(57)【要約】【課題】ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能とし、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ることが可能な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、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りとを備え、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線について、像面に対する傾きは、像面の面内方向のうちの第１方向と第１方向に垂直な第２方向とで異なっており、２段構造絞りにおける第１絞りと第２絞りとは、第１方向と第２方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する映像素子と、
前記映像素子からの画像を投射する投射光学系と、
前記投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、前記投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りと
を備え、
前記２段構造絞りにおける前記第１絞りと前記第２絞りとは、前記映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられている、虚像表示装置。
【請求項２】
前記像面に対する前記主光線の傾きは、前記像面の面内方向のうちの第１方向と前記第１方向に垂直な第２方向とで異なっている、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
観察者による虚像視認可能な範囲を示すアイボックスの面は、観察時における眼の並びに沿った水平方向について、前記水平方向に垂直な垂直方向よりも大きく、
前記第１方向は、前記水平方向に対応し、前記第２方向は、前記垂直方向に対応している、請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記映像素子の周辺部における前記主光線の傾きについて、前記第２方向についての傾きは、前記第１方向についての傾きよりも大きく、
前記２段構造絞りにおいて、前記第２絞りは、光路上前記第１絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置され、前記第１絞りは、前記第１方向についての絞りであり、前記第２絞りは、前記第２方向についての絞りである、請求項２及び３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第２の開口部の第２方向開口幅は、前記第１の開口部の第１方向開口幅よりも小さい、請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記映像素子の周辺部における前記主光線の傾きについて、前記第２方向についての傾きは、前記第１方向についての傾きよりも小さく、
前記２段構造絞りにおいて、前記第２絞りは、光路上前記第１絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置され、前記第１絞りは、前記第２方向についての絞りであり、前記第２絞りは、前記第１方向についての絞りである、請求項２及び３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記投射光学系は、中間像を形成し、非対称光学系を構成する、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】
前記投射光学系は、前記第１絞りの絞り位置と前記第２絞りの絞り位置の間に少なくとも１枚以上のレンズを配置している、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２段構造絞りにおいて、前記第１絞りと前記第２絞りとのうち一方は、前記投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、前記鏡筒と別体の取付部材である、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】
前記取付部材は、黒色シート部材である、請求項９に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有する導光部材をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
画像を表示する映像素子と、
前記映像素子からの画像を投射する投射光学系と、
前記投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、前記投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りと
を備え、
前記２段構造絞りにおいて、前記第２絞りは、光路上前記第１絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置されており、前記第１絞りと前記第２絞りとは、異なる方向についての絞りである、虚像表示装置。
【請求項１３】
前記投射光学系は、前記第１絞りの絞り位置と前記第２絞りの絞り位置の間に少なくとも１枚以上のレンズを配置している、請求項１２に記載の虚像表示装置。
【請求項１４】
前記２段構造絞りにおいて、前記第１絞りと前記第２絞りとのうち一方は、前記投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、前記鏡筒と別体の取付部材である、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１５】
前記取付部材は、黒色シート部材である、請求項１４に記載の虚像表示装置。
【請求項１６】
前記黒色シート部材は、前記投射光学系を構成するレンズの少なくとも一部に対して回り込んで貼付されている、請求項１５に記載の虚像表示装置。
【請求項１７】
前記取付部材は、前記投射光学系又は前記鏡筒に設けた複数の位置決め用のボスに対応する複数の穴を有する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１８】
前記位置決め用のボスは、前記投射光学系において対称性を有して配置されている、請求項１７に記載の虚像表示装置。
【請求項１９】
前記位置決め用のボスは、前記投射光学系又は前記鏡筒に当接することで、光軸方向についての位置決めをする、請求項１７及び１８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項２０】
