光ＯＬの入射角α_０と屈折角α_１との関係は、導光部材１０の屈折率ｎ_１（空気に対する相対屈折率）を用いて、スネルの法則により、

と表される。ここで、外光ＯＬが、第３反射面Ｒ３から入射する（特に導光方向に近い斜めの方向から入射する）条件は、α_０＜９０°（すなわちｓｉｎα_０＜１）であることから、上式（１）は、

となる。

次に、屈折角α_１と、傾斜角度（最大傾斜角度）θと、角度α_２について、傾斜接続面ＳＳａでの反射条件から、

すなわち、

となる。

ここで、外光ＯＬがゴースト光として視認されないためには、上述したように、傾斜接続面ＳＳａで反射した後の反射成分ＲＬの伝搬角度である角度α_２が、十分小さな値となっていればよいことになる。ここでは、図示のような状況から、角度α_２が、長さＬ_２と厚みＤとの比率との関係において、十分小さな値となっていればよいと考える。すなわち、

となっていれば反射成分ＲＬが第２面Ｓ１２よりも手前に位置する第３面Ｓ１３（第３反射面Ｒ３）に到達すると考えられる。上式（４）に、上式（３）を代入し、変形すると、

となる。なお、上式（５）において、屈折角α_１の値は、上式（２）に示すように、導光部材１０の屈折率ｎ_１から算出できる。

第２反射面Ｒ２に対する傾斜接続面ＳＳａの傾斜角度（最大傾斜角度）θが、上式（５）を満たすことで、導光部材１０の形状を考慮した上でこれに応じて、傾斜接続面ＳＳａで反射された成分が光路下流側に向かうような場合であっても、これに起因するゴースト光の発生を抑えられる。

本実施形態に係る導光部材１０について、第１実施形態と同等の構造及び形状（サイズ）を有するものとする一例として、接続部ＳＳ等の局部以外の全体構成において、上記した長さや角度等に関して、具体的数値として、ｎ_１＝１．５２、Ｌ１＝１４ｍｍ、Ｌ２＝１９．５ｍｍ、Ｄ＝１０ｍｍとすることが想定される。このような値となる場合、上式（５）より、傾斜角度（最大傾斜角度）θは、次式（６）を満たせばよいことになる。

すなわち、上記構成例の場合、最大傾斜角度θが、１０．９°未満となっていれば、上記要件を満たし、十分なゴースト光抑制の効果が期待される構成になる。

以下、傾斜角度θについて、すなわち接続部ＳＳ（あるいは傾斜接続面ＳＳａ）の形状や構造について、さらに考察する。

図９において一部拡大して示すように、接続部ＳＳにおいて、導光部材１０の導光方向（矢印ＡＰの方向）についての幅を幅Ｗとし、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との段差（張出し方向についての最大差）を最大差Ｇとした場合、

と近似できる。導光部材１０の光学設計にも依るが、最大差Ｇについては、例えば、０．２ｍｍ程度となることが想定される。一方、幅Ｗについては、１．７ｍｍ以上とすること場合が考えられる。以上の場合、上式（７）により、傾斜接続面ＳＳａの傾斜角度（最大傾斜角度）θは、６．９°程度とすることができる。例えば、傾斜角度（最大傾斜角度）θを６．９°以下とすれば、上式（６）より、傾斜接続面ＳＳａで反射された成分が光路下流側に向かうような場合であっても、これに起因するゴースト光の発生を十分に抑えることができると考えられる。

なお、以上において、傾斜角度θが最大傾斜角度θでもあるものとしているが、傾斜接続面ＳＳａにおける傾斜角度が位置によって異なるものとなっている場合においても同様に考察できる。すなわち、傾斜接続面ＳＳａの全域において、傾斜角度が所定値以下となっていることで、上記のような関係を維持できる。

