(57)【要約】【課題】小型化が容易であり、表面形状の高精度の測定を可能にするプリズム状の導光装置を提供すること。【解決手段】レリーフ構造１８が第１表面ＳＳ１上の光路外の領域に設けられているので、映像光を劣化させることなく、第１表面ＳＳ１上の基準座標ＸＹＺを決定することができる。これにより、第１表面ＳＳ１の形状測定を基準座標ＸＹＺに基づくものとでき、自由曲面である面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５の計測が基準を伴い実用的なものとなる。また、取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３を利用してプリズム（導光装置）１０を支持しつつレリーフ構造１８を計測することで、第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺの取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３に対する傾き等の情報も得ることができ、方位が大きく異なる複数の面（面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ２１，Ｓ２３等）の配置関係を含む表面形状の測定が可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由曲面を含む第１表面と、
前記第１表面と共通する測定領域外に配置されるとともに、固定に際しての基準となる取付け基準面と、
前記第１表面上の光路外の領域に設けられたレリーフ構造と
を備える導光装置。
【請求項２】
前記取付け基準面は、平面である、請求項１に記載の導光装置。
【請求項３】
前記レリーフ構造は、前記第１表面に含まれる前記自由曲面の３次元的な形状及び配置を特定するための測定基準部として、前記第１表面の基準座標を構成する1つ以上の座標軸方向に関して連続的に変化する1つ以上の曲面を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項４】
前記第１表面は、互いに独立し自由曲面をそれぞれ含む第１表面部分と第２表面部分とを有し、前記レリーフ構造は、前記第１表面部分上と第２表面部分上とに、少なくとも１つ以上の測定基準マークをそれぞれ有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項５】
前記測定基準マークは、半球状の凸部または凹部を有する、請求項４に記載の導光装置。
【請求項６】
前記第１表面部分は、屈折率を利用した全反射によって映像光を伝搬させ、前記第２表面部分は、ミラー層を利用した全反射によって映像光を伝搬させる、請求項４及び５のいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項７】
前記測定基準マークは、３箇所以上に配置されている、請求項６に記載の導光装置。
【請求項８】
前記測定基準マークは、外装部材によって覆われる部分に配置されている、請求項４から７までのいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項９】
前記測定基準マークは、前記第１表面部分の隅部と第２表面部分の隅部とに配置される、請求項８に記載の導光装置。
【請求項１０】
前記第１表面は、前記取付け基準面に隣接し当該取付け基準面と略直交する、請求項１から９までのいずれか一項に記載の導光装置。
【請求項１１】
前記第１表面に本体を挟んで対向し、前記取付け基準面に隣接する第２表面を有する、請求項１０に記載の導光装置。
【請求項１２】
映像光を生じさせる映像表示素子と、
前記映像表示素子からの映像光を内面側で反射させつつ導く請求項１から１１までのいずれか一項に記載の導光装置とを備え、
映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置。
【請求項１３】
自由曲面を含む第１表面と、前記第１表面と共通する測定領域外に配置されるとともに固定に際しての基準となる取付け基準面とを備える導光装置の製造方法であって、
前記第１表面上の光路外の領域にレリーフ構造を設ける、
導光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記レリーフ構造は、前記第１表面の前記取付け基準面に対する配置関係を決定するための基準となる、請求項１３に記載の導光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記レリーフ構造は、射出成形用の金型の転写面によって前記第１表面と同時に形成される、請求項１３に記載の導光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子によって形成された映像を観察者に提示するために映像光を導く導光装置、当該導光装置を組み込んだ虚像表示装置、及び導光装置の製造方法に関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な導光装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、２等参照）。
【０００３】
ＨＭＤ等の虚像表示装置については、小型化及び軽量化を進展させることと、画質を低下させないで広画角化を達成することとが望まれている。また、観察者の視界を全て覆ってしまい、映像光のみが見える状態にしてしまうと、観察者に外界の状態が判らず、不安を与えてしまう。むしろ、外界と映像を重ねて見せることによって、仮想現実の様な新しい用途が生み出される。このため、外界の視界を妨げず、映像光を重ねて表示するディスプレイが望まれている。さらに、観察者の装着感を向上させ、見た目のフォルムを良くするためには、一般には眼鏡の形態に近づくことが望ましい。
【０００４】
以上の状況を考慮して、例えば複数の自由曲面を有し観察者の眼前にシースルーで配置されるプリズム状の導光装置によって虚像表示装置を構成し、かかるシースルー型の導光装置を介して画像表示素子からの映像光を観察者の眼に導くことが考えられる。この種の虚像表示装置において小型化及び軽量化を実現するためには、導光装置を必要最小限の部品サイズとすることが必須といえるほどに重要となってくる。
【０００５】
一方、導光装置の光学面測定のような部品評価のための測定においては、被検面の三次元形状を高速かつ高精度に測定できることが望ましく、そのためには、測定用の基準位置等を部品に別途設けることが必須となる。つまり、小型・軽量化と部品評価との実現は背反関係にあるといえる。
【０００６】
また、自由曲面その他の被検面の三次元形状を高精度に測定する装置としては、プローブを利用する接触式の三次元測定機が主流であり、非接触式の三次元測定機は所望の精度で測定することができない場合が多い。ただし、接触式の三次元測定機は、高精度測定が可能である反面、被検形状に制限があり、例えば最初の被検面に直角な側面、被検面の反対側の裏面等は、被検対象又は評価対象部品の姿勢を変更しなければ測定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５８２０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５３３８号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型化が容易であり、表面形状の高精度の測定を可能にするプリズム状の導光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、上記導光装置を組み込んだ虚像表示装置及び上記導光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る導光装置は、自由曲面を含む第１表面と、当該第１表面と共通する測定領域外に配置されるとともに、固定に際しての基準となる取付け基準面と、第１表面上の光路外の領域に設けられたレリーフ構造とを備える。