前記位置決め用のボス及び当該ボスに対応する複数の穴のうち、他のボス及び穴と異なる形状を有するものを含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに代表される虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置として、例えば特許文献１に示すように、光学系を少なくとも１面以上の非対称面を含む非テレセン光学系とし、絞りを設け、光学系の小型化を図りつつ高画質な映像を提供しようと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２０１７−１１６７７３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、特許文献１に例示するような構成において、例えば、光学系の増大を抑制しつつさらなる広画角化を図ったり、光学的精度を維持しつつ光学系のさらなる小型化を図ったりしようとすると、絞りを１箇所のみに設けた構成では、画面内外でのゴーストを有効に抑制することができなくなる可能性がある。
【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、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りとを備え、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線について、像面に対する傾きは、像面の面内方向のうちの第１方向と第１方向に垂直な第２方向とで異なっており、２段構造絞りにおける第１絞りと第２絞りとは、第１方向と第２方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を説明する斜視図である。
【図２】虚像表示装置における光学系及び映像光の光路を示す斜視図である。
【図３】虚像表示装置における光学系及び映像光の光路を示す平面図である。
【図４】虚像表示装置における光学系及び映像光の光路を示す側面図である。
【図５】映像光における主光線の傾きについて説明するための概念図である。
【図６】投射光学系の一構成例について説明するための側方断面図である。
【図７】投射光学系の一構成例について説明するための平面断面図である。
【図８】第１絞りの一構成例について説明するための斜視図である。
【図９】第１絞りの一構成例について説明するための平面図である。
【図１０】第１絞りの一構成例について説明するための正面図である。
【図１１】第２絞りの一構成例について説明するための正面図である。
【図１２】第２実施形態に係る虚像表示装置の一例を説明する光路図である。
【図１３】第３実施形態に係る虚像表示装置の一例における光学系及び映像光の光路を示す平面断面図である。
【図１４】虚像表示装置における光学系及び映像光の光路を示す側面断面図である。
【図１５】映像光における主光線の傾きについて説明するための概念図である。
【図１６】第１絞りの取付構造に関する一変形例について説明するための図である。
【図１７】第１絞りの取付構造に関する他の一変形例について説明するための図である。
【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実施形態に係る虚像表示装置について、詳細に説明する。
【０００８】
図１等に示すように、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（ＨＭＤ）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１００は、第１表示装置１００Ａと、第２表示装置１００Ｂと、フレーム部１０２とを備える。
【０００９】
第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、左眼用と右眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、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、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとをそれぞれ備える。第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂについては、後述するが、表示装置（映像素子）や投射レンズ等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納する部材等でそれぞれ構成されている。なお、表示装置（映像素子）や投射レンズ等は、カバー状の外装部材（ケース部材）１０５ｄにより覆われることで、支持・収納されている。第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂは、第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光部材を含む導光装置を構成している。以下、第１光学部材１０１ａまたは第２光学部材１０１ｂを導光装置２０ともする。なお、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂは、単独でも虚像表示装置として機能する。
【００１０】
フレーム部１０２は、平面視でＵ字状に折れ曲がった細長い部材であり、第１光学部材１０１ａと第２光学部材１０１ｂとの双方すなわち一対の導光装置２０に接続して設けられる肉厚構造の中央部１０２ａと、中央部１０２ａから第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂに沿って延び、さらに、Ｕ字状に折れ曲がった箇所を形成する支持体１０２ｂとを有している。
【００１１】
なお、フレーム部１０２の左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル１０４が設けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接させ支持するものとして用いることができる。
【００１２】
以下、図２等を参照して、虚像表示装置１００による映像光ＧＬの導光のための構造等について、一例を概念的に説明する。図２〜図４は、第１表示装置１００Ａの一部を示す図であり、特に光学系の部分を抽出したものとなっている。なお、映像光ＧＬの導光を行うための装置は、既述のように、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂ（図１等参照）であるが、第１表示装置１００Ａ及び第２表示装置１００Ｂとは、左右対称で同等の構造を有するため、第１表示装置１００Ａについてのみ説明し、第２表示装置１００Ｂについては説明を省略する。
【００１３】
図２〜図４に示すように、第１表示装置１００Ａは、映像光ＧＬを形成する画像表示装置８０と、図６等に示す鏡筒ＢＲに収納される結像用の投射レンズＬＳを含む投射光学系３０と、画像表示装置８０及び投射レンズＬＳを経た映像光ＧＬを導光する導光装置２０とを備える。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。
【００１４】
