(57)【要約】【課題】必要なパワーを持ちながら薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる虚像表示装置を提供すること。【解決手段】画像を表示する映像素子と、映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、第１光学部よりも映像素子側に配置される第２光学部と、第１光学部と第２光学部との接合部に形成される鋸状面に設けられるハーフミラーと、第１光学部の光射出側に設けられ、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備える。【選択図】図１
2020024246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する映像素子と、
映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、
前記第１光学部よりも前記映像素子側に配置される第２光学部と、
前記第１光学部と前記第２光学部との接合部に形成される鋸状面に設けられるハーフミラーと、
前記第１光学部の光射出側に設けられ、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材と
を備える虚像表示装置。
【請求項２】
前記第１及び第２光学部のうち少なくとも一方は、前記鋸状面に応じた形状の表面を前記接合部側の光学面として有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記第１光学部は、前記鋸状面に応じた形状の表面を前記接合部側の光学面として有し、
第２光学部は、前記接合部側に平面を有する、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２光学部のうち少なくとも一方は、前記鋸状面を有するフレネルレンズである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記接合部は、接着剤を固化して形成され、前記第１及び第２光学部のうち直接接合される光学部の材料と同一の屈折率を有する接着膜を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記鋸状面は、前記映像光の中心側から周辺側に向かって高低差を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記鋸状面を有する面のうち、段差を形成する側面部分として、テーパー状の面を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記映像素子の画像表示領域のサイズは、前記第２光学部の光学面のサイズよりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記第２光学部は、光軸方向について、前記映像素子から前記第２光学部までの空隙厚よりも薄い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２光学部は、部材の一部をカットして形成されるレンズ端面を有する非対称レンズである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記レンズ端面は、平面状に加工された当接部を有する、請求項１０に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記非対称レンズは、左右一対の構成であり、左右の中心軸を基準にして前記レンズ端面を対称に傾斜して配置している、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
鋸状面を有するフレネルレンズと、
前記フレネルレンズの前記鋸状面に設けられるハーフミラーと、
前記フレネルレンズとの接合部において前記ハーフミラーを挟持する対向部材と、
前記ハーフミラーを経た光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材と
を備える拡大光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像表示装置及び拡大光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ等に適用可能な接眼光学系として、例えば特許文献１に示すように、瞳に近いレンズ面と、パネルに近いレンズ面を非球面にすることで、像面湾曲の発生を低減するものが知られている。なお、以下において、ヘッドマウントディスプレイをＨＭＤとも記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５６２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１のような構成の場合、例えば最もパワーの強い凹面鏡で発生する像面湾曲を抑えきれない、といったことになる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、第１光学部よりも映像素子側に配置される第２光学部と、第１光学部と第２光学部との接合部に形成される鋸状面に設けられるハーフミラーと、第１光学部の光射出側に設けられ、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る拡大光学系及び虚像表示装置の一構成例について概念的に説明するための側方断面図である。
【図２】虚像表示装置の構成について説明するための分解図である。
【図３】虚像表示装置の拡大光学系の構造について説明するための一部拡大図である。
【図４】一変形例の拡大光学系の製造工程について説明するための概念図である。
【図５】拡大光学系の製造時における接着剤の流動について説明するための概念図である。
【図６】第２実施形態に係る虚像表示装置の一構成例について概念的に説明するための側方断面図及び一部拡大図である。
【図７】比較例の虚像表示装置について説明するための拡大光学系の一部拡大図である。
【図８】第３実施形態に係る虚像表示装置の一構成例について概念的に説明するための側方断面図及び一部拡大図である。
【図９】虚像表示装置の一変形例について概念的に説明するための側方断面図である。
【図１０】虚像表示装置の他の一変形例について概念的に説明するための側方断面図である。
【図１１】虚像表示装置のさらに他の一変形例について説明するための外観と構成についての概念図である。
