(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供する。【解決手段】  光学ユニット１００から投射される映像情報をハーフミラー２００によって反射させて、映像情報を観察者の視点からハーフミラー２００による虚像として視認可能にした虚像表示装置において、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなる投射光学系１０、２０が、観察者の左右眼３０１、３０２に対応して２組設けられ、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置にレンズ群３０が配設されており、このレンズ群は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点とが共役の関係になるような集光用フレネルレンズ３１と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散するマイクロレンズアレイ３２とからなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなり、
前記集光用光学素子（３１）と前記結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項３】
前記結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設されるとともに、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項５】
前記拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、
前記映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項７】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、
前記映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、
前記映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなり、
前記集光用光学素子（３１）と前記結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項８】
前記結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、
前記映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設されるとともに、前記観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）と、
前記映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１０】
前記拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項９に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３１）とを備え、
前記結像位置光学系（３１）は、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるものであり、
前記投射レンズ（１３）の射出瞳が、前記結像位置光学系（３１）による前記観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１２】
前記結像位置光学系（３１）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された集光用光学素子（３１）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記集光用光学素子（３１）と前記結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあり、
前記投射レンズ（１３）の射出瞳が、前記集光用光学素子（３１）による前記観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１４】
前記集光用光学素子（３１）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の虚像表示装置。
【請求項１５】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置とは異なる位置に配設されるとともに、前記２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあり、
前記投射レンズ（１３）の射出瞳が、前記結像拡大光学系（３４）による前記観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１６】
前記２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の虚像表示装置。
【請求項１７】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１８】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、
前記投射光学系（１０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）とからなり、
前記集光用光学素子（３１）と前記結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項１９】
前記結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の虚像表示装置。
【請求項２０】
光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、前記映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から前記反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、
前記光学ユニット（１００）は、
映像表示用の表示素子（１１）、前記表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および前記表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、
前記投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設されるとともに、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）と、
前記投射光学系（１０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備え、
前記結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、前記投射レンズ（１３）の射出瞳と前記観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２１】
前記拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の虚像表示装置。
【請求項２２】
前記拡散光学素子は、マイクロレンズアレイ（３２）であることを特徴とする請求項１ないし１０および１７ないし２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項２３】
前記マイクロレンズアレイ（３２）は、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さいものであることを特徴とする請求項２２に記載の虚像表示装置。
【請求項２４】
前記拡散光学素子は、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズと垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズとの積層体であることを特徴とする請求項１ないし１０および１７ないし２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項２５】