画像表示装置８０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子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。また、画像表示装置８０は、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置や動作を制御する駆動制御部を有する構成としてもよい。ここでは、図示のように、画像表示装置８０は、矩形状であり、矩形状の像面ＩＰを形成して、像面ＩＰの各位置から映像光ＧＬを射出する。ここでは、像面ＩＰの法線方向をｚ方向とし、ｚ方向は、投射光学系３０を構成する投射レンズＬＳの光軸ＡＸが延びる光軸方向に一致しているものとする。また、ｚ方向に垂直な像面ＩＰの面内方向のうち、矩形の像面ＩＰあるいは画像表示装置８０の一方向をｘ方向とし、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。なお、ここでは、矩形の長手方向をｘ方向としている。
【００１５】
また、以上において、例えば図３及び図４に示すように、画像表示装置８０の像面ＩＰから射出される映像光ＧＬのうち、像面ＩＰの周辺部ＰＰから射出される成分光ＧＬｐの主光線は、像面ＩＰの中心部ＣＣから射出される成分光ＧＬｃの主光線と比較すると、内側に傾いている。言い換えると、中心側の成分光ＧＬｃが光軸ＡＸに対して平行あるいはほぼ平行であるのに対して、周辺側の成分光ＧＬｐは、光軸ＡＸに近づくように中心側へ傾いている。さらに、主光線に関して、ｘ方向についての傾きとｙ方向についての傾きとでは傾き具合が異なっている。より具体的には、図５において、比較して示すように、分光ＧＬｐの主光線ＰＲｐにおいて、ｙ方向についての光軸ＡＸに対する傾きを示す傾斜角度αが、ｘ方向についての光軸ＡＸに対する傾きを示す傾斜角度βよりも大きくなっている。言い換えると、主光線ＰＲｐでは、傾斜角度αで示す垂直方向射出角が傾斜角度βすなわち水平方向射出角よりも大きくなって垂直方向（ｙ方向）に関してより内向きとなるように傾いている。なお、成分光ＧＬｃの主光線ＰＲｃは、光軸ＡＸに対して平行である。以下、主光線ＰＲｐの傾きに関する表現として、ｘ方向を第１方向Ｄ１とし、ｙ方向を第２方向Ｄ２とする。すなわち、像面ＩＰの周辺部ＰＰから射出される映像光ＧＬである成分光ＧＬｐの主光線ＰＲｐについて、像面ＩＰに対する傾きは、像面ＩＰの面内方向のうちの第１方向Ｄ１と第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２とで異なっている。
【００１６】
図２〜図４に戻って、投射光学系３０は、構成要素として、例えば入射側光軸ＡＸが延びる方向（光軸方向；ｚ方向）に沿って並ぶ複数の光学素子（図示の例では、４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４）を備えて構成される投射レンズＬＳを有し、投射レンズＬＳが、光学部品保持部材（図６等に示す鏡筒ＢＲ）によって収納・支持されている。さらに、本実施形態では、投射光学系３０において、図３及び図４に示すように、入射側光軸ＡＸに沿った光路上に、相対的に光路下流側に位置して第１の開口部を形成する第１絞りＳＴ１と、相対的に光路上流側に位置して第２の開口部を形成する第２絞りＳＴ２とを有する２段構造絞りＤＳを設けている。まず、図３に示すように、第１絞りＳＴ１は、第１方向Ｄ１について映像光ＧＬの全体を見た場合において、映像光ＧＬの光線束の径が最も小さくなる最適絞り位置に設けられている。一方、図４に示すように、第２絞りＳＴ２は、第２方向Ｄ２について映像光ＧＬの全体を見た場合において、映像光ＧＬの光線束の径が最も小さくなる最適絞り位置に設けられている。結果として、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とは、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とにおける主光線ＰＲｐの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。より具体的には、図示の場合、主光線ＰＲｐの傾きについて、第２方向Ｄ２についての傾きが、第１方向Ｄ１についての傾きよりも大きくなっていることに伴って、すなわち図５において傾斜角度αが、傾斜角度βよりも大きくなっていることに伴って、２段構造絞りＤＳのうち第２絞りＳＴ２が、光路上第１絞りＳＴ１よりも画像表示装置８０に近い位置に配置されている。言い換えると、２段構造絞りＤＳのうち、第１絞りＳＴ１は、第１方向Ｄ１についての傾きに対応して映像光ＧＬの絞りとして機能し、第２絞りＳＴ２は、第２方向Ｄ２についての傾きに対応して映像光ＧＬの絞りとして機能している。つまり、この場合、第１絞りＳＴ１は、水平方向についての絞りとなっており、第２絞りＳＴ２は、垂直方向についての絞りとなっている。２段構造絞りＤＳにおいて、上記のような配置関係にある第１及び第２絞りＳＴ１，ＳＴ２を有していることで、適切に光の調整を行い、ゴーストの発生を抑制している。また、レンズＬＳ１〜ＬＳ４のうちには、例えば非軸対称な非球面（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するものが含まれている。つまり、投射レンズＬＳは、非対称光学系を構成している。これにより、導光装置２０を構成する導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に表示像に対応する中間像を形成するものとすることができる。投射レンズＬＳは、画像表示装置８０で形成された映像光ＧＬを導光装置２０に向けて投射し入射させる。なお、詳細な説明は省略するが、鏡筒ＢＲは、外装部材１０５ｄ（図１参照）に収納・支持されている。
【００１７】
ＨＭＤにおいて、例えば図中の投射光学系３０に代表される各光学系の解像性能や歪曲収差を向上させるためには、ある程度のレンズ枚数を必要とする。ところが、レンズ枚数を増やせば、その分だけ光学系が大きくなることにつながる。また小型化のためには、極力レンズ間距離も小さくする必要がある。本実施形態では、より小型化の光学系を実現するため、垂直と水平方向の絞り位置の間、すなわち第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２との間にもレンズを配置する構成としている。
【００１８】
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。また、導光装置２０は、表面部分に保護層であるハードコート層が設けられていることによって本体部材が被覆され、保護されている。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）、すなわち光透過部であり、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。導光装置２０は、例えば鏡筒ＢＲ等の光学部品保持部材にネジ止めされることにより、投射レンズＬＳに対して精度よく位置決め固定されている。
【００１９】