【図１２】図１１における虚像表示装置の一構成例について概念的に説明するための平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る拡大光学系及び拡大光学系を有する虚像表示装置について詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図１の一構成例を分解した図２に概念的に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、映像素子（画像表示部）である画像表示装置１０と、拡大光学系２０とを備え、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虚像表示装置、すなわちヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）である。ここで、図１は、虚像表示装置１００を観察者が装着した場合の側方から見た断面の様子を概念的に示している。図１等において、虚像表示装置１００における光学系の光軸ＡＸがＺ方向となっているものとする。さらに、Ｚ方向に対して垂直な面の面内方向のうち、水平方向すなわち左右方向をＸ方向とし、面内方向のうち、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。この場合、観察者の左右の眼の並ぶ方向として想定される水平方向がＸ方向となる。そして、水平方向に直交する方向である観察者にとっての上下方向が垂直方向であり、図１等では、Ｙ方向となる。また、観察者の眼ＥＹの位置は、虚像表示装置１００の構成上、観察者の眼ＥＹのある場所として想定される瞳の位置となっている。
【０００９】
なお、画像表示装置１０及び拡大光学系２０は、右眼用と左眼用とについてそれぞれ用意される左右一対構成であるが、左側の構造と右側の構造とが対称性を有することから、ここでは、省略して左右のうち一方（左眼用）のみを示している。例えば図１では、観察者の眼ＥＹよりも＋Ｘ方向に耳があり、−Ｘ方向に鼻があることになる。なお、虚像表示装置１００は、左右一対の一方のみ、すなわち単独でも虚像表示装置として機能する。また、左右一対構成とせず、単眼用に虚像表示装置を構成することも可能である。
【００１０】
以下、虚像表示装置１００による映像光の導光をするための各部の構造等についての一例を概念的に説明する。
【００１１】
まず、画像表示装置１０は、画像形成を行う主要な本体部分である映像光ＧＬを射出するパネル部１１と、パネル部１１の光射出面１１ａを覆うカバーガラスＣＧと、偏光板１２と、入射側偏光変換部材１３とを備える。ここでは、画像表示装置１０は、小型のものを採用し、図示のように、画像表示装置１０は、光軸ＡＸについて垂直な方向に関して、少なくとも拡大光学系２０よりも小さい構成となっている。具体的には、例えば、図示の例において、画像表示装置１０の画像表示領域のサイズは、後述する拡大光学系２０の第２レンズＬ２の光学面のサイズよりも小さいものとなっていることは明らかである。
【００１２】
表示デバイスであるパネル部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）等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成される映像素子（映像表示素子）とすることができる。パネル部１１は、有機ＥＬのほか、例えば、無機ＥＬ、ＬＥＤアレイ、有機ＬＥＤ、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るものとしてもよい。パネル部１１は、２次元の光射出面１１ａにカラーの静止画又は動画を形成する。パネル部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。パネル部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。パネル部１１として量子ドットディスプレーを用いる場合、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。パネル部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。パネル部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。
【００１３】
ここで、高精細化等の観点から、画像表示装置１０のパネル部１１に用いる映像素子として、例えばマイクロディスプレイ等の小型のものを採用することが望ましい場合が考えられる。高精細化を実現するためには、例えばＨＴＰＳやＳｉバックプレーンを使った液晶パネル、あるいはＯＬＥＤパネルを適用する必要があり、これらは、パネルサイズとパネル単価とに比例関係があるからである。つまり、製品コストを下げる等の実用的観点から、より小さなパネルを適用する必要がある。しかしながら、広画角化を図りつつパネルをより小型化しようとする、すなわち、より小さいパネルサイズを適用しようとすると、光学系の焦点距離も小さくする必要がある。つまり、レンズの曲率半径を小さくする必要がある。この場合、広視野角側の光の成分において、レンズ面での全反射条件の制限から、強い曲率の形状にできず、思うようなパネルサイズの縮小化が図れない可能性がある。本実施形態の虚像表示装置１００では、このような点を考慮して、パネル部１１の小型化を実現している。
【００１４】
偏光板１２は、カバーガラスＣＧの光射出面上に貼り付けられている。偏光板１２は、透過型偏光板であり、パネル部１１からの映像光ＧＬの通過に際して、映像光ＧＬのうち直線偏光の成分を抽出する部材である。
【００１５】
入射側偏光変換部材１３は、偏光板１２の光射出面上に貼り付けられている。入射側偏光変換部材１３は、１／４波長板すなわちλ／４板であり、通過する光の偏光状態を変換する。つまり、入射側偏光変換部材１３は、偏光板１２の光路下流側に位置して、偏光板１２を経て直線偏光となった映像光ＧＬを円偏光にする。また、図示のように、入射側偏光変換部材１３は、画像表示装置１０のうち最も光路下流側に位置する、すなわち拡大光学系２０の近くに位置する部材である。
【００１６】
ここで、画像表示装置１０と拡大光学系２０との間には、空気層ＡＬによって隙間が適宜設けられている。
【００１７】
次に、拡大光学系２０は、観察者側から順に接合されて並ぶ第１光学部及び第２光学部である２つの第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２に加え、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との接合箇所にハーフミラー２１と、光射出側に透過反射選択部材３０とを備える。さらに、透過反射選択部材３０は、射出側偏光変換部材２２と、半透過反射型偏光板２３とで構成されている。なお、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２は、樹脂レンズとすることが考えられるが、製造可能であれば、ガラスレンズとしてもよい。
【００１８】