前記拡散光学素子は、表面が水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなり、裏面が垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなる１枚のレンズ体であることを特徴とする請求項１ないし１０および１７ないし２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項２６】
前記拡散光学素子において、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズよりも垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズの方が曲率半径が小さいことを特徴とする請求項２４または２５に記載の虚像表示装置。
【請求項２７】
前記光路を折り曲げるレンズは、プリズムシート（３３）であることを特徴とする請求項３、５、８、１０、１２、１４、１６、１９および２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項２８】
前記光路を折り曲げるレンズは、軸外しのフレネルレンズであることを特徴とする請求項３、５、８、１０、１２、１４、１６、１９および２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項２９】
前記光路を折り曲げるレンズ（３３）において、前記投射光学系（１０、２０）からの光線の入射角よりも出射角のほうが小さいことを特徴とする請求項２７または２８に記載の虚像表示装置。
【請求項３０】
前記半透明な反射手段（２００）が、車両のフロントガラスであることを特徴とする請求項１ないし２９のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項３１】
前記光源（１２）から前記半透明な反射手段（２００）までの光路の途中で、ミラー（４２）により光路が折り曲げられていることを特徴とする請求項１ないし３０のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項３２】
前記観察者の視点（３０１、３０２）を検知する手段（４０）と、検知された前記視点（３０１、３０２）の位置に光線を導く手段（４２、４４）とを備えることを特徴とする請求項１ないし３１のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項３３】
前記光線を導く手段（４２、４４）として、ミラー（４２）を回転させることを特徴とする請求項３２に記載の虚像表示装置。
【請求項３４】
前記光線を導く手段として、前記投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された光学系もしくは光学素子、または、前記投射光学系（１０、２０）による映像の結像を拡大する光学系をスライドさせることを特徴とする請求項３２に記載の虚像表示装置。
【請求項３５】
前記光線を導く手段として、前記投射光学系（１０、２０）をスライドさせることを特徴とする請求項３２に記載の虚像表示装置。
【請求項３６】
前記投射光学系（１０、２０）により結像した表示像の形状歪みを補正するように、あらかじめ前記表示素子（１１）の表示像に歪みを持たせることを特徴とする請求項１ないし３５のいずれか１つに記載の虚像表示装置。
【請求項３７】
前記投射光学系（１０、２０）により結像した表示像の前記半透明な反射手段（２００）による虚像の形状歪みを補正するように、あらかじめ前記表示素子（１１）の表示像に歪みを持たせることを特徴とする請求項１ないし３５のいずれか１つ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、光学ユニットから投射される映像情報を半透明な反射手段によって反射させて、映像情報を視点から反射手段による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の虚像表示装置は、一般に、光学ユニットから投射される映像情報を半透明な反射手段によって反射させて、映像情報を視点から反射手段による虚像として前景に重畳させて視認可能にしたものである。
【０００３】
このような虚像表示装置は、前方に設置したモニターの映像や前方の風景に重ね合わせるように、別の表示像を虚像として表示するシステムなどに採用され、ゲームなどのエンターテイメントや車両用の情報提供装置として有用である。
【０００４】
さらに、この装置の効果を増すには、虚像として表示する表示像の表示距離を可変にして奥行き感を増加させることが望ましい。たとえば、前方の風景にその風景と関連する情報を虚像として重畳させて（重ねて）表示するような場合、観察者から対象物までの距離に応じて虚像の表示距離を設定すれば、違和感なく視認でき臨場感も増す。
【０００５】
具体的には、たとえば、風景中の対象物に合わせて、観察者から当該対象物までの距離が遠ければ、虚像の表示距離が遠くなるように虚像を表示することにより、臨場感を増すことができる。
【０００６】
また、虚像として別の表示像を表示するメリットは、表示の奥行き感を出す通常の立体ディスプレイ（たとえば、立体テレビなど）と比較しても明確である。
【０００７】
通常の立体ディスプレイは画面の外側に枠があり、この枠に観察者の眼の焦点が合いやすいため、表示する立体画像の奥行き感（表示距離）を大きく変えると、観察者に違和感を与えることになる。
【０００８】
そのため、通常の立体ディスプレイでは、奥行き感に乏しい映像しか表示できず、立体画像を表示する効果が低下してしまう。これに対して、虚像として別の表示像を表示すれば、虚像を表示するディスプレイの枠はほとんど観察者に視認されないため、表示距離をダイナミックに変化させることができる。
【０００９】
具体的に、従来より、このような虚像表示装置としては、凹面鏡やレンズで表示素子の表示像を拡大させて虚像として表示し、これらの光学素子を稼動させて距離を可変にする方式が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、虚像表示装置として投射光学系とフィールドレンズを用いたものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。このものは、２組の投射光学系を用い、各投射光学系の投射レンズの射出瞳が左右の眼に結像する構成、すなわち、２つの投射レンズから投射される光線が左右の眼に集光する構成となっている。
【特許文献１】特開平５−１４７４５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３５６２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、光学素子を稼動させて距離を可変にする方式では、表示像を大画面化したり結像距離を遠方にすればするほど光学系が巨大化し、光学素子を可動にすることにより、システムに大きな負担がかかる。
【００１２】
さらに、上記特許文献１では、この虚像表示装置を車両用表示装置として用いている。自動車のフロントガラスを半透明な反射手段として用いた場合は、フロントガラス面内でその曲率に大きな変動があるために、表示像が大きく歪んだり像面湾曲が大きくなるなどの弊害が発生し、実現性に乏しい。
【００１３】
また、投射光学系とフィールドレンズを用い投射レンズから投射される光線が左右の眼に集光する構成としたものでは、２組の投射光学系を用いている。
【００１４】
しかし、２組の投射光学系の光軸はフィールドレンズの光軸からずれているため、収差が発生する。その結果、画面の全方向からの光線が一点に集光しないため、観察者の視点位置からは全画面が視認できず、一部が欠落して見えることになる。さらに、表示像を大画面化するとフィールドレンズも大きくなるため、収差はますます大きくなり視認性は低下する。
【００１５】
また、収差のない状態が実現できたとしても、集光位置がピンポイントで余裕がないため、観察者の視点が少しでも移動すると、画像の欠落が生じる。そのため、実際に観察者が良好に視認できるように、視点を検知し、投射光学系を制御する等によって光線方向を調整して視点追従制御を行おうとしても難しい。
【００１６】
この不具合を回避するには、投射レンズの射出瞳を大きくすることにより、集光点における光束の径を大きくすることが必要であるが、投射レンズの射出瞳を大きくした場合、投射レンズからフィールドレンズまでの距離すなわち投射距離が長くなるため、光学系が巨大化する。