導光部材１０は、光学的な機能を有する側面として、第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５を有している。これらのうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接する。また、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置されている。第２面Ｓ１２の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜（半透過反射膜）であり、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成され映像光に対する反射率が適宜設定されている。つまり、導光部材１０が、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有している。
【００２０】
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。第２透過面Ｓ５２は、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に配置されている。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、第２面Ｓ１２に対し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。言い換えると、第１面Ｓ１１と第１透過面Ｓ５１とが隣接し、同様に、第３面Ｓ１３と第３透過面Ｓ５３とが隣接しており、いずれも面一に位置合わせされた状態となった滑らかな面を形成している。
【００２１】
以下、図３を参照して映像光ＧＬの光路について概略説明する。導光部材１０は、投射レンズＬＳから映像光ＧＬを入射させるとともに第１〜第５面Ｓ１１〜Ｓ１５での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズＬＳからの映像光ＧＬは、まず、第４面Ｓ１４に入射して第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けたハーフミラー層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。第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼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により画像を観察することになる。
【００２２】
また、導光装置２０は、上述したように導光部材１０により観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材１０と光透過部材５０との協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、外界光について、収差等をほとんど生じない。また、同様に、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。さらに、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。以上により、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。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、導光部材１０の内部において、画像表示装置８０からの映像光を、既述のように、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、映像光の表示と外界光を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。
【００２４】
上記のような構成は、第２表示装置１００Ｂ（図１参照）においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。
【００２５】
以下、虚像表示装置１００による虚像の視認に関して説明する。まず、図示の例では、観察者により映像光ＧＬによる虚像を視認可能な範囲を示すアイボックスＥＢを、矩形状の面で示している。一般に、実際のアイボックスＥＢの面形状は、設計によって種々異なるが、典型的には、円形や正方形とすることが多い。これに対して、本実施形態では、アイボックスＥＢが、横長の長方形（ｈ＜ｗ）としている。アイボックスＥＢは、上述のように、略平行光束となって第１面Ｓ１１から射出される各映像光ＧＬの成分が重複する範囲である。つまり、画像が欠けることなく視認可能となるためには、アイボックスＥＢによって形成される面の範囲内に観察者の眼がくるようにすることが必要である。一般に、人間の眼は、左右に並ぶ水平方向についてよく動きかつ視野も広い。このため、水平方向について長い横長の映像を形成させることが多く、例えば本実施形態においてもそのようにしている。さらに、眼幅には個人差があるため、本実施形態のような左右一対構成の場合において、眼幅調整機構を不要とするには、特にアイボックスＥＢのうち眼の並ぶ水平方向についてある程度の許容範囲が必要となる。かかる状況から、アイボックスＥＢの形状については、アイボックスＥＢの面における面内方向のうち、観察時における観察者の眼の並びに沿った水平方向について、水平方向に垂直な垂直方向よりも大きくしておくほうが望ましい。なお、図示において、Ｚ方向は、アイボックスＥＢの面についての法線方向を示しており、アイボックスＥＢの面における面内方向のうち眼の並びに沿った水平方向をＸ方向で示し、垂直方向をＹ方向で示している。
【００２６】
本実施形態では、以上のような状況を踏まえて、像面ＩＰの周辺部ＰＰから射出される映像光ＧＬについて、垂直方向（Ｙ方向）に対応する第２方向Ｄ２（ｙ方向）について、水平方向（Ｘ方向）に対応する第１方向Ｄ１（ｘ方向）よりも傾けた構成とし、さらに、これらに対応した第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とを有する２段構造絞りＤＳを設けていることで、高品位で広画角な映像表示を可能としつつも、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図り、かつ、ゴーストの発生を抑制して高画質な映像の提供を維持している。
【００２７】
上記について、さらに詳しく説明すると、まず、既述のように、典型的にはアイボックスは円または正方形で設計されることが多いのに対して、本実施形態のアイボックスＥＢは、水平方向について大きくなっている。これに伴い、画像表示装置８０から射出される水平方向についての映像光ＧＬの飲込み角（例えば、１３．５°）のほうが垂直方向の映像光ＧＬの飲込み角（例えば、７．５°）よりも大きくなっている。このため、映像光ＧＬの主光線角を水平垂直方向同等にした場合、投射光学系３０の射出位置での光束幅は、水平の方が大きくなる。これは、特に横展開のＨＭＤ光学系では製品の横幅が大きくなることに繋がり、外観の見た目に大きく影響してしまうため、望ましくない。上記理由から、本実施形態では、射出させる映像光ＧＬの主光線角は、垂直断面方向においてより内側に傾斜させることによって、各光学系の横幅を抑制でき、広画角化と製品の小型化のトレードオフを改善可能としている。
【００２８】