【００１１】
上記導光装置では、レリーフ構造が第１表面上の光路外の領域に設けられているので、このレリーフ構造によって映像光を劣化させることがなく、レリーフ構造を測定基準部として利用することで第１表面の基準座標（具体的には、第１表面の配置や形状を評価するための直交座標系）を決定することができる。これにより、第１表面の形状測定を基準座標に基づくものとでき、自由曲面の計測が基準を伴いその評価が実用的なものとなる。また、取付け基準面を利用して導光装置を支持しつつレリーフ構造を計測することで、第１表面の基準座標の上記取付け基準面に対する傾き等の情報も得ることができ、方位が大きく異なるため共通の測定領域内に配置することができない複数の面について、取付け基準面を媒介としてこれらの配置関係を含む表面形状の測定が可能になる。この際、レリーフ構造が第１表面上に配置されるので、レリーフ構造が導光装置の形状を周囲に拡張する要因となってしまうことを抑制できる。
【００１２】
本発明の具体的な側面では、上記導光装置において、取付け基準面が、平面である。つまり、平面である取付け基準面に対する自由曲面を含む第１表面の配置関係を測定できる。この結果、平面である取付け基準面を基準とすることができ、第１表面の測定結果の評価が容易になる。なお、取付け基準面は、複数あってもよく、第１表面以外の他の表面を測定する際の基準とすることもできる。
【００１３】
本発明の別の側面では、レリーフ構造が、第１表面に含まれる自由曲面の３次元的な形状及び配置を特定するための測定基準部として、第１表面の基準座標を構成する１つ以上の座標軸方向に関して連続的に変化する１つ以上の曲面を有する。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１表面が、互いに独立し自由曲面をそれぞれ含む第１表面部分と第２表面部分とを有し、レリーフ構造が、第１表面部分上と第２表面部分上とに、1つ以上の測定基準マークをそれぞれ有する。この場合、複数の自由曲面を一括して計測することができ、複数の自由曲面又はその近傍に複数の測定基準マークを分散して配置することができる。
【００１５】
本発明の別の側面では、測定基準マークが、半球状の凸部または凹部を有する。この場合、測定基準マークの中心点の決定が容易になり、測定基準に対応する基準座標の決定も容易になる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、第１表面部分が、屈折率を利用した全反射によって映像光を伝搬させ、第２表面部分が、ミラー層を利用した全反射によって映像光を伝搬させる。この場合、第１表面部分と第２表面部分とは、映像光の伝搬に関わり映像の形成に重大な影響を及ぼすので、面形状を高精度で測定することが望ましく、レリーフ構造を利用した測定の意義が高まる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、測定基準マークが、３箇所以上に配置されている。この場合、第１表面の基準座標の決定が容易になる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、測定基準マークが、外装部材によって覆われる部分に配置されている。この場合、測定基準マークが外観に影響することを防止でき、測定基準マークから迷光が形成されることを防止できる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、測定基準マークが、第１表面部分の隅部と第２表面部分の隅部とに配置される。この場合、測定基準マークを外装部材によって覆いやすく隠しやすくなる。
【００２０】
本発明のさらに別の側面では、第１表面が、取付け基準面に隣接し当該取付け基準面と略直交する。この場合、取付け基準面は、一般に第１表面と同時に三次元形状を測定することができないが、上記のようにレリーフ構造を介して相対的な関係を把握することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面では、第１表面に本体を挟んで対向し、取付け基準面に隣接する第２表面を有する。この場合、取付け基準面等を介して第１表面と第２表面との相対的な関係を測定することもできる。
【００２２】
本発明に係る虚像表示装置は、映像光を生じさせる映像表示素子と、映像表示素子からの映像光を内面側で反射させつつ導く上述の導光装置とを備え、映像光と外界光とを同時に視認させる。
【００２３】
上記虚像表示装置は、上述の導光装置を備えるので、第１表面を構成する自由曲面の形状や取付け基準面に対する配置関係を精密に測定した導光装置によって、高精度で小型の虚像表示装置を提供することができる。
【００２４】
本発明に係る虚像表示装置の製造方法は、自由曲面を含む第１表面と、当該第１表面と共通する測定領域外に配置されるとともに固定に際しての基準となる取付け基準面とを備える導光装置の製造方法であって、第１表面上の光路外の領域にレリーフ構造を設けるものである。
【００２５】
上記虚像表示装置の製造方法では、第１表面上の光路外の領域にレリーフ構造を設けるので、自由曲面の計測が基準を伴い実用的なものとなり、方位が大きく異なる複数の面相互の配置関係を含む表面形状の測定が可能になる。
【００２６】
本発明の具体的な側面では、上記導光装置の製造方法において、レリーフ構造は、第１表面の取付け基準面に対する配置関係を決定するための基準となる。この場合、取付け基準面を基準とする第１表面等の計測が可能になるので、導光装置の立体的な表面形状の計測が容易になり、虚像表示装置の製造の効率や歩留まりを高めることができる。
【００２７】
本発明の別の側面では、レリーフ構造が、射出成形用の金型の転写面によって第１表面と同時に形成される。この場合、第１表面とレリーフ構造との配置関係を精密に設定して導光装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の導光装置を概念的に説明する斜視図である。
【図２】導光装置に設けたレリーフ構造又は測定基準部を説明する斜視図である。
【図３】（Ａ）は、図１の導光装置に設けた測定基準マークを説明する部分拡大図であり、（Ｂ）は、測定基準マークを用いた測定方法を説明する概念図であり、（Ｃ）は、測定基準マークや自由曲面を含む導光装置の製造方法を説明する断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、導光装置の表面形状の測定方法を説明する図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、導光装置の変形例を説明する図である。
【図６】導光装置を組み込んだ第２実施形態の虚像表示装置の外観を説明する斜視図である。
【図７】虚像表示装置の第１表示装置の構造を説明するため外装部材を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図８】第１表示装置に組み込まれている光学部品の外観を説明する斜視図である。
【図９】虚像表示装置を構成する第１表示装置の上下に関する対称面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の導光装置等について詳細に説明する。
【００３０】
図１に示す導光装置としてのプリズム１０は、不図示の映像表示素子からの映像光を内面側で反射させつつ観察者の眼に導くことを可能にする。プリズム（導光装置）１０は、複雑に湾曲した立体的形状を有する樹脂製の部材であり、不図示の映像表示素子からより離れた光射出側の第１プリズム部分１１と、不図示の映像表示素子により近い光入射側の第２プリズム部分１２とに分けて考えることができる。