【００１７】
このように従来では、光学素子を可動とすることによる光学系の巨大化という問題、光学系における収差による視認性低下（画像欠落）の問題、投射レンズの射出瞳を大きくすることによる光学系の巨大化の問題などの諸問題が存在しており、良好な画質を簡単且つ小型化した構成で実現することは困難であった。
【００１８】
本発明は上記した諸問題を鑑みてなされたもので、簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００２０】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、前記観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備えること。
【００２１】
・結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００２２】
それによれば、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができる。つまり、本発明によれば、光学素子を可動としなくてもよいため、それによる光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００２３】
また、結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００２４】
また、結像位置光学系（３０）は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００２５】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００２６】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００２８】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【００２９】
結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなること。
【００３０】
・集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００３１】
本発明においても、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００３２】
また、結像位置光学系（３０）の集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００３３】
また、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００３４】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００３５】
さらに、本発明では、２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）を備えているため、左右眼用の虚像の結像距離をより遠いものにすることができ、より視認性を向上させることができる。
【００３６】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００３７】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の虚像表示装置において、結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【００３８】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【００３９】
請求項４に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００４０】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設されるとともに、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）と、２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【００４１】
・結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００４２】
本発明においても、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００４３】
また、結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００４４】
また、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設されるとともに観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を有するため、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００４５】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００４６】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００４７】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の虚像表示装置において、拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【００４８】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【００４９】
なお、上記請求項１〜請求項５に記載の発明は、基本的には２つの投射光学系で視差表示するという考えに基づいて創出されたものである。
【００５０】
それに対して、次の請求項６〜請求項１０に記載の発明は、基本的に１つの投射光学系の映像を２つに分割して視差表示するという考えに基づいて創出されたものである。
【００５１】
請求項６に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００５２】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備えること。
【００５３】
・結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００５４】
それによれば、投射光学系（１０）が１つであっても、映像分割光学系（５０）によって投射光学系（１０）からの映像を２つに分割することができ、２組の投射光学系を有する場合と同様に、観察者の左右眼に映像を映すことが可能となる。
【００５５】
そして、本発明の場合、映像分割光学系（５０）によって２つに分割される投射光学系（１０）からの映像の位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができる。つまり、本発明においても、光学素子を可動としなくてもよいため、それによる光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００５６】
また、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００５７】
また、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００５８】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００５９】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００６０】
請求項７に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００６１】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【００６２】
・結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）とからなること。
【００６３】
