(57)【要約】【課題】広画角化を図りつつ高品質な視認性を確保することが可能な虚像表示装置を提供すること。【解決手段】  接眼光学系２０を、映像素子である画像表示装置１０とともに非テレセントリック光学系を構成するものとしつつ、画像表示装置１０の画像表示の周辺側領域Ｄ２等において中心側領域Ｄ１よりも画素ＰＸの画素サイズを大きくした構造となっている。これにより、広画角化への対応を可能としつつ、情報受容能力に優れる有効視野に対応する映像素子による画像表示の中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持し、かつ、周辺側領域における画像劣化に対応可能とし、高品質な視認性を確保可能にしている。【選択図】図２Ａ
2019061198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素サイズを大きくした映像素子と、
前記映像素子の光路下流側に配置され、前記映像素子とともに非テレセントリック光学系を構成し、前記映像素子で表示される画像を虚像として視認させる接眼光学系と
を備える虚像表示装置。
【請求項２】
前記接眼光学系の光学面のサイズは、前記映像素子の画像表示領域のサイズよりも大きい、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記映像素子は、画像表示領域の一辺の長さを２．５インチ以下とするマイクロディスプレイである、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記映像素子において、中心側から周辺側に向けて、画素サイズが大きくなるように配置され、画素サイズの変化は、各画素からの光の射出角度の変化に対応している、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】
前記映像素子において、観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向に関して、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置されている、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】
前記映像素子において、前記水平方向に直交する垂直方向に関して、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置されている、請求項５に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記映像素子において、画素サイズは、画像表示領域の基準位置から所定の距離ごとに同じサイズとなるように変化する、請求項６に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記映像素子において、少なくとも画角±１０°以下となっている表示領域において画素サイズを変化させず、当該表示領域よりも画角の広くなっている表示領域において、画素サイズを変化させる、請求項５及び６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記映像素子は、前記水平方向に関して、各ラインに配置される画素の縦サイズが全て等しく、かつ、前記水平方向に直交する垂直方向に関して、各ラインに配置される画素の横サイズが全て等しい、請求項５〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記映像素子は、射出すべき光を通過させるカラーフィルター層を有し、前記カラーフィルター層は、中心側から周辺側に向けて、サイズが大きくなるように配置されている、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】
前記映像素子において、１つの画素は、複数のサブ画素で構成され、少なくとも中心側領域に対応する画素を構成するサブ画素のうち少なくとも１つは、縦方向と横方向とで異なる幅を有し、異なる幅を有するサブ画素に関する縦方向と横方向とのうち幅の小さい側の方向への配列について、前記映像素子における中心側から周辺側に向けて、当該サブ画素の幅が大きくなるように配置されている、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】
前記映像素子において、画像表示領域の中心位置を基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
前記映像素子において、画像表示領域の中心位置から観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向についてずらした位置を基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１４】
前記基準位置は、観察者の眼における輻輳角を０〜２°とするように、前記水平方向についてずらしている、請求項１３に記載の虚像表示装置。
【請求項１５】
前記映像素子及び前記接眼光学系は、画角の最大値を５０°以上とする画像を表示する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１６】
ヘッドトラッキング機能を有する、請求項１〜１５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、頭部に装着して映像素子等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。
【背景技術】
【０００２】
近年、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あるいは頭部搭載型表示装置とも言う）等の虚像表示装置においては、広画角化が進んでいる。
【０００３】
ところで、人の視野について、情報受容能力に優れる有効視野は、水平３０°、垂直２０°程度である。このことから、実際に見えている視野のうち、情報として視認できる領域は高々３０°程度であると考えられ、広画角化を進めつつも良好な視認性の確保をする、という観点からは、この領域についての解像度の高さを維持することが重要となる。
【０００４】
なお、ＨＭＤに使用されるパネルにおいて、眼前に配置されたパネルと眼との距離が近いことによって中央と視野周辺部ではパネルの画素が見えるサイズが異なることを補正するために、パネル水平方向について段階的に画素サイズを変化させるもの（特許文献１）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２３５５０号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、広画角化を図りつつ高品質な視認性を確保することが可能な虚像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明に係る虚像表示装置は、画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素サイズを大きくした映像素子と、映像素子の光路下流側に配置され、映像素子とともに非テレセントリック光学系を構成し、映像素子で表示される画像を虚像として視認させる接眼光学系とを備える。
【０００８】
上記虚像表示装置では、映像素子が、画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素サイズを大きくした構造となっている。すなわち、中心側領域では相対的に画素サイズを小さくしつつ、周辺側領域では相対的に画素サイズを大きくしている。これにより、人の視野のうち情報受容能力に優れる有効視野に対応する画像表示の中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持しつつ、情報受容能力がそれほど高くない画像表示の周辺側領域においては、画素サイズを大きくして広画角化への対応を可能としている。さらに、映像素子で表示される画像を虚像として視認させる接眼光学系を映像素子とともに非テレセントリック光学系を構成するものとする、すなわち主光線が光軸に対して非平行となるようにすることで、例えば映像素子として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可能になる。しかし、映像素子に小型のものを採用した場合、各画素が小さくなることで視野角特性があまり広くないものとなる場合があり、非テレセントリックな光学系とすることで、特に映像素子の周辺側（像光が高くなる側）で光の射出角度（テレセン角）が大きくなり、混色等の発生に伴う画像劣化が生じるおそれがある。これに対して、周辺側において画素サイズを大きくすることで、非テレセントリックな光学系を用いた場合であっても、映像素子の周辺側領域における光の射出角度の増大に伴う画像劣化に対応可能となっている。
【０００９】