また、主光線角が垂直断面と水平断面で異なっていると、映像光ＧＬの光線束が最も収束する位置も垂直断面と水平断面で大きく異なってくる。例えば画像表示装置８０から射出角がより内側を向いているほうが、光線束の収束位置は、より画像表示装置８０に近い位置となる。本実施形態では、これを加味して、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２との最適な配置位置を定めることで、特にゴースト光の抑制ができるようにしている。
【００２９】
以下、図６等を参照して、投射光学系３０の一構成例についてより具体的に説明する。図６及び図７に示すように、また、既述のように、投射光学系３０のうち投射レンズＬＳは、光路上画像表示装置８０から遠い側から順に４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４を有し、これらが、一体成形された１つの鏡筒ＢＲに収納されている。なお、鏡筒ＢＲは、例えば樹脂成形により製作される。さらに、ここでは、投射光学系３０の４つのレンズＬＳ１〜ＬＳ４の間には、２つの絞りＳＴ１，ＳＴ２で構成される２段構造絞りＤＳが設けられている。図示の例では、２段構造絞りＤＳのうち、光路下流側に位置する第１絞りＳＴ１が、第１レンズＬＳ１と第２レンズＬＳ２との間に設けられており、光路上流側に位置する第２絞りＳＴ２が、第３レンズＬＳ３と第４レンズＬＳ４との間に設けられている。見方を変えると、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２の間には、投射光学系３０を構成するレンズが挿入されている。
【００３０】
また、図示の例では、２段構造絞りＤＳについて、一方の第１絞りＳＴ１は、鏡筒ＢＲと別体の取付部材ＭＭで構成され、他方の第２絞りＳＴ２は、鏡筒ＢＲの一部として一体成形されている。この場合、第２絞りＳＴ２は、筒状の鏡筒ＢＲにおいて最も括れた部分を形成している。また、ここでの一例では、第１絞りＳＴ１は、取付部材ＭＭとしての黒テープで構成されている。なお、第１絞りＳＴ１の構造については、図８等を参照して、後述する。
【００３１】
この場合、まず、図６に示すように、第２絞りＳＴ２は、鏡筒ＢＲの内面のうち、第３レンズＬＳ３と第４レンズＬＳ４との間の最適絞り位置に設けられている。見方を変えると、鏡筒ＢＲは、第３レンズＬＳ３の位置決め部ＤＴ３と第４レンズＬＳ４の位置決め部ＤＴ４との間に第２絞りＳＴ２となるべき突起部ＴＰを形成している。射出成形により鏡筒ＢＲを製作する際においても、突起部ＴＰが、最も内側に張り出した基準位置となる。
【００３２】
次に、図７に示すように、第１絞りＳＴ１は、取付部材ＭＭを第１レンズＬＳ１に取り付けることで、第１レンズＬＳ１と第２レンズＬＳ２との間の最適絞り位置に設けられている。
【００３３】
以下、図８及び図９を参照して、取付部材ＭＭにより形成される第１絞りＳＴ１についてより詳しく説明する。まず、第１絞りＳＴ１となるべき取付部材ＭＭは、黒のシート状のテープ部材であり、第１絞りＳＴ１の開口部ＯＰ１における光透過領域の形状を定める開口Ｈ１のほか、第１レンズＬＳ１のうち有効レンズ径の外側の四隅に設けられた４本の位置決め用のボスＢＳに嵌るように４箇所の穴ＨＬを有する。すなわち、各穴ＨＬを対応するボスＢＳに嵌め込むことで、取付部材ＭＭが、第１レンズＬＳ１に対して正確に位置決めされ、開口部ＯＰ１を有する第１絞りＳＴ１が形成される。また、この場合、ボスＢＳの先端部が、第２レンズＬＳ２との当接面になっている、すなわち他のレンズまたは鏡筒との当接面になっていることで、第１レンズＬＳ１の光軸方向の位置決めに使用されている。また、例えば図１０の正面図に示されるように、４箇所のボスＢＳ及び穴ＨＬは、対称性を有して４隅に設けられている。すなわち、図３等に示す光軸ＡＸを中心に対象となる位置関係で配置されている。なお、シート状の第１絞りＳＴ１のたわみ等も、ボスＢＳと穴ＨＬの存在によって生じないようにしている。また、シート状の取付部材ＭＭには、予め粘着剤が形成されており、第１レンズＬＳ１への取付に際して接着されている。なお、この場合、粘着剤は、取付部材ＭＭと取付部材ＭＭよりも光路下流側にある第１レンズＬＳ１との間に付いていることになる。すなわち、粘着剤は、取付部材ＭＭのうち画像表示装置８０と反対側に配置される。これにより、粘着剤による画像表示装置８０側からの不要光の反射防止機能の低下を回避できる。つまり、上記と反対向きに粘着剤を塗布する場合に比べて、粘着層での光の反射を生じにくくして、想定外のゴースト発生を抑制している。
【００３４】
なお、上記のようなボスＢＳと穴ＨＬとによる組付け構造以外の方法として、例えば、レンズや鏡筒（バレル）などに設けた凹部に、第１絞りＳＴ１となるべき遮光シートの外形がぴったりとはまるように貼り合わせる、または挟み込んだ構造とすることが考えられる。しかし、この場合、多少組立時にずれた状態ではめ込んでも組み立てることができてしまうため、組立精度の管理をすることが難しくなる。また、採用する遮光シートが、腰の強い板金や樹脂部品等であれば問題ないが、比較的腰の弱いシート部品等を採用する場合は、内部でたわみ等が発生したままの状態で組み立てられてしまう可能性もある。上記では、レンズＬＳ１等に設けられた突起であるボスＢＳに第１絞りＳＴ１となるべきシート状部材の穴ＨＬを入れ込む構成にすることによって、たわみの発生がなく、また組立時のズレが生じにくくしている。
【００３５】
以上のような構成から、投射光学系３０の組付けについては、まず、鏡筒ＢＲの内面に設けた位置決め部ＤＴ３を基準として画像表示装置８０の組付け側と反対側から第３レンズＬＳ３を組み付け、さらに、位置決め部ＤＴ２を基準として第２レンズＬＳ２を組み付ける。その後、予め取付部材ＭＭを取り付けておいた第１レンズＬＳ１を、位置決め部ＤＴ１を基準として画像表示装置８０の組付け側と反対側から鏡筒ＢＲの内面に組み付け、最後に、画像表示装置８０の組付け側から位置決め部ＤＴ４を基準として第４レンズＬＳ４を組み付ける。以上のようにして、１つのユニットとしての投射光学系３０が製作される。
【００３６】
以上のように、絞りを構成するに際して、鏡筒ＢＲに設ける場合、鏡筒ＢＲが樹脂成型部品や金属切削部品等だと、加工方法による理由で絞りは1箇所しか形成できない。そのため、上記では、鏡筒ＢＲに1つの絞りを形成し、レンズ間に配置された遮光シート（黒テープ）である取付部材ＭＭを配置することによって、もう1つの絞りを形成している。取付部材ＭＭについてのより具体的な一例を説明すると、取付部材ＭＭは、黒テープ等で構成される遮光シート、すなわち黒色シート部材である。図８や図９に示す一例では、取付部材ＭＭは、レンズＬＳ１の少なくとも一部に対して回り込んで貼付された構成となっている。これにより、レンズＬＳ１への密着性を向上させるとともに、レンズＬＳ１付近での内部反射に起因する光モレ等の発生やこれによる映像光等への影響を抑制可能としている。
【００３７】