以下、図１０を参照して、接続部ＳＳの縦方向（ｙ方向）についての形状及び構成について、第１実施形態の場合との差異を比較しつつ説明する。図１０（Ａ）は、第１実施形態との比較説明のために図３（Ｃ）を再度示すものである。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の一部として、接続部ＳＳに関する部分を抽出した概念図である。また、図１０（Ｃ）は、図１０（Ｂ）に対応する図であり、本実施形態における接続部ＳＳに関する部分を抽出した概念図である。図１０（Ｂ）と図１０（Ｃ）との比較から明らかなように、第１実施形態と本実施形態とでは、張出し方向（厚み方向）についての最大厚さｎが異なっている。具体的には、第１実施形態については、図１０（Ｂ）に示すように、また、既述のように、接続部ＳＳにおいて、接続面ＳＳａの張出し方向（厚み方向）ＤＳの厚さｎは、０≦ｎ≦２ｍｍの間に維持されて変化しているものとする。すなわち、接続面ＳＳａは、張出し方向（厚み方向）について最大厚さｎ_ｍａｘが、２ｍｍ以下となっており、さらに、接続部ＳＳの全体に亘って厚さｎが負の値になる（第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との位置関係が逆転する）ことはない。これに対して、本実施形態では、図１０（Ｃ）に示すように、第２反射面Ｒ２に対する第１反射面Ｒ１の張出し方向の厚さｎは、接続部ＳＳの全体に亘って−０．２≦ｎ≦２ｍｍで維持されている。すなわち、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２との位置関係が逆転する箇所が存在して、ｎが負の値になることもあり得る。言い換えると、第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２に対して凹んでいる状態となり得る。このような状況となっている箇所が、図８や図９等に示した凹部ＣＰを形成している。なお、ｎが負の値の最小値となる場合が、上述した最大差Ｇが０．２ｍｍとなる場合に相当する。

以下、図１１を参照して、本実施形態に係る虚像表示装置を構成する導光部材の一変形例について説明する。図１１に示す変形例では、接続部ＳＳにおいて、砂刷りまたは黒塗りされている加工面部分ＰＳ１を有している。また、第１反射面Ｒ１及び第２反射面Ｒ２に対向する反射面である第３反射面Ｒ３のうち特に、外光ＯＬの問題を生じやすい接続部よりも映像光の入射側において、砂刷りまたは黒塗りされている加工面部分ＰＳ２を有している。上記のような箇所に砂刷りまたは黒塗りされている加工面部分ＰＳ１，ＰＳ２を有することで、外光ＯＬを吸収または拡散させて、外光ＯＬに起因するゴースト光の発生を抑制できる。なお、加工面部分ＰＳ１，ＰＳ２のうちどちらか一方のみを有する構成としてもよく、図示のように双方を有する構成としてもよい。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置では、第１反射面Ｒ１と第２反射面Ｒ２とを繋ぐ接続部ＳＳにおいて、表面である接続面ＳＳａの第２反射面Ｒ２に対する傾斜角度θを調整することで、外光ＯＬの一部が反射された反射成分ＲＬが、光路下流側に向かってしまうような場合であっても、これに起因するゴースト光の発生を抑えている。

また、このほか、例えば光源側からの迷光に起因するゴースト光の発生を抑制するため、必要に応じて各所に黒塗り加工を施してもよい。例えばレンズのコバ部分を黒塗り加工することで映像光に起因するゴースト光等について対処することも考えられる。

また、上記では、第２反射面Ｒ２と第３反射面Ｒ３とを平行な平面としているが、平行な曲面で構成する場合においても、本発明を適用できる。

また、上記では、第１反射面Ｒ１において、第１反射面Ｒ１が第２反射面Ｒ２よりも凹んで凹状部分ＴＲが一部に形成されるものとなっているが（図１０（Ｃ）参照）、全体に亘って凹状部分ＴＲが形成されるものとなっていることも考えられる。