本発明の具体的な側面では、接眼光学系の光学面のサイズは、映像素子の画像表示領域のサイズよりも大きい。なお、ここでは、接眼光学系の光学面のうち最もサイズの大きいものが画像表示領域のサイズよりも大きいことを意味するものとする。この場合、非テレセントリックな光学系が発散型となり、広画角化に対応するために、ＨＭＤを構成するレンズ等の各部材が大きくなりがちであるＨＭＤにおいて、装置全体の小型化や薄型化を図れる。
【００１０】
本発明の別の側面では、映像素子は、画像表示領域の一辺の長さを２．５インチ以下とするマイクロディスプレイである。この場合、特に、映像素子の小型化を図れ、また、低コストで映像素子を製造できる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、中心側から周辺側に向けて、画素サイズが大きくなるように配置され、画素サイズの変化は、各画素からの光の射出角度の変化に対応している。この場合、周辺側になるにつれて射出角度が大きくなっていくのに対応して画素サイズが大きくなっていることで、混色のおそれ等による画像劣化を回避するあるいは抑制することが可能になる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向（左右方向）に関して、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置されている。この場合、特に、情報受容能力に優れる有効視野が広い観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向について、広画角化を進めつつ、良好な視認性を確保できる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、水平方向に直交する垂直方向（上下方向）に関して、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置されている。この場合、さらに、水平方向に直交する垂直方向に関しても、広画角化を進めつつ、良好な視認性を確保できる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、画素サイズは、画像表示領域の基準位置から所定の距離ごとに同じサイズとなるように変化する。この場合、水平方向（左右方向）や、これに直交する垂直方向（上下方向）のみならず、例えば、対角方向等についても、広画角化を進めつつ、良好な視認性を確保できる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、少なくとも画角±１０°以下となっている表示領域において画素サイズを変化させず、当該表示領域よりも画角の広くなっている表示領域において、画素サイズを変化させる。なお、ここでの全画角（ＦＯＶ）については、水平方向や垂直方向の画角のほか、例えば対角方向についての画角のいずれも含み得るものとし、上記少なくとも画角±１０°以下とは、上述のような画角のうちいずれかの画角が±１０°以下になっていることを意味する。この場合、特に、情報受容能力に優れる範囲について、高い視認性を確保できる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、水平方向に関して、各ラインに配置される画素の縦サイズが全て等しく、かつ、水平方向に直交する垂直方向に関して、各ラインに配置される画素の横サイズが全て等しい。この場合、映像素子を構成において、例えば画素の形成にパネル等を用いた場合に、信号線を直線にとることができるため、比較的簡素な構造で作製可能となる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、映像素子は、射出すべき光を通過させるカラーフィルター層を有し、カラーフィルター層は、中心側から周辺側に向けて、サイズが大きくなるように配置されている。この場合、周辺側においてカラーフィルター層での混色を低減または回避できる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、１つの画素は、複数のサブ画素で構成され、少なくとも中心側領域に対応する画素を構成するサブ画素のうち少なくとも１つは、縦方向と横方向とで異なる幅を有し、異なる幅を有するサブ画素に関する縦方向と横方向とのうち幅の小さい側の方向への配列について、映像素子における中心側から周辺側に向けて、当該サブ画素の幅が大きくなるように配置されている。この場合、サブ画素について幅の小さい側について、周辺側いくほど幅を大きくすることで、光の射出角度が大きくなっても画像劣化に対応できるようにしている。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、画像表示領域の中心位置を基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている。この場合、画像表示領域の中心位置を基準位置としてバランスの取れた画像形成ができる。
【００２０】
本発明のさらに別の側面では、映像素子において、画像表示領域の中心位置から観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向についてずらした位置を基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている。この場合、画像表示領域の中心位置からずれた位置を基準位置とすることで、例えば、両眼で視認させる際に視差をつけて立体視を可能とする場合に、映像内容の中心側の画解像度を高い状態にできる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面では、基準位置は、観察者の眼における輻輳角を０〜２°とするように、水平方向についてずらしている。この場合、観察者の位置からおよそ１ｍ程度の位置に虚像があるような状態で視認させることができる。なお、この位置を基準にさらに画像を左右でずらすことで、当該１ｍほどの位置から前後方向に虚像の位置を調整できる。
【００２２】
本発明のさらに別の側面では、映像素子及び接眼光学系は、画角の最大値を５０°以上とする画像を表示する。この場合、全画角（ＦＯＶ）について、水平方向や垂直方向の画角等のうちいずれかの画角が５０°以上の広画角な画像表示が可能になる。
【００２３】
本発明のさらに別の側面では、ヘッドトラッキング機能を有する。この場合、表示する内容を観察者の動きに合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る虚像表示装置について概念的に説明する断面図である。
【図２Ａ】虚像表示装置について水平方向に関する面内の光路について説明する図である。
【図２Ｂ】画像表示の中心側領域と周辺側領域とについて説明するための図である。
【図３Ａ】虚像表示装置について垂直方向に関する面内の光路について説明する図である。
【図３Ｂ】画像表示の中心側領域と周辺側領域とについて説明するための図である。
【図４】映像素子における画像表示領域全体について説明するための図である。
【図５】映像素子における光の射出の様子を概念的に説明する断面図である。
【図６】比較例の映像素子における光の射出の様子を概念的に説明する図である。
【図７Ａ】１つの画素を構成するサブ画素の一例について様子を概念的に示す平面図である。
【図７Ｂ】１つの画素を構成するサブ画素の他の一例について様子を概念的に示す平面図である。
【図８】第２実施形態に係る虚像表示装置について、映像素子における画像表示領域全体について説明するための図である。
【図９】第３実施形態に係る虚像表示装置について、映像素子の一例を説明するための図である。
【図１０】輻輳角について説明するための図である。
【図１１】虚像表示装置についての一変形例を概念的に説明する図である。
【図１２】虚像表示装置についての他の一変形例を概念的に説明する図である。
【図１３】虚像表示装置についての別の一変形例を概念的に説明する図である。
【図１４】虚像表示装置についてのさらに別の一変形例を概念的に説明する平面図である。
【図１５】虚像表示装置についてのさらに別の一変形例を概念的に説明する図である。
【図１６】虚像表示装置についてのさらに別の一変形例を概念的に説明する図である。
【図１７】一変形例の映像素子における中心側領域及び周辺側領域での光の射出の様子を概念的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔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。
【００２６】