なお、以上のような投射光学系３０において、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とでは、第２絞りＳＴ２のほうが映像光ＧＬの光線束が細い。例えば、図１０及び図１１に示すように、第２絞りＳＴ２において開口Ｈ２を形成する第２の開口部ＯＰ２の第２方向Ｄ２についての開口幅である第２方向開口幅Ｗ２は、第１絞りＳＴ１において開口Ｈ１を形成する第１の開口部ＯＰ１の第１方向Ｄ１についての開口幅である第１方向開口幅Ｗ１よりも小さい。例えば、第１方向開口幅Ｗ１は、８．５ｍｍ程度とするのに対して、第２方向開口幅Ｗ２は、４．２５ｍｍ程度とする構成が考えられる。また、図１１に示すように、開口Ｈ２の形状については、第１方向Ｄ１についての開口幅のほうが、第２方向Ｄ２についての開口幅（すなわち第２方向開口幅Ｗ２）よりも大きくなっている。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００は、画像を表示する映像素子である画像表示装置８０と、画像表示装置８０からの映像光ＧＬを投射する投射光学系３０と、投射光学系３０における第１の開口部ＯＰ１を形成する第１絞りＳＴ１と、投射光学系３０における第２の開口部ＯＰ２を形成する第２絞りＳＴ２とを有する２段構造絞りＤＳとを備え、画像表示装置８０の像面ＩＰの周辺部から射出される映像光ＧＬの主光線ＰＲｐについて、像面ＩＰに対する傾きは、像面ＩＰの面内方向のうちの第１方向Ｄ１と第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２とで異なっており、２段構造絞りＤＳにおける第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とは、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とにおける主光線ＰＲｐの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。
【００３９】
上記虚像表示装置１００では、２段構造絞りＤＳにおいて、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とが、映像素子である画像表示装置８０の像面ＩＰの面内方向のうちの第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とにおける主光線ＰＲｐの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられていることで、適切に映像光ＧＬの調整を行うことができる。より具体的には、本実施形態では、画像表示装置８０の周辺部における主光線ＰＲｐの傾きについて、第２方向Ｄ２についての傾きが、第１方向Ｄ１についての傾きよりも大きくなっている。これに対応して、２段構造絞りＤＳにおいて、第１絞りＳＴ１は、第１方向Ｄ１についての絞りであり、第２絞りＳＴ２は、第２方向Ｄ２についての絞りとなっている。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
【００４０】
〔第２実施形態〕
以下、図１２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。
【００４１】
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、映像光ＧＬを導光する方向を除いて、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する。
【００４２】
図１２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説明するための光路図であり、概念的な構成を併せて示しており、図３に対応する図である。図３の例では、眼の並びに沿った水平方向に沿った左右方向について映像光ＧＬを導光していたのに対して、本実施形態では、水平方向に垂直な方向に沿った上下方向について映像光ＧＬを導光している。この場合においても、画像表示装置２８０の像面ＩＰから射出される映像光ＧＬについて傾け、投射光学系２３０に対して、２段構造絞りＤＳを構成する第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とについて、像面ＩＰから射出される映像光ＧＬの傾きに応じて光路上異なる位置に配置することで、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
以下、図１３等を参照して、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。
【００４４】
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、第１表示装置及び第２表示装置を構成する光学系の構造を除いて、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する。また、第１表示装置と第２表示装置とは、左右対称で同等の構造を有するため、第１表示装置についてのみ説明し、第２表示装置については説明を省略する。また、光学系において第１実施形態の場合同一の符号を付したもののうち、特段に新たな説明をしないものについては、第１実施形態の場合と同様とする。
【００４５】
図１３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説明するための平面断面図であり、虚像表示装置３００のうち、左眼用の第１表示装置３００Ａについて示している。また、図１４は、第１表示装置３００Ａの側面断面図である。さらに、図１５は、映像光における主光線の傾きについて説明するための概念図であり、図５に対応する図である。
【００４６】
図１３〜図１５に示すように、本実施形態では、２段構造絞りＤＳにおいて、相対的に光路下流側に位置する第１絞りＳＴ１と、相対的に光路上流側に位置する第２絞りＳＴ２の役割が、第１実施形態の場合と異なっている。端的に言うと、図１４に示すように、光路下流側すなわち画像表示装置８０から相対的に遠い位置に配置されている第１絞りＳＴ１は、垂直方向についての絞りとなっている。一方、図１３に示すように、光路上流側光路上流側すなわち画像表示装置８０に相対的に近い位置に配置されている第２絞りＳＴ２は、水平方向についての絞りとなっている。これは、本実施形態に係る虚像表示装置３００では、図１５に示すように、主光線ＰＲｐの傾きについて、第２方向Ｄ２についての傾きを、第１方向Ｄ１についての傾きよりも大きくした構成としている、すなわち図１５において傾斜角度αが、傾斜角度βよりも大きくなっている構成であることに対応させたためである。本実施形態においても、２段構造絞りＤＳが、上記のような配置関係にある第１及び第２絞りＳＴ１，ＳＴ２を有していることで、適切に光の調整を行い、ゴーストの発生を抑制している。
【００４７】
以上のように、本実施形態でも、第１実施形態の場合と同様に、投射光学系３０における第１の開口部を形成する第１絞りＳＴ１と、投射光学系３０における第２の開口部を形成する第２絞りＳＴ２とを有する２段構造絞りＤＳにおいて、第２絞りＳＴ２は、光路上第１絞りＳＴ１よりも画像表示装置８０に近い位置に配置されており、第１絞りＳＴ１と第２絞りＳＴ２とは、異なる方向についての絞りである。この上で、本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、画像表示装置８０の周辺部における主光線ＰＲｐの傾きについて、第２方向Ｄ２についての傾きが、第１方向Ｄ１についての傾きよりも小さくなっている。これに対応して、２段構造絞りＤＳにおいて、第１絞りＳＴ１は、第２方向Ｄ２についての絞りであり、第２絞りＳＴ２は、第１方向Ｄ１についての絞りとなっている。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