【００３１】
第１プリズム部分１１は、光学的な機能を有する面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、第２プリズム部分１２は、光学的な機能を有する面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５と、第６面Ｓ１６とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接し、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との間に第６面Ｓ１６が配置されている。主に第１プリズム部分１１において、第１〜第３面Ｓ１１〜Ｓ１３等に隣接するとともに互いに対向する第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとが設けられている。第２プリズム部分１２において、第１の側面１０ｅに隣接して第１の取付け基準面Ｓ２１が設けられ、第２の側面１０ｆに隣接して第２の取付け基準面Ｓ２２が設けられ、第１及び第２の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２２に挟まれて第３の取付け基準面Ｓ２３が設けられている。
【００３２】
プリズム１０において、第１面Ｓ１１、第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、第４面Ｓ１４、第５面Ｓ１５、及び第６面Ｓ１６は、すべて自由曲面であり結像に関係する。第３面Ｓ１３のうち、第５面Ｓ１５に隣接する隅部１０ｍには、測定基準部１１８であるレリーフ構造１８を構成する２つの測定基準マーク１８ａが設けられており、第５面Ｓ１５のうち、第３の取付け基準面Ｓ２３に隣接する隅部１０ｎには、レリーフ構造１８を構成する２つの測定基準マーク１８ｂが設けられている。第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３のうち、第１の取付け基準面Ｓ２１と第２の取付け基準面Ｓ２２とは、互いに平行に配置された平面であり、第３の取付け基準面Ｓ２３は、第１及び第２の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２２に垂直に配置された平面である。第１〜第３の取付け基準面（平面）Ｓ２１〜Ｓ２３は、結像に直接関係せず、プリズム１０を後述する結像用の投射レンズと連結する際にアライメントのために利用される。
【００３３】
図２に示すように、第２面Ｓ１２には、映像光を反射又は通透させる有効領域Ａ１２があり、このような有効領域Ａ１２は、第２面Ｓ１２の面形状を測定するための被測定領域となっている。第３面Ｓ１３にも、映像光を反射又は通透させる有効領域Ａ１３があり、このような有効領域Ａ１３は、第３面Ｓ１３の面形状を測定するための被測定領域となっている。第５面Ｓ１５にも、映像光を反射又は通透させる有効領域Ａ１５があり、このような有効領域Ａ１５は、第５面Ｓ１５の面形状を測定するための被測定領域となっている。レリーフ構造１８の２つの測定基準マーク１８ａは、光路外の領域すなわち第３面Ｓ１３の有効領域（被測定領域）Ａ１３外に配置され、レリーフ構造１８の２つの測定基準マーク１８ｂは、光路外の領域すなわち第５面Ｓ１５の有効領域（被測定領域）Ａ１５外に配置されている。この結果、測定基準マーク１８ａ，１８ｂが結像に影響することを防止できる。また、第３面Ｓ１３のうち第５面Ｓ１５に隣接する境界領域Ａ３３は、後述する虚像表示装置に組み付けられた際に外装部材によって覆われる部分であり、外観に影響しない。第５面Ｓ１５のうち第１及び第３の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３に隣接する隅の境界領域Ａ３５も、後述する虚像表示装置に組み付けられた際に外装部材によって覆われる部分であり、外観に影響しない。
【００３４】
表側の第２面（自由曲面）Ｓ１２と、第３面（自由曲面）Ｓ１３と、第５面（自由曲面）Ｓ１５とは、同様の方向を向いており、後述する接触式の三次元形状測定装置によって一括して表面形状を測定することができる第１表面ＳＳ１となっている。つまり、これらの面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５を含む第１表面ＳＳ１は、共通する測定領域に配置されているといえる。第１表面ＳＳ１は、第１表面部分としての第３面Ｓ１３と、第２表面部分としての第５面Ｓ１５とを有する。つまり、第３面（第１表面部分）Ｓ１３と、第５面（第２表面部分）Ｓ１５とは、互いに独立し自由曲面をそれぞれ含む。第３面（第１表面部分）Ｓ１３は、屈折率を利用した全反射によって映像光を伝搬させ、第５面Ｓ１５（第２表面部分）は、ミラー層を利用した全反射によって映像光を伝搬させる。なお、第３面Ｓ１３は、透過によって外界光を観察者の眼に導く役割も有する。第２面Ｓ１２は、ハーフミラーを形成することで、映像光を反射によって観察者の眼に導く役割と、外界光を透過によって観察者の眼に導く役割とを有する。
【００３５】
第２、第３、及び第５面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５を含む第１表面ＳＳ１は、第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３に隣接し、当該基準面Ｓ２１〜Ｓ２３と略直交する。このため、接触式の三次元形状測定装置によって第１表面ＳＳ１と取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３とを一括して計測することができない。つまり、第１表面ＳＳ１と取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３とは、共通する測定領域内に配置されていない。
【００３６】
裏側の第１面（自由曲面）Ｓ１１と、第４面（自由曲面）Ｓ１４と、第６面（自由曲面）Ｓ１６とは、同様の方向を向いており、接触式の三次元形状測定装置によって一括して表面形状を測定することができる第２表面ＳＳ２となっている。つまり、これらの面Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１６を含む第２表面ＳＳ２は、共通する測定領域内に配置されているといえる。第１面Ｓ１１及び第４面Ｓ１４は、屈折率を利用した全反射によって映像光を伝搬させる。なお、第１面Ｓ１１は、透過によって外界光を観察者の眼に導く役割も有する。第６面Ｓ１６は、映像光を屈折によって観察者の眼に導く役割を有する。
【００３７】
図３（Ａ）に示すように、測定基準マーク１８ａは、第３面（第１表面部分）Ｓ１３から突起する半球状の凸部又は半球ドーム状の部分である。測定基準マーク１８ａの表面１８ｓが半球状の凸面である場合、測定基準マーク１８ａの形状測定や基準点決定が容易になる。
【００３８】
図３（Ｂ）に示すように、接触式の三次元形状測定装置に設けたプローブ９９を２次元的に走査することで、第３面（第１表面部分）Ｓ１３の立体的形状と、これに付随する測定基準マーク１８ａの表面１８ｓの立体的形状とを一括して計測することができる。この際、測定基準マーク１８ａの表面１８ｓが球状の凸面であることにより、測定基準マーク１８ａの中心点ＣＰの決定が容易になり、第３面Ｓ１３の測定に伴って複数の基準点の情報が得られる。
【００３９】
以上では、第３面Ｓ１３上に設けた測定基準マーク１８ａを説明したが、第５面Ｓ１５上に設けた測定基準マーク１８ｂも同様の形状を有しており、第５面Ｓ１５の測定に伴って複数の基準点の情報が得られる。
【００４０】