図１に概念的に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、映像素子である画像表示装置１０と、接眼光学系（アイピース光学系）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ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤあるいは頭部搭載型表示装置）である。なお、図示を省略するが、画像表示装置１０や接眼光学系２０は、装着時に観察者の眼前を覆う外装部に収納・保護されている。ここで、虚像表示装置１００において、光学系の光軸ＡＸは、Ｚ方向となっているものとする。また、光軸ＡＸは、画像表示装置１０の画像表示領域ＤＤの中心位置ＣＴを通っており、画像表示装置１０を構成する多数の画素は、この中心位置ＣＴを基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている。これにより、画像表示装置１０は、中心位置ＣＴを基準位置としてバランスの取れた画像形成ができる。図示のように、Ｚ方向は、観察者が真正面を向く方向に沿った方向を想定しており、光軸ＡＸを観察者の眼ＥＹの画角（視野角）が０°となる軸であるものとする。さらに、観察者の左右の眼ＥＹの並ぶ方向となる水平方向をＸ方向とする。言い換えると、眼ＥＹの並ぶ方向すなわち左右方向に対応する方向を水平方向とし、これを想定して虚像表示装置１００が構成されており、図示ではこの方向をＸ方向としている。さらに、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を垂直方向とし、図１等では、Ｙ方向とする。
【００２７】
以下、虚像表示装置１００による映像光ＧＬの光路について概略説明すると、まず、画像表示装置１０から射出された映像光ＧＬは、接眼光学系２０を経て観察者の眼ＥＹのある場所として想定される位置に達する。
【００２８】
以下、虚像表示装置１００による映像光ＧＬ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。
【００２９】
図１、図２Ａ及び図３Ａのうち、図１及び図３Ａ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光軸ＡＸでの断面の様子を示しており、図２Ａは、虚像表示装置１００を観察者が装着した場合の上方から見た光軸ＡＸでの断面の様子を示している。なお、画像表示装置１０及び接眼光学系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、対称性により、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。すなわち、図１等において、＋Ｘ側が外側（耳側）であり、−Ｘ側が内側（鼻側）である。なお、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、詳しい説明は省略するが、図１に例示したような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。
【００３０】
画像表示装置１０は、画像を表示するための映像素子（映像表示素子あるいは画像表示部）である。すなわち、画像表示装置１０は、画像を表示する画像表示部として、本体部分であるパネル部で画像形成を行うとともに形成された画像光である映像光ＧＬを必要に応じて偏光状態を変換しつつ射出する装置である。画像表示装置１０は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成される映像素子により構成することができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映像素子のほか、映像素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置（不図示）や動作を制御する駆動制御部（不図示）を有する構成としてもよい。本実施形態では、多数の画素を有して画像表示を行う画像表示装置１０について、画像表示の周辺側領域に配置された画素が、中心側領域に配置された画素よりもサイズを大きくなっている構成としている（詳しくは、図２Ｂ、図３Ｂあるいは図４を参照して説明する。）。また、本実施形態では、画像表示装置１０として、一辺の長さを２．５インチ以下、さらに好ましくは、１インチ以下とするマイクロディスプレイをパネルとして採用している。
【００３１】
接眼光学系２０は、映像光ＧＬの光路について、画像表示装置１０の光路後段すなわち光路下流側（−Ｚ側）に配置される一方、装着時に観察者の眼前に配置され、画像表示装置１０からの映像光ＧＬを観察者側へ射出させる。接眼光学系２０は、画像表示装置１０とともに、主光線が光軸に対して非平行となるようにする非テレセントリック光学系を構成し、画像表示装置１０で表示される画像を拡大された虚像として観察者に視認させる拡大光学系である。なお、ここでの例では、説明の簡略化のため、接眼光学系２０は、１つのレンズＬＳで構成されているものとしているが、接眼光学系２０は、単数または複数のレンズで構成される場合のほか、例えば、レンズを主要部としつつ、偏光変換部材、半透過型偏光板といった光学部品によって構成され一部の光を折り返す構造を有する場合もある。他の構成例について詳しくは、別途後述する。また、レンズＬＳについては、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のいずれかで構成されていることで、複屈折を生じにくいものとしてもよい。
【００３２】
接眼光学系２０を構成するレンズＬＳは、観察者の眼ＥＹの位置として想定される位置（本願ではこの位置も眼ＥＹとして示している。）に対向して配置される観察者側レンズであるとも言える。すなわち、レンズＬＳは、画像表示装置１０からの映像光ＧＬを集光して観察者の眼前側へ射出させるための凸レンズである。また、レンズＬＳは、観察者側レンズすなわち観察者の眼ＥＹ側に位置するものとして、その距離、すなわち観察者の眼ＥＹを想定した位置からレンズＬＳまでの距離ＤＤ１を、１０〜３０ｍｍの範囲としている。この場合、眼鏡型の装置として違和感なく観察者が装着可能になる。特に、距離ＤＤ１の値は、通常の眼鏡における眼からレンズまでの距離として一般的に想定される１５〜２０ｍｍの範囲内にあることが望ましい。距離ＤＤ１については、上記眼鏡型の装置としての要請から、画像表示装置１０に依らず、一定の範囲内になる。
【００３３】
これに対して、レンズＬＳから画像表示装置１０までの距離ＤＤ２については、光学設計によって例えば２０〜５０ｍｍの範囲となる。特に、本実施形態のように画像表示装置１０において上記のような小型のパネルを採用した場合、大型のパネル（図１６参照）を採用した場合に比べてその距離をより縮められ、例えば距離ＤＤ２を例えば２０〜３０ｍｍの範囲とすることができると考えられる。なお、距離ＤＤ２については、レンズＬＳの配置等によって、上記以外の範囲を含めた０．１ｍｍから数十ｍｍ程度の範囲となることが考えられる。また、ここで、画像表示装置１０と接眼光学系２０（レンズＬＳ）とのサイズの大小関係の一例を記載する。ここでは、接眼光学系２０について、接眼光学系２０の光学面のサイズが、画像表示装置１０の画像表示領域のサイズよりも大きいものとなっている。具体的には、例えば図２Ａや図３Ａに示すように、円形状のレンズＬＳの光学面のサイズに相当するレンズＬＳの横方向（Ｘ方向）あるいは縦方向（Ｙ方向）についてのレンズ有効径ＥＤ１が、画像表示装置１０の画像表示領域のサイズに相当するパネルサイズの横方向（Ｘ方向）や縦方向（Ｙ方向）についての長さＬＬ１，ＬＬ２よりも大きい。これにしたがって、図示の接眼光学系２０は、主光線が画像表示装置１０から接眼光学系２０に近づくほど光軸に対して拡がる（非平行となる）発散型の非テレセントリックな光学系となっている。これにより、全体の像高を小さくすることができる、すなわち、一辺の長さＬＬ１，ＬＬ２を、２．５インチ以下、あるいは、１インチ以下（より望ましくは、１２〜１３ｍｍ程度）とするマイクロディスプレイのような小型パネルを用いた画像表示装置１０の画像を拡大して広画角な画像形成を可能としている。
【００３４】
ここで、一般に、ＨＭＤ等の虚像表示装置においては、広画角化が進んでおり、例えば画角（全画角（ＦＯＶ）あるいは視野角）について最大値が５０°を超えるようなものが存在し、本実施形態においても、全画角（ＦＯＶ）の最大値が５０°を超えるように設計されている。すなわち、図１等において破線ＬＬで示す視認可能な範囲としての画角範囲を十分に大きくとっている。本実施形態の場合、全画角（ＦＯＶ）すなわち画角（視野角）φの最大値は、画像表示装置１０及び接眼光学系２０の配置や大きさ等（例えば距離ＤＤ１やレンズ有効径ＥＤ１等）によって決まることになる。しかしながら、本実施形態のように非テレセントリックな光学系である場合、画像表示装置１０の小型化が図れるものの、画像表示装置１０の構成についても大きな影響を受けやすいことになる。例えば、画像表示装置１０からの映像光ＧＬのうち、光軸ＡＸの近辺である中心側領域から射出される成分ＧＬ１については、光の射出角度（主光線角）が０°であるかまたは十分小さいものとなるが、光軸ＡＸから離れた周辺側領域から射出される成分ＧＬ２については、光の射出角度（主光線角）θが大きくなり、輝度ムラや色度ムラを発生して画像劣化を生じる可能性がある。
【００３５】
