(57)【要約】【課題】光軸に対して傾斜する屈折面を複数箇所に設ける場合であっても、光学性能を確保しつつ色分離又は横色収差を確実に低減した虚像表示装置を提供すること。【解決手段】虚像表示装置１００は、映像光ＧＬを射出する画像投影装置１０と、液晶デバイス（画像形成装置）１１からの映像光ＧＬによって虚像を形成する表示光学系２とを備える。表示光学系２は、異なる屈折率を有する少なくとも２つ以上の部材によって構成され、映像光ＧＬを所定方向において異なる屈折率を有する媒体間で複数回屈曲し、各屈曲箇所の屈折面における所定方向に関する色分散についての指標の累積値が所定の基準値以下である。【選択図】図４
2019012259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を射出する画像形成装置と、前記画像形成装置からの映像光によって虚像を形成する表示光学系とを備え、前記映像光を観察者の眼と想定される位置に入射させる、虚像表示装置であって、
前記表示光学系は、所定の平面に対して面対称な形状を成しており、
前記画像形成装置の任意の点から発し、前記表示光学系を経由して、前記観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、前記映像光線と前記表示光学系のｋ番目の光学機能面とについて、前記映像光線と当該光学機能面が交差する点に於ける当該光学機能面の法線を前記表示光学系の対称面に投射した線と入射光線を前記対称面に投射した線とが成す角をαｋとし、当該光学機能面の法線を対称面に投射した線と射出光線を対称面に投射した線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をμｍ単位でλとし、回折次数をｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（１）
2019012259.tif 000016
ただし、
2019012259.tif 000017
に基づいて、Ａ０＝０から始めて色分散指標Ａｋの値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、最終面の色分散指標ＡＫが絶対値で１.０未満である、虚像表示装置。
【請求項２】
Ｆ線の波長をλＦとし、Ｃ線の波長をλＣとし、各媒体において、Ｆ線の屈折率をｎＦとし、Ｃ線の屈折率をｎＣとして、屈折率分散Ｖｋは、
2019012259.tif 000018
で近似的に与えられる、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記画像形成装置の中心から発し、前記表示光学系を経由して、前記観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、前記映像光線と前記表示光学系のｋ番目の光学機能面とについて、前記映像光線と当該光学機能面が交差する点に於ける当該光学機能面の法線と入射光線とが成す角をαｋとし、当該光学機能面の法線と射出光線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をμｍ単位でλとし、回折次数をｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（１）
2019012259.tif 000019
に基づいて、Ａ０＝０から始めて色分散指標Ａｋの値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、最終面の色分散指標ＡＫの絶対値が、０．３未満である、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】
前記表示光学系の光学機能面として前記値αkがゼロではない屈折面を３つ以上有する、請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記表示光学系の光学機能面として少なくとも１つの非軸対称自由曲面を有する、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】
前記表示光学系の光学機能面として回折面を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイその他の虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。
【０００３】
例えば、画像表示素子と、画像表示素子からの画像光を観察者の眼又は被投射面に導く中間像を形成する表示光学系とを備える画像表示装置が公知になっている（特許文献１）。この特許文献１の画像表示装置では、画像表示素子と中間像との間に複数の光学素子を接合した接合光学素子が配置され、これら複数の光学素子として、互いに分散が異なる材料で形成された少なくとも２つの光学素子を含むことで、色収差を補正することが行われている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、中間像の前段に接合光学素子を配置するだけであり、屈折面の傾斜角が適切ではなく、色収差の補正は十分とはいえない。すなわち、例えば使用者の頭部に沿って光学系を配置するため、光学系内に光軸に対して傾斜する屈折面を複数箇所に設ける必要がある場合、このように傾斜した各面で各媒体の波長分散に応じた光線の屈折角分散が生じ、結果として横色収差が生じる。傾斜した複数の屈折面による複合的な色収差は、補正の条件が不明確であり、試行錯誤しながら収差補正を行っていた。この場合、屈折面の傾斜角を適切に設定しないと、横色収差の補正が十分に行われず、所期の光学性能を達成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１１６８号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、光軸に対して傾斜する屈折面を複数箇所に設ける場合であっても、光学性能を確保しつつ横色収差を確実に低減した虚像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る虚像表示装置は、映像光を射出する画像形成装置と、画像形成装置からの映像光によって虚像を形成する表示光学系とを備え、映像光を観察者の眼と想定される位置に入射させる、虚像表示装置であって、表示光学系は、所定の平面に対して面対称な形状を成しており、画像形成装置の任意の点から発し、表示光学系を経由して、観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、映像光線と表示光学系のｋ番目の光学機能面とについて、映像光線と該光学機能面が交差する点に於ける光学機能面の法線を表示光学系の対称面に投射した線と入射光線を対称面に投射した線とが成す角をαｋとし、光学機能面の法線を対称面に投射した線と射出光線を対称面に投射した線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をμｍ単位でλとし、回折次数をｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（１）
2019012259.tif 000003
ただし、
2019012259.tif 000004
に基づいて、Ａ０＝０から始めて色分散指標Ａｋの値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、最終面の色分散指標ＡＫが絶対値で１.０未満である。ここで、光学機能面とは、光学面や回折面を意味する。
【０００８】
上記虚像表示装置によれば、対称面への投射によって得られる色分散指標値Ａｋの絶対値が所定の基準値以下であるので、対称面に対応する方向に関して、光軸に対して傾斜する屈折面を複数箇所に設けたり、回折面素子を複数箇所に設けたりする場合であっても、光学性能を確保しつつ色分散又は色分離を総計的に扱って色分散を全結像系として確実に低減することができる。
【０００９】
本発明の具体的な側面では、上記虚像表示装置において、Ｆ線の波長をλＦとし、Ｃ線の波長をλＣとし、各媒体において、Ｆ線の屈折率をｎＦとし、Ｃ線の屈折率をｎＣとして、屈折率分散Ｖｋは、
2019012259.tif 000005
で近似的に与えられる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面では、画像形成装置の中心から発し、表示光学系を経由して、観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、映像光線と表示光学系のｋ番目の光学機能面とについて、映像光線と該光学機能面が交差する点に於ける光学機能面の法線と入射光線とが成す角をαｋとし、光学機能面の法線と射出光線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をμｍ単位でλとし、回折次数をｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（１）
2019012259.tif 000006