図示を省略するが、接触式の三次元形状測定装置に設けたプローブ９９を２次元的に走査することで、第３面Ｓ１３だけでなく、第１表面ＳＳ１を構成する他の第２面Ｓ１２及び第５面Ｓ１５も一括して計測することができる。この際、第３面Ｓ１３に付随する２つの測定基準マーク１８ａだけでなく、第５面Ｓ１５に付随する２つの測定基準マーク１８ｂも一括して計測することができる。これにより、４つの測定基準マーク１８ａ，１８ｂの中心点ＣＰを計測することになり、４つの中心点ＣＰの組み合わせとして第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺを設定することができ、この基準座標ＸＹＺを基準として、第２面Ｓ１２の表面形状と、第３面Ｓ１３の表面形状と、第５面Ｓ１５の表面形状とを得ることができる。自由曲面は、一般的に非対称であり、それ自体に曲面形状を測定する基準が存在しないので、上記のような測定基準マーク１８ａ，１８ｂを利用して基準座標ＸＹＺを規定することで、第２面Ｓ１２の表面形状と、第３面Ｓ１３の表面形状と、第５面Ｓ１５の表面形状とが基準座標ＸＹＺに基づくものとなり、自由曲面の計測やその評価が実用的で簡易なものとなる。
【００４１】
基準座標ＸＹＺを設定する際に用いられる上述の測定基準マーク１８ａ，１８ｂは、半球状の凸部であり、第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺを構成する１つ以上の座標軸方向に関して連続的に変化する曲面を有するものとなっている。これにより、測定基準マーク１８ａ，１８ｂからなるレリーフ構造１８を、第１表面ＳＳ１に含まれる自由曲面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５の３次元的な形状及び配置を特定するための測定基準部として機能させることができる。特に、各測定基準マーク１８ａ，１８ｂが半球面で形成される場合、各測定基準マーク１８ａ，１８ｂの中心点を一義的に決定することができ、これらの中心点を基準座標ＸＹＺを定義する際にその基準とすることができる。
【００４２】
なお、測定基準マーク１８ａ，１８ｂは、第１表面ＳＳ１を構成する第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、第５面Ｓ１５等と同時に作製される。具体的には、プリズム１０を射出成形等によって形成する場合、第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、第５面Ｓ１５、測定基準マーク１８ａ，１８ｂ等は、図３（Ｃ）に示すような同一の金型又は精密に位置決めされた一群の金型部分２９８によって形成される。第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、第５面Ｓ１５等の自由曲面を含む第１表面ＳＳ１は、金型部分２９８のうち転写面２９８ａによって形成され、測定基準マーク１８ａ，１８ｂ等は、金型部分２９８のうち転写面２９８ｂによって形成される。つまり、測定基準マーク１８ａ，１８ｂは、第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、第５面Ｓ１５等と同等の精度で成形されるので、測定基準マーク１８ａ，１８ｂに基づいて決決定した基準座標ＸＹＺは、基準として十分な精度を有するものとなっている。
【００４３】
以下、図４（Ａ）等を参照して、プリズム１０に形成された第１表面ＳＳ１の測定と、第１表面ＳＳ１及び第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３の配置関係等の測定とについて説明する。
【００４４】
プリズム１０は、三次元形状測定装置９０に設けた測定治具９１に固定された状態で、図３（Ｂ）に示すプローブ９９によって第１表面ＳＳ１等を測定される。三次元形状測定装置９０は、例えば一点鎖線で示すような測定領域Ｍを有するものとし、この測定領域Ｍ内において、δ軸又はαβ面に対して傾きの少ない面、具体的には第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３、及び第５面Ｓ１５が測定可能となっている。この測定領域Ｍ内に形式上存在しても、δ軸に対して傾きの大きな面、具体的には第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３は、測定不可能となっており、実質的に測定領域Ｍ外と考える。
【００４５】
プリズム１０を支持する測定治具９１は、例えば第１部分９１ａと第２部分９１ｂとを有し、第１及び第２部分９１ａ，９１ｂ間にプリズム１０の一部を挟んで固定する。この際、第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３のうち少なくとも第１及び第３の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３を利用すれば、プリズム１０を三次元形状測定装置９０の測定治具９１に対して精密に固定することができる。つまり、測定治具９１の第１部分９１ａに設けた基準面９３ａ，９３ｂが第１及び第３の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３と密着した状態で第１表面ＳＳ１を測定する。なお、第２部分９１ｂに設けた基準面９３ｄは第２の取付け基準面Ｓ２２と密着した状態となる。このように、少なくとも測定治具９１の基準面９３ａ，９３ｂが第１及び第２の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３と密着した状態で第１表面ＳＳ１を測定すれば、測定基準マーク１８ａ，１８ｂの測定結果に基づいて、測定治具９１の治具側座標αβδに対して第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺがどの程度ずれているかも判定することができ、座標の相対的関係も決定することができる。つまり、第１表面ＳＳ１と第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３との配置関係を間接的に決定することができる。第１表面ＳＳ１を構成する自由曲面である第２面Ｓ１２、第３面Ｓ１３及び第５面Ｓ１５の三次元形状については、基準座標ＸＹＺから得られ治具側座標αβδと関連づけられた仮想的な測定基準平面に基づく測定値として算出され、設計に対する各面形状のＰＶ値、各面の相対位置関係等を評価することが可能となる。
【００４６】
なお、測定治具９１には、基準面９３ａ，９３ｂを形成する測定基準部９５を設けることができる。測定基準部９５を例えば表の第１表面ＳＳ１側や裏の第２表面ＳＳ２側から測定でき単一の基準点を与えるようなものにしておけば、基準面９３ａ，９３ｂの配置と第１表面ＳＳ１の配置とを一括して計測することができ、第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３の直接的な計測が可能になる。
【００４７】