まず、第１光学部である第１レンズＬ１は、拡大光学系２０を構成するレンズのうち、観察者の眼前側すなわち眼ＥＹに近い−Ｚ側において、映像光ＧＬを装置外部へ取り出す取出し位置に配置され、眼前側に光射出面として、平面である光射出平面ＳＥを有する。一方、第１レンズＬ１は、図３において一部拡大図で示すように、光射出平面ＳＥの反対側である画像表示装置１０側に、鋸状面を有するフレネル面ＦＶ１により、同心円状に刻まれて形成されるフレネルレンズである。すなわち、図３において破線ＣＣ１で囲って一部拡大した箇所の様子を示すように、拡大光学系２０は、正面あるいは背面から見た状態において、通常のレンズを同心円状の領域に分割されている。これにより、拡大光学系２０は、通常のレンズに比べて厚みを減らしたレンズとなっており、さらに、鋸状の断面を有している。なお、第１レンズＬ１は、画像を十分に広画角なものとすべく、例えば屈折率１．８以上の高屈折レンズとなっている。また、フレネル面ＦＶ１は球面となっている。すなわち、第１レンズＬ１は、球面平凸レンズである。
【００１９】
次に、第２光学部である第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１よりも画像表示装置１０側に配置され、画像表示装置１０側に画像表示装置１０からの映像光ＧＬを入射させる光入射面として、平面である光入射平面ＳＩを有する。一方、第２レンズＬ２は、図３において一部拡大図で示すように、光入射平面ＳＩの反対側である眼前側に、鋸状面を有するフレネル面ＦＶ２を有するフレネルレンズである。第２レンズＬ２のフレネル面ＦＶ２の凹凸形状は、第１レンズＬ１のフレネル面ＦＶ１の凹凸形状に対応している。なお、以上の場合、図示において、鋸状面は、光軸ＡＸの方向に沿った面の１つであるＹＺ面についての断面によって示されているが、フレネル面ＦＶ１，ＦＶ２は、光軸ＡＸの方向に沿った他の断面においても、同様の形状を有している。
【００２０】
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、フレネル面ＦＶ１とフレネル面ＦＶ２とで接合され、接合部ＣＮを形成している。
【００２１】
なお、第２レンズＬ２の屈折率は、第１レンズＬ１の屈折率と同じか第１レンズＬ１の屈折率よりも小さくなっている。また、第２レンズＬ２は、光軸ＡＸの方向について、第１レンズＬ１よりも厚くなっている。すなわち、図示における第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２の光軸ＡＸの方向についての厚さＴ１，Ｔ２について、Ｔ１＜Ｔ２となっている。
【００２２】
また、光射出平面ＳＥと光入射平面ＳＩとは、ともに、画像表示装置１０の光射出面１１ａに対して平行である．図示の例では、ＸＹ面に対して平行となっている。なお、ここでの平行についての許容範囲としては、例えば±２°以内とすることが考えられる。これらの平面ＳＥ，ＳＩのうち、特に、光入射平面ＳＩは、第２レンズＬ２の光路上流側すなわち拡大光学系２０のうち画像表示装置１０に最も近い位置にある。
【００２３】
ハーフミラー２１は、映像光の一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半反射半透過膜であり、例えば、誘電体多層膜や金属膜等で構成される。図示のように、ハーフミラー２１は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に形成されている。すなわち、接合部ＣＮに設けられており、さらに、この場合、ハーフミラー２１は、鋸状面を有していることになる。言い換えると、ハーフミラー２１は、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２における接合部ＣＮに形成された鋸状面に応じた形状の表面を光学面として有している。また、以上について見方を変えると、第２レンズＬ２は、フレネルレンズである第１レンズＬ１に対して、接合部ＣＮにおいてハーフミラー２１を挟持する対向部材となっているとも言える。
【００２４】
ここで、ハーフミラー２１あるいは接合部ＣＮの形成について一例を説明する。図２の分解図において拡大光学系２０の構成を例示するように、まず、第１レンズＬ１のフレネル面ＦＶ１上にハーフミラー２１となるべき膜が蒸着により成膜される。次に、成膜されたハーフミラー２１の膜と第２レンズＬ２のフレネル面ＦＶ２とを接着剤により接着させ、これが固化して接着膜ＡＤを形成することで、接合部ＣＮが形成される。なお、詳しくは後述するが、接着膜ＡＤを第１レンズＬ１側ではなく第２レンズＬ２側に設けることで、映像光ＧＬの拡大光学系２０の通過に際して、接着膜ＡＤの通過回数を少なくできる。
【００２５】
透過反射選択部材３０は、既述のように、射出側偏光変換部材２２と、半透過反射型偏光板２３とで構成されており、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う。
【００２６】
透過反射選択部材３０のうち、射出側偏光変換部材２２は、１／４波長板すなわちλ／４板であり、通過する光の偏光状態を変換する。図示のように、射出側偏光変換部材２２は、第１レンズＬ１の光射出平面ＳＥに貼り付けられ、第１レンズＬ１と半透過反射型偏光板２３との間に設けられている。射出側偏光変換部材２２は、半透過反射型偏光板２３とハーフミラー２１との間を往復する成分の偏光状態を変換する。ここでは、１／４波長板である射出側偏光変換部材２２は、円偏光の状態にある映像光ＧＬを直線偏光に変換したり、あるいは、逆に、直線偏光の状態にある映像光ＧＬを円偏光に変換したりする。
【００２７】
透過反射選択部材３０のうち、半透過反射型偏光板２３は、射出側偏光変換部材２２を介して光射出平面ＳＥに貼り付けられている。すなわち、半透過反射型偏光板２３は、観察者の眼ＥＹの位置として想定される瞳の位置に一番近い側に配置される部材であり、映像光ＧＬを観察者の眼前側へ射出させる。ここでは、半透過反射型偏光板２３は、反射型のワイヤーグリッド偏光板で構成されるものとする。つまり、半透過反射型偏光板２３は、入射する成分の偏光の状態が偏光透過軸の方向であるか否かによって、透過・反射の特性を変える。この場合、半透過反射型偏光板２３の光路上流側に射出側偏光変換部材２２が配置されていることで、射出側偏光変換部材２２を経るたびに光の偏光状態が変化し、半透過反射型偏光板２３は、その変化に応じて入射する成分を透過させたり反射したりする。ここでは、一例として、観察者の眼の並ぶ方向として想定される水平方向（Ｘ方向）を偏光透過軸の方向とする。なお、反射型のワイヤーグリッド偏光板で構成される半透過反射型偏光板２３については、入射する成分の偏光の状態に応じて透過・反射の特性を変えることから、反射型偏光板と呼ぶこともある。
【００２８】
透過反射選択部材３０は、上記のような射出側偏光変換部材２２及び半透過反射型偏光板２３で構成されることにより、光の偏光状態を変化させつつこれに応じて光の透過または反射を選択的に行うことを可能としている。
【００２９】