一方で、人の視野について、情報受容能力に優れる有効視野は、水平３０°、垂直２０°程度である。このことから、実際に見えている視野のうち、情報として視認できる領域は高々３０°程度であると考えられ、広画角化を進めつつも良好な視認性の確保をする、という観点からは、この領域についての解像度の高さを維持することが重要となる。さらに、通常の直視型ディスプレイ（例えばＦＯＶ２０°〜３０°程度）のように情報受容能力に優れる有効視野内に収まっていて全ての領域で高い解像度が要求されるようなものとは異なり、本願のようにＦＯＶ５０°を超えるような広画角となるＨＭＤの場合では、例えば既知のヘッドトラッキング機能が設けられることが多く、観察者は、周辺部分が見たくなった場合は眼ではなく頭を動かしてみようとするため、観察者の視線は、常に画像の中心付近を向いた状態となり、周辺部分に視線が向けられることはほとんど無い。したがって、画像表示としては解像度が必要な領域は画像表示の中心側領域に限られ、周辺側領域はそれほど解像度を必要としない。
【００３６】
本実施形態では、上記観点を考慮して、画像表示装置１０において、画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素サイズを大きくした構造としている。すなわち、中心側領域では相対的に画素サイズを小さくしつつ、周辺側領域では相対的に画素サイズを大きくしている。これにより、人の視野のうち情報受容能力に優れる有効視野に対応する画像表示の中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持しつつ、情報受容能力がそれほど高くない画像表示の周辺側領域においては、画素サイズを大きくして広画角化への対応を可能としている。さらに、接眼光学系２０として非テレセントリックな光学系を用いた場合であっても、画像表示装置１０の周辺側領域における光の射出角度の増大に伴う画像劣化に対応可能となっている。
【００３７】
なお、ヘッドトラッキング機能については、既知のものの一例を変形例（図１３参照）において簡単に説明するが、本実施形態をはじめ、すべての実施形態において、ヘッドトラッキング機能を設けることが可能であることは言うまでもない。
【００３８】
以下、図２〜図４を参照して、本実施形態における画像表示装置１０を構成する画素の配置の一例について詳細に説明する。
【００３９】
まず、図２Ａは、既述のように、虚像表示装置１００を観察者が装着した場合の上方から見た光軸ＡＸでの断面の様子を示しており、水平方向（Ｘ方向；左右方向）に関して光軸ＡＸを面内に含む断面での光路について示している。また、図２Ｂは、図２Ａに対応して、水平方向に関する画像表示の中心側領域と周辺側領域とについて示す図である。図示のように、虚像表示装置１００による画像表示の領域である画像表示領域ＤＤのうち、光軸ＡＸが通る中心位置ＣＴ及びその近辺である中心側領域Ｄ１から射出される映像光ＧＬの成分ＧＬ１は、光軸ＡＸに対する光射出角度（主光線角）θが０°（あるいはほぼ０°）であるのに対して、光軸ＡＸから水平方向（Ｘ方向）について離れた周辺側領域Ｄ２から射出される成分ＧＬ２については、光射出角度θがある程度大きくなっている。これに対応して、画像表示装置１０を構成するマトリクス状に配置される多数の画素ＰＸが周辺側において大きくなっている。具体的には、図２Ｂにおいて一部拡大して示すように、各画素ＰＸは、３つのサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを水平方向（Ｘ方向）に一列に並べてそれぞれ構成され、水平方向（Ｘ方向）について、周辺側領域Ｄ２において中心側領域Ｄ１よりもサイズが大きくなっている。より具体的には、まず、中心側領域Ｄ１は、Ｘ方向の幅（横幅）Ｗ１、Ｙ方向の幅（縦幅）Ｈ１の最も細かい画素ＰＸで構成されている。これに対して、周辺側領域Ｄ２は、中心側領域Ｄ１を構成する１つの画素ＰＸのＸ方向の幅（横幅）Ｗ１よりも大きな値の幅（横幅）Ｗ２となっている画素ＰＸで構成されている。すなわち、周辺側領域Ｄ２を構成する１つの画素ＰＸのＸ方向の幅のほうが中心側領域Ｄ１を構成する１つの画素ＰＸのＸ方向の幅よりも大きな値になっている。さらに、各画素ＰＸのＸ方向の幅（横幅）についての変化が、上述した人の視野についての特性を踏まえて必要な解像度を満たしつつ、各画素ＰＸの位置の差に基づく光の射出角度の変化に対応している、すなわち光射出角度θと各画素ＰＸを構成するサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂの視野角特性とを加味して定められていることで、広画角化を図りつつ高品質な視認性を確保することが可能なっている。
【００４０】
なお、中心側領域Ｄ１から周辺側領域Ｄ２かけては、例えば図示の例のように、数画素の単位で同じ値をとりながら大きくなっていくといった断続的に変化するものとしてもよく、または、一画素ＰＸごとに徐々に大きくなっていくといった連続的に変化するものとしてもよい。
【００４１】
一方、各画素ＰＸのＹ方向の幅（縦幅）Ｈ１，Ｈ２については、中心側領域Ｄ１でも周辺側領域Ｄ２でも（さらにはその途中でも）同じ値になっている。すなわち、水平方向（Ｘ方向）に関して、一列のライン上に配置される画素の縦サイズ（縦幅）が全て等しくなっている。
【００４２】
また、図示の例では、各画素ＰＸを構成する３つのサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂについて、少なくとも光軸ＡＸ及びその近辺である中心側領域Ｄ１に対応する画素ＰＸを構成するサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂは、いずれも縦方向と横方向とで異なる幅を有している。より具体的には、中心側領域Ｄ１を構成する画素ＰＸにおいて、横方向（Ｘ方向）のサイズ（横幅）が、縦方向（Ｙ方向）のサイズ（縦幅）よりも小さくなっている。そして、上記の場合、幅の小さい側である横方向（Ｘ方向）への配列について、中心側から周辺側に向けて、サブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂの幅が大きくなるように配置されている。このように、サブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂにおいて、幅の小さい側について、周辺側いくほど幅を大きくすることで、光の射出角度が大きくなっても画像劣化に対応できるようにしている。
【００４３】
次に、図３Ａは、既述のように、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光軸ＡＸでの断面の様子を示しており、垂直方向（Ｙ方向；上下方向）に関して光軸ＡＸを面内に含む断面での光路について示している。また、図３Ｂは、図３Ａに対応して、垂直方向に関する画像表示の中心側領域と周辺側領域とについて示す図である。図示のように、画像表示装置１０による画像表示の領域である画像表示領域ＤＤのうち、光軸ＡＸ及びその近辺である中心側領域Ｄ１から射出される映像光ＧＬの成分ＧＬ１は、光軸ＡＸに対する光射出角度（主光線角）θが０°（あるいはほぼ０°）であるのに対して、光軸ＡＸから垂直方向（Ｙ方向）について離れた周辺側領域Ｄ５から射出される成分ＧＬ２については、光射出角度θがある程度大きくなっている。また、ここでの一例では、これらの中間として、光軸ＡＸから垂直方向（Ｙ方向）について少し離れた領域Ｄ３から射出される成分ＧＬ３についても考察する。図示の場合では、成分ＧＬ３に対応する半画角ηが１０°である（すなわち画角φが±１０°（２０°）である場合に相当）ものとする。この場合も、画像表示装置１０を構成するマトリクス状に配置される多数の画素ＰＸが周辺側において大きくなっている。しかし、ここでは、画角φが０°に近い中心側領域Ｄ１だけでなく、例えば領域Ｄ３のような全画角±１０°以下となっている領域Ｄ３を含む表示領域Ｄ４において画素サイズを変化させず、表示領域Ｄ４よりも画角の広くなっている表示領域において、画素サイズを変化させるものとしている。具体的には、図３Ｂにおいて一部拡大して示すように、まず、中心側領域Ｄ１だけでなく領域Ｄ３を含む表示領域Ｄ４は、Ｘ方向の幅（横幅）Ｗ１、Ｙ方向の幅（縦幅）Ｈ１の最も細かい画素ＰＸで構成されている。これに対して、周辺側領域Ｄ５は、中心側領域Ｄ１を構成する１つの画素ＰＸのＹ方向の幅（縦幅）Ｈ１よりも大きな値の幅（縦幅）Ｈ５となっている画素ＰＸで構成されている。すなわち、中心側領域Ｄ１を含む表示領域Ｄ４を構成する１つの画素ＰＸのＹ方向の幅のほうが中心側領域Ｄ１を構成する１つの画素ＰＸのＹ方向の幅よりも大きな値になっている。表示領域Ｄ４のように、画角φが±１０°程度の人にとって情報受容能力に優れる有効視野の範囲内については、高い解像度を維持しておくことで、良好な視認性を維持させることができる。なお、人にとって情報受容能力に優れる有効視野の範囲が、水平３０°、垂直２０°程度であることを考慮して、上記値について、例えば半画角ηを１５°すなわち画角φを±１５°（３０°）程度とすることも考えられる。