【００４８】
〔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。
【００４９】
まず、上記のうち、例えば第１実施形態において、第２絞りＳＴ２を、鏡筒ＢＲによって形成されるものとしているが、特に低コスト化のためには、例えば、鏡筒ＢＲであれば、絞り形状も含めた一体部品とする必要があり、絞り部分の部品厚みは少なくとも０．７ｍｍ以上必要となる。そのため、例えば、第２絞りＳＴ２を配置するレンズ間距離（コバ間隔）は、少なくとも１ｍｍ以上確保することが望ましい。
【００５０】
また、第１絞りＳＴ１は、上記のほか、例えば金属板金や紙やプラスチック素材のシート材でもよく、あるいはプラスチック成型部材でもよい。さらに、黒色塗装された板金でもよい。固定する方法としては、レンズへの接着の他、レンズ間に挟まれるように配置してもよいし、プラスチック成型部材や板金とレンズとのスナップフィット構造（フック構造）でもよい。テープ等の薄い部材を適用することで、反射、散乱等を抑制できる。つまり、薄肉部品にすることで、肉厚側面部を設けたことに伴って内部反射により新たなゴースト光が発生する、といった事態を回避し、効果的に鏡筒内やレンズ側部等でのゴースト光をカットすることができる。
【００５１】
また、第１絞りＳＴ１の取付のための構造については、例えば図１６の斜視図Ｆ１、側面図Ｆ２及び斜視図Ｆ３に示すように、第１絞りＳＴ１は、レンズＬＳ１とレンズＬＳ２の間に挟まれるように配置されて固定されるようにしてもよい。より具体的には、まず、斜視図Ｆ１に示すように、レンズＬＳ１と第１絞りＳＴ１とにおいて突起部と当該突起部に対応する穴とにより設けられた取付位置決め部ＡＴによって第１絞りＳＴ１をレンズＬＳ１に対して取り付けた状態とする。その後、側面図Ｆ２及び斜視図Ｆ３に示すように、レンズＬＳ２と第１絞りＳＴ１付の第１絞りＳＴ１とを組付けることで、結果的に、第１絞りＳＴ１をレンズＬＳ１とレンズＬＳ２の間に挟まれるように配置できる。なお、上記においてレンズＬＳ１等に代えて第１絞りＳＴ１を挟む部材の一部を鏡筒の当接面としてもよい。
【００５２】
以上の場合、接着剤で貼ることなしに挟み込む形で位置決めすることで、板金や樹脂部品を利用する場合に比べて、接着工程を省いて組立コストを抑制することができる。
【００５３】
また、各絞りＳＴ１，ＳＴ２の開口の形状は、左右非対称でもよい。例えば、図１７の正面図Ｇ１及び斜視図Ｇ２に例示するように、第１絞りＳＴ１の開口Ｈ１を台形状とすること等が考えられる。この場合において、組立時の組み方向間違い防止のため、例えば図１７に例示するように、４本の位置決め用のボスＢＳ及びこれに対応する４箇所の穴ＨＬのうち、右下箇所の位置決め用の穴径だけ他の穴径と異なるものに変えるか、あるいは、穴配置を左右非対称にすることが考えられる。
【００５４】
図１７での例示のように、第１絞りＳＴ１の開口Ｈ１が、上下または左右で非対称な形状であり、位置決めボスの大きさについて、少なくとも1つのボスＢＳが他のボスＢＳとサイズまたは形状が異なっており、対応する穴ＨＬも同様にサイズが異なっていることで、例えば、画像表示装置８０からの射出成分についてのテレセン角が、上下または左右で非対称な場合に対応できる。つまり、光源側の光線束全体の形状が非対称であるような場合に、上記のように、開口Ｈ１の形状も上下または左右で非対称とすることで、より効率的にゴースト光をカットすることが可能となる。また、この場合において、組立時に間違った組み方とならないように、ボスとそれに対応する穴の形状について、少なくとも1か所だけ他の箇所と変えて回転対称とならないような形状としている。
【００５５】
また、上記では、位置決め用のボスＢＳ及びこれに対応する穴ＨＬを、光軸中心に対して対称の位置に少なくとも１対配置されるように、対称性を有して４隅に設けることで、組立時に左右上下方向のたわみを発生させることなく組み立てる構成としており、理想的には図１０等に例示した通り、対称性を有して４隅に設けることが望ましい。しかしこれに限らず、位置決め用ボスについては、光軸中心に対して対称の位置に少なくとも１対配置されるようにすることで、ある程度の組付け精度の維持が期待できる。
【００５６】
また、上記では、一例として、ボスＢＳを第１レンズＬＳ１に設け、その先端部を第２レンズＬＳ２とに当接させるものとすることで、第１レンズＬＳ１の光軸方向の位置決めを行うものとしているが、ボスＢＳを設ける箇所については、種々の態様が考えられ、第１レンズＬＳ１以外の投射光学系３０のレンズや鏡筒ＢＲに設けることも考えられる。
【００５７】
また、位置決め用のボスＢＳは、これを設けるレンズＬＳ１等の形状のうち、長手の方向において両端に設けられていることが望ましい。例えば、レンズ形状が縦長の場合、上下それぞれに少なくとも１か所ずつボスＢＳが設けられていることで、当該ボスＢＳの間隔が長いほど、シート貼り付け時の回転に対する組付精度を向上するからである。
【００５８】
また、複数の鏡筒で構成するものとしてもよい。例えば、３つのレンズＬＳ１〜ＬＳ３を第１の鏡筒にて固定し、レンズＬＳ４を第２の鏡筒にて固定し、第１の鏡筒と第２の鏡筒とを接合して投射レンズＬＳを構成することも考えられる。この場合、鏡筒において、２つの絞り位置を確保できる。
【００５９】
また、画像表示装置８０としては、上記以外にも、透過型の液晶表示デバイスとしてのＨＴＰＳのほか、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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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透過反射膜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、同等の役割を果たすようにすることも考えられる。
【００６４】
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、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りとを備え、２段構造絞りにおける第１絞りと第２絞りとは、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられている。
【００６５】
上記虚像表示装置では、２段構造絞りにおいて、第１絞りと第２絞りとが、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられていることで、適切に光の調整を行うことができる。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
【００６６】