以上のように、本実施形態では、拡大光学系２０において、光学系の主要部となる光学部（レンズ）を２枚構成とし、かつ、これらを接合させて空気間隔を設けない構成とした上で、これらの間に設けるレンズ形状面をフレネル面ＦＶ１，ＦＶ２とし、この箇所にハーフミラー２１を設けている。さらに、レンズの表面である光入射平面ＳＩ及び光射出平面ＳＥを平面としている。以上により、光軸方向に沿って短くすることができ、小型化あるいは薄型化を可能としている。さらに、本実施形態では、ハーフミラー２１が、フレネル形状となる鋸状面を有していることで、像面湾曲の発生を抑制している。特に、この場合、フレネル面ＦＶ１，ＦＶ２あるいはハーフミラー２１における形状を適宜調整することで、特に、画像周辺側における像面湾曲の発生における効果が期待される。
【００３０】
また、本実施形態の場合、光入射平面ＳＩ及び光射出平面ＳＥは平面であるから、これらの面に、上述したように、偏光板や１／４波長板、反射型のワイヤーグリッド偏光板といったものを、各種光学シートとして直接容易に貼り合せることが可能となり、部品点数の削減、光学部品の小型化、性能の向上を図ることができる。
【００３１】
以下、図１を参照して、映像光ＧＬの光路について概略説明する。まず、画像表示装置１０において、パネル部１１で変調された映像光ＧＬは、透過型偏光板である偏光板１２において、直線偏光に変換される。ここでは、偏光板１２を通過した後の直線偏光の偏光方向を第１方向とする。映像光ＧＬは、偏光板１２で第１方向の直線偏光に変換された後、第１の１／４波長板である入射側偏光変換部材１３により円偏光に変換され、空気層ＡＬを経て、拡大光学系２０に向けて射出される。
【００３２】
射出された映像光ＧＬは、拡大光学系２０のうち最も画像表示装置１０側に位置する光入射平面ＳＩから第２レンズＬ２に入射する。その後、映像光ＧＬは、第２レンズＬ２と第１レンズＬ１との界面すなわち接合部ＣＮに設けられたハーフミラー２１に達する。映像光ＧＬのうち一部の成分が、ハーフミラー２１を通過し、第２の１／４波長板である射出側偏光変換部材２２にて直線偏光に変換される。ここでの直線偏光の偏光方向は、偏光板１２の通過後、１／４波長板を２回通過しているため、第１方向に対して９０°異なる方向となっている。ここでは、この方向を第２方向とする。映像光ＧＬは、射出側偏光変換部材２２で第２方向の直線偏光に変換された後、半透過反射型偏光板２３あるいは反射型偏光板に到達する。
【００３３】
ここで、半透過反射型偏光板２３は、第１方向の直線偏光については透過させ、第２方向の直線偏光については反射するように設定されているものとする。見方を変えると、偏光板１２の透過特性や半透過反射型偏光板２３の透過反射選択特性が、そのように構成されている。この場合、第２方向の直線偏光である映像光ＧＬは、半透過反射型偏光板２３にて反射され、再び１／４波長板である射出側偏光変換部材２２にて円偏光となり、ハーフミラー２１に達する。ハーフミラー２１において、映像光ＧＬのうち一部の成分はそのまま透過するが、残りの成分は反射され、反射された映像光ＧＬの成分は、１／４波長板である射出側偏光変換部材２２で今度は第１方向の直線偏光に変換される。第１方向の直線偏光となっている映像光ＧＬの成分は、半透過反射型偏光板２３を通過し、映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹのある場所として想定される瞳の位置に達する。
【００３４】
なお、既述のように、ハーフミラー２１は、まず、第１レンズＬ１側に蒸着されており、その後、接着膜ＡＤを介して第２レンズＬ２に接着固定される構成となっている。したがって、映像光ＧＬは、上記光路上のうち、半透過反射型偏光板２３で反射された後は、接着膜ＡＤを通過することなく、ハーフミラー２１で反射されることになる。つまり、接着膜ＡＤの通過は、最初の第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間を通過する際の１回のみとなるように構成されている。以上のように、接着膜ＡＤの通過を極力削減することで、映像光ＧＬの成分量の低下や劣化を抑制している。
【００３５】
以上のように、本実施形態の虚像表示装置１００は、拡大光学系２０において、ハーフミラー２１や透過反射選択部材３０により映像光ＧＬの光路を折り曲げるとともに、曲面に設けたハーフミラー２１における反射を利用すること等により、映像光ＧＬを広画角なものとすることができる。
【００３６】
なお、以上の場合、拡大光学系２０では、２つのレンズＬ１，Ｌ２において光入射平面ＳＩ及び光射出平面ＳＥを平面としている。このため、映像光ＧＬを構成する各光線束の光路調整については、２つのレンズＬ１，Ｌ２の接合される曲面部分の箇所が担うことになる。すなわち、この面に形成されているハーフミラー２１での反射作用と、２つのレンズＬ１，Ｌ２間での屈折率の差等による屈折作用によって光路調整がなされている。２つのレンズＬ１，Ｌ２について、異なる屈折率や異なるアッベ数の硝材を用いることで、上記構成のような拡大光学系２０が形成できる。
【００３７】
また、本実施形態では、拡大光学系２０のうち画像表示装置１０側に位置する第２レンズＬ２の厚さＴ２と、空気層ＡＬの厚さＴ３すなわち画像表示装置１０から拡大光学系２０までの光軸ＡＸの方向について距離との関係について、Ｔ２＜Ｔ３となっている。つまり、空気層ＡＬの厚さＴ３の値のほうが大きくなっている。厚さＴ２と厚さＴ３とは、設計上における光学系全体の焦点距離に応じて定まるものであり、例えばこれらの和（Ｔ２＋Ｔ３）は、焦点距離の要請から一定とされる。すなわち、第２レンズＬ２を厚くすれば空気層ＡＬすなわち空隙厚は薄くなり、第２レンズＬ２を薄くすれば空隙厚は厚くなる、という関係にある。上記の例では、Ｔ２＜Ｔ３とする、すなわち第２レンズＬ２を薄くすることで、拡大光学系２０の軽量化、延いては虚像表示装置１００の軽量化を図っている。また、空隙厚を厚くすることで、製造公差に強い構成にできることが期待される。この場合、例えば製造公差による光学系のパワー変化があっても、空隙厚を調整することで、所定のピント位置に調整がしやすくなると考えられるからである。仮に、空隙厚があまりにも薄いと、調整の限界に達しやすくなり画像表示装置１０と拡大光学系２０のる第２レンズＬ２との接触から公差設定を厳しくする必要がある、といったことになる場合がある。上記構成とすることで、かかる事態を回避あるいは低減できる。なお、拡大光学系２０のうちもう一方のレンズである第１レンズＬ１の厚さＴ１は、画角や画像表示装置１０におけるパネル部１１のパネルサイズに応じて定まる。
【００３８】
また、各部の寸法等に関して、例えば画像表示装置１０のパネル部１１についてのパネルサイズであれば、一辺の長さについては、小型化の要請の観点からは、２．５インチ以下、さらには、１インチ以下（より望ましくは、１２〜１３ｍｍ程度）とすることが望ましい。本実施形態では、画像表示装置１０としてマイクロディスプレイのような小型パネルを用い、これによる画像を拡大光学系２０で拡大して広画角な画像形成を可能としている。