【００４４】
一方、各画素ＰＸのＸ方向の幅（横幅）Ｗ１，Ｗ５については、中心側領域Ｄ１を含む表示領域Ｄ４でも周辺側領域Ｄ５でも（さらにはその途中でも）同じ値になっている。すなわち、垂直方向（Ｙ方向）に関して、一列のライン上に配置される画素の横サイズ（横幅）が全て等しくなっている。
【００４５】
また既述のように、水平方向（Ｘ方向）に関しても、一列のライン上に配置される画素の縦サイズ（縦幅）が全て等しくなっている。以上のようにすることで、画像表示装置１０において、水平方向に関して、各ラインに配置される画素ＰＸの縦サイズが全て等しく、かつ、水平方向に直交する垂直方向に関して、各ラインに配置される画素ＰＸの横サイズが全て等しい状態とすることができる。この場合、画像表示装置１０による画素の形成においてパネル等を用いる際に適用する信号線を直線にとることができるため、比較的簡素な構造で画像表示装置１０の作製が可能となる。
【００４６】
図４は、上記のような構成での画像表示領域ＤＤの全体について示す図である。この場合、既述のように、まず、中心側領域Ｄ１やこれを含むある程度の中心側に近い範囲については、横幅Ｗ１・縦幅Ｈ１の最も細かい画素で構成する。これに対して、水平方向（Ｘ方向）についての周辺側領域Ｄ２，Ｄ７については、横幅Ｗ２，Ｗ７を横幅Ｗ１よりも大きくした画素で構成する。また、垂直方向（Ｙ方向）についての周辺側領域Ｄ５については、縦幅Ｈ５を縦幅Ｈ１よりも大きくした画素で構成する。さらに、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の双方についての周辺側領域Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９については、横幅Ｗ６，Ｗ８，Ｗ９を横幅Ｗ１よりも大きくし、かつ、縦幅Ｈ６，Ｈ８，Ｈ９を縦幅Ｈ１よりも大きくした画素で構成する。なお、周辺側領域についての記載を一部省略したが、中心側領域Ｄ１の下側（−Ｙ側）の周辺側領域について、当該周辺側領域は、周辺側領域Ｄ５の場合と同様であり、中心側領域Ｄ１の左下側（＋Ｘ側かつ−Ｙ側）の周辺側領域について、当該周辺側領域は、周辺側領域Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９の場合と同様である。
【００４７】
なお、横幅Ｗ２や縦幅Ｈ５を、横幅Ｗ１や縦幅Ｈ１よりも大きくする際の度合いについては、種々考えられるが、例えば、２倍程度、すなわち、Ｗ２＝２×Ｗ１、Ｈ５＝２×Ｈ１程度とすることが考えられる。
【００４８】
また、以上のように、本実施形態においては、画像表示装置１０を構成する画素ＰＸは、画像表示領域ＤＤの中心位置を基準位置として、画素サイズの大きさの変化が対称となるように配置されている。
【００４９】
以下、図５等を参照して、画像表示装置１０における混色等の問題の回避に関して説明する。
【００５０】
ここでは、まず、有機ＥＬ等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成される画像表示装置１０の構造について一例を説明する。なお、図中において、画像表示装置１０のうち、画像表示の中心側領域を構成する部分を画像表示部１０ａとし、画像表示の周辺側領域を構成する部分を画像表示部１０ａとする。
【００５１】
図５に例示する画像表示装置１０（あるいは、画像表示部１０ａ，１０ｂ）は、カラーフィルター層ＣＦと、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である各色の発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂを含む有機ＥＬ層７３ａと、保護層７４ａとを備える。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１０は、電極７１ａ，７２ａを適宜動作させて発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂで構成される有機ＥＬ層７３ａを発光させ、映像光ＧＬ（あるいは映像光ＧＬの成分ＧＬ１，ＧＬ２）を射出するものとなっている。
【００５２】
中心側領域を構成する画像表示部１０ａと周辺側領域を構成する画像表示部１０ｂとでは、必要となる画素ＰＸ（サブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ）のサイズに応じて大きさが異なるものとなっている。すなわち、画像表示部１０ｂのほうが、１つの画素ＰＸを構成する各部のサイズが画像表示部１０ａのものよりも大きくなっている。図示の例では、１つの画素ＰＸが大きくなることに伴い、各色の発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂについても大きくなっている。
【００５３】
ここで、画像表示部１０ａは、中心側領域からの光となるべき成分ＧＬ１を射出する。画像表示部１０ａから射出される成分ＧＬ１は、主光線角が比較的小さい。このため、例えば視野角特性は比較的狭くピーキーな特性としても、輝度の低下、色の変化は生じにくい。一方、画像表示部１０ｂは、周辺側領域からの光となるべき成分ＧＬ２を射出する。画像表示部１０ｂから射出される成分ＧＬ２は、主光線角が比較的大きくなる。しかし、既述のように、本願では、これに対応して、画素サイズが大きくなっている。すなわち、画像表示部１０ｂを構成するカラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂが、画像表示部１０ａのものよりも大きくなっている。これにより、視野角特性も比較的広くなるため、輝度の低下、色の変化を最小限に抑えることができる。
【００５４】
図６は、図５の比較例の画像表示装置１０を例示している。比較例の画像表示装置１０では、画素サイズが一定のまま、すなわち、中心側領域を構成する画像表示部１０ａと周辺側領域を構成する画像表示部１０ｂとで画素サイズが同じものとなっている場合を示している。この場合、中心側領域を構成する画像表示部１０ａについては、主光線角が比較的小さいため、問題が生じないが、周辺側領域を構成する画像表示部１０ｂについては、主光線角が比較的大きくなるため、混色の問題が生じうる。例えば、図示のように、画像表示部１０ｂにおいて、赤色光に対応する発光層ＥＥｒから射出された成分ＧＬ２が、カラーフィルター層ＣＦのうち、本来通過すべき赤色光用のカラーフィルター部ＣＦｒのみならず、緑色光用のカラーフィルター部ＣＦｇをも通過してしまう可能性がある。この場合、輝度の低下や色の変化すなわち混色等の問題を生じる。本実施形態では、かかる事態を回避あるいは低減できる。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、接眼光学系２０を非テレセントリックな光学系としつつ、画像表示装置１０の画像表示の周辺側領域Ｄ２等において中心側領域Ｄ１よりも画素ＰＸの画素サイズを大きくした構造となっている。広画角化への対応を可能としつつ、情報受容能力に優れる有効視野に対応する映像素子による画像表示の中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持し、かつ、周辺側領域における画像劣化に対応可能とし、高品質な視認性を確保可能にしている。
【００５６】
なお、上記の例では、例えば図７Ａに示すように、１つの画素ＰＸを横一例（水平方向に一列）に並ぶ３つのサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，ＳｂでＲＧＢ（赤、緑、青）３色を構成するものとしているが、図７Ｂに示す他の一例のように、１つの画素ＰＸを正方に配置された４つのサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ１，Ｓｂ２で構成するものとしてもよい。例えば上記一例のように、ＯＬＥＤで画像表示装置１０を構成する場合、青色（Ｂ）用のサブ画素Ｓｂ１，Ｓｂ２を２つ設けた構成とすることで、長寿命化を図ることができる。また、ＲＧＢ（赤、緑、青）３色のサブ画素Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを縦一列（垂直方向に一列）に配列することも考えられる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
以下、図８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。本実施形態に係る虚像表示装置は、画像表示装置を構成する画素の配列を除いて第１実施形態の場合と同様であるので、全体構造等については、図示及び説明を省略する。
【００５８】
図８は、本実施形態に係る虚像表示装置の画像表示装置（映像素子）を構成する画素の配列について示すべく、画像表示領域ＤＤの全体について示す図であり、第１実施形態の図４に対応する図である。
【００５９】