に基づいて、Ａ０＝０から始めて色分散指標Ａｋの値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、最終面の色分散指標ＡＫの絶対値が、０．３未満である。この場合、対称面を前提としない色分散指標値Ａｋの絶対値が０．３未満であるので、光軸に対して傾斜する屈折面を複数箇所に設けたり、回折面素子を複数箇所に設けたりする場合であっても、光学性能を確保しつつ色分散又は色分離を総計的に扱って色分散を全結像系として確実に低減することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、表示光学系の光学機能面として値αkがゼロではない屈折面を３つ以上有する。この場合、非平行な屈折面を比較的多用するタイプの光学系で横色収差の発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、表示光学系の光学機能面として少なくとも１つの非軸対称自由曲面を有する。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、表示光学系の光学機能面として回折面を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】第１実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの導光装置の裏面図である。
【図２】導光体における光路の状態を説明する拡大断面図である。
【図３】導光装置の入射側における映像光の光路を光軸断面で説明する図である。
【図４】反射ユニットの中央部におけるミラーの配置等を光軸断面で説明する部分拡大図である。
【図５】反射ユニットの一作製例を説明する図である。
【図６Ａ】実施例１の光学系を説明する断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す光学面のローカル座標を説明する断面図である。
【図７】映像光の光路の射出側における変形例を説明する断面図である。
【図８】映像光の光路の射出側における別の変形例を説明する断面図である。
【図９】第２実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る虚像表示装置を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す虚像表示装置の変形例を示す図である。
【図１３】図１１に示す虚像表示装置の別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る導光装置を組み込んだ虚像表示装置について説明する。
【００１６】
〔１Ａ．導光装置及び虚像表示装置の構造〕
図１Ａ及び１Ｂを参照して、第１実施形態の導光装置を組み込んだ虚像表示装置について説明する。虚像表示装置１００は、ヘッドマウントディスプレイに適用されるものであり、画像投影装置１０と、導光装置２０とを一組として備える。なお、図１Ａは、図１Ｂに示す導光装置２０のＡ−Ａ断面に対応する。また、図中のｘ、ｙ、及びｚは、直交する３つの座標軸の方向を表している。
【００１７】
虚像表示装置１００は、観察者に虚像としての映像を認識させるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させるものである。虚像表示装置１００において、画像投影装置１０と導光装置２０とは、通常観察者の右眼及び左眼に対応して一組ずつ設けられるが、右眼用と左眼用とでは左右対称であるので、ここでは左眼用のみを示し、右眼用については図示を省略している。なお、虚像表示装置１００は、全体としては、例えば一般の眼鏡のような外観（不図示）を有するものとなっている。
【００１８】
画像投影装置１０は、画像形成装置である液晶デバイス１１と、光結合用の投射光学系１２とを備える。液晶デバイス（画像形成装置）１１は、光源１４からの照明光を空間的に変調して、動画像その他の表示対象となるべき映像光ＧＬを形成する。投射光学系１２は、後述する導光装置２０とともに表示光学系２を構成する。表示光学系２は、光軸ＡＸを含む横断面（ｘｚ断面）に対して面対称な光学系である。投射光学系１２は、例えば縦のｙ方向に関して液晶デバイス１１上の各点から射出された映像光ＧＬを略平行光線にするコリメートレンズとして機能するとともに、眼の並ぶ方向を含み非対称性が現れる横のｘｚ断面に関して導光装置２０の一部と協働してコリメートレンズとして機能する。投射光学系１２は、縦のｙ方向に関しても導光装置２０の一部と協働してコリメートレンズとして機能するものであってもよい。なお、投射光学系１２は、ガラス又はプラスチックで形成され、１枚に限らず複数枚の構成とすることができる。投射光学系１２は、球面レンズに限らず、非球面レンズ、非軸対称曲面を含む自由曲面レンズ等を含むものとすることができる。
【００１９】
図２により拡大して示すように、投射光学系１２とともに表示光学系２を構成する導光装置２０は、画像投影装置１０からの映像光ＧＬを虚像光として観察者の眼ＥＹに向けて射出するとともに、外界像に対応する外界光ＯＬを実質的にそのまま透過させる。導光装置２０は、映像光を取り込む入射部２１と、導光用の平行導光体２２と、映像光を取り出すための射出部２３とを備える。本実施形態の場合、入射部２１は、観察者の耳側に配置され、射出部２３は、観察者の鼻側に配置される。平行導光体２２と入射部２１の本体とは、高い光透過性を有する樹脂材料により成形された一体品又は一部材である。なお、平行導光体２２は、観察者の眼ＥＹを基準とする光軸ＡＸに対して傾けて配置されており、その法線方向Ｚは、光軸ＡＸに対して角σだけ傾いている。この場合、平行導光体２２を顔の曲線に沿って配置できるが、平行導光体２２の法線は、光軸ＡＸに対して傾きを有するものとなる。このように、平行導光体２２の法線を光軸ＡＸに平行なｚ方向に対して角度σだけ傾ける場合、反射ユニット３０から射出させる光軸ＡＸ上及びその近傍の映像光ＧＬ０は、光射出面ＯＳの法線に対して角度σを成すものとなる。
【００２０】
入射部２１は、画像投影装置１０からの映像光ＧＬを取り込む光入射面ＩＳと、取り込んだ映像光ＧＬを反射して平行導光体２２内に導く反射面ＲＳとを有する。光入射面ＩＳは、投射光学系１２側に凹の曲面２１ｂで形成されており、この曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された映像光ＧＬを内面側で全反射する機能も有する。反射面ＲＳは、投射光学系１２側に凹の曲面２１ａで形成されている。反射面ＲＳは、曲面２１ａ上にアルミ蒸着等の成膜を施すことにより形成され、光入射面ＩＳから入射した映像光ＧＬを反射し光路を所定方向に折り曲げ、曲面２１ｂは、反射面ＲＳで反射された映像光ＧＬを内側で全反射し光路を所定方向に折り曲げる。つまり、入射部２１は、光入射面ＩＳから入射した映像光ＧＬを２回の反射によって折り曲げることで、映像光ＧＬを平行導光体２２内に確実に結合させる。なお、曲面２１ｂや曲面２１ａは、非軸対称自由曲面であるが、これに限らず、軸対称自由曲面、球面、非球面等とすることができる。また、曲面２１ｂ，２１ａが縦のｙ方向に屈折力を有するものである場合、投射光学系１２によるコリメート機能を補助することができる。
【００２１】
平行導光体２２は、ｙ軸に平行でｘ軸又はｚ軸に対して傾斜した平板部分であり、導光体とも呼ぶ。平行導光体（導光体）２２は、平行に延びる一対の面である２つの対向する平面２２ａ，２２ｂを有する。両平面２２ａ，２２ｂは、平行平面であるため、外界像に関して拡大やフォーカスズレを生じさせない。また、＋ｚ側又はＺ側の一方の平面２２ａは、入射部２１からの映像光を全反射させる全反射面として機能し、映像光を少ない損失で射出部２３に導く役割を有する。裏側の平面２２ｂの延長平面は、平行導光体２２と射出部２３との境界面ＩＦとなっている。平行導光体２２において、入射部２１の反射面ＲＳや光入射面ＩＳの内側で反射された映像光ＧＬは、全反射面である平面２２ａに入射し、ここで全反射され、導光装置２０の奥側すなわち射出部２３を設けた＋ｘ側又は＋Ｘ側に導かれる。つまり、平行導光体２２において、Ｘ軸方向は映像光ＧＬの導光方向となっている。なお、平行導光体２２は、導光装置２０の外形のうち＋ｘ側又は＋Ｘ側の端面を画成する側面として終端面ＥＳを有する。また、平行導光体２２は、±ｙ側の端面を画成する上面及び底面として上端面ＴＰと下端面ＢＰとをそれぞれ有している。
【００２２】
射出部２３は、平行導光体２２の奥側（＋Ｘ側）において、裏側の平面２２ｂに沿ってその延長上に層状に形成され、或いは境界面ＩＦに沿うように層状に形成された部材である。射出部２３は、平行導光体２２の外界側の平面（全反射面）２２ａにおいて所定面領域ＦＲで全反射された映像光ＧＬを通過させる際に、入射した映像光ＧＬを所定角度で反射して光射出面ＯＳ側へ折り曲げる。ここでは、これまで射出部２３を透過することなく最初にこの射出部２３に入射する映像光ＧＬが虚像光としての取出し対象である。つまり、射出部２３において光射出面ＯＳの内面や境界面ＩＦで反射される光があっても、これは映像光として利用されない。射出部２３は、透過性を有する複数のミラー等を配列してなる反射ユニット３０を有するが、その詳しい構造については、図４等を参照して後に詳述する。
【００２３】
導光装置２０が以上のような構造を有することから、画像投影装置１０から射出され光入射面ＩＳから導光装置２０に入射した映像光ＧＬは、入射部２１で複数回の反射によって折り曲げられ、平行導光体２２の平面２２ａの所定面領域ＦＲにおいて全反射されて光軸ＡＸに略沿って進む。＋ｚ側又は＋Ｚ側の平面２２ａの所定面領域ＦＲで反射された映像光ＧＬは、射出部２３に入射する。この際、ＸＹ面内において、所定面領域ＦＲの長手方向の幅は、射出部２３の長手方向の幅よりも狭くなっている。より具体的には、映像光ＧＬの光線束は、光軸ＡＸを含むＸＺ断面において、所定面領域ＦＲ近辺、つまり直進光路Ｐ１，Ｐ２の境界付近で両直進光路Ｐ１，Ｐ２に跨るような位置で全体として幅が絞られてビーム幅が細くなっている。結果的に、映像光ＧＬの光線束が射出部２３（又は反射ユニット３０）に入射する入射幅は、映像光ＧＬの光線束が所定面領域ＦＲに入射する入射幅よりも広い。このように、映像光ＧＬの光線束が所定面領域ＦＲに入射する入射幅を相対的に狭くすることにより、光路の干渉が生じにくくなり、境界面ＩＦや光射出面ＯＳを導光に利用しないで、所定面領域ＦＲからの映像光ＧＬを射出部２３又は反射ユニット３０に直接的に入射させることが容易になる。また、映像光ＧＬの光線束を射出部２３の手前で絞ることになり、横方向の視野角を比較的広くすることが容易になる。射出部２３に入射した映像光ＧＬは、射出部２３又は反射ユニット３０において適度な角度で折り曲げられることで取出し可能な状態となり、最終的に光射出面ＯＳから射出される。光射出面ＯＳから射出された映像光ＧＬは、虚像光として観察者の眼ＥＹに入射する。当該虚像光が観察者の網膜において結像することで、観察者は虚像としての映像光ＧＬを認識することができる。ここで、像形成に用いられる映像光ＧＬが射出部２３に入射する角度は、光源側の入射部２１から離れるに従って大きくなっている。つまり、射出部２３の奥側には、外界側の平面２２ａに垂直なＺ方向又は光軸ＡＸに対して傾きの大きな映像光ＧＬが入射して比較的大きな角度で折り曲げられ、射出部２３の前側には、Ｚ方向又は光軸ＡＸに対して傾きの小さな映像光ＧＬが入射して比較的小さな角度で折り曲げられる。