【００３９】
また、ＨＭＤ等の虚像表示装置においては、広画角化が進んでおり、光学系は非常に焦点距離の短いものとなる。ここでは、ＦＯＶについて、半画角を５０°すなわち全画角を１００°とするといった態様とすることが想定される。
【００４０】
以下、図４等を参照して、拡大光学系の製造工程について説明する。図４は、一変形例の拡大光学系２０の製造工程について説明するための概念図である。ここでの一例では、まず、図４のうち、上欄の工程αに示すように、下方側に配置された第２レンズＬ２の表面であるフレネル面ＦＶ２の中心側に接着膜ＡＤとなるべき接着剤ＡＳを塗布し、上方側から第１レンズＬ１の表面であるフレネル面ＦＶ１にハーフミラー２１を設けたものを、矢印ＡＲ１の方向（重力方向）へ押しつけていくことで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを接合する。なお、以下では、説明の簡略化のため、フレネル面ＦＶ１にハーフミラー２１が設けられた面についても、単に第１レンズＬ１として記載する。
【００４１】
以上のような第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との接合の際、図４のうち、下欄の工程βに示すように、第１レンズＬ１を押しつけていくにしたがって、接着剤ＡＳが矢印ＡＲ２の方向へ満遍なく延びて広がっていくことが望ましい。このため、図示の一変形例では、レンズＬ１，Ｌ２の中心部から側面部（周辺部）に向かうにつれて、鋸状面に高低差が設けられている。より具体的には、例えば第２レンズＬ２におけるフレネル面ＦＶ２の形状を構成する各鋸状の部分についてであれば、最初に接着剤ＡＳが塗布される中心部が最も高く、周辺側に行くにしたがって、各鋸状の部分の単位で徐々に低くなっている。また、第１レンズＬ１側のフレネル面ＦＶ１においても、第２レンズＬ２の形状に合わせたものとなっている。これによって、中心部から接着剤ＡＳが満たされ、各レンズＬ１，Ｌ２の側面（周辺）に向かって接着剤ＡＳを全体に行きわたらせる効果が生じる。
【００４２】
また、この場合、例えば図５に示すように、フレネル面ＦＶ１とフレネル面ＦＶ２との間において、接着剤ＡＳの流動によって第１レンズＬ１が自重によって例えば矢印ＡＲ３の方向に滑ることで、より設計通りの位置に簡単に接合することができる。また、この場合、フレネル面ＦＶ１，ＦＶ２どうしの間隔が狭くなり、毛細管現象が促進されることで、接着剤ＡＳを全体かつ均一に行きわたらせる効果が生じる。なお、接着剤ＡＳについては、第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２のうち、直接接合される光学部と同一の屈折率の材料を使用することが考えられる。つまり、この場合、第２レンズＬ２と同一の屈折率の材料を、接着剤ＡＳとして使用する。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置では、画像を表示する映像素子と、映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、第１光学部よりも映像素子側に配置される第２光学部と、第１光学部と第２光学部との接合部に形成される鋸状面に設けられるハーフミラーと、第１光学部の光射出側に設けられ、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備える。
【００４４】
上記虚像表示装置では、第１光学部と第２光学部とを接合し、かつ、ハーフミラーをこれらの接合部に設けて小型化あるいは薄型化を実現しつつパワーを持たせて広画角な画像形成を行っている。この際、特に、第１光学部と第２光学部との接合部に設けられるハーフミラーを、鋸状面を有するようにしている。これにより、必要なパワーを持たせながらさらなる薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
以下、図６を参照して、第２実施形態に係る虚像表示装置について一例を説明する。
【００４６】
本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態で例示した虚像表示装置の変形例であり、フレネル形状に関する事項を除いて、第１実施形態の場合と同様であるので、虚像表示装置の全体に関する説明は省略し、フレネル形状に関する構造についてのみ説明する。
【００４７】
図６は、本実施形態に係る虚像表示装置２００の一構成例について概念的に説明するための側方断面図及び一部拡大図であり、図３に対応する図である。
【００４８】
本実施形態の虚像表示装置２００では、図６に示すように、接合部ＣＮにおいて、鋸状面に角度を付けている。すなわち、フレネル面ＦＶ１、より正確にはハーフミラー２１が施されて形成される表面や、フレネル面ＦＶ２において、ライズ面と呼ばれる光学的な機能を有しないが段差を形成する側面部分ＳＳ１，ＳＳ２が、テーパー状の面を有している。ここで、フレネルレンズについては、グレアの発生等の懸念から、一般に、ライズ面である側面部分ＳＳ１，ＳＳ２については、例えば図７に示す比較例のように、レンズの基準面すなわち光軸ＡＸに垂直な面に対して９０°（あるいは光軸ＡＸに平行）となるような面にしておくことが好ましい。しかしながら、この場合、図７の比較例において破線の範囲ＳＴに示すように、接合時において、側面部分ＳＳ１，ＳＳ２の箇所において、引っ掛かってしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、グレアの発生を回避することを考慮しつつ、鋸状面にある程度の角度を付けることで、かかる事態を回避している。ここでは、例えば、図６に示す光軸ＡＸに垂直な基準面ＳＦに対する側面部分ＳＳ１，ＳＳ２の角度θを、９０°〜９５°の範囲で定めるものとしている。なお、角度θが、９５°を超えてしまうと、側面部分ＳＳ１，ＳＳ２を通過する光線が映像の輝線として見えるといったグレアの発生の可能性があると考えられるからである。また、以上のように、鋸状面に角度を付けた形状とすることで、例えば樹脂レンズで構成する場合のレンズＬ１，Ｌ２について、成型時に型から抜きやすくなり、例えば鋸状面が直角である場合よりも製造難易度は下がる、という効果も生じる。
【００４９】
本実施形態の虚像表示装置２００においても、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との接合部ＣＮに設けられるハーフミラー２１を、鋸状面を有するようにして、必要なパワーを持たせながらさらなる薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる。また、本実施形態の場合、側面部分ＳＳ１，ＳＳ２をテーパー状の面とすることで、接合時において当該箇所が引っ掛かってしまうことを回避でき、例えば製造難易度を下げることができる。
【００５０】
〔第３実施形態〕