〔その他〕
以上各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る。例えば、上記では、画像表示装置８０の光射出面である画像面ＯＩにおいて異なる隅領域ＩＡ、ＯＡの２点Ｐ１，Ｐ２からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分が互いに交わらない位置に非軸対称非球面（レンズ面３３ａ）が配置されているものとしているが、このような面形状を有しないものであってもよい。

上記の説明では、画像表示装置（映像素子）８０として、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含む画像生成部８１を用いているが、これに限らず、画像表示装置８０として、透過型の液晶表示デバイスとバックライトとで構成されるもの等種々のものを利用可能である。

また、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる画像生成部８１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、自発光型素子として、ＬＥＤアレイ等を用いることもできる。

また、上記実施形態では、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含むパネル型の画像表示装置８０を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。具体的には、例えば画像面ＯＩに光拡散素子を配置し、走査型の照明光学系によって画像面ＯＩの位置において光を走査させ画像を形成させるとともに当該光拡散素子の拡散作用によって、映像光を射出させることで、上記と同様の構成を適用させることができる。

また、上記実施形態では、左右の導光装置２０をそれぞれ個別に作製されるものであるが、これに限らず、例えば、光透過部材を共有する構成とすることもできる。図１２（Ａ）及び１２（Ｂ）は、導光装置の一変形例について説明するための概念図である。この例では、左右一対の導光部材１０，１０と光透過部材１５０とは、左右一対の導光部材１０，１０により１つの光透過部材１５０を挟んで接続して一体の光学部材となって左右が一体化した導光装置２０として機能している。この場合、両眼視のための位置合わせを光透過部材１５０により簡易かつ正確に行うことができる。例えば図１２（Ａ）に示すように、光透過部材１５０の中心部ＣＥを適度に曲げておくことで、左右の角度を規定することも可能である。また、例えば図１２（Ｂ）に示すように、中心部ＣＥにおいて、上下の端部に窪み部ＣＶａ，ＣＶｂを設けておくことで、窪み部ＣＶａ，ＣＶｂを、製造工程において光透過部材１５０に対する導光部材１０，１０の接着固定のための位置決め（位置固定）に利用したり、鼻受部を設けるための箇所として用いたりすることが可能である。

上記の説明では、導光装置２０について、光入射部（第２導光部分１２）から光射出部（第１導光部分１１）を一部材で構成されるものとしているが、このような構成以外にも、例えば光反射膜ＲＭ（図２参照）で構成されるような光反射面を経ることなく映像光ＧＬを全反射による導光部分に直接入射させたり、導光装置２０の導光部材１０をプリズム等で構成される光入射部と導光部とに分離した構成としたりするものとしてもよい。

上記の説明では、投射光学系として複数のレンズで構成される投射レンズ３０を採用しているが、これに限らず、例えば図１３に示すように、プリズム状の部材である投射プリズム光学系２３０によって投射光学系を構成するものとしてもよい。この場合においても、例えば、投射プリズム光学系２３０において光路変更に寄与する各面２３１ａ〜２３３ａのうち、画像表示装置８０からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち、観察者の眼に到達すべき成分である部分光線束ＧＬａ，ＧＬｂが互いに交わらない位置に配置されている光入射面２３３ａを非軸対称非球面（自由曲面）とすることで、適切な収差補正が可能になる。なお、光入射面２３３ａ以外の面である反射面２３２ａや光射出面２３１ａについても非軸対称非球面（自由曲面）としてもよい。さらに、図示では、投射光学系である投射プリズム光学系２３０と導光装置２０（導光部材１０）とが接続されておらず別体となっているが、これらが接続されて一体になっている構成とすることも可能である。ここでは、例えば投射プリズム光学系２３０の後段に上記と同様に各部分光線束に対応した非線形性の形状を有し、また、配置される絞りＳＴを設けることで、適切な遮光の処理を行うことができる。