【００２４】
〔１Ｂ．映像光の光路〕
以下、映像光の光路について詳しく説明する。図２に示すように、液晶デバイス（画像形成装置）１１の画像面に対応する射出面１１ａ上からそれぞれ射出される映像光のうち、破線で示す射出面１１ａの中央から射出される成分を映像光ＧＬ０とし、図中一点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち紙面左側（＋ｚ寄りの−ｘ側）から射出される成分を映像光ＧＬ１とし、図中二点鎖線で示す射出面１１ａの周辺のうち紙面右側（−ｚ寄りの＋ｘ側）から射出される成分を映像光ＧＬ２とする。これらのうち映像光ＧＬ０の光路を光軸ＡＸと定義する。上記映像光の画像形成装置１１上の射出点が、光学系の対称面内にある場合、映像光ＧＬ１、ＧＬ２及びＧＬ０は、対称面内含まれる。
【００２５】
液晶デバイス（画像形成装置）１１の射出面１１ａからの各映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の主要成分は、投射光学系１２を経た後、導光装置２０の光入射面ＩＳからそれぞれ入射した後、入射部２１を経て平行導光体２２内を通過して射出部２３に至る。
【００２６】
具体的には、例えば光軸ＡＸを含む対称面内又はｘｚ面内において、映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２のうち、射出面１１ａの中央部分から射出された映像光ＧＬ０は、投射光学系１２のレンズ面１２ａ，１２ｂを略直進する。映像光ＧＬ０が屈折率が異なる媒体間に存在するレンズ面１２ａ，１２ｂに対して略垂直に入射する場合、映像光ＧＬ０は、ほとんど屈曲されない。レンズ面１２ａ，１２ｂを経た映像光ＧＬ０は、導光装置２０の入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、標準反射角ψ０で一方の平面２２ａの所定面領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（又は反射ユニット３０）との境界面ＩＦで殆ど反射されないでこれを通過し、射出部２３の中央の部分２３ｋに直接的に入射する。映像光ＧＬ０は、部分２３ｋにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳからこの光射出面ＯＳを含むＸＹ面に対して傾いた光軸ＡＸ方向（Ｚ方向に対して角σの方向）に平行光束として射出される。
【００２７】
一方、光軸ＡＸを含むｘz面内において、射出面１１ａの一端側（−ｘ側）から射出された映像光ＧＬ１は、投射光学系１２のレンズ面１２ａ，１２ｂで光線の状態又は向きが調整される。レンズ面１２ａ，１２ｂを経た映像光ＧＬ１は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最大反射角ψ１で一方の平面２２ａの所定面領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（又は反射ユニット３０）との境界面ＩＦで殆ど反射されないでこれを通過し、射出部２３のうち奥側（＋Ｘ側）の部分２３ｈにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角（光軸ＡＸを基準とした場合の角γ１に対応）は、入射部２１側に戻される程度が相対的に大きくなっている。
【００２８】
また、射出面１１ａの他端側（＋ｘ側）から射出された映像光ＧＬ２は、投射光学系１２のレンズ面１２ａ，１２ｂで光線の状態又は向きが調整される。レンズ面１２ａ，１２ｂを経た映像光ＧＬ１は、入射部２１で折り曲げられて平行導光体２２内に結合された後、最小反射角ψ２で一方の平面２２ａの所定面領域ＦＲに入射して全反射され、平行導光体２２と射出部２３（又は反射ユニット３０）との境界面ＩＦで殆ど反射されないでこれを通過し、射出部２３のうち入口側（−Ｘ側）の部分２３ｍにおいて所定の角度で反射され、光射出面ＯＳから所定の角度方向に向けて平行光束として射出される。この際の射出角（光軸ＡＸを基準とした場合の角γ２に対応）は、入射部２１側に戻される程度が相対的に小さくなっている。
【００２９】
つまり、様々な画角の映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、観察者の眼ＥＹを想定したアイポイントＥＰの中心ＥＰａに集まる。アイポイントＥＰは、導光装置２０に設定された射出瞳の位置を意味し、ここに眼ＥＹを置けば明るい欠けの無い画像が得られる。なお、映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、映像光ＧＬの光線全体の一部を代表して説明したものであるが、他の映像光ＧＬを構成する光線成分についても映像光ＧＬ０等と同様に導かれ光射出面ＯＳから射出されるため、これらについては図示及び説明を省略している。
【００３０】
映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２が屈折率が異なる媒体間に存在するレンズ面１２ａ，１２ｂに対して傾斜して入射する場合、映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、光入射面ＩＳで屈折されて屈曲する。この際の空気と投射光学系１２のレンズとの境界を第１番目の光学面又は光学機能面（ｋ＝１）として、その前後の屈折率、つまり入射側の媒質の屈折率をｎ０、射出側の媒質の屈折率をｎ１とし、入射角度（光学面であるレンズ面１２ａ，１２ｂの法線と入射光線である映像光とが成す角）を＝α１（°）とし、射出角度又は屈折角（光学面であるレンズ面１２ａ，１２ｂの法線と射出光線である映像光とが成す角）をβ１（°）とした場合、スネルの法則に従い、以下の関係
ｓｉｎβ１＝（ｎ０／ｎ１）×ｓｉｎα１    …    （１−１）
が成り立っている。また、投射光学系１２のレンズと空気との境界を第２番目の光学面又は光学機能面（ｋ＝２）として、その前後の屈折率をｎ１及びｎ２とし、入射角度をα２とし、射出角度又は屈折角をβ２とした場合、スネルの法則に従い、以下の関係
ｓｉｎβ２＝（ｎ１／ｎ２）×ｓｉｎα２    …    （１−２）
が成り立っている。
【００３１】
図３に拡大して示すように、投射光学系１２を経た映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、屈折率が異なる媒体間に存在する光入射面ＩＳ又は曲面２１ｂ（つまり接平面ＴＰの法線ＮＬ）に対して傾斜して入射する。つまり、光入射面ＩＳは、光軸ＡＸに対して大きく傾斜している。このため、光軸ＡＸに沿って伝搬する映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、光入射面ＩＳで屈折されて屈曲する。この際の空気と入射部２１の樹脂との境界を第３番目の光学面又は光学機能面（ｋ＝３）として、その前後の屈折率をｎ２及びｎ３とし、入射角度をα３とし、射出角度又は屈折角をβ３とした場合、スネルの法則に従い、以下の関係
ｓｉｎβ３（ｎ２／ｎ３）×ｓｉｎα３    …    （１−３）
が成り立っている。
【００３２】
ここで、入射部２１及び平行導光体２２に用いられる透明樹脂材料の屈折率ｎの値の一例として、ｎ＝１．４とすると、その臨界角ψｃの値はψｃ≒４５．６°となる。各映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２の反射角ψ０，ψ１，ψ２のうち最小である反射角ψ２を臨界角ψｃよりも大きな値とすることで、必要な映像光について平行導光体２２内での平面２２ａにおける全反射条件を満たすものにできる。
【００３３】
なお、中央向けの映像光ＧＬ０は、仰角φ０（＝９０°−ψ０）で射出部２３の部分２３ｋに入射し、周辺向け映像光ＧＬ１は、仰角φ１（＝９０°−ψ１）で射出部２３の部分２３ｈに入射し、周辺向け映像光ＧＬ２は、仰角φ２（＝９０°−ψ２）で射出部２３の部分２３ｍに入射する。ここで、仰角φ０，φ１，φ２間には、反射角ψ０，ψ１，ψ２の大小関係を反映してφ２＞φ０＞φ１の関係が成り立っている。つまり、反射ユニット３０のミラー３１への入射角ι（後述する図４参照）は、仰角φ２に対応する部分２３ｍ、仰角φ０に対応する部分２３ｋ、仰角φ１に対応する部分２３ｈの順で徐々に小さくなる。換言すれば、ミラー３１への入射角ι又はかかるミラー３１での反射角は、入射部２１から離れるに従って小さくなる。映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２のミラー３１への入射角ιは、ミラー３１の通過回数を少なく調整可能にする観点で４０°以上とする。これにより、入射部２１側からの映像光ＧＬが反射ユニット３０に入射して最初のミラー３１に入射した段階又は隣のミラー３１に入射した段階で、ミラー３１によって映像光ＧＬが反射され眼ＥＹ側に取り出される構成をとりやすくなる。