以下、図８を参照して、第３実施形態に係る虚像表示装置について一例を説明する。
【００５１】
本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態等で例示した虚像表示装置の変形例であり、フレネル形状に関する事項を除いて、第１実施形態等の場合と同様であるので、虚像表示装置の全体に関する説明は省略し、フレネル形状に関する構造についてのみ説明する。
【００５２】
図８は、本実施形態に係る虚像表示装置３００の一構成例について概念的に説明するための側方断面図及び一部拡大図であり、図３等に対応する図である。
【００５３】
本実施形態の虚像表示装置３００では、図８に示すように、第１光学部であるフレネル面ＦＶ１を持った第１レンズＬ１と、第２光学部である平板部材ＦＰと、接着剤ＡＳを介して接合することで、拡大光学系２０を構成している。
【００５４】
以下、本実施形態における虚像表示装置３００を構成する拡大光学系２０についてより詳しく説明する。
【００５５】
まず、本実施形態においても、第１レンズＬ１のフレネル面ＦＶ１にハーフミラー２１が形成されている。これにより、ハーフミラー２１は、鋸状面を有するものとなる。一方、接合部の形成において、フレネル面ＦＶ１に対して貼り合せを行うもう一方の面は、フレネル形状ではなく、平板部材ＦＰの平面ＦＦとなっている。この場合、例えば、接着膜ＡＤとなるべき接着剤ＡＳについて、第１光学部である第１レンズＬ１及び第２光学部である平板部材ＦＰのうち、直接接合される光学部である平板部材ＦＰと同一の屈折率の材料を使用することで、接着剤ＡＳが固化して形成された接着膜ＡＤは、光学的機能として平板部材ＦＰと一体化する。すなわち、上記の態様では、接着膜ＡＤ（接着剤ＡＳ）の屈折率を平板部材ＦＰと同等にすることで、当該箇所を通過する光線に対して、設計上、接着膜ＡＤと平板部材ＦＰとの間において媒質変化による屈折を発生させないことになる。言い換えると、接着膜ＡＤと平板部材ＦＰとが一体化して１つのフレネルレンズである第２レンズＬ２に相当するものとして機能することになる。
【００５６】
なお、上記のような構成となる接合部ＣＮの作成方法については、例えばフレネル面ＦＶ１を上にして下方側に配置した第１レンズＬ１に接着剤ＡＳを塗布した後、平板部材ＦＰを上方側から押しつける等、種々の方法が考えらえるが、１つの具体的方法として、以下の手順で作製することが考えられる。まず、第１レンズＬ１のフレネル面ＦＶ１の隙間にＵＶ硬化性の接着剤ＡＳを流し込み、漏れ出る不要な接着剤ＡＳを擦切る。次に、ＵＶ光を照射して、フレネル面ＦＶ１の隙間を埋めた接着剤ＡＳを硬化させる。最後に、第１レンズＬ１と平板部材ＦＰとの接合箇所に２回目のＵＶ硬化性の接着剤ＡＳを塗布し、ＵＶ光を照射して２回目の接着剤ＡＳを硬化させる。これにより、フレネル面ＦＶ１において隙間なく確実に充填された接着膜ＡＤを形成できる。
【００５７】
本実施形態の虚像表示装置３００においても、第１レンズＬ１と平板部材ＦＰあるいは平板部材ＦＰで構成される第２レンズＬ２との接合部ＣＮに設けられるハーフミラー２１を、鋸状面を有するようにして、必要なパワーを持たせながらさらなる薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる。また、本実施形態の場合、フレネル面を第１レンズＬ１側のみすなわち第１光学部側のみに形成し、もう一方の第２光学部側については、平板部材ＦＰとすることができるので、製造コストや製造難易度を下げることができる。
【００５８】
以下、上記した第１実施形態等に関する変形例について、いくつか例示する。
【００５９】
まず、図９は、第１実施形態等に係る虚像表示装置の一変形例について概念的に説明するための側方断面図である。図９は、図１に示す虚像表示装置１００に対応する図となっている。図１に例示した虚像表示装置１００では、第２レンズＬ２の厚さＴ２と、空気層ＡＬの厚さＴ３について、Ｔ２＜Ｔ３となっていた。これに対して、図９に示す一変形例の虚像表示装置１００では、Ｔ２＞Ｔ３となっている。すなわち、空気層ＡＬのほうが薄く、第２レンズＬ２のほうが厚くなっている。この場合、周辺解像性能の向上が期待される。
【００６０】
次に、図１０は、第１実施形態等に係る虚像表示装置の他の一変形例について概念的に説明するための側方断面図である。図１０は、図１に示す虚像表示装置１００に対応する図となっている。図１０に示す一変形例の虚像表示装置１００では、画像表示装置１０と拡大光学系２０との間において、空気層ＡＬに代えて、導光部ＬＧを設けている。
【００６１】
以下、導光部ＬＧの詳細について説明する。導光部ＬＧは、画像表示装置１０と拡大光学系２０との間に設けられ、これらを密着させつつ映像光ＧＬを導光する。言い換えると、画像表示装置１０と拡大光学系２０とを接合させて導光に際して空気間隔を設けないようにしている。ここでは、導光部ＬＧは、画像表示装置１０のうち最も光路下流側すなわち最も拡大光学系２０に近い位置にある入射側偏光変換部材１３と、拡大光学系２０のうち最も光路上流側すなわち画像表示装置１０に近い位置にある第２レンズＬ２との間を密着させる接着部である。接着部である導光部ＬＧは、十分に光透過性の高い接着剤を層状に設けて固化させることにより導光層を形成して構成されている。なお、導光部ＬＧを構成する材料として用いる接着剤については、種々のものが適用可能であるが、ここでは、透過率１．３以上となる素材を採用するものとする。また、接着剤については、熱硬化あるいはＵＶ硬化により固化するものを適用することが考えられる。すなわち加熱処理あるいはＵＶ光の照射により、接着剤を固化させた接着部によって、導光部ＬＧが形成される。
【００６２】
以上のように、図１０に示す一変形例の虚像表示装置１００では、画像表示装置１０と第２レンズＬ２との間において、空気間隔を設けないように導光部ＬＧを密着させた状態で設けていることで、例えば、当該箇所における全反射条件に応じた状態を維持して映像光ＧＬの確実な導光を維持できる。なお、ここでの導光部ＬＧにおける密着とは、例えば画像表示装置１０や拡大光学系２０との界面や導光部ＬＧの内部において、意図しない空気層等が形成されて映像光ＧＬの導光に影響する、というようなことが無く、導光させる各部材の材質に固有の屈折率等に基づいて想定される光路を映像光ＧＬが通過する状態を維持できる程度に間隙が無いことを意味する。
【００６３】
次に、図１１は、第１実施形態等に係る虚像表示装置のさらに他の一変形例について説明するための外観と構成についての概念図であり、図１２は、図１１における虚像表示装置の一構成例について概念的に説明するための平断面図すなわち上方から見た光軸ＡＸでの断面である。なお、図１２は、左右一対構成の画像表示装置１０及び拡大光学系２０のうち、左眼側の一構成例を例示している。
【００６４】