図４（Ｂ）等に示すように、プリズム１０に形成された第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３と第２表面ＳＳ２との配置関係も、第１表面ＳＳ１の場合と同様に測定できる。つまり、プリズム１０は、三次元形状測定装置９０の測定治具１９１に固定された状態で、図３（Ｂ）のプローブ９９によって第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３に隣接する第２表面ＳＳ２を測定される。測定治具１９１は、第１及び第２部分９１ａ，９１ｂ間にプリズム１０の一部を挟んで固定する。この際、測定治具１９１の第１部分９１ａに設けた基準面９３ａ，９３ｂが第１及び第３の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３と密着した状態で第２表面ＳＳ２を測定する。このように、少なくとも測定治具１９１の基準面９３ａ，９３ｂが第１及び第３の取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３と密着した状態で第２表面ＳＳ２を測定すれば、測定治具１９１の治具側座標に対して第２表面ＳＳ２を構成する第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４と第６面Ｓ１６とについてこれらの表面形状を測定することができる。つまり、第２表面ＳＳ２と第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３との配置関係を決定することができる。結果的に、第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３を介して第１表面ＳＳ１と第２表面ＳＳ２との配置関係を決定することができ、複雑に湾曲する立体形状を有するプリズム１０の周囲を構成する光学面の形状を相対的な配置関係を含めて精密に計測することができる。
【００４８】
以上において、第２表面ＳＳ２に付随して設けた測定基準マーク１８ａ，１８ｂを利用すれば、第２表面ＳＳ２を構成する面Ｓ１１と第４面Ｓ１４と第６面Ｓ１６との計測が基準を伴い簡便なものとなり、その評価が実用的なものとなる。ただし、第２表面ＳＳ２側には、測定基準マーク１８ａ，１８ｂを設けないことも可能であり、この場合も、プリズム１０の周囲を構成する光学面の形状を相対的な配置関係を含めて精密に計測することができる。
【００４９】
以上で説明した第１実施形態の導光装置であるプリズム１０によれば、レリーフ構造１８が第１表面ＳＳ１上の光路外の領域に設けられているので、映像光を劣化させることなく、レリーフ構造１８を測定基準部１１８として利用することで第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺを決定することができる。これにより、第１表面ＳＳ１の形状測定を基準座標ＸＹＺに基づくものとでき、自由曲面である面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５の計測が基準を伴う簡便なものとなり計測結果の評価が実用的なものとなる。また、取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３を利用してプリズム（導光装置）１０を支持しつつレリーフ構造１８を計測することで、第１表面ＳＳ１の基準座標ＸＹＺの取付け基準面Ｓ２１，Ｓ２３に対する傾き等の情報も得ることができ、方位が大きく異なる複数の面（面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ２１，Ｓ２３等）の配置関係を含む表面形状の測定が可能になる。この際、レリーフ構造１８が第１表面ＳＳ１上の隅部分に配置されるので、レリーフ構造１８がプリズム（導光装置）１０の形状を周囲に拡張する要因となってしまうことを抑制できる。
【００５０】
以上の説明では、第１表面ＳＳ１が３つの自由曲面（第２、第３、及び第５面Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５）を含むとしたが、第１表面ＳＳ１は、２つの自由曲面又は４つ以上の自由曲面を含むものとできる。また、以上では、第２表面ＳＳ２が３つの自由曲面（第１、第４、及び第６面Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１６）を含むとしたが、第２表面ＳＳ２は、２つの自由曲面又は４つ以上の自由曲面を含むものとできる。
【００５１】
以上の説明では、プリズム（導光装置）１０が個別に独立して計測される面として、第１表面ＳＳ１と第２表面ＳＳ２とを有するとしたが、第２表面ＳＳ２を有しないプリズム（導光装置）１０も同様に計測することができ、追加の第３表面を有するプリズム（導光装置）１０も同様に計測することができる。
【００５２】
以上の説明では、第１表面ＳＳ１が３つの自由曲面を含むとしたが、それらの一部を非自由曲面（例えば球面等に）に置き換えたものでも同様の計測が可能になる。第２表面ＳＳ２についても同様に、これを構成する自由曲面の一部を非自由曲面（例えば球面等に）に置き換えることができる。
【００５３】
以上の説明では、レリーフ構造１８が球状の凸面を有する複数の測定基準マーク１８ａで形成されるとしたが、測定基準マーク１８ａは、球状の凹面である表面１８ｓを有する凹部であってもよい（図５（Ａ）参照）。また、レリーフ構造１８を構成する測定基準マーク１８ａの個数は、４つに限らず、例えば図５（Ｂ）に例示するような３つ以上の任意の数とできる。なお、レリーフ構造１８を構成する測定基準マーク１８ａの形状は、球状に限らず、楕円その他の測定可能な様々形状とできる。レリーフ構造１８を例えば計測対象自由曲面の周囲に沿って延びる１つの畝又は溝状の立体形状とすることもできる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第２実施形態の虚像表示装置等について詳細に説明する。
【００５５】
図６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を装着した観察者に対して虚像による画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、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部分１０１ａ，１０１ｂと、両光学部分１０１ａ，１０１ｂを支持するフレーム１０２と、フレーム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光学部分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光学部分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。
【００５６】
図７〜９に示すように、第１表示装置１００Ａは、投射透視装置７０と、画像表示装置８０とを備える。このうち、投射透視装置７０は、ブロック状の光学部品２０と、結像用の投射レンズ３０とを備える。投射透視装置７０のうち光学部品２０は、図１における第１光学部分１０１ａに相当し、投射透視装置７０の投射レンズ３０と、画像表示装置８０とは、図１における第１像形成本体部１０５ａに相当し、カバー状の外装部材１０５ｄ（図６参照）によって周囲を覆われている。
【００５７】
光学部品２０は、投射レンズ３０側に配置される導光装置であるプリズム１０と、プリズム１０を挟んで投射レンズ３０の反対側に配置される光透過部材５０とを接合によって一体化したものである。光学部品２０は、プリズム１０によって投射レンズ３０からの映像光を導光し、プリズム１０及び光透過部材５０を介して外界光を観察者の眼ＥＹのある内側に透過させる。ここで、プリズム１０は、図１に示すプリズム（導光装置）１０と同一の構造及び機能を有する。つまり、プリズム（導光装置）１０は、第１表面ＳＳ１として、第２面Ｓ１２と第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とを有し、第２表面ＳＳ２として、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４と第６面Ｓ１６とを有し、これらに略直交する面として第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３を有する。また、プリズム（導光装置）１０において、第３面Ｓ１３のうち第５面Ｓ１５に隣接する隅部に２つの測定基準マーク１８ａが設けられており、第５面Ｓ１５のうち第３の取付け基準面Ｓ２３等に隣接する隅部に２つの測定基準マーク１８ｂが設けられている。これらの測定基準マーク１８ａ，１８ｂからなるレリーフ構造１８は、外装部材１０５ｄ（図６参照）に覆われて外観に現れないものとなっている。