【００３４】
〔１Ｃ．射出部の構造及び射出部による光路の折曲げ〕
以下、図２、４等を参照して、射出部２３の構造及び射出部２３による映像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
【００３５】
まず、射出部２３の構造について説明する。射出部２３は、映像光ＧＬをそれぞれ部分的に反射する複数の反射面である複数のミラー３１を配列してなる反射ユニット３０を有する。反射ユニット３０は、光軸ＡＸに対して角σだけ傾いたＸＹ平面に沿って延びる矩形板状の部材であり、細い帯状のミラー（反射面）３１をストライプパターンとなるように多数埋め込んだ構造を有する。つまり、反射ユニット３０は、ｙ方向又はＹ方向に延びる細長いミラー３１を平行導光体２２の延びる方向すなわちＸ方向に多数配列させることで構成されている。より具体的には、ミラー３１は、図２等に示す平行導光体２２の平面２２ａ，２２ｂに平行で、かつ、ミラー３１の配列されるＸ方向に対して垂直に延びる方向、つまり上下のｙ方向又はＹ方向を長手方向として、線状に延びている。さらに、ミラー３１は、平行導光体２２の観察者側を基準として外界側に向かって入射部２１側に傾斜している。より具体的には、ミラー３１は、その長手方向（Ｙ方向）を軸として、平面２２ａ，２２ｂに直交するＹＺ面を基準として上端（＋Ｚ側）が反時計方向に回転するように傾斜している。さらに、全ミラー３１は、互いに平行に配置されている。
【００３６】
反射ユニット３０は、多数のガラス部材又はブロック部材３２を接合した構造を有し、ミラー（反射面）３１は、隣接する一対のブロック部材（ガラス部材）３２間に挟まれた薄膜状のものとなっている。ここで、ブロック部材３２の屈折率は、平行導光体２２の屈折率と異なっている。このため、この屈折率差を考慮してミラー３１を傾斜させる角度δを調整又は修正している。
【００３７】
ミラー３１の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＯＬ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。具体的な実施例のミラー３１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。
【００３８】
反射ユニット３０の厚みＴＩは、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ程度に設定される。なお、反射ユニット３０を支持する平行導光体２２の厚みは、例えば数ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは４ｍｍ〜６ｍｍ程度となっている。平行導光体２２の厚みが反射ユニット３０の厚みに比較して十分大きいと、反射ユニット３０又は境界面ＩＦへの映像光ＧＬの入射角を小さくしやすく、映像光ＧＬが眼ＥＹに取り込まれない位置にあるミラー３１での反射を抑えやすい。一方、平行導光体２２の厚みを比較的薄くすると、平行導光体２２や導光装置２０の軽量化を図りやすくなる。
【００３９】
ミラー３１は、すべて同一の傾きに設定され、平行導光体２２との境界面ＩＦを基準として時計回りで例えば４８°〜７０°程度の傾斜角度δをなすものとでき、具体的には例えば６０°の傾斜角度δをなしている。ここで、映像光ＧＬ０の仰角φ０が例えば３０°に設定され、映像光ＧＬ１の仰角φ１が例えば２２°に設定され、映像光ＧＬ２の仰角φ２が例えば３８°に設定されているものとする。この場合、映像光ＧＬ１と映像光ＧＬ２とは、光軸ＡＸを基準として角度γ１＝γ２≒１２．５°をなして観察者の眼ＥＹに入射する。
【００４０】
これにより、上記映像光ＧＬのうち全反射角度の比較的大きい成分（映像光ＧＬ１）を反射ユニット３０のうち反入射側である＋Ｘ側の部分２３ｈ側に主に入射させ、全反射角度の比較的小さい成分（映像光ＧＬ２）を射出部２３のうち入射側である−Ｘ側の部分２３ｍ側に主に入射させた場合において、映像光ＧＬを全体として観察者の眼ＥＹに集めるような角度状態で効率的に取り出すことが可能となる。このような角度関係で映像光ＧＬを取り出す構成であるため、導光装置２０は、映像光ＧＬを反射ユニット３０において原則として複数回経由させず、１回だけ経由させることができ、映像光ＧＬを少ない損失で虚像光として取り出すことを可能にする。
【００４１】
なお、反射ユニット３０のミラー３１を通過する非利用光は、外界側の平面２２ａに再度入射する可能性があるが、ここで全反射された場合、多くは反射ユニット３０の奥側の部分２３ｈ又はさらに奧側であって有効領域外に入射させることができ、眼ＥＹに入射する可能性が低減される。
【００４２】
また、反射ユニット３０の中央側や奥側の部分２３ｋ，２３ｈ等において、映像光ＧＬの一部は、ミラー３１を複数回経由（具体的には、１回の反射と１回以上の透過を含む通過）している。この場合、ミラー３１の経由回数が複数になるが、複数のミラー３１からの反射光が、映像光ＧＬとして観察者の眼ＥＹにそれぞれ入射するので、光量の損失はあまり大きくはならない。
【００４３】
複数のミラー３１の配列方向又は反射ユニット３０が延びるＺ方向に関する配列間隔ＳＰは、入射部２１に近い入射側から終端面ＥＳに近い反入射側にかけて、観察者の眼ＥＹを想定して設定されたアイポイントＥＰの中心ＥＰａ（図２参照）から任意の着目点に延びる視線を基準として複数のミラー３１が略連続して繋がるように変化している。結果的に、反射ユニット３０における複数のミラー３１の配列間隔ＳＰは、入射部２１に近い入射側から反入射側にかけて徐々に増加している。ミラー３１の具体的な配列間隔ＳＰは、反射ユニット３０内で大小の差があるものの、各部で０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の範囲内となっている。
【００４４】
図４を参照して、光軸ＡＸを含むＸＺ面内において平行導光体２２を経た映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、屈折率が異なる媒体間に存在する境界面ＩＦに対して傾斜して入射する。つまり、境界面ＩＦは、光軸ＡＸに対して大きく傾斜している。このため、光軸ＡＸに沿って伝搬する映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、境界面ＩＦで屈折されて屈曲する。この際の入射部２１の樹脂の媒体とブロック部材３２のガラス又は樹脂との境界を第４番目の光学面又は光学機能面（ｋ＝４）として、その前後の屈折率をｎ３及びｎ４とし、入射角度をα４（°）とし、射出角度又は屈折角をβ４（°）とした場合、スネルの法則に従い、以下の関係
ｓｉｎβ４＝（ｎ３／ｎ４）×ｓｉｎα４    …    （１−４）
が成り立っている。
【００４５】
また、境界面ＩＦを経た映像光ＧＬ０は、光軸ＡＸを含むＸＺ面内において光軸ＡＸに沿って伝搬し、ミラー３１で反射された後、屈折率が異なる媒体間に存在する光射出面ＯＳに対して傾斜して入射する。つまり、光射出面ＯＳは、光軸ＡＸに対して垂直な面ではなく傾斜している。このため、光軸ＡＸに沿って伝搬する映像光ＧＬ０は、光射出面ＯＳで屈折されて屈曲する。この際のブロック部材３２のガラス又は樹脂と空気との境界を第５番目の光学面又は光学機能面（ｋ＝５）として、その前後の屈折率をｎ４及びｎ５とし、入射角度をα５とし、射出角度又は屈折角をβ５とした場合、スネルの法則に従い、以下の関係
ｓｉｎβ５＝（ｎ４／ｎ５）×ｓｉｎα５    …    （１−５）
が成り立っている。
【００４６】
図５を参照して、反射ユニット３０の製造方法の一例について説明する。予め、ガラス製の平行平板である多数のガラス板９１を準備する。各ガラス板９１の厚みは、ミラー３１の配列間隔ＳＰを考慮したものとなっており、反射ユニット３０のうち中央側の部分２３ｋに対応するガラス板９１の厚みを標準として、入射側又は入口側の部分２３ｍに対応するガラス板９１は相対的に薄く、反入射側又は奥側の部分２３ｈに対応するガラス板９１は相対的に厚くなっている。図５の場合、下側のガラス板９１が薄く上側のガラス板９１が厚くなっている。その後、準備した多数のガラス板９１の一面に金属反射膜や誘電体多層膜である反射膜９２を成膜することにより多数の要素板９０を準備する。その後、形成された多数の要素板９０を厚みの順に接着剤で接合しつつ積層し、切断線Ｃ１、Ｃ２に沿って全体を斜めにカットする。これにより、平行平板を斜めに分割した細長いプリズム片であるブロック部材３２の間に金属反射膜や誘電体多層膜からなるミラー３１を挟んだ構造の反射ユニット３０であって、一端側でミラー３１の配置間隔が狭く他端側でミラー３１の配置間隔が広くなったものを得ることができる。この反射ユニット３０を、平行導光体２２の観察者側の適所に接着剤を介して貼り付け、接着剤を硬化させることによって固定する。
【００４７】
導光装置２０等の虚像表示装置１００の全光学系によって生じる映像光ＧＬの横色収差としての色分散又は色分離について説明する。全体の光学系つまり表示光学系２では、映像光ＧＬを異なる屈折率を有する媒体間で複数回屈折され屈曲する。具体的には、映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２は、レンズ面１２ａ，１２ｂ、光入射面ＩＳ、境界面ＩＦ、及び光射出面ＯＳで基本的に屈折され、これらの屈折面（レンズ面１２ａ，１２ｂ、光入射面ＩＳ、境界面ＩＦ、及び光射出面ＯＳ）は、光軸ＡＸに対して基本的に傾いた状態又は非垂直状態となっている。また、これらの屈折面１２ａ，１２ｂ，ＩＳ，ＩＦ，ＯＳ）は、殆どが光軸ＡＸを基準として互いに非平行である。なお、光軸ＡＸを基準としなければ、２つの屈折面ＩＦ，ＯＳは見かけ上平行である。