上記のうち、図６（Ｂ）等において、一変形例として斜めに配置する絞りＳＴについて説明しているが、斜めに配置するにあたっての配置のしかたや開口部ＯＰの形状については、上記の他にも、種々の態様が可能である。例えば図６（Ｂ）等に示した場合とは傾ける方向を逆にしてもよい。絞りＳＴの配置や形状については、光線束の形状や取り込むべき光の違い等種々の状況に応じて最適なものとすることができる。例えば、開口部ＯＰの形状について水平方向に関して左右どちらを大きくするか等適宜変更可能である。

上記の説明では、ハーフミラー層（半透過反射膜）１５が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層１５の輪郭は用途その他の仕様に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層１５の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える虚像表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０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、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。また、この他、ハーフミラー層１５に代えて、曲面上に複数の微細な反射面を並べたり、フレネルミラーを用いたり、他の回折素子を用いたりすることもできる。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、導光部材１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

また、接続部ＳＳの箇所も反射面の反射回数等や、それに伴う反射面の個数に応じて種々の箇所に設けることが可能であり、複数箇所に上記した形状、構造を有する接続部ＳＳが設けられるものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、例えば図１４に概念的に示すように、導光装置２０における導光部材１０での映像光ＧＬの導光に際して、映像光ＧＬのうち接続部ＳＳ付近を通過する成分の第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）での反射位置ＡＲ１から当該成分の中間像の位置（結像位置）ＡＲ２を離間させている（図示の場合、第４面Ｓ１４や第１面Ｓ１１と対向する第３面Ｓ１３側において中間像を形成（結像）させている。）。言い換えると、接続部ＳＳ付近で反射する映像光ＧＬの中間像の位置ＡＲ２を接続部ＳＳから離して、接続部ＳＳ付近にある反射位置ＡＲ１及びその周辺を通過するときの映像光ＧＬをぼけた状態にさせている。これにより、映像光ＧＬが接続部ＳＳ付近を通過する際に、もしも、接続部ＳＳ付近での外光の反射や散乱等により意図しない成分が多少入り込んで導光部材１０において導光されることがあったとしても、これによるゴースト光発生等の影響を抑制できるものとなる。具体的に説明すると、反射位置ＡＲ１から中間像の位置ＡＲ２を離間させておくことで、例えば上記のような意図しない成分が入ったとしても、当該成分について観察者の眼に対して映像光ＧＬが導光され射出される光路の範囲から離れた位置で導光させ射出させることができ、侵入した外光が見えづらくなるようにできる。また、接続部ＳＳ付近を通過するときには映像光ＧＬがぼけた状態にあることで、観察者の眼の位置において複雑な凹凸形状を有する接続部ＳＳにピントが合わないようにでき、接続部ＳＳの形状が視認されることを防止できる。上記の場合とは逆に、仮に中間像の位置ＡＲ２を接続部ＳＳ付近に近づけた構成としてしまうと、映像光ＧＬに意図しないで入り込んだ外光に起因する成分による影響を受け易くなってしまう可能性が高まると考えられる。これに対して、上記のように、各実施形態では、第１反射面Ｒ１（第４面Ｓ１４）で反射される映像光ＧＬのうち少なくとも接続部ＳＳ付近で反射される成分の反射位置ＡＲ１を中間像の位置ＡＲ２から離間させておくことで、かかる事態を回避することができるようになっている。

また、虚像表示装置の外観構成についても、種々の態様が可能であり、例えば、図１５に示すような外観形状の虚像表示装置２００において、本願発明を適用することも可能である。なお、図示の虚像表示装置２００を構成する各部について、図１に示す虚像表示装置１００と同一の符号で示すものは、その機能構成が同等であるため、説明を省略する。すなわち、虚像表示装置２００における導光部材１０，１０に関して、上述した各実施形態のような構成のものを組み込むことが可能である。