【００５８】
光学部品２０は、そのネック部に形成された突起部１０ｇを利用して、金属製のフレーム１０２に設けた支持部６１ｅに固定されている。投射レンズ３０は、フレーム１０２に設けた支持部６１ｆに固定されている。プリズム（導光装置）１０は、第２プリズム部分１２の先端が投射レンズ３０の鏡筒３９の開口に嵌合することで投射レンズ３０に対して位置決めされる。この際、プリズム１０の第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３と、鏡筒３９の内壁面とが当接して位置決めの精度が確保される。
【００５９】
なお、図６に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。
【００６０】
図９に示すように、投射透視装置７０のうち光学部品２０の一部であるプリズム１０において、第１面Ｓ１１は、観察者の眼ＥＹを基準とするＺ軸に平行な射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面であり、第２面Ｓ１２は、射出側光軸ＡＸＯを含みＸＺ面に平行な対称面に含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ１を中心軸とする自由曲面であり、第３面Ｓ１３は、射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面である。第４面Ｓ１４は、上記対称面に含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ３，ＡＸ４の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第５面Ｓ１５は、上記対称面に含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ４，ＡＸ５の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第６面Ｓ１６は、上記対称面に含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ５を中心軸とする自由曲面である。なお、以上の第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６は、水平（又は横）に延びＸＺ面に平行で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５等が通る対称面を挟んで、鉛直（又は縦）のＹ軸方向に関して対称な形状を有している。
【００６１】
プリズム１０のうちプリズム本体１０ｓは、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成された一体形成品であり、例えば金型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより成形する。なお、プリズム本体１０ｓの材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー等を用いることができる。プリズム１０の先端側の一部である第１プリズム部分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。プリズム１０の根元側の一部である第２プリズム部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。
【００６２】
第１プリズム部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１プリズム部分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、観察者の眼ＥＹの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、プリズム本体１０ｓの表面に施された薄いハードコート層２７によって形成される面である。
【００６３】
第２面Ｓ１２は、プリズム本体１０ｓの表面であり、当該表面にハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、第２面Ｓ１２を主にＹ軸に沿った鉛直方向に関して狭めた部分領域ＰＡ上に形成されている。ハーフミラー層１５は、プリズム本体１０ｓの下地面のうち部分領域ＰＡ上に、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る。ハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＨＬの観察を容易にする観点で、想定される映像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、映像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。
【００６４】
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の正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、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、視度が略０になっている。なお、第３面Ｓ１３は、プリズム本体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。
【００６５】
第２プリズム部分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、プリズム本体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５面Ｓ１５は、プリズム本体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。第６面Ｓ１６は、映像光ＧＬを第２プリズム部分１２内に入射させる屈折面として機能する。なお、第６面Ｓ１６は、プリズム本体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。
【００６６】
以上で説明したプリズム１０については、ハードコート層２７又は光反射膜ＲＭを形成する前の状態で、図４（Ａ）等に示すような表面形状の測定を行うことができるが、ハードコート層２７又は光反射膜ＲＭを形成した後の状態で、図４（Ａ）等に示すような表面形状の測定を行うこともできる。
【００６７】
光透過部材５０は、プリズム１０と一体的に固定され１つの光学部品２０となっている。光透過部材５０は、プリズム１０の透視機能を補助する部材（補助プリズム）であり、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、プリズム１０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、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、プリズム１０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２とプリズム１０の第２面Ｓ１２とは、接合によって一体化するため、略同じ曲率の形状を有する。