・集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００６４】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系を特徴とする上記請求項２の発明に対して、上記請求項６の発明に適用した１つの投射光学系の映像を２つに分割して視差表示するという考えを適用したものである。
【００６５】
本発明においても、上記請求項６の虚像表示装置と同様に、投射光学系（１０）が１つであっても、映像分割光学系（５０）によって投射光学系（１０）からの映像を２つに分割することができ、２組の投射光学系を有する場合と同様に、観察者の左右眼に映像を映すことが可能となる。
【００６６】
そして、本発明の場合も、映像分割光学系（５０）によって２つに分割される投射光学系（１０）からの映像の位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００６７】
また、上記請求項２の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）の集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００６８】
また、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００６９】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００７０】
さらに、本発明では、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）を備えているため、左右眼用の虚像の結像距離をより遠いものにすることができ、より視認性を向上させることができる。
【００７１】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００７２】
請求項８に記載の発明では、請求項６または請求項７に記載の虚像表示装置において、結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【００７３】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【００７４】
請求項９に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００７５】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）からの映像を２つに分割する映像分割手段（５０）と、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設されるとともに、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）と、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【００７６】
結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００７７】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系の主点位置に対して上記共役の関係を採用した上記請求項４の発明に対して、上記請求項６の発明に適用した１つの投射光学系の映像を２つに分割して視差表示するという考えを適用したものである。
【００７８】
本発明においても、上記請求項６の虚像表示装置と同様に、投射光学系（１０）が１つであっても、映像分割光学系（５０）によって投射光学系（１０）からの映像を２つに分割することができ、２組の投射光学系を有する場合と同様に、観察者の左右眼に映像を映すことが可能となる。
【００７９】
そして、本発明の場合も、映像分割光学系（５０）によって２つに分割される投射光学系（１０）からの映像の位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００８０】
また、上記請求項４の虚像表示装置と同様に、結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００８１】
また、映像分割手段（５０）により分割された２つの映像の結像位置に配設されるとともに観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子（３２）を有するため、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００８２】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００８３】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００８４】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の虚像表示装置において、拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【００８５】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【００８６】
また、次の請求項１１〜請求項１６に記載の発明は、基本的には、射出瞳の大きい投射レンズを用いて拡散光学素子をなくすという考えに基づいて創出されたものである。
【００８７】
請求項１１に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【００８８】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３１）とを備えること。
【００８９】
・結像位置光学系（３１）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるものであること。
【００９０】
・投射レンズ（１３）の射出瞳が、結像位置光学系（３１）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいこと。本発明は、これらの点を特徴としている。
【００９１】
本発明においても、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【００９２】
また、結像位置光学系（３１）に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【００９３】
また、本発明によれば、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳が、結像位置光学系（３１）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいため、結像位置光学系が上述したような拡散光学素子を持たないものであっても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【００９４】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【００９５】
また、本発明では、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）を備えているため、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳を大きいものとしても、左右眼用の２つの投射レンズ（１３）を互いに干渉させることなく、適切に配置させることができる。それにより、光学系の巨大化を抑制できる。
【００９６】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【００９７】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の虚像表示装置において、結像位置光学系（３１）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【００９８】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【００９９】
請求項１３に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【０１００】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された集光用光学素子（３１）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【０１０１】