また、例えば、平行な平板状の導光部材に投射プリズム（プリズム状の投射光学系）を接着して光学系を構成する場合のように、２部品（又は２部品以上）の部材を接合させる接続部（接合部）に関して、本願のような外光への対応がなされた構造とするものとしてもよい。

ＡＰ…矢印、 Ｃ１…交点、 Ｃ２…交点、 ＣＣ…接着層、 ＣＥ…中心部、 ＣＦ…カラーフィルター層、 ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂ…色用カラーフィルター部、 ＣＳ…交点、 ＣＶａ，ＣＶｂ…窪み部部、 ＤＤ１…第１方向、 ＤＤ２…第２方向、 ＤＳ…張出し方向（厚み方向）、 ＤＸ…導光軸、 ＥＲ１…領域部分、 ＥＲ２…領域部分、 ＥＹ…眼想定位置（眼）、 ＧＬ…映像光、 ＧＬａ，ＧＬｂ…部分光線束、 ＨＬ…外界光、 ＩＡ，ＯＡ…隅領域、 ＬＸ…レンズ光軸、 ＯＩ…画像面、 ＯＬ…外光、 ＯＰ…開口部、 Ｐ１，Ｐ２…点、 ＰＦ１…延長面、 Ｒ１…第１反射面（Ｓ１４…第４面）、 Ｒ２…第２反射面（Ｓ１１…第１面）、 Ｒ３…第３反射面（Ｓ１３…第３面）、 ＲＬ…反射成分、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１−Ｓ１５…面、 Ｓ５１−Ｓ５３…透過面、 ＳＦ１…第１表面、 ＳＦ２…第２表面、 ＳＳ…接続部、 ＳＳａ…接続面（傾斜接続面）、 ＳＸ…視線軸、 ＸＸ１…第１軸、 ＸＸ２…第２軸、 ３１−３３…レンズ（光学素子）、 １０…導光部材、 １０ｓ…本体、 １１…導光部分（光射出部）、 １２…導光部分（光入射部）、 １５…ハーフミラー層（半透過反射部、 ２０…導光装置、 ２７…ハードコート層、 ３０…投射レンズ（投射光学系）、 ３１ａ…レンズ面、 ３３ａ…レンズ面、 ３９…鏡筒、 ４０…鼻受部、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ７１ａ，７１ａ，７１ａ…透明電極、 ７２ａ…対向電極、 ７３ａ…有機ＥＬ層（発光層）、 ７４ａ…保護層、 ８０…画像表示装置（映像素子）、 ８１…画像生成部、 ８２…配光制御部、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １０１ａ，１０１ｂ…光学部材、 １０２…枠部、 １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、 １５０…光透過部材、 ２３０…投射プリズム光学系（投射光学系）、 ２３１ａ…光射出面、 ２３２ａ…反射面、 ２３３ａ…光入射面 Ａ１，Ａ２，ＡＳ…領域、 ＣＰ…凹部、 Ｇ…最大差、 ＰＰ…中心、 ＰＳ１，ＰＳ２…加工面部分、 ＴＲ…凹状部分、 Ｗ…幅、 ｎ_１…屈折率、 α_０…入射角、 α_１…屈折角、 α_２…角度、 θ…傾斜角度（最大傾斜角度）、 ２００…虚像表示装置

Claims (14)