図１１に示す一変形例の虚像表示装置１００では、外装部ＣＰに収納・保護されている画像表示装置１０や拡大光学系２０のうち、拡大光学系２０は、正面視において通常のレンズ形状である円形状の状態から一部がカットされたような形状（Ｄ形状）を有している。本実施形態では、装着時に観察者の鼻側となる領域に対応する箇所の一部が斜めに削除（カット）されている。ここでは、このような通常の円形状の状態から一部がカットされたような形状となっている、すなわち円形状の対称性に比べて対称性が低くなった形状のレンズを非対称レンズ、あるいはカットレンズと呼ぶこととする。また、カットされた切欠き状の部分に形成された端面をレンズ端面と呼ぶこととする。すなわち、図１１等を参照すると、拡大光学系２０は、非対称レンズであるカットレンズであり、平面状（直線状）のレンズ端面ＣＳを有している、と捉えられることができる。つまり、図１２において左眼側の一構成例を示すように、眼の並ぶＸ方向に関して拡大光学系２０は、光軸ＡＸに対して対称ではなく、−Ｘ側（鼻側）が一部カットされた短い構成、あるいは非対称な構成となっている。
【００６５】
さらに、図１１において一部拡大して示すように、虚像表示装置１００を反対側（裏側）から見ると、拡大光学系２０において、レンズ端面ＣＳは、傾斜した平面状（直線状）であることを利用して、外装部ＣＰに設けた組付部であるフレームＦＭの傾斜した平面状（直線状）である位置決め部ＤＰに当接させることで、例えば回転可能な状態になっている円形のレンズについての位置決め（位置合わせ）の場合に比べて、高精度かつ高効率に組付けができる。つまり、フレームＦＭの位置決め部ＤＰにおける組付けに際して、レンズ端面ＣＳは、平面状に加工された当接部として機能している。
【００６６】
また、虚像表示装置１００は、左右一対の拡大光学系２０，２０において、観察者ＵＲの顔の中心軸ＣＸに対して左右対称にレンズ端面ＣＳ，ＣＳを傾斜して配置されるものとなっている。これについて、観察者ＵＲを介さず、虚像表示装置１００の構成のみで説明すると、虚像表示装置１００が、中心軸ＣＸに相当する左右の中心軸ＫＸ（図１１中の一部拡大図参照）を基準にして左右対称な構造を有しており、一対のレンズ端面ＣＳ，ＣＳが、中心軸ＫＸに対して対称に傾斜して配置されている、すなわち、同じ大きさの傾斜角ηを有している、ということになる。ここで、各レンズ端面ＣＳの中心軸ＫＸ（中心軸ＣＸ）に対する傾斜角ηの大きさについては、光学設計等により、０°〜９０°の範囲で種々の値を取り得るが、映像品位への影響、あるいは、人間の顔にフィットさせること等について考慮しつつ、適正な範囲内で定められる。具体的数値としては、η＝３０°程度、あるいは、２０°〜４０°の範囲内とすることが考えられる。
【００６７】
〔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で実施することが可能である。
【００６８】
まず、上記において、例えば第１実施形態では、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２を樹脂レンズとすることを原則として説明しているが、例えば必要とされる屈折率の値等の各種要件等によっては、ガラスレンズあるいはガラスレンズと樹脂レンズを混合して適用することも可能である。なお、樹脂レンズを使用する場合、例えば、ゼロ複屈折性の樹脂レンズまたは低複屈折性の樹脂レンズ（すなわち配向複屈折±０．０１以下、または、光弾性定数１０［１０−１２／Ｐａ］以下の樹脂レンズ）のいずれかで構成し、複屈折を生じにくいものとすることも考えられる。
【００６９】
また、上記のうち、図１０の一例では、導光部ＬＧは、接着剤を層状に設けて固化させることにより形成される接着部であるとしているが、これに限らず、例えば、十分に高い光透過性を有するが接着性は有しない部材を画像表示装置１０と第２レンズＬ２との間において密着させつつ設けるようにしてもよい。例えば、グリスやオイル等によって導光部ＬＧを構成するものとしてもよい。この場合、グリスやオイル等について、画像表示装置１０と第２レンズＬ２との間において保持する構造を設けるための種々の方法が適用できる。
【００７０】
また、画像表示装置１０と第２レンズＬ２との間においてオプティカルフラットな面となるような構造を導光部ＬＧとして設けることも考えられ、さらに、光透過における精度が維持できれば透明テープを利用することも考えられる。
【００７１】
また、上記では、第１レンズＬ１や第２レンズＬ２の全体をフレネル形状としているが、例えば、光軸ＡＸに近い中心部については、通常のレンズとして、解像度の向上に重点を置き、光軸ＡＸから通り周辺部についてはフレネル構造等ののこぎり状の断面形状のレンズとすることで、像面湾曲の補正に重点を置く、といった構成とすることも考えられる。
【００７２】
また、製造時の工程についても、種々の態様が考えられ、例えば、同心円状に刻まれる第１レンズＬ１のフレネル面ＦＶ１と第２レンズＬ２のフレネル面ＦＶ２との形状を利用して、同心円状のフレネル面が正面となるように撮像しながら、これらが一致するようにアライメントを行う、といったことが考えられる。
【００７３】
また、上記では、画像表示装置１０としては、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成されるものとしているが、この場合において、例えば円偏光の映像光をパネル部１１から射出するものを採用し、偏光板１２や入射側偏光変換部材１３を省略するものとしてもよい。また、円偏光選択性の光学素子として、コレステリック液晶を利用することも考えられる。
【００７４】
また、画像表示装置１０としては、透過型の液晶表示デバイスとしてのＨＴＰＳのほか、上位以外にも種々のものを利用可能であり、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映像表示素子に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
【００７５】
また、各レンズのレンズ面に適宜ＡＲコートを設けることで、ゴースト光の発生等をさらに抑制するものとしてもよい。
【００７６】
また、本願発明の技術を、画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型（シースルーでない）タイプの虚像表示装置のほか、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ものに採用したり、ディスプレイ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。
【００７７】
また、本願発明の技術を、双眼鏡型のハンドヘルドディスプレイ等に適用することもできる。
【００７８】
また、上記において、映像光の一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半反射半透過膜で構成されるハーフミラー２１を設けた箇所については、これに代えて例えば体積ホログラム等の回折素子といった光学機能面を設けることで、ハーフミラー２１による作用と同等の役割を果たすようにすることも考えられる。