【００４８】
既述のように、投射光学系１２のレンズ面１２ａ，１２ｂでの屈折は関係式（１−１）又は（１−２）で表される。また、導光装置２０の光入射面ＩＳでの屈折は関係式（１−３）で表され、境界面ＩＦでの屈折は関係式（１−４）で表され、光射出面ＯＳでの屈折は関係式（１−５）で表される。一般化すると、光路に沿った第ｋ番目（ｋは自然数）の媒体の屈折率（つまり入射側の媒質の屈折率）をｎｋ−１とし、第ｋ＋１番目の媒体との屈折率（つまり射出側の媒質の屈折率）をｎｋとして、入射角度（光学面の法線と入射光線である映像光とが成す角）をαｋとし射出角度（光学面の法線と射出光線である映像光とが成す角）をβｋとした場合に、以下の関係式（２−１）
ｎｋ−１×ｓｉｎαｋ＝ｎｋ×ｓｉｎβｋ    …    （２−１）
が成り立つ。各媒体間の屈折面は、光路又は光軸に対して様々に傾いている。結果的に、一連の屈折面での入射角度や射出角度は、大きく変化する。なお、図２及び３の例では、映像光ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２がｘｚ面上又は対称面上にあるとしているが、映像光ＧＬがｘｚ面上又は対称面上にない場合であっても上記関係式（２−１）が成り立つ。
【００４９】
ここで、光入射面ＩＳ、境界面ＩＦ、及び光射出面ＯＳの各屈折面では、屈折にともなって横色収差としての色分散又は色分離が生じる。これらの屈折面での色分散指標を逐次計算し、これらの値を積み重ねれば、全光学系として色分散指標（つまり、色分散指標の累積値）を評価できる。
【００５０】
上記の関係式（２−１）を波長λで微分すると、
ｓｉｎαｋ×（ｄｎｋ−１／ｄλ）
＋ｎｋ−１ｃｏｓαｋ×（ｄαｋ／ｄλ）
＝ｓｉｎβｋ×（ｄｎｋ／ｄλ）
＋ｎｋｃｏｓβｋ×（ｄβｋ／ｄλ）
となる。ここで、Ｖｋ−１＝ｄｎｋ−１／ｄλ及びＶｋ＝ｄｎｋ／ｄλとし、Ａｋ−１＝ｄαｋ／ｄλ及びＡｋ＝ｄβｋ／ｄλとすれば、上式は、
2019012259.tif 000007
となる。この関係式（２−２）において、値Ｖｋ−１及びＶｋは、屈折率の波長依存性を示し、値Ａｋ−１及びＡｋは、色分散指標、つまり色分散又は色分離の程度を示す。なお、初期値としてのＡ０＝ｄθ０／ｄλは零とする。関係式（２−２）は、屈折面を順次辿れば、最終面の番号がＫであるとして、最終面の色分散指標ＡＫの絶対値（この場合、Ｋは最終面の番号であり、本実施形態では第５番目の面（つまりガラス又は樹脂と空気との境界を示す）までを見積もることができることを意味する。この際、Ｖｋ−１＝ｄｎｋ−１／ｄλ、Ｖｋ＝ｄｎｋ／ｄλ等を用いて、一連の媒体間の屈折面を経るごとに、つまり光軸ＡＸに沿った各屈曲箇所において色分散指標Ａｋ＝ｄβｋ／ｄλが逐次算される。値Ｖｋは、屈折面の入射側にある媒体の屈折率の波長依存性であり、例えば可視光の波長域をλｂ〜λｒ（μｍ）とし、着目媒体の屈折率域をｎｂ〜ｎｒとして、近似的には値（ｎｂ−ｎｒ）／（λｂ〜λｒ）で表すことができる。具体的には、光学媒体の屈折率特性の規格として汎用されるＦ線の波長をλＦ（μｍ）とし、Ｃ線の波長をλＣ（μｍ）とし、着目する媒体において、Ｆ線の屈折率をｎＦとし、Ｃ線の屈折率をｎＣとした場合、値Ｖｋ＝ｄｎｋ／ｄλは、以下の式
2019012259.tif 000008
を利用して得ることができる。色分散指標Ａｋついては、初期値Ａ０（ｄｅｇ／μｍ）、Ｖｋ＝ｄｎｋ／ｄλ（１／μｍ）等を利用して媒体を順次辿ることで累積的に決定される。つまり、最終面の番号がＫであるとして、Ａ０＝０から始めて色分散指標Ａｋの値を順次計算したとき、最終面の色分散指標ＡＫの絶対値は、全光学系で見た最終的な色分散の指標値又は累積値を見積もるものであり、所定の基準値以下であることが望ましい。最終的色分散の角度的な大きさは、上記のようにＦ線やＣ線を利用する例では、Ｆ線及びＣ線の波長差が約１７０ｎｍ＝０．１７μｍであるとして、
０．１７×ＡＫ〔ｄｅｇ〕
で与えられる。なお、以上では、Ｆ線やＣ線を用いる例を示したが、他の波長を基準とできることは言うまでもない。
【００５１】
最終的な色分散指標ＡＫが０．３の場合、０．１７×０．３＝０．０５１（度）＝３．０６（分）の角度差となる。従って、表示像の鮮明さを確保する観点で、３．０６（分）の角度差に抑えたい場合、色分散指標値ＡＫの絶対値を０．３以下とする必要が生じる。
【００５２】
最終的な色分散指標ＡＫの絶対値に対する制限は、主光線（光源の中心から眼ＥＹ又はアイポイントＥＰの中心に至る光線）以外の任意の光線に対しても成立していないと、表示像が鮮明でなくなる。しかし、任意の光線に対して色分散指標ＡＫを簡便に計算することは困難である。色分散指標ＡＫは、光線と面の法線を含む平面内での光線角度の変化を表しているため、各屈折面に於ける光線と法線を含む平面（光線面）どうしが平行な場合は、或る面の射出側のＡＫと、次の面の入射側のＡＫが同じになり、順次計算を進めることができるが、各光線面が平行でない場合には、これが異なり厳密には変換が必要になる。
【００５３】
このため、本実施形態では、１つの平面又は対称面（具体的には光軸ＡＸを含む横断面（ＸＺ断面））に対して面対称な光学系を想定し、この平面又は対称面に投射した光線と法線とを考える。各屈折面における入射光線、射出光線及び面の法線を対称面に投射した線の角度に対しスネルの法則が近似的に成り立つ。この場合、最終的な色分散指標ＡＫは、光学系の対称平面内の角度分散を表しているため、ある面の射出側の色分散指標Ａｋと、次の面の入射側の色分散指標Ａｋとが同じになり、順次計算を進めることが容易になる。
【００５４】
具体的には、映像光ＧＬと表示光学系（つまり表示光学系２）のｋ番目の光学面又は光学機能面とが交差する点における面の法線を表示光学系の対称面に投射した線と入射光線を対称面に投射した線とが成す角をαｋとし、光学面又は光学機能面の法線を対称面に投射した線と射出光線を対称面に投射した線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側媒質の色分散指標をＡｋ−１とし、対称面への投射によって得られる射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をλ（μｍ）として、下記の式（２−４）
2019012259.tif 000009
に基づいて、Ａ０＝０（ｄｅｇ／μｍ）から始めて色分散指標Ａｋ（ｄｅｇ／μｍ）の値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、対称面への投射によって得られる最終面の色分散指標ＡＫが所定の基準値以下であることが望ましいと言える。この場合、スネルの法則は近似的に成り立つのみで、誤差を生じる可能性があるため、対称面への投射によって得られる色分散指標ＡＫの絶対値を１．０以下とすることが望ましい目標となる。
【００５５】
以下、具体的な光学系を前提とする実施例について説明する。なお、各実施例で使用する記号の意義は以下のとおりである。
ＳＴＯＰ  ：眼に対応する絞り面
ＰＬＡＮＥ：眼前又は画像面前の平面
ＩＭＡＧＥ：画像面
ＭＡ      ：ミラーアレイ
ＰＳｉ    ：平面（ｉ＝同種面の面番号）
ＦＦＳｊ  ：自由曲面（ｊ＝同種面の面番号）
ＡＳＰｋ  ：球面又は平面（ｋ＝同種面の面番号）
Ｔ        ：軸上面間隔
ＴＬＹ    ：特定面の横断面（ＸＺ断面）における光軸の傾斜角度（°）
（ＴＬＹについては、特定面の前後で変化する場合がある）
ＤＣＸ    ：特定面の横断面（ＸＺ断面）におけるＸ軸方向の光軸のズレ量
【００５６】
実施例１〜３に共通する具体的光学系の光学面のデータを以下の表１に示す。なお、例えば符号ＰＳ１，ＦＦＳ２は、平行導光体２２の平面２２ａ，２２ｂを表し、符号ＦＦＳ１，ＦＦＳ２は、入射部２１の反射面ＲＳや光入射面ＩＳを表す。符号ＡＳＰ１〜ＡＳＰ６は、投射レンズ１２のレンズ面を表す。
〔表１〕
No    Name        T          媒質
1     STOP      20.00        Air
2     PLANE      0.50        BK7
3     MA        -0.50        Air
4     PS1       -5.00        COP
5     PS2       14.00        
6     FFS1      -7.00        COP
7     FFS2       7.00        
8     FFS1       7.00        Air
9     ASP1      12.00        COP
10    ASP2       1.50        Air
11    ASP3       1.00        PC
12    ASP4       2.00        Air
13    ASP5       6.00        COP
14    ASP6       5.60        Air
15    PLANE      1.10        SLICA
16    IMAGE
【００５７】
以上の表１中のＡｉｒ、ＢＫ７、ＣＯＰ、ＰＣ、及びＳＬＩＣＡは、媒質名であり、各媒質の媒質データは以下の表２のようなものとなっている。
〔表２〕
2019012259.tif 000010
表中で、記号Ｆは、Ｆ線屈折率を意味し、記号ｄは、ｄ線屈折率（ｎｄ）を意味し、記号Ｃ線屈折率を意味する。また、記号Ｖは、屈折率分散を意味する。
【００５８】
実施例１〜３に共通する具体的光学系を構成するプリズム中の光学面について、その横断面における光軸傾斜角度（ティルト）ＴＬＹと光軸ズレ量（ディセンター）ＤＣＸとを以下の表３に示す。
〔表３〕
No    Name       TLY（面前）   DCX（面後）   TLY（面後）