1. 映像光を生じさせる映像素子と、
   複数の反射面を有して内面で反射させることにより、前記映像素子からの前記映像光を導光するとともに、前記映像光と外界光とを重複して視認させる導光部材と、
   を備え、
   前記導光部材は、前記複数の反射面のうち前記外界光の入射面側と反対側に配置されかつ隣り合う反射面として、第１反射面と前記第1反射面よりも前記映像光の射出側に位置する第2反射面とを有するとともに、前記第1反射面と前記第2反射面とを繋ぐ接続部を有し、
   前記映像素子の光射出面の法線方向に対して垂直で、かつ、前記導光部材の導光方向に対応する方向を第１方向とし、前記法線方向と前記第１方向とに対して垂直な方向を第２方向とし、前記法線方向と前記第１方向とで形成される断面を前記第2方向から見て、
   前記第１反射面は、前記第１方向に沿う自由曲面を有し、
   前記第1反射面は、前記接続部との端部側の前記自由曲面から、前記外界光の前記入射面に向かって、前記第2反射面よりも凹んで凹状部分を形成し、
   前記接続部は、前記凹状部分を形成する箇所において、前記凹状部分に応じて前記第２反射面に対して、６．９°以下の傾斜角度を保持する傾斜接続面を形成する、虚像表示装置。
2. 前記接続部において、前記第２反射面に対する前記傾斜接続面の傾斜角度は、前記第１反射面における前記凹状部分の前記第２反射面に対する差と、前記接続部の前記導光部材の導光方向についての幅とに応じて定まる、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記接続部の前記導光部材の導光方向についての幅は、１．７ｍｍ以上である、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記接続部において、前記第２反射面に対する前記第１反射面の張出し方向の厚さｎは、前記接続部の全体に亘って−０．２≦ｎ≦２ｍｍで維持されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記第２反射面に対する前記傾斜接続面の最大傾斜角度θは、前記複数の反射面のうち前記第１反射面及び前記第２反射面に対向する第３反射面における前記導光部材の導光方向の長さについて前記接続部の中心よりも映像光の射出側の長さをＬ２とし、前記第３反射面から入射した外光の屈折角をα１とし、前記第２反射面に垂直な方向についての前記導光部材の厚みをＤとした場合に、
   

   

   を満たす、請求項１から４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記接続部は、砂刷りまたは黒塗りされている、請求項１から５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記第１反射面及び前記第２反射面に対向する反射面は、前記導光部材の導光方向に関して前記接続部よりも映像光の入射側において砂刷りまたは黒塗りされている部分を有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記導光部材は、前記非軸対称な曲面を２面以上含み、
   前記導光部材を構成する前記複数の反射面のうち第１面と第３面とは、対向するように配置され、前記第１面と前記第３面とを通過させて外界を視認した時に、視度が略０になっており、
   前記映像素子からの映像光は、前記第３面で全反射され、前記第１面で全反射され、第２面で反射された後、前記第１面を透過して、観察側に到達する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記導光部材は、前記第１面と隣り合い、かつ、映像光を反射して前記第３面に入射させる第４面を含み、
   前記第１反射面は、前記第４面であり、
   前記第２反射面は、前記第１面である、請求項８に記載の虚像表示装置。
10. 前記映像素子からの映像光を前記導光部材に入射させる投射光学系をさらに備える、請求項１から９までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記投射光学系は、少なくとも１面の非軸対称非球面を含み、前記１面の非軸対称非球面は、前記映像素子の光射出面において異なる隅領域の２点からそれぞれ射出された映像光の光線束のうち観察者の眼に到達すべき成分が互いに交わらない位置に配置されている、請求項１０に記載の虚像表示装置。
12. 前記投射光学系は、前記映像素子の中心を通り前記法線方向に平行な投射光学系光軸に対して垂直に配置され、かつ、前記第１方向に平行に延びて前記投射光学系光軸に交差する第１軸について線対称で前記第２方向に平行に延びて前記投射光学系光軸に交差する第２軸について非線対称な四角形状の開口部、または、前記投射光学系光軸に対して非垂直に配置されている四角形状の開口部を形成する絞りを有する、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 前記導光部材において、光入射側に配置される光入射部と前記投射光学系の投射光学系光軸との交点から光射出側に配置される光射出部と観察者の視線の基準として想定される視線軸との交点までの距離が４８ｍｍ以下である、請求項１０から１２までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
14. 前記導光部材は、前記映像素子からの映像光と外界光との部分的な反射及び透過を行う半透過反射部を有し、前記半透過反射部を挟んで光透過部材と接続されている、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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