【００６８】
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、プリズム１０のプリズム本体１０ｓと略同一の屈折率を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。なお、光透過部材５０は、本体部分をプリズム１０のプリズム本体１０ｓに接合した後、接合された状態でプリズム本体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、プリズム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。つまり、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。
【００６９】
以上のような光学部品２０を組み立てた後に、図４（Ａ）等に示すような表面形状の測定を行うこともできる。表面形状の測定は、ハードコート層２７等の形成の前後いずれであってもよい。
【００７０】
以上の光学部品２０の周辺には、光学部品２０に外光が入射することを防止するため、外装部材１０５ｄとは別に追加の遮光部を設けることができる。遮光部は、カバー状の部材に限らず、例えば遮光性の塗装や光散乱層で構成することができる。
【００７１】
投射レンズ３０は、鏡筒３９内に、入射側光軸ＡＸＩに沿って例えば３つのレンズ３１，３２，３３を有している。各レンズ３１，３２，３３は、軸対称なレンズであり、少なくとも１つ以上が非球面を有するものとなっている。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を再結像させるためにプリズム１０の第６面Ｓ１６を介してプリズム１０内に入射させる。つまり、投射レンズ３０は、映像表示素子８２の像面ＯＩ上の各点から射出された映像光又は画像光をプリズム１０内に再結像させるためのリレー光学系である。なお、プリズム１０の各面は、投射レンズ３０と協働することでリレー光学系の一部として機能する。
【００７２】
画像表示装置８０は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置８１と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子８２と、照明装置８１及び映像表示素子８２の動作を制御する駆動制御部８４とを有する。画像表示装置８０は、投射レンズ３０の鏡筒３９の一端に固定されている。
【００７３】
画像表示装置８０の照明装置８１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源８１ａと、光源８１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部８１ｂとを有する。映像表示素子８２は、例えば液晶表示デバイスで形成され、照明装置８１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき映像光又は画像光を形成する。駆動制御部８４は、光源駆動回路８４ａと、液晶駆動回路８４ｂとを備える。光源駆動回路８４ａは、照明装置８１の光源８１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路８４ｂは、映像表示素子８２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。なお、液晶駆動回路８４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。
【００７４】
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。映像表示素子８２から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０によって収束されつつ、プリズム１０に設けた比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６に入射する。
【００７５】
プリズム１０の第６面Ｓ１６を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２プリズム部分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、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４で反射される。
【００７６】
第２プリズム部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１プリズム部分１１において、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１に入射して全反射される。なお、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を通過する前後において、プリズム１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面ＯＩに対応するものである。
【００７７】
第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、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に対して負の屈折力を有するものとして作用する。
【００７８】
第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳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、映像表示素子８２上に形成された画像を観察することになる。
【００７９】
一方、外界光ＨＬのうち、プリズム１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するものは、第１プリズム部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、プリズム１０越しに歪みの少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、プリズム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、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。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。さらに、外界光ＨＬのうち、プリズム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、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。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、プリズム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、プリズム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。
【００８０】
ただし、ハーフミラー層１５に入射した外界光ＨＬ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るので、ハーフミラー層１５に対応する方向からの外界光ＨＬは、ハーフミラー層１５の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層１５に対応する方向からは、映像光ＧＬが入射するので、観察者は、ハーフミラー層１５の方向に映像表示素子８２上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。