第１実施形態では、画素あるいはサブ画素について、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の双方について、すなわち横幅及び縦幅の双方について変化させるものとしていた。言い換えると、画像表示装置１０において、水平方向（左右方向）に関して、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置させ、かつ、水平方向に直交する垂直方向（上下方向）に関しても、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置させることで、広画角化を進めつつ、良好な視認性を確保できる構成としていた。これに対して、本実施形態では、画像表示装置１０において、水平方向（左右方向）に関してのみ、画素サイズを断続的または連続的に変化するように配置させ、垂直方向（上下方向）に関しては、画素サイズの幅を一定のまま変更しない構成としている点において、第１実施形態の場合と異なっている。
【００６０】
以下、図８を参照して、画像表示領域ＤＤにおける画素の配置について説明する。
【００６１】
まず、中心側領域Ｄ１やこれを含むある程度の中心側に近い範囲については、横幅Ｗ１・縦幅Ｈ１の最も細かい画素で構成する。これに対して、水平方向（Ｘ方向）についての周辺側領域Ｄ２，Ｄ７については、横幅Ｗ２，Ｗ７を横幅Ｗ１よりも大きくし、かつ、縦幅Ｈ２，Ｈ７を縦幅Ｈ１と同じ幅とする画素で構成する。
【００６２】
一方、垂直方向（Ｙ方向）についての周辺側領域Ｄ５については、横幅Ｗ５を横幅Ｗ１と同じ幅とし、かつ、縦幅Ｈ５を縦幅Ｈ１と同じ幅の画素で構成する。すなわち、中心側領域Ｄ１と同じサイズで構成する。
【００６３】
さらに、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の双方についての周辺側領域Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９については、横幅Ｗ６，Ｗ８，Ｗ９を横幅Ｗ１よりも大きくし、かつ、縦幅Ｈ６，Ｈ８，Ｈ９を縦幅Ｈ１と同じ幅とする画素で構成する。すなわち、周辺側領域Ｄ２，Ｄ７と同じサイズで構成する。
【００６４】
なお、周辺側領域についての記載を一部省略したが、中心側領域Ｄ１の下側（−Ｙ側）の周辺側領域について、当該周辺側領域は、周辺側領域Ｄ５の場合と同様であり、中心側領域Ｄ１の左下側（＋Ｘ側かつ−Ｙ側）の周辺側領域について、当該周辺側領域は、周辺側領域Ｄ６，Ｄ８，Ｄ９の場合と同様である。
【００６５】
本実施形態においても、接眼光学系を非テレセントリックとしつつ、画像表示装置の画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素の画素サイズを大きくした構造とすることで、広画角化への対応を可能としつつ、中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持し、かつ、周辺側領域における画像劣化に対応可能とし、高品質な視認性を確保可能にしている。特に、本実施形態では、情報受容能力に優れる有効視野のうち、特に有効視野が広い側となっているのが、眼の並ぶ方向に対応した水平方向であることを考慮して（情報受容能力に優れる有効視野は、水平３０°、垂直２０°程度である。）、水平方向について画素の画素サイズを変化させることで、上記目的を達成している。また、この場合、水平方向についてのみ画素サイズを変化させればよいので、画像表示装置をより作製しやすくなる。
【００６６】
なお、同様にして、垂直方向（上下方向）についてのみ画素サイズを変化させて構成することも可能である。
【００６７】
〔第３実施形態〕
以下、図９を参照して、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、最も細かい画素を設ける位置が異なるすなわち解像度の高い表示を行う範囲が異なることを除いて第１実施形態の場合と同様であるので、全体構造等については、図示及び説明を省略する。
【００６８】
図９は、本実施形態に係る虚像表示装置の画像表示装置（映像素子）の一例を説明するための図であり、特に、画像表示装置を構成する画素の配置について説明するための概念的な図である。
【００６９】
第１実施形態では、画像表示装置１０において、画像表示領域ＤＤの中心位置ＣＴを基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されているものとしていた。これに対して、図９に例示する本実施形態に係る虚像表示装置３００では、画像表示装置３１０Ｌ，３１０Ｒにおいて、画像表示領域ＤＤＬ，ＤＤＲの中心位置ＣＴ，ＣＴから観察者の眼の並ぶ方向に対応する水平方向についてずらした位置ＣＱ，ＣＱを基準位置として、画素サイズの大きさが対称となるように配置されている点において、第１実施形態の場合と異なっている。
【００７０】
以下、図９を参照して、画像表示領域における画素の配置について説明する。
【００７１】
まず、図９は、本実施形態に係る左右一対構成の虚像表示装置３００を構成する一対の画像表示装置３１０Ｌ，３１０Ｒを示すとともに、各画像表示装置３１０Ｌ，３１０Ｒに対応する画像表示領域ＤＤＬ，ＤＤＲの様子を示している。すなわち、観察者の左右の眼ＥＹ，ＥＹに対応して、左眼用の画像が画像表示領域ＤＤＬに表示され、右眼用の画像が画像表示領域ＤＤＲに表示される。ここで、各画像表示装置３１０Ｌ，３１０Ｒにおいて、画素サイズが最も細かく（小さく）なる位置の中心が、左眼用の画像表示領域ＤＤＬでは、中心位置ＣＴから水平方向について右側にずれた位置ＣＱとなっている。一方、右眼用の画像表示領域ＤＤＲでは、中心位置ＣＴから水平方向について左側にずれた位置ＣＱとなっている。これに対して、左右一対の接眼光学系２０，２０は、位置ＣＱ，ＣＱを基準位置として中心がくるように設定されている。すなわち、各光軸ＡＸ，ＡＸは、位置ＣＱ，ＣＱを通るものとなっている。なお、ここでは、光軸ＡＸ，ＡＸと中心位置ＣＴ，ＣＴを延長した軸ＣＸ，ＣＸとの位置の差で示されるように、右側と左側とで、反対方向に同じ量だけ中心位置ＣＴから位置ＣＱへずれて（シフトして）いる。これにより、例えば、人間の眼の視軸上の空間解像度が最も高くなるように構成できる。
【００７２】
また、表示する映像のコンテンツとしては、位置ＣＱ，ＣＱを基準として表示することが考えられる。この場合、鼻側の視野よりも耳側の視野をより広げた状態となるので、両眼視野を広げることができる。また、この場合、右側と左側とで表示される画像の位置がずれて視差を生じさせることだができるため、図１０に示すような輻輳角αを利用して、立体視による画像認識をさせることが可能となる。この場合、中心位置ＣＴから位置ＣＱへのシフト量によって、輻輳角αを定めることができる。ここでは一例として、基準位置である位置ＣＱが、観察者の眼ＥＹ，ＥＹにおける輻輳角αを０〜２°とするように、水平方向についてずらしてあるものとする。この場合、例えば輻輳角αを０．１〜０．３°とすれば、観察者の位置からおよそ１ｍ程度の位置に虚像があるような状態で視認させることができる。なお、この位置を基準にさらに画像を左右でずらすことで、当該１ｍほどの位置から前後方向に虚像の位置を調整できる。
【００７３】
図９に戻って、本構成の場合、サブ画素の配置が、左眼側は左から赤・緑・青の画素、右眼側は左から青・緑・赤の画素配置となっている。この場合、画像表示装置用に一種類のパネルを作製し、左右一対とするに際して、一方はそのまま配置し、他方は１８０°回転させて配置することで、同じパネルを使用可能としている。ただし、この場合、上記のように、サブ画素の並び方が左右で異なる態様となる。このため、パネルの視野角特性によって異なった色で視認されてしまうといった場合には、上記のような構成とせず、左右で異なる専用パネルを製造し、サブ画素の配置が左右で同じ順番の配列となるようにすることが望ましい。
【００７４】
本実施形態においても、接眼光学系を非テレセントリックとしつつ、画像表示装置の画像表示の周辺側領域において中心側領域よりも画素の画素サイズを大きくした構造とすることで、広画角化への対応を可能としつつ、中心側領域においては、解像度の高い画像形成を維持し、かつ、周辺側領域における画像劣化に対応可能とし、高品質な視認性を確保可能にしている。特に、本実施形態では、両眼で視認させる際に視差をつけて立体視を可能とする場合に、映像内容の中心側の画解像度を高い状態にできる。なお、図示の例では、水平方向（左右方向）及び垂直方向（上下方向）に関して、画素サイズを変化させているが、水平方向（左右方向）に関してのみ画素サイズを変化させた構成としてもよい。なお、同様にして、垂直方向（上下方向）についてのみ画素サイズを変化させて構成することも可能である。
【００７５】
〔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、上記の核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。