・集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。
【０１０２】
投射レンズ（１３）の射出瞳が、集光用光学素子（３１）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいこと。本発明は、これらの点を特徴としている。。
【０１０３】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系を特徴とする上記請求項２の発明に対して、上記請求項１１の発明に適用した射出瞳の大きい投射レンズを用いて拡散光学素子をなくすという考えを適用したものである。
【０１０４】
本発明においても、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０１０５】
また、上記請求項２の虚像表示装置と同様に、集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０１０６】
さらに、本発明では、上記請求項２の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）を備えているため、左右眼用の虚像の結像距離をより遠いものにすることができ、より視認性を向上させることができる。
【０１０７】
また、上記請求項１１の虚像表示装置と同様に、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳が、結像位置に位置する集光用光学素子（３１）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいため、集光用光学素子が上述したような拡散光学素子でなくても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０１０８】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０１０９】
また、本発明においても、上記請求項１１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）を備えているため、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳を大きいものとしても、左右眼用の２つの投射レンズ（１３）を干渉させることなく、適切に配置させることができる。それにより、光学系の巨大化を抑制できる。
【０１１０】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【０１１１】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の虚像表示装置において、集光用光学素子（３１）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【０１１２】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０１１３】
請求項１５に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【０１１４】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系（１０、２０）と、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）と、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置とは異なる位置に配設されるとともに、２組の投射光学系（１０、２０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【０１１５】
・結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。
【０１１６】
投射レンズ（１３）の射出瞳が、結像拡大光学系（３４）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいこと。本発明は、これらの点を特徴としている。
【０１１７】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系の主点位置に対して上記共役の関係を採用した上記請求項４の発明に対して、上記請求項１１の発明に適用した射出瞳の大きい投射レンズを用いて拡散光学素子をなくすという考えを適用したものである。
【０１１８】
本発明においても、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）における映像表示用の表示素子（１１）の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０１１９】
また、結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０１２０】
また、本発明によれば、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳が、結像拡大光学系（３４）による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいため、結像拡大光学系が上述したような拡散光学素子を持たないものであっても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０１２１】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０１２２】
また、本発明においても、上記請求項１１の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系（１０、２０）を合成する合成用光学系（７０）を備えているため、投射光学系（１０、２０）の投射レンズ（１３）の射出瞳を大きいものとしても、左右眼用の２つの投射レンズ（１３）を干渉させることなく、適切に配置させることができる。それにより、光学系の巨大化を抑制できる。
【０１２３】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【０１２４】
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の虚像表示装置において、２組の投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【０１２５】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０１２６】
また、次の請求項１７〜請求項２０に記載の発明は、視差を用いない固定焦点の光学系について創出されたものである。
【０１２７】
請求項１７に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【０１２８】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）とを備えること。
【０１２９】
・結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）と、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）とからなるものであること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【０１３０】
それによれば、上記請求項１の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような光学素子（３１）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０１３１】
また、本発明では、結像位置光学系（３０）は、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０１３２】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０１３３】
このように、本発明によれば、簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【０１３４】