2     PLANE     15.00          0.0           0.00
5     PS2        0.00         11.8          65.08
6     FFS1     -54.00          0.0         -54.00
7     FFS2      36.48          0.0         -36.48
8     FFS1      54.00          7.0          32.38
【００５９】
実施例１〜３に共通する具体的光学系を構成する光学面のうち自由曲面について、その多項式展開した係数Ａｋｍ，ｎを以下の表３に示す。なお、表４において、記号ｍ，ｎは、係数Ａｋｍ，ｎ中の変数又は次数を意味する。ここで、係数Ａｋｍ，ｎは、対象とする第ｋ面を表す多項式を構成する各項Ｘｍ・Ｙｎの係数を意味する。つまり、第ｋ面は、Ｚ＝Σ｛Ａｋｍ，ｎ・（Ｘｍ・Ｙｎ）｝で表される。
〔表４〕
m   n     FFS1         FFS2
2   0    4.025E-03    6.215E-03
0   2    6.136E-03    6.836E-03
3   0    2.529E-05    6.218E-05
1   2    1.150E-05    2.657E-05
4   0    2.362E-06    3.504E-06
2   2    1.238E-06    2.624E-06
0   4    4.822E-06    4.171E-06
5   0    0.000E+00    5.012E-08
3   2    0.000E+00   -5.990E-08
1   4    0.000E+00    4.723E-08
6   0    0.000E+00    7.769E-09
4   2    0.000E+00   -2.522E-09
2   4    0.000E+00   -6.814E-09
0   6    0.000E+00   -4.870E-09
【００６０】
実施例１〜３に共通する具体的光学系を構成する光学面のうち非球面について、その断面形状を多項式展開した係数Ｂｉ（ｉ＝２，４，６，…）を以下の表５に示す。つまり、非球面は、ｒ２＝Ｘ２＋Ｙ２として、Ｚ＝ΣＢｉ・ｒｉで表される。
〔表５〕
ASP1         ASP2         ASP3
B2   4.088E-02   -2.844E-02   -5.546E-02
B4   4.789E-05    7.964E-05    3.746E-04
B6   1.379E-07    7.442E-08   -1.359E-06
B8   6.850E-10   -7.115E-10    2.222E-09
ASP4         ASP5         ASP6
B2   4.503E-02    6.674E-02   -1.370E-02
B4  -2.053E-04   -3.603E-06    1.003E-03
B6   1.234E-06   -2.773E-06   -1.894E-05
B8   5.199E-08    2.982E-09    1.120E-07
【００６１】
図６Ａは、実施例１の導光装置２０及び投射レンズ１２の断面図である。投射レンズ１２は、３つのレンズＬ１〜Ｌ３からなる。導光装置２０は、平行導光体２２の一対の平面２２ａ，２２ｂとして、第１及び第２面Ｓ１，Ｓ２を有する。平面２２ａ又は第１面Ｓ１は、光射出面ＯＳに相当する。導光装置２０は、入射部２１において、自由曲面であり断面において比較的弱い負の屈折力を有する第３面Ｓ３と、自由曲面であり断面において比較的弱い正の屈折力を有する第４面Ｓ４と、第３面Ｓ３と共通する透過面である第５面Ｓ５とを有する。ここで、第５面Ｓ５は、光入射面ＩＳに相当する。本実施例のように、入射部２１に自由曲面を設けることで、投射レンズの負担を低減でき、結果として光学系を薄くできる。
【００６２】
図６Ｂは、導光装置２０を構成する第１〜第５面Ｓ１〜Ｓ５のローカル座標を具体的に図示したものである。
【００６３】
〔実施例１〕
以下、表６を参照して、実施例１の光路での光学的データについて説明する。なお、実施例１の光学的データは、液晶デバイス１１の中心点（ｘ＝０，ｙ＝０）から射出される光に対応するものとなっており、光線及び各面の法線は、全て光学系の対称面の中に含まれている。
〔表６〕
2019012259.tif 000011
表中で、Ａ欄は、ｋ欄に対応する色分散指標Ａｋの値を示し、α欄は、ｋ欄に対応する入射角の値αｋを示し、β欄は、ｋ欄に対応する射出角の値βｋを示す。ここで、整数ｋは、画像面側からの面番号を意味し、ｋ＝０は、液晶デバイス（画像形成装置）１１の画像面に対応する射出面１１ａに対応し、ｋ＝１、２は、液晶デバイス１１のカバーガラスの面を意味する。ｋ＝３、４は、第３レンズＬ３の光学面を示し、ｋ＝５、６は、第２レンズＬ２の光学面を示し、ｋ＝７、８は、第１レンズＬ１の光学面を示す。ｋ＝９は、導光装置２０の光入射面ＩＳを示し、ｋ＝１０は、反射ユニット２０の境界面ＩＦを示し、ｋ＝１１は、光射出面ＯＳに対応する。
【００６４】
以上の表からも明らかなように、最終的な指標値の累積値（横色収差）ＡＫの絶対値は、０．０７５〔ｄｅｇ／μｍ〕であり、０．３〔ｄｅｇ／μｍ〕以下となっている。
【００６５】
〔実施例２〕
以下、表７を参照して、実施例２の光路における光学的データについて説明する。なお、実施例２の光学的データは、液晶デバイス１１の四隅の１箇所（ｘ＝４．８，ｙ＝２．７）から射出される光に対応するものとなっており、各光線及び法線は、光学系の対称面内に含まれていない。表のα欄は、入射側光線と面の法線を対称面に投射した時の角度αｋを示し、β欄は、射出側光線と面の法線を対称面に投射した時の角度βｋを示す。
〔表７〕
2019012259.tif 000012
【００６６】
以上の表からも明らかなように、最終的な指標値の累積値（横色収差）ＡＫの絶対値は、０．２７４〔ｄｅｇ／μｍ〕である。
【００６７】
〔実施例３〕
以下、表８を参照して、実施例３の光路における光学的データについて説明する。なお、実施例３の光学的データは、液晶デバイス１１の四隅の反対箇所（ｘ＝−４．８，ｙ＝−２．７）から射出される光に対応するものとなっている。実施例２と同様に表のα欄は、入射側光線と面の法線を対称面に投射した時の角度αｋを示し、β欄は、射出側光線と面の法線を対称面に投射した時の角度βｋを示す
〔表８〕
2019012259.tif 000013
【００６８】
以上の表からも明らかなように、最終的な指標値の累積値（横色収差）ＡＫの絶対値は、０．７８４〔ｄｅｇ／μｍ〕である。
【００６９】
〔１Ｄ．第１実施形態のまとめ〕
以上で説明した第１実施形態の虚像表示装置１００によれば、所定方向である横方向に関する色分散についての指標の累積値ＡＫが所定の基準値である０．５又は０．２〔ｄｅｇ／μｍ〕以下であるので、横方向に関して光軸ＡＸに対して傾斜する屈折面を複数箇所に設ける場合であっても、光学性能を確保しつつ色分離又は横色収差を総計的に扱って色分散を全結像系として確実に低減することができる。
【００７０】
図７は、導光装置２０の射出部２３の構造等に関する変形例を説明する図である。この場合、反射ユニット３０の厚みが、入射部２１に近い入射側で厚く入射部２１から遠い反入射側で薄くなっている。導光装置２０において、入射部２１から遠い側では、映像光ＧＬ２の仰角φ２が小さくなっており、反射ユニット３０を薄くすることで、ミラー３１を経由する回数が増加することを抑制できる。ここで、反射ユニット３０の観察側の光射出面ＯＳと、平行導光体２２の外界側の平面２２ａとは平行であることが望ましい。つまり、平行導光体２２のうち反射ユニット３０に隣接する部分は原則として僅かな楔角を有することになる。この場合も、不図示の光入射面ＩＳ、図示した境界面ＩＦ及び光射出面ＯＳ等に関して、関係式（２−２）又は（２−４）を利用して最終的な色分散指標を評価することができ、横色収差の発生を抑えて高性能の虚像表示装置１００を得ることができる。
【００７１】
図８は、導光装置２０の射出部２３の構造等に関する別の変形例を説明する図である。この場合、射出部２３に設けた反射ユニット３０が傾斜した状態で組み込まれている。具体的には、反射ユニット３０は、入射部２１から遠い奥側の部分２３ｈが入射部２１に近い前側の部分２３ｍよりも外界寄りとなるように傾斜している。つまり、反射ユニット３０の入射面３０ａ及び出射面３０ｂは、平行導光体２２の平面２２ａ，２２ｂを基準として、反時計回りに９０°未満の適宜の角度ρで傾斜したものとなっている。ここで、射出部２３は、反射ユニット３０を挟んで平行導光体２２の反対側に、反射ユニット３０の出射面３０ｂに接合される断面楔状のプリズム部材２３ｆを有する。これにより、平行導光体２２の外界側の平面２２ａと、この平面２２ａに対向する光射出面ＯＳ又平面２２ｂとが平行になって、外界光ＯＬの自然な観察が可能になる。反射ユニット３０が傾斜した状態で配置されていても、角度条件を図２、４等に示す例と同様とすれば、平行導光体２２の外界側の平面２２ａで反射された映像光ＧＬを複数のミラー３１で反射させて、観察側の光射出面ＯＳを通過させることでき、図２等の場合と同様に虚像を形成することができる。この場合、不図示の光入射面ＩＳ、図示した境界面ＩＦに対応する面３０ａ，３０ｂ及び光射出面ＯＳ等に関して、関係式（２−２）又は（２−４）を利用して最終的な色分散指標を評価することで、横色収差の発生を抑えて高性能の虚像表示装置１００を得ることができる。
【００７２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る導光装置を組み込んだ虚像表示装置について説明する。なお、第２実施形態に係る導光装置は、第１実施形態に係る導光装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