【００７６】
上記の例では、接眼光学系（アイピース光学系）として、接眼光学系２０を単数のレンズで示しているが、複数のレンズを組み合わせて接眼光学系（アイピース光学系）を構成するものとしてもよい。また、例えば図１１あるいは図１２に示すように、一部折り返しを有する構造としてもよい。
【００７７】
図１１に示す虚像表示装置４００は、主要部であるレンズＬＳのほか、ハーフミラー２１と、光学素子ＯＰとを備える。
【００７８】
ハーフミラー２１は、映像光ＧＬ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、誘電体多層膜等で構成される。ハーフミラー２１は、レンズＬＳの前段すなわち映像光ＧＬの光路の上流側に配置され、かつ、観察者側から見て凹の曲面形状となっている。なお、図示の例では、ハーフミラー２１は、レンズＬＳのレンズ面のうち、光路の上流側の面に貼付けされている。
【００７９】
光学素子ＯＰは、例えば半反射半透過膜で構成されたり、あるいは、１／４波長板（λ／４板）やワイヤーグリッド偏光板で構成される半透過型偏光板を組み合わせて構成されたりする部材であり、映像光ＧＬについて選択的にあるいは一部について透過・反射を行う。光学素子ＯＰは、レンズＬＳの後段すなわち映像光ＧＬの光路の下流側に配置されている。なお、図示の例では、レンズＬＳのレンズ面のうち、光路の上流側の面に貼付けされている。レンズＬＳのレンズ面のうち、光路の下流側の面に貼付けされている。
【００８０】
以下、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から射出された映像光ＧＬは、接眼光学系２０のうち、ハーフミラー２１を通過し、レンズＬＳを経て光学素子ＯＰに到達する。ここで、映像光ＧＬの一部は、反射され、再びハーフミラー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の成分はレンズＬＳを経て光学素子ＯＰに到達し、その一部が光学素子ＯＰを通過し、観察者の眼ＥＹに対応する位置に達する。
【００８１】
この場合、虚像表示装置４００の光路中にハーフミラー２１を設けることで光路を折り曲げ、ハーフミラー２１と光学素子ＯＰとの間を往来させて、広画角でかつ小型化を実現できる。また、反射透過させる映像光ＧＬ成分の状態を適切に取り扱うことで、例えばゴースト光の発生を抑制し、観察者に高品質な映像を視認させることができる。
【００８２】
図１２に示す虚像表示装置５００は、映像素子である画像表示装置５１０と、接眼光学系５２０とを備える。
【００８３】
画像表示装置５１０は、画像形成を行う主要な本体部分であるパネル部１１と、直線偏光の成分を抽出する偏光板１２と、偏光板１２を経た成分を円偏光にして射出する第１の１／４波長板（λ／４板）１３とを備える。
【００８４】
パネル部１１は、例えば有機ＥＬ等の自発光型の素子（ＯＬＥＤ）で構成することができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子（映像素子）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（不図示）や動作を制御する駆動制御部（不図示）を有する構成としてもよい。
【００８５】
偏光板１２は、パネル部１１からの光のうち射出すべき映像光を直線偏光にする。さらに、第１の１／４波長板１３は、偏光板１２を経た成分を円偏光にする。
【００８６】
以上のような構成となっていることにより、画像表示装置５１０は、円偏光の映像光ＧＬを射出する。
【００８７】
接眼光学系５２０は、観察者側から順に並ぶ４つの第１〜第４レンズＬ１〜Ｌ４に加え、ハーフミラー２１と、光学素子ＯＰとを備える。光学素子ＯＰは、偏光変換部材２２と、半透過型偏光板２３とで構成される。これらのうち、第４レンズＬ４を除く、第１〜第３レンズＬ１〜Ｌ３と、ハーフミラー２１と、光学素子ＯＰとについては、図示のように、貼り付けられてユニット化されている。ここでは、これらのユニット化された部材について一部がカットされた形状となっている。なお、第１〜第４レンズＬ１〜Ｌ４のうち、少なくとも、第２レンズＬ２については、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のいずれかで構成され、複屈折を生じにくいものとなっていることが望ましい。
【００８８】
第１レンズＬ１は、接眼光学系５２０のうち、観察者の眼ＥＹの位置に一番近い位置に配置される観察者側レンズである。なお、観察者側レンズとしての第１レンズＬ１は、映像光ＧＬを集光して観察者の眼前側へ射出させるための凸レンズである。
【００８９】
第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１との相対的関係では前段に配置され、第１レンズＬ１等の後段に配置される光学部材に向けて画像表示装置５１０からの映像光ＧＬを入射させるレンズである。ここでは、第２レンズＬ２を、第１レンズＬ１（観察者側レンズ）に対して、表示側レンズとも呼ぶこととする。第２レンズＬ２は、画像を十分に広画角なものとすべく、例えば屈折率１．５５以上の屈折レンズとなっている凸レンズである。
【００９０】
第３レンズＬ３は、表示側レンズである第２レンズＬ２の前段に設けられ、アッベ数等が適宜調整された色消しレンズである。第３レンズＬ３は、色消し目的のレンズとして機能すべく、第２レンズＬ２に接合して設けられている凹レンズである。特に、ここでは、ハーフミラー２１を間に挟み込むようにして、第２レンズＬ２と接合している。言い換えると、ハーフミラー２１と半透過型偏光板２３との間にアッベ数の小さい負のパワーを持つ第３レンズＬ３を配置することによって、色収差を抑えることが可能となる。
【００９１】
第４レンズＬ４は、画像表示装置５１０の直近後段に設けられた凸レンズであり、画像表示装置５１０からの映像光ＧＬを、第３レンズＬ３以下に配置される後段の光学部材に向けて射出する。言い換えると、第４レンズＬ４は、接眼光学系５２０のうち、画像表示装置５１０に一番近い位置に配置されて映像光ＧＬの光路を調整する前段側レンズである。第４レンズＬ４を入れることによって、より解像度性能を向上させることができ、また画像表示装置５１０におけるパネルサイズを小さくすることができる。また、画像表示装置５１０から射出される光線のテレセン角を抑えることもできるため、パネル視野角特性によって輝度や色度の変化が生じるのをさらに抑えられる。
【００９２】
ハーフミラー２１は、既述のように、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、誘電体多層膜等で構成され、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との間に形成されており、観察者側から見て凹の曲面形状となっている。
【００９３】
光学素子ＯＰのうち、偏光変換部材２２は、通過する光の偏光状態を変換するための部材であり、ここでは、１／４波長板（第２の１／４波長板あるいは第２のλ／４板）で構成されているものとする。偏光変換部材２２は、表示側レンズである第２レンズＬ２と半透過型偏光板２３との間に設けられており、半透過型偏光板２３に向かう成分等、偏光変換部材２２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、円偏光の状態にある映像光ＧＬを直線偏光に変換する、あるいは、逆に、直線偏光の状態にある映像光ＧＬを円偏光に変換する。
【００９４】
光学素子ＯＰのうち、半透過型偏光板２３は、表示側レンズである第２レンズＬ２と観察者側レンズである第１レンズＬ１との間に設けられる部材であり、ここでは、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。ここでは、ワイヤーグリッド偏光板である半透過型偏光板２３の偏光透過軸の方向Ａ１を眼の並ぶ方向として想定される水平方向（Ｘ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ものとする。
【００９５】
以下、映像光ＧＬの光路について概略説明する。ここでは、既述のように、ワイヤーグリッド偏光板で構成される半透過型偏光板（あるいは反射型偏光板）２３については、水平方向（Ｘ方向）を偏光透過軸の方向としている。すなわち、半透過型偏光板２３は、Ｘ方向についての偏光成分を透過させ、これに垂直な成分を反射する特性を持つ。また、図に示されている映像光ＧＬの光路は、ＸＺ面に平行な面内を通るものである。したがって、この図においては、Ｐ偏光及びＳ偏光を規定する上では、入射面がＸＺ面に平行な面であり、境界面がＸＺ面に垂直な面（Ｙ方向に平行な面）として捉えることになる。半透過型偏光板２３は、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を反射する。
【００９６】