【００７９】
また、上記では、眼前側の光射出面と映像光を入射させる光入射面とについて、それぞれ光射出平面ＳＥと光入射平面ＳＩとしていた、すなわちどちらも平面であるものとしていたが、これらを曲面とすることも考えられる。
【００８０】
また、上記では、ハーフミラー２１を第１レンズＬ１側に設ける構成として説明したが、第２レンズＬ２側にハーフミラー２１を設ける構成とすることもできる。
【００８１】
また、鋸状面において、角になっている箇所の先端が、光学的機能に影響しない程度で丸まっていてもよい。
【００８２】
上記のほか、例えば、入射瞳の角度が、１０度程度、フレネルレンズ中心位置より下側にシフトして配置されていてもよい。人間工学の観点から、自然な視線角は下側１０°程度であることが知られており、ＨＭＤにおいても、下側１０°に映像の中心すなわち入射瞳をシフトすることで、より自然で楽な映像視聴を提供できる。
【００８３】
以上のように、本発明の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像光の取出し位置に配置される第１光学部と、第１光学部よりも映像素子側に配置される第２光学部と、第１光学部と第２光学部との接合部に形成される鋸状面に設けられるハーフミラーと、第１光学部の光射出側に設けられ、光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備える。
【００８４】
上記虚像表示装置では、第１光学部と第２光学部とを接合し、かつ、ハーフミラーをこれらの接合部に設けて小型化あるいは薄型化を実現しつつパワーを持たせて広画角な画像形成を行っている。この際、特に、第１光学部と第２光学部との接合部に形成される鋸状面にハーフミラーを有するようにしている。これにより、必要なパワーを持たせながらさらなる薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる。
【００８５】
本発明の具体的な側面では、第１及び第２光学部のうち少なくとも一方は、鋸状面に応じた形状の表面を接合部側の光学面として有する。この場合、第１光学部または第２光学部の表面において所望の形状を有するハーフミラーを設けることができる。
【００８６】
本発明の別の側面では、第１光学部は、鋸状面に応じた形状の表面を接合部側の光学面として有し、第２光学部は、接合部側に平面を有する。この場合、第１光学部に所望の形状を有するハーフミラーを設けつつ、第２光学部の形状を簡易なものにできる。
【００８７】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２光学部のうち少なくとも一方は、鋸状面を有するフレネルレンズである。この場合、フレネルレンズの特性を利用することで、像面湾曲の発生を抑制できる。
【００８８】
本発明のさらに別の側面では、接合部は、接着剤を固化して形成され、第１及び第２光学部のうち直接接合される光学部の材料と同一の屈折率を有する接着膜を含む。この場合、同一の屈折率の材料を使用することで、接着剤が固化して形成された接着膜は、光学的機能として直接接合される光学部と一体化できる。
【００８９】
本発明のさらに別の側面では、鋸状面は、映像光の中心側から周辺側に向かって高低差を有する。この場合、例えば接合に際して使用する接着剤を確実に広げることができる。
【００９０】
本発明のさらに別の側面では、鋸状面を有する面のうち、段差を形成する側面部分として、テーパー状の面を有する。この場合、接合時において当該側面部分が引っ掛かってしまうことを回避できる。
【００９１】
本発明のさらに別の側面では、映像素子の画像表示領域のサイズは、第２光学部の光学面のサイズよりも小さい。この場合、映像素子延いては装置全体の小型化を図ることができる。
【００９２】
本発明のさらに別の側面では第２光学部は、光軸方向について、映像素子から第２光学部までの空隙厚よりも薄い。この場合、虚像表示装置の軽量化を図ったり、製造公差に強い構成にしたりできる。
【００９３】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２光学部は、部材の一部をカットして形成されるレンズ端面を有する非対称レンズである。この場合、人間の顔にフィットさせることについて考慮しつつ、レンズの小型・軽量化、延いては、装置の小型・軽量化を図ることができる。
【００９４】
本発明のさらに別の側面では、レンズ端面は、平面状に加工された当接部を有する。この場合、平面状の当接部を利用して、高精度かつ高効率な非対称レンズの位置決めが可能になる。さらに、平面状の部分（直線状の部分）を鼻側に配置することで一対の構成の場合、左右のレンズ間配置をより狭くすることができる。
【００９５】
本発明のさらに別の側面では、非対称レンズは、左右一対の構成であり、左右の中心軸を基準にしてレンズ端面を対称に傾斜して配置している。この場合、対称性の良い状態で観察者の鼻用のスペースを確保できる。
【００９６】
本発明の一態様の拡大光学系は、鋸状面を有するフレネルレンズと、フレネルレンズの前記鋸状面に設けられるハーフミラーと、フレネルレンズとの接合部においてハーフミラーを挟持する対向部材と、ハーフミラーを経た光の偏光状態に応じて透過または反射を選択的に行う透過反射選択部材とを備える。
【００９７】
上記拡大光学系では、ハーフミラーをフレネルレンズと対向部材との接合部に設けて小型化あるいは薄型化を実現しつつパワーを持たせている。この際、特に、鋸状面にハーフミラーを有するようにできる。これにより、必要なパワーを持たせながらさらなる薄型化・小型化を図りつつ、像面湾曲の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０…画像表示装置、１１…パネル部、１１ａ…光射出面、１２…偏光板、１３…入射側偏光変換部材、２０…拡大光学系、２０…円筒形状拡大光学系、２１…ハーフミラー、２２…射出側偏光変換部材、２３…半透過反射型偏光板、３０…透過反射選択部材、１００…虚像表示装置、２００…虚像表示装置、３００…虚像表示装置、ＡＤ…接着膜、ＡＲ１−ＡＲ３…矢印、ＡＳ…接着剤、ＡＸ…光軸、ＣＧ…カバーガラス、ＣＮ…接合部、ＥＹ…眼、ＦＦ…平面、ＦＰ…平板部材、ＦＶ１，ＦＶ２…フレネル面、ＧＬ…映像光、Ｌ１…第１レンズ（第１光学部）、Ｌ２…第２レンズ（第２光学部）、ＬＧ…導光部、ＳＥ…光射出平面、ＳＦ…基準面、ＳＩ…光入射平面、ＳＳ１，ＳＳ２…側面部分、ＳＴ…範囲、α…工程、β…工程、θ…角度、ＣＰ…外装部、ＣＳ…レンズ端面、ＣＸ…中心軸、ＤＰ…位置決め部、ＦＭ…フレーム、ＫＸ…中心軸、ＵＲ…観察者、η…傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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