請求項１８に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【０１３５】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設された結像位置光学系（３０）と、投射光学系（１０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【０１３６】
・結像位置光学系（３０）は、集光用光学素子（３１）と、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）とからなること。
【０１３７】
・集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【０１３８】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系を特徴とする上記請求項２の発明に対して、視差を用いない固定焦点の光学系を適用したものである。
【０１３９】
本発明においても、上記請求項２の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）の集光用光学素子（３１）と結像拡大光学系（３４）を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０１４０】
また、上記請求項１７の虚像表示装置と同様に、結像位置光学系（３０）は、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）を備えているので、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０１４１】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０１４２】
さらに、本発明では、投射光学系（１０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）を備えているため、虚像の結像距離をより遠いものにすることができ、より視認性を向上させることができる。
【０１４３】
このように、本発明によれば、簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【０１４４】
請求項１９に記載の発明では、請求項１７または請求項１８に記載の虚像表示装置において、結像位置光学系（３０）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【０１４５】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０１４６】
請求項２０に記載の発明では、光学ユニット（１００）から投射される映像情報を半透明な反射手段（２００）によって反射させて、映像情報を観察者の視点（３０１、３０２）から反射手段（２００）による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置において、光学ユニット（１００）は、以下の特徴点を有するものである。
【０１４７】
・映像表示用の表示素子（１１）、表示素子（１１）を照明する光源（１２）、および表示素子（１１）に表示された映像を投影する投射レンズ（１３）よりなる１組の投射光学系（１０）と、投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設されるとともに、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）と、投射光学系（１０）による結像を拡大する結像拡大光学系（３４）とを備えること。
【０１４８】
・結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあること。本発明は、これらの点を特徴としている。
【０１４９】
本発明は、基本的には、結像拡大光学系の主点位置に対して上記共役の関係を採用している上記請求項４の発明に対して、視差を用いない固定焦点の光学系を適用したものである。
【０１５０】
本発明においても、上記請求項４の虚像表示装置と同様に、結像拡大光学系（３４）の主点位置に対して、投射レンズ（１３）の射出瞳と観察者の視点（３０１、３０２）とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ（１３）の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０１５１】
また、投射光学系（１０）による映像の結像位置に配設されるとともに、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子（３２）を有するため、投射レンズ（１３）の射出瞳を大きくしなくても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０１５２】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０１５３】
このように、本発明によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置を提供することができる。
【０１５４】
請求項２１に記載の発明では、請求項２０に記載の虚像表示装置において、拡散光学素子（３２）は、光路を折り曲げるレンズ（３３）を備えていることを特徴としている。
【０１５５】
それによれば、光路を折り曲げるレンズ（３３）によって光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０１５６】
また、請求項２２に記載の発明のように、請求項１〜請求項１０および請求項１７〜請求項２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置において、拡散光学素子としては、マイクロレンズアレイ（３２）を採用することができる。
【０１５７】
ここで、請求項２３に記載の発明では、請求項２２に記載の虚像表示装置において、マイクロレンズアレイ（３２）は、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さいものであることを特徴としている。
【０１５８】
上述したように、拡散光学素子による光線の拡散については、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度にする必要がある。つまり、拡散光学素子の水平方向の曲率半径は、ある程度の大きさの制約がある。
【０１５９】
それに対して、人間の目は水平に左右に配置されているので、垂直方向（天地方向）の拡散については大きさに制約はない。そのため、拡散光学素子における垂直方向の曲率半径は、大幅に小さくしてもよい。それによって、垂直方向における視点追従については、ほとんど問題が無くなる。
【０１６０】
このようなことから、本発明のように、拡散光学素子であるマイクロレンズアレイ（３２）において、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さいものとすることは、好ましい。
【０１６１】
また、請求項２４に記載の発明のように、請求項１〜請求項１０および請求項１７〜請求項２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置において、拡散光学素子としては、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズと垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズとの積層体を採用することができる。
【０１６２】
また、請求項２５に記載の発明のように、請求項１〜請求項１０および請求項１７〜請求項２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置において、拡散光学素子としては、表面が水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなり、裏面が垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなる１枚のレンズ体を採用することもできる。
【０１６３】