【００８１】
プリズム１０内で伝搬されて第２面Ｓ１２に入射した映像光ＧＬのうち、ハーフミラー層１５で反射されなかったものは、光透過部材５０内に入射するが、光透過部材５０に設けた不図示の反射防止部によってプリズム１０に戻ることが防止される。つまり、第２面Ｓ１２を通過した映像光ＧＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透過部材５０側から入射してハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬは、光透過部材５０に戻されるが、光透過部材５０に設けた上述の不図示の反射防止部によってプリズム１０に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。
【００８２】
第２実施形態の虚像表示装置１００によれば、映像光を生じさせる映像表示素子８２と、映像表示素子８２からの映像光を内面側で反射させつつ導く上述のプリズム（導光装置）１０とを備え、映像光ＧＬと外界光ＨＬとを同時に視認させる。この虚像表示装置１００は、第１実施形態と同様のプリズム（導光装置）１０を備えるので、第１表面ＳＳ１を構成する第２、第３、及び第５面（自由曲面）Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５等の形状や第１〜第３の取付け基準面Ｓ２１〜Ｓ２３に対する配置関係を精密に測定したプリズム（導光装置）１０によって、高精度で小型の虚像表示装置１００を提供することができる。
【００８３】
〔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。
【００８４】
上記の説明では、プリズム（導光装置）１０の光入射側に投射レンズ３０を配置しているが、投射レンズ３０を省略して、プリズム（導光装置）１０自体に結像機能を持たせることができる。また、投射レンズ３０に代えて結像機能を有する別のプリズム１０を配置することもできる。
【００８５】
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使用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。
【００８６】
上記の説明では、映像表示素子８２における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。
【００８７】
上記の説明では、画像表示装置８０として、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２を用いているが、画像表示装置８０としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶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８２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、画像表示装置８０として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることもできる。
【００８８】
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。
【００８９】
上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔について説明していないが、両表示装置１００Ａ，１００Ｂの間隔は固定に限らず、機械機構等によって間隔の調整が可能である。つまり、両表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔は、着用者の眼幅等に応じて調整することができる。
【００９０】
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（例えば金属反射膜や誘電体多層膜）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。
【００９１】
上記の説明では、プリズム１０の第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３において、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置１００における全反射については、第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、映像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての映像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの映像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部がコートされていてもよい。
【００９２】
上記の説明では、プリズム１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、プリズム１０を縦方向に延びるように配置することもできる。
【００９３】
上記の説明では、投射レンズ３０及び画像表示装置８０を用いて映像光ＧＬを形成しているが、これらに代えて走査型の光学系を用いることができる。すなわち、ＭＥＭＳその他の走査部と、走査部に照明光を入射させるＬＥＤその他の光源部とによって映像光を形成し、その映像光をプリズム１０内に導くことができる。
【符号の説明】
【００９４】
Ａ１２，Ａ１３，Ａ１５…有効領域、  Ａ３３，Ａ３５…境界領域、  ＡＸ１-ＡＸ５…光軸、  ＡＸＩ…入射側光軸、  ＡＸＯ…射出側光軸、  ＥＹ…眼、  ＧＬ…映像光、  ＨＬ…外界光、  Ｍ…測定領域、  ＯＩ…像面、  ＲＭ…光反射膜、  Ｓ１１…第１面（自由曲面）、  Ｓ１２…第２面（自由曲面）、  Ｓ１３…第３面（自由曲面）、  Ｓ１４…第４面（自由曲面）、  Ｓ１５…第５面（自由曲面）、  Ｓ１６…第６面（自由曲面）、  Ｓ２１…第１の取付け基準面、  Ｓ２２…第２の取付け基準面、  Ｓ２３…第３の取付け基準面、  ＳＳ１…第１表面、  ＳＳ２…第２表面、  １０…プリズム、  １０ｍ，１０ｎ…隅部、  １１…第１プリズム部分、  １２…第２プリズム部分、  １５…ハーフミラー層、  １８…測定基準部、  １８ａ，１８ｂ…測定基準マーク、  １８ｓ…表面、  ２０…光学部品、  ３０…投射レンズ、  ３１，３２，３３…レンズ、  ３９…鏡筒、  ５０…光透過部材、  ６１ｅ，６１ｆ…支持部、  ７０…投射透視装置、  ８０…画像表示装置、  ８１…照明装置、  ８２…映像表示素子、  ８４…駆動制御部、  ９０…三次元形状測定装置、  ９１，１９１…測定治具、  ９３ａ，９３ｂ…基準面、  ９９…プローブ、  １００…虚像表示装置、  １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、  １０１ａ，１０１ｂ…光学部分、  １０２…フレーム、  １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、  １０５ｄ…外装部材
【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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