以上において、まず、画像表示装置５１０のパネル部１１で変調され射出された映像光ＧＬは、透過型波長板である偏光板１２にてＰ偏光に変換後、第１の１／４波長板１３により円偏光に変換され、接眼光学系５２０に向けて射出される。その後、映像光ＧＬは、接眼光学系５２０のうち、第４レンズＬ４を経て、第３レンズＬ３に入射し、第２レンズＬ２との界面に成膜されたハーフミラー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波長板である偏光変換部材２２にてＳ偏光に変換されて半透過型偏光板（あるいは反射型偏光板）２３に到達する。ここで、Ｓ偏光である映像光ＧＬは、半透過型偏光板２３にて反射され、再び偏光変換部材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、偏光変換部材２２で今度はＰ偏光に変換される。Ｐ偏光となっている映像光ＧＬの成分は、半透過型偏光板２３を通過し、第１レンズＬ１（観察者側レンズ）に達する。映像光ＧＬは、第１レンズＬ１を通過後に観察者の眼ＥＹのある場所として想定される位置に達する。この場合、光路中にハーフミラー２１を設けることで光路を折り曲げ、広画角でかつ小型化を実現しつつ、ハーフミラー２１と半透過型偏光板２３との間に偏光変換部材２２を設けて、ハーフミラー２１と半透過型偏光板２３との間を往来する成分の偏光状態を適切に変換することができ、ゴースト光の発生を抑制し、観察者に高品質な映像を視認させることができる。
【００９７】
また、本願発明の技術は、画像光のみを視認させるいわゆるクローズ（シースルーでない）タイプの虚像表示装置に限らず、例えば図１３に示すように、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ものに採用するものとしてもよい。
【００９８】
図１３に示す虚像表示装置６００は、筐体ＳＣに収納された画像表示装置（映像素子）や光学系の一部を含む画像形成部ＩＵと、観察者の眼ＥＹの前に配置されるハーフミラー部ＨＭとを備える。虚像表示装置６００は、筐体ＳＣに設けたバンド部分ＢＤ等を有することで、ハーフミラー部ＨＭを観察者の眼前において所定の角度に保った状態で観察者の頭部に取付け可能となっている。画像形成部ＩＵから射出された映像光ＧＬの成分の一部がハーフミラー部ＨＭで反射されることで、観察者の眼ＥＹに到達し、虚像が視認されるものとなっている。また、併せて、外界光ＨＬの一部がハーフミラー部ＨＭを透過することで、外界像が、映像光ＧＬによる画像とともに視認されることになる。
【００９９】
なお、虚像表示装置６００は、上記のほか、多軸センサー等の各種センサーを搭載したセンサー部ＳＳが組付けられている。あるいは、虚像表示装置６００外に設けられ、虚像表示装置６００の周囲環境のデータを取得可能なカメラ等の各種センサー装置ＳＫと虚像表示装置６００とが通信可能となっている。このような環境にあることによって、虚像表示装置６００は、自身の位置や姿勢等を認識し、ヘッドトラッキング機能を達成可能となっている。なお、ヘッドトラッキング機能そのものについては既知であり、同様の機能を他の実施形態等に例示した虚像表示装置においても採用可能である。
【０１００】
また、上記のほか、例えば、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おいて、本願発明の技術を適用してもよい。さらに、ハンドヘルドタイプのディスプレイにおいて、本願発明の技術を適用してもよい。
【０１０１】
また、図１４に示す表示装置ＤＳのように、画像形成部（プロジェクター部）ＰＪから射出された映像光ＧＬを、導光部ＧＧにおいて全反射により導光させつつ、導光方向に対して斜め方向に多数形成されたビームスプレッター（ハーフミラー）ＢＳによって分離して画像を広げることで画像形成を行うようなものにおいて、本願発明の技術を適用してもよい。
【０１０２】
また、画素サイズが、画像表示領域の基準位置から所定の距離ごとに同じサイズとなるように変化するようにしてもよい。具体的な一例としては、図１５に示す画像表示領域ＤＤのように、同心円状に広がっていくように、各領域Ｄ１等を定めてもよい。すなわち、画素サイズを、画像表示領域ＤＤの中心側の基準位置（中心位置等の最も解像度を高めるべき位置の中心）から画像表示領域ＤＤにおいて同心円状に変化させるようにしてもよい。この場合、水平方向（左右方向）や、これに直交する垂直方向（上下方向）のみならず、例えば、対角方向等についても、広画角化を進めつつ、良好な視認性を確保できる。
【０１０３】
また、図１６に示す虚像表示装置７００のように、大型のパネル（例えば２．５インチ以上のパネル）で構成される画像表示装置７１０を用いた場合において、本願発明の技術を適用してもよい。
【０１０４】
また、上記画像表示装置の一例として図５を参照した説明では、中心側から周辺側にかけて、１つの画素ＰＸが大きくなることに伴い、各色の発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂについても大きくなっているものとしているが、例えば図１７に示すように、発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂについては、そのサイズを一定のままとすることも考えられる。見方を変えると、カラーフィルター層ＣＦのみ大きさを変更することも考えられる。あるいは、発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂのサイズの変更の程度を種々変えることも考えられる。発光層ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂのサイズの違いによって発生する輝度差、あるいは輝度を調整することで、例えば、電流密度に差をつけたときに生じる寿命特性の差を抑制し、長期にわたって輝度ムラが生じにくくなるようにすることができる。
【０１０５】
また、画像表示装置としては、上記のほか、透過型の液晶表示デバイスとしてのＨＴＰＳや、その他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。
【０１０６】
また、上記では、全画角（ＦＯＶ）の最大値が５０°を超えるものとしており、このようなものとしては、例えばＦＯＶ１００°となるようなものが想定される。さらに、これよりも広いものとして、例えばＦＯＶ１４０°以上とするようなものについても考えられる。このような広画角な構成とするためには、例えば図９に例示した場合において、さらに、視野中心となる位置ＣＱと光学系の光軸ＡＸとが異なる配置となるようなものとし、併せて、輻輳角αを０〜２°の範囲でさらに調整することが考えられる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…画像表示装置、１０ａ，１０ｂ…画像表示部、１１…パネル部、１２…偏光板、２０…接眼光学系、２１…ハーフミラー、２２…偏光変換部材、２３…半透過型偏光板、７１ａ…透明電極（陽極）、７２ａ…対向電極（陰極）、７３ａ…有機ＥＬ層、７４ａ…保護層、１００…虚像表示装置、３００…虚像表示装置、３１０Ｌ，３１０Ｒ…画像表示装置、４００…虚像表示装置、５００…虚像表示装置、５１０…画像表示装置、５２０…接眼光学系、６００…虚像表示装置、７００…虚像表示装置、７１０…画像表示装置、Ａ１…方向、ＡＸ…光軸、ＢＤ…バンド部分、ＢＳ…ビームスプレッター、ＣＦ…カラーフィルター層、ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂ…カラーフィルター部、ＣＱ…位置、ＣＴ…中心位置、ＣＸ…軸、Ｄ１…中心側領域、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５−Ｄ９…周辺側領域、Ｄ４…表示領域、ＤＤ…画像表示領域、ＤＤ１…距離、ＤＤ２…距離、ＤＤＬ，ＤＤＲ…画像表示領域、ＤＳ…表示装置、ＥＤ１…レンズ有効径、ＥＥｒ，ＥＥｇ，ＥＥｂ…発光層、ＥＹ…眼、ＧＧ…導光部、ＧＬ…映像光、ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３…成分、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ５−Ｈ９…幅（縦幅）、ＨＬ…外界光、ＨＭ…ハーフミラー部、ＩＵ…画像形成部、ＬＬ…破線、ＬＳ…レンズ、ＯＰ…光学素子、ＰＪ…画像形成部（プロジェクター部）、ＰＸ…画素、ＳＣ…筐体、ＳＫ…センサー装置、ＳＳ…センサー部、Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ，Ｓｂ１，Ｓｂ２…サブ画素、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ５−Ｗ９…幅（横幅）、α…輻輳角、η…半画角、θ…光射出角度（主光線角）、φ…画角（視野角）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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