【００７３】
図９に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００の場合、表示光学系２において、投射光学系１２は、コリメートレンズ１２ａの他に、光路折曲げ用のプリズム１２ｂを備える。光路折曲げ用のプリズム１２ｂは、一対の屈折面ＰＳ１，ＰＳ２を有しており、光軸ＡＸ上の典型的な映像光ＧＬ０の光路は、これらの屈折面ＰＳ１，ＰＳ２よって屈曲される。この場合、屈折面ＰＳ１，ＰＳ２、光入射面ＩＳ、境界面ＩＦ、光射出面ＯＳ等に関して、関係式（２−２）又は（２−４）を利用して最終的な色分散指標を評価することで、横色収差の発生を抑えて高性能の虚像表示装置１００を得ることができる。
【００７４】
なお、コリメートレンズ１２ａとプリズム１２ｂとを別体とする必要はなく、これらの光学部品を１２ａ，１２ｂを一体化したレンズとできる。
【００７５】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態に係る導光装置を組み込んだ虚像表示装置について説明する。なお、第３実施形態に係る導光装置は、第１又は第２実施形態に係る導光装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
【００７６】
図１０に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、導光装置３２０として、導光及び透視用の導光部材２０ａと、透視用の光透過部材２０ｂとを有する。これらのうち、導光部材２０ａは、入射部２１と平行導光体２２とを有し、光透過部材２０ｂは、平行導光体２２に固定されている。
【００７７】
導光部材２０ａの平行導光体２２は、射出側に曲面の光学面２２ｃを有する。光学面２２ｃの表面には、ハーフミラー層２５が付随して設けられている。このハーフミラー層２５は、光透過性を有する反射膜すなわち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。
【００７８】
光透過部材２０ｂは、導光部材２０ａに設けた一対の平面２２ａ，２２ｂを延長上に配置される平面１２２ａ，１２２ｂを有し、これらの平面１２２ａ，１２２ｂの間に光学面１２２ｃを有している。光学面１２２ｃは、導光部材２０ａの光学面２２ｃに対して接合され一体化されている曲面である。
【００７９】
導光装置３２０において、導光部材２０ａは、光透過部材２０ｂと接着層ＣＣを介して接合されており、接着層ＣＣは、ハーフミラー層２５のある画像取り出しエリアＡ１において、ハーフミラー層２５よりも光透過部材２０ｂ側に存在する。画像取り出しエリアＡ１は、使用者の眼に対して画像光が射出される領域となっている。
【００８０】
この場合、光入射面ＩＳ、光射出面ＯＳ等に関して関係式（２−２）又は（２−４）を利用して最終的な色分散指標を評価することで、横色収差の発生を抑えて高性能の虚像表示装置１００を得ることができる。なお、投射光学系１２は、光路折曲げ用のプリズムを含んでいてもよく、この場合、光路折曲げ用のプリズムの屈折面を含めて指標の累積値（横色収差）Ａｋを評価する。
【００８１】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係る導光装置を組み込んだ虚像表示装置について説明する。なお、第４実施形態に係る導光装置は、第１実施形態に係る導光装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
【００８２】
図１１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１００は、画像投影装置１０と、導光装置４２０とを一組として備える。画像投影装置１０は、画像形成装置４１１と、投射光学系１２とを備える。画像形成装置４１１は、液晶デバイスその他の光変調型表示素子と、ＲＧＢの３色光を発生するＬＥＤ、ＬＤその他の光源とを含む。投射光学系１２は、光軸ＡＸのまわりに対称性を有する複数のレンズ１２ａを含む。
【００８３】
投射光学系１２とともに表示光学系２を構成する導光装置４２０は、映像光を取り込む入射部２１と、導光用の平行導光体２２と、映像光を取り出すための射出部２３とを備える。入射部２１は、平行平板である導光板２４の一端側（図面左側）の部分と、導光板２４の一端側において外界側の平面２４ａに貼り付けるように固定されたシート状の入射側回折素子４４０とを有する。平行導光体２２は、導光板２４の両端を除いた部分である。射出部２３は、導光板２４の他端側（図面右側）の部分と、導光板２４の他端側において外界側の平面２４ａに貼り付けるように固定されたシート状の射出側回折素子４３０とを有する。
【００８４】
導光板２４は、ガラス、樹脂材料等の光透過性材料で形成され、その主面又は表面として、外界側の全反射面である平面２４ａと、裏側の全反射面である平面２４ｂとを有する。平面２４ａ，２４ｂは、ともに光学面に加工され、互いに平行な導光面として、導光板２４内を伝搬する映像光ＧＬの伝搬角又は反射角を維持する働きを有する。
【００８５】
入射側回折素子４４０は、投射光学系１２によってコリメートされ平面２４ｂを経て導光板２４に入射した画像光ＧＬを導光板２４内に結合して導光板２４内で伝搬させるものであり、画像光ＧＬを回折してその入射角を所望の回折角に変換する。入射側回折素子４４０は、等価的には傾斜したミラーとして機能する。
【００８６】
入射側回折素子４４０は、反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。入射側回折素子４４０がホログラムである場合、入射側回折素子４４０全体が回折面ＤＦとして機能する。色分離を低減する観点で入射側回折素子４４０を体積ホログラムとすることが好ましく、特に体積位相型ホログラムとすること好ましい。入射側回折素子４４０が表面レリーフ回折格子である場合、入射側回折素子４４０に形成された微細回折構造が回折面ＤＦとして機能する。ブレーズド格子とすることが光利用効率の観点で好ましい。ここで、体積ホログラムとは、比較的厚い記録媒体中に格子としてホログラムデータを記録したものであり、特に体積位相型ホログラムは、屈折率格子としてホログラムデータを記録して透過率を高めたものである。表面レリーフ回折格子は、薄膜表面に干渉パターンに対応する微細な凹凸レリーフを形成したものであり、特にブレーズド格子は、断面形状が鋸歯状の微細な凹凸レリーフを形成して回折効率を高めたものである。なお、入射側回折素子４４０は、単独で各色の回折を一括して行う回折素子とすることもできるが、各色用の回折素子を積層したものとすることができる。
【００８７】
射出側回折素子４３０は、入射側回折素子４４０によって導光板２４に結合されて導光板２４内を伝搬して来た画像光ＧＬを導光板２４外に取り出すものであり、画像光ＧＬを回折してその伝搬角を所望の回折角に変換する。これにより、導光板２４内から射出側回折素子４３０に入射した画像光ＧＬは、元の入射側回折素子４４０に入射する前の入射角と等しい射出角に復元される。射出側回折素子４４０は、等価的には傾斜したミラーとして機能し、導光板２４内を伝搬した画像光ＧＬを平面２４ｂ経由で眼ＥＹ側に射出させて、眼ＥＹの前方において画像形成装置４１１の射出面１１ａに形成された画像に対応する拡大された虚像を再現又は投影する働きを有する。なお、射出側回折素子４３０も、入射側回折素子４４０と同様に反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。つまり、射出側回折素子４３０は、例えば体積位相型ホログラム、ブレーズド格子等で構成することができ、記録層又は微細回折構造からなる回折面ＤＦを有する。
【００８８】
この場合、画像形成装置４１１の画像面に対応する射出面１１ａの中心から発し、表示光学系２を経由して、観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、映像光ＧＬと表示光学系２のｋ番目の光学機能面（光学面又は回折面）とについて、映像光ＧＬと該光学機能面が交差する点に於ける光学機能面の法線と入射光線線とが成す角をαｋとし、光学機能面の法線と射出光線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をλ（μｍ）とし、回折次数を整数のｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（３−１）
2019012259.tif 000014
に基づいて、Ａ０＝０（ｄｅｇ／μｍ）から始めて色分散指標Ａｋ（ｄｅｇ／μｍ）の値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、対称面への投射によって得られる最終面の色分散指標ＡＫが所定の基準値以下であることが望ましい。具体的には、対称面への投射によって得られる色分散指標ＡＫの絶対値を０．３未満とすることが望ましい。以上の式（３−１）に関する説明で、光学機能面には、屈折面だけでなく回折面又は回折層も含まれるものとする。
【００８９】
以上で説明した式（３−１）は、回折面を含まない場合の既述の式（２−１）
ｎｋ−１×ｓｉｎαｋ＝ｎｋ×ｓｉｎβｋ    …    （２−１）
を
ｎｋ−１×ｓｉｎαｋ＝ｎｋ×ｓｉｎβｋ＋ｍｋ（λ／ｐｋ）    …    （２−１）'
と書き換え、微分等の変換処理を同様に行うことによって得られる。なお、回折次数ｍｋは、通常の屈折面で０となり、回折面で０以外の整数となる。回折次数ｍｋ＝０とした場合、上記の式（３−１）は、回折面を含まない場合の既述の式（２−１）と一致したものとなる。回折格子のピッチｐｋは、回折格子の場合、光学機能面に沿った方向に形成された繰返しパターンの回折方向に関する繰返し間隔を意味する。