本発明の具体的な側面では、像面に対する主光線の傾きは、像面の面内方向のうちの第１方向と第１方向に垂直な第２方向とで異なっている。この場合、映像素子の像面の面内方向のうちの第１方向と第２方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて適切に光の調整を行うことができる。
【００６７】
本発明の別の側面では、観察者による虚像視認可能な範囲を示すアイボックスの面は、観察時における眼の並びに沿った水平方向について、水平方向に垂直な垂直方向よりも大きく、第１方向は、水平方向に対応し、第２方向は、垂直方向に対応している。この場合、例えば両眼視において、眼幅調整を不要な構成とすることができる。
【００６８】
本発明のさらに別の側面では、映像素子の周辺部における主光線の傾きについて、第２方向についての傾きは、第１方向についての傾きよりも大きく、２段構造絞りにおいて、第２絞りは、光路上第１絞りよりも映像素子に近い位置に配置され、第１絞りは、第１方向についての絞りであり、第２絞りは、第２方向についての絞りである。この場合、傾きの違いに応じて適した絞りを設けることができる。
【００６９】
本発明のさらに別の側面では、第２の開口部の第２方向開口幅は、第１の開口部の第１方向開口幅よりも小さい。この場合、光線束に応じた絞りができる。
【００７０】
本発明のさらに別の側面では、映像素子の周辺部における主光線の傾きについて、第２方向についての傾きは、第１方向についての傾きよりも小さく、２段構造絞りにおいて、第２絞りは、光路上第１絞りよりも映像素子に近い位置に配置され、第１絞りは、第２方向についての絞りであり、第２絞りは、第１方向についての絞りである。この場合、傾きの違いに応じて適した絞りを設けることができる。
【００７１】
本発明のさらに別の側面では、投射光学系は、中間像を形成し、非対称光学系を構成する。この場合、ＨＭＤに適した光路長を維持しつつ高画質な画像形成ができる。
【００７２】
本発明のさらに別の側面では、投射光学系は、第１絞りの絞り位置と第２絞りの絞り位置の間に少なくとも１枚以上のレンズを配置している。この場合、最適な絞り位置に絞りを配置できる。
【００７３】
本発明のさらに別の側面では、２段構造絞りにおいて、第１絞りと第２絞りとのうち一方は、投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、鏡筒と別体の取付部材である。この場合、簡素な構成で、２段構造絞りを実現できる。
【００７４】
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、黒色シート部材である。この場合、例えば黒テープ等で構成した黒色シート部材により遮光できる。
【００７５】
本発明のさらに別の側面では、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有する導光部材をさらに備える。この場合、シースルーを実現できる。
【００７６】
以上のように、本発明の別の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第１の開口部を形成する第１絞りと、投射光学系における第２の開口部を形成する第２絞りとを有する２段構造絞りとを備え、２段構造絞りにおいて、第２絞りは、光路上第１絞りよりも映像素子に近い位置に配置されており、第１絞りと第２絞りとは、異なる方向についての絞りである。
【００７７】
上記虚像表示装置では、２段構造絞りにおいて、第２絞りは、光路上第１絞りよりも映像素子に近い位置に配置されており、第１絞りと第２絞りとは、異なる方向についての絞りであることで、適切に光の調整を行うことができる。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
【００７８】
本発明の具体的な側面では、投射光学系は、第１絞りの絞り位置と第２絞りの絞り位置の間に少なくとも１枚以上のレンズを配置している。
【００７９】
本発明の別の側面では、２段構造絞りにおいて、第１絞りと第２絞りとのうち一方は、投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、鏡筒と別体の取付部材である。この場合、簡素な構成で、２段構造絞りを実現できる。
【００８０】
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、黒色シート部材である。この場合、例えば黒テープ等で構成した黒色シート部材により遮光できる。
【００８１】
本発明のさらに別の側面では、黒色シート部材は、投射光学系を構成するレンズの少なくとも一部に対して回り込んで貼付されている。この場合、投射光学系を構成するレンズへの密着性を向上させるとともに、レンズ付近での内部反射に起因する光モレ等の発生やこれによる映像光等への影響を抑制できる。
【００８２】
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、投射光学系又は鏡筒に設けた複数の位置決め用のボスに対応する複数の穴を有する。この場合、取付部材の組立時において、たわみの発生や、ズレを抑制できる。
【００８３】
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボスは、投射光学系において対称性を有して配置されている。この場合、組付け精度を高めることができる。
【００８４】
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボスは、投射光学系又は鏡筒に当接することで、光軸方向についての位置決めをする。この場合、精度良い位置決めができる。
【００８５】
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボス及び当該ボスに対応する複数の穴のうち、他のボス及び穴と異なる形状を有するものを含む。この場合、組立時の間違いを回避できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…導光部材、２０…導光装置、３０…投射光学系、５０…光透過部材、８０…画像表示装置、１００…虚像表示装置、１００Ａ…第１表示装置、１００Ｂ…第２表示装置、１０２…フレーム部、１０２ａ…中央部、１０２ｂ…支持体、１０４…テンプル、１０５ｄ…外装部材、２００…虚像表示装置、２３０…投射光学系、２８０…画像表示装置、３００…虚像表示装置、３００Ａ…第１表示装置、ＡＴ…取付位置決め部、ＡＸ…光軸、ＢＲ…鏡筒、ＢＳ…ボス、ＣＣ…中心部、ＤＳ…造絞り、ＤＴ１〜ＤＴ４…位置決め部、ＥＢ…アイボックス、ＧＬ…映像光、ＧＬｃ…成分光、ＧＬｐ…成分光、Ｈ１，Ｈ２…開口、ＨＬ…穴、ＩＰ…像面、ＬＳ…投射レンズ、ＬＳ１〜ＬＳ４…レンズ、ＭＭ…取付部材、ＯＰ１，ＯＰ２…開口部、ＰＰ…周辺部、ＰＲｃ…主光線、ＰＲｐ…主光線、ＳＴ１…第１絞り、ＳＴ２…第２絞り、ＴＰ…突起部、α…傾斜角度、β…傾斜角度
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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