【００９０】
上記の式（３−１）は、関係式（２−２）を一般化したものであり、光路上に屈折面だけでなく回折面が存在する場合を考慮したものとなっている。図１１に示す表示光学系２の場合、入射側回折素子４４０と、射出側回折素子４３０とに関して関係式（３−１）を利用して指標の累積値ＡＫを評価することで、色分散の発生を抑えて高性能の虚像表示装置１００を得ることができる。例えば、回折素子４４０，４３０は、回折面ＤＦとして式（３−１）中の項ｍ／ｐとして色分散指標ＡＫに作用し、光入射面ＩＳや境界面ＩＦは、屈折面として式（３−１）中の項Ｖｋ−１ｓｉｎαｋ−Ｖｋｓｉｎβｋとして色分散指標ＡＫに作用する。結果的に、入射側回折素子４４０のピッチと、射出側回折素子４３０のピッチとを一致させれば、両回折素子４４０，４３０で発生する色分散が相殺する。
【００９１】
別の観点として、表示光学系２の対称面（具体的には光軸ＡＸを含む横断面（ＸＺ断面））に光路を投影して考える場合、液晶デバイス（画像形成装置）１１の任意の点から発し、表示光学系２を経由して、観察者の眼の中心に至る映像光線に関して、映像光ＧＬと表示光学系２のｋ番目の光学機能面とについて、映像光ＧＬと該光学機能面が交差する点に於ける光学機能面の法線を表示光学系２の対称面に投射した線と入射光線を対称面に投射した線とが成す角をαｋとし、光学機能面の法線を対称面に投射した線と射出光線を対称面に投射した線とが成す角をβｋとし、入射側の媒質の屈折率をｎｋ−１とし、射出側の媒質の屈折率をｎｋとし、入射側媒質の屈折率分散をＶｋ−１とし、射出側媒質の屈折率分散をＶｋとし、入射側の色分散指標をＡｋ−１とし、対称面への投射によって得られる射出側の色分散指標をＡｋとし、対象波長をλ（μｍ）とし、回折次数をｍｋとし、回折格子のピッチをｐｋとして、下記の式（３−２）
2019012259.tif 000015
に基づいて、Ａ０＝０（ｄｅｇ／μｍ）から始めて色分散指標Ａｋ（ｄｅｇ／μｍ）の値を順次計算したとき、最終面の番号がＫであるとして、対称面への投射によって得られる最終面の色分散指標ＡＫが所定の基準値以下であることが望ましい。具体的には、対称面への投射によって得られる色分散指標ＡＫの絶対値を１．０以下とすることが望ましい。以上の式（３−２）に関する説明で、光学機能面には、便宜上屈折面だけでなく回折面も含まれるものとする。
【００９２】
式（３−２）は、上記の式（３−１）と同様に、回折面を含まない場合の既述の関係式（２−４）を一般化したものであり、光路上に屈折面だけでなく回折面が存在する場合を考慮したものとなっている。
【００９３】
なお、回折素子４３０，４４０として例えば体積ホログラム素子を用いる場合、光線が通過する箇所ごとにピッチｐｋが異なるとして扱う必要がある。
【００９４】
以上では、外界側の平面２４ａ上に回折素子４３０，４４０を設けたが、裏側の平面２４ｂ上に回折素子４３０，４４０を設けてもよい。この場合、回折素子４３０，４４０は透過型となる。
【００９５】
図１２は、図１１に示す虚像表示装置１００の変形例を説明する図である。この変形例では、導光板２４を傾けて配置し、顔の形状に沿わせている。この場合も、上記の式（３−１）又は（３−２）に基づいて、最終面色分散指標ＡＫが所定の基準値以下であることが望ましく、具体的には色分散指標ＡＫの絶対値を導出方法ごとに０．３未満又は１．０以下とすることが望ましい。結果的に、入射側回折素子４４０のピッチと、射出側回折素子４３０のピッチとを一致させれば、両回折素子４４０，４３０で発生する色分散が相殺する。
【００９６】
図１３は、図１１に示す虚像表示装置１００の別の変形例を説明する図である。この変形例でも、導光板２４を傾けて顔の形状に沿わせているが、投射光学系１２中にプリズム１２ｂを挿入し、光路を曲げることで、投射光学系１２が顔側面に近づくことを防止している。この場合も、上記の式（３−１）又は（３−２）に基づいて、最終面の色分散指標ＡＫが所定の基準値以下であることが望ましく、具体的には色分散指標ＡＫの絶対値を導出方法ごとに０．３未満又は１．０以下とすることが望ましい。結果的には、プリズム１２ｂ、入射側回折素子４４０、射出側回折素子４３０等に関して、色分散指標ＡＫを評価することになる。この場合、プリズム１２ｂの追加によって新たに色分散が生じるために、回折格子４３０，４４０のピッチを調節して、新たに生じた色分散を補償することになる。この時、回折格子４３０，４４０のピッチは、色分散指標ＡＫの値を追跡計算して十分に小さくなる様に設定してやればよい。
【００９７】
〔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。
【００９８】
例えば、上記第１実施形態の虚像表示装置１００に設けた導光装置２０は、平行導光体２２において、平面２２ａで映像光ＧＬを一回のみ全反射させて反射ユニット３０に導く構成としたが、対向する平面２２ａ，２２ｂで映像光ＧＬを複数回全反射させて反射ユニット３０に導く構成とすることもできる。
【００９９】
反射ユニット３０に設けた多数のミラー３１の反射率は、原則として一致させるが、これらミラー３１の反射率を入射部２１に近い入射側から反入射側にかけて徐々に変化させることもできる。
【０１００】
以上の説明では、映像素子として、透過型の液晶デバイス１１を用いているが、映像素子としては、透過型の液晶デバイスに限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶パネルを用いた構成も可能であり、液晶デバイス１１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、有機ＥＬなどに代表される自発光型素子用いた構成も可能である。さらに、レーザー光源とポリゴンミラーその他のスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いた構成も可能である。
【０１０１】
以上の説明では、虚像表示装置１００として、右眼及び左眼の双方に対応して一組ずつ画像投影装置１０及び導光装置２０設ける構成としているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ画像投影装置１０と導光装置２０とを設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【０１０２】
以上の説明では、実施形態の虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、実施形態の虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイ、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。
【０１０３】
以上の説明では、平行導光体２２等の平面２２ａ，２２ｂ又は曲面２１ｂ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、本願発明における全反射については、平面２２ａ，２２ｂ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ることによって達成される反射も含むものとする。例えば、映像光ＧＬの入射角度が全反射条件を満たした上で、平面２２ａ，２２ｂの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。
【０１０４】
導光装置２０を構成する入射部２１と平行導光体２２とを一体品で構成する必要はなく、入射部２１と平行導光体２２とを別部品で構成し、両者を接着剤で接合することもできる。
【０１０５】
以上の説明では、平行導光体２２をＸ方向又はｘ方向に横長とし、光入射面ＩＳを眼の横方向外側に位置するように形成しているが、映像光ＧＬを導光装置２０内に適切に導くことができれば、光入射面ＩＳの位置はこれに限らず、例えば導光装置２０の上下にある上端面ＴＰや下端面ＢＰの一部等に設けることも可能である。この場合、反射ユニット３０は、眼前の光軸ＡＸのまわりに９０°回転させる。この場合、横方向の色分散の指標値に代えて縦方向の色分散の指標値又は累積値（横色収差）を見積もることになる。
【０１０６】
また、特開２０１０−１６４９８８号公報又は特開２０１３−２１０６３３号公報に記載のような部分反射面のアレイからなる光導体光学素子又は基板を導光装置２０として用いた虚像表示装置とすることもできる。
【０１０７】
以上では触れていないが、平行導光体２２において外形を画定する外周部のうち上端面ＴＰや下端面ＢＰ等を黒色塗料塗布面やサンドブラスト加工面とすることができる。さらに、上端面ＴＰや下端面ＢＰ以外の箇所に黒色塗装塗布やサンドブラスト加工を施してもよい。上端面ＴＰや下端面ＢＰ等の一部にのみ黒色塗装やサンドブラスト加工を施すものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…画像投影装置、１１…液晶デバイス、１１ａ…射出面、１２…投射光学系、１２ａ…コリメートレンズ、１２ｂ…プリズム、２０…導光装置、２１…入射部、２２…平行導光体、２２ａ，２２ｂ…平面、２３…射出部、２３ｆ…プリズム部材、３０…反射ユニット、３０ａ…入射面、３０ｂ…出射面、３１…ミラー、３２…ブロック部材、１００…虚像表示装置、１３０…ホログラム素子、ＡＸ…光軸、ＥＰ…アイポイント、ＥＹ…眼、ＧＬ…映像光、ＧＬ０，ＧＬ１，ＧＬ２…映像光、ＩＦ…境界面、ＩＳ…光入射面、ＩＳ，ＩＦ，ＯＳ…屈折面、ＯＬ…外界光、ＯＳ…光射出面、ＲＳ…反射面
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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