ここで、請求項２６に記載の発明では、請求項２４または請求項２５に記載の虚像表示装置において、拡散光学素子において、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズよりも垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズの方が曲率半径が小さいことを特徴としている。
【０１６４】
このようにすれば、上記請求項２３に記載の発明と同様に、垂直方向の視点追従についてほとんど問題が無くなるので、好ましい。
【０１６５】
また、請求項２７に記載の発明のように、請求項３、５、８、１０、１２、１４、１６、１９および２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置において、光路を折り曲げるレンズとしては、プリズムシート（３３）を採用することができる。
【０１６６】
また、請求項２８に記載の発明のように、請求項３、５、８、１０、１２、１４、１６、１９および２１のいずれか１つに記載の虚像表示装置において、光路を折り曲げるレンズとしては、軸外しのフレネルレンズも採用することができる。
【０１６７】
ここで、請求項２９に記載の発明では、請求項２７または請求項２８に記載の虚像表示装置において、光路を折り曲げるレンズ（３３）において、投射光学系（１０、２０）からの光線の入射角よりも出射角のほうが小さいことを特徴としている。
【０１６８】
本発明のような入射角と出射角との関係にすることによって、光路を折り曲げるレンズの効果を適切に実現できる。
【０１６９】
また、請求項３０に記載の発明のように、請求項１〜請求項２９に記載の虚像表示装置においては、半透明な反射手段（２００）としては車両のフロントガラスを採用することができる。
【０１７０】
請求項３１に記載の発明では、請求項１〜請求項３０に記載の虚像表示装置において、光源（１２）から半透明な反射手段（２００）までの光路の途中で、ミラー（４２）により光路が折り曲げられていることを特徴としている。それによれば、光学系の小型化の面から好ましい。
【０１７１】
また、請求項３２に記載の発明のように、請求項１〜請求項３１に記載の虚像表示装置においては、観察者の視点（３０１、３０２）を検知する手段（４０）と、検知された視点の位置に光線を導く手段（４２、４４）とを備えたものとしてもよい。
【０１７２】
ここで、請求項３３に記載の発明のように、請求項３２に記載の虚像表示装置における光線を導く手段（４２、４４）としては、ミラー（４２）を回転させるものにすることができる。
【０１７３】
また、請求項３４に記載の発明のように、請求項３２に記載の虚像表示装置における光線を導く手段としては、投射光学系（１０、２０）による映像の結像位置に配設された光学系もしくは光学素子、または、投射光学系（１０、２０）による映像の結像を拡大する光学系をスライドさせるようにしてもよい。
【０１７４】
さらに、請求項３５に記載の発明のように、請求項３２に記載の虚像表示装置における光線を導く手段としては、投射光学系（１０、２０）をスライドさせるようにしてもよい。
【０１７５】
請求項３６に記載の発明では、請求項１〜請求項３５に記載の虚像表示装置において、投射光学系（１０、２０）により結像した表示像の形状歪みを補正するように、あらかじめ表示素子（１１）の表示像に歪みを持たせることを特徴としている。それによれば、より良好な画質を得ることができるため、好ましい。
【０１７６】
また、請求項３７に記載の発明では、請求項１〜請求項３５に記載の虚像表示装置において、投射光学系（１０、２０）により結像した表示像の半透明な反射手段（２００）による虚像の形状歪みを補正するように、あらかじめ表示素子（１１）の表示像に歪みを持たせることを特徴としている。
【０１７７】
上述したように、自動車のフロントガラスを半透明な反射手段として用いた場合は、フロントガラス面内でその曲率に大きな変動があるために、表示像が大きく歪んだり像面湾曲が大きくなるなどの弊害が発生するが、本発明によれば、そのような弊害を抑制し、より良好な画質を得ることができるため、好ましい。
【０１７８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１７９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【０１８０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置Ｓ１の模式的な構成を示す図である。本虚像表示装置Ｓ１は、光学ユニット１００から投射される映像情報を半透明な反射手段２００によって反射させて、映像情報を観察者の視点３０１、３０２から反射手段２００による虚像として前景に重畳させて視認可能にしたものである。
【０１８１】
なお、図２は、図１および以下の各図中において表される観察者の視点すなわち観察者の眼（瞳）３０１、３０２を示したものであり、図２中の黒い部分すなわち黒目の幅が瞳径として表されている。
【０１８２】
この虚像表示装置Ｓ１における光学ユニット１００は、観察者の左眼３０１および右眼３０２に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０すなわち左眼用投射光学系１０と右眼用投射光学系２０とを備える。
【０１８３】
これら各投射光学系１０、２０は、それぞれ映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなる。
【０１８４】
また、光学ユニット１００は、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置、すなわち、２組の投射光学系１０、２０の投射レンズ１３により表示素子１１上の映像が結像する位置に配設された結像位置光学系３０を備える。
【０１８５】
この結像位置光学系３０は、集光用フレネルレンズ３１とマイクロレンズアレイ３２とからなるレンズ群である。
【０１８６】
ここで、集光用フレネルレンズ３１は、投射レンズ１１の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような光学素子として構成されており、集光の機能を有するとともに表示素子１３の映像を映し出すスクリーンとしての機能を併せ持つものである。
【０１８７】
また、マイクロレンズアレイ３２は、観察者の左右眼３０１、３０２のうち一方の視点への光線を他方の視点に映りこまない程度に拡散させる拡散光学素子として構成されている。
【０１８８】
そして、このようなレンズ群３０は、投射レンズ１３により投影される表示素子１１の結像位置に配置され、この投射レンズ１３による表示像は、半透明な反射手段としてのハーフミラー２００で反射され、視点３０１、３０２からはハーフミラー２００の反対側に虚像として映し出される。なお、ハーフミラーとは、光の一部を透過し、他の一部を反射する性質を持つものである。
【０１８９】
つまり、図１に示されるように、観察者は、左目用の虚像３１０と右目用の虚像３２０とを、これら両虚像３１０、３２０よりもハーフミラー２００の前方にある視認位置３３０において融合した立体視虚像として認識する。それにより、観察者は、視差による遠近感を持つ映像を視認することができる。
【０１９０】
ここで、上述したように、投射光学系１０、２０は左右の眼３０１、３０２に対応して２つあるが、それぞれの投射光学系１０、２０で表示される虚像３１０、３２０の位置、すなわちそれぞれの表示素子１１上の画像の位置を左右に移動させることにより、観察者に視認される視認距離が変化する。
【０１９１】
たとえば、左右眼３０１、３０２に対応する虚像３１０、３２０を左右方向にて互いに離すと遠くに視認され、左右眼３０１、３０２に対応する虚像３１０、３２０を左右方向にて互いに近づけると近くに視認される。
【０１９２】
このように、いわゆる左右眼３０１、３０２の視差による立体視によって、観察者に奥行き感を持って表示画像を認知させるメリットは、レンズやミラーを光軸方向に動かす必要がなく、表示素子１１上の画像の位置を変えるだけでよいため、システムへの負荷が減ることである。
【０１９３】
また、上述したように、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の眼３０１、３０２が、レンズ群（結像位置光学系）３０中の集光用フレネルレンズ３１（光学素子）に対して共役の関係にある。
【０１９４】
すなわち、投射レンズ１３の射出瞳と集光用フレネルレンズ３１との光路距離をａ、集光用フレネルレンズ３１と観察者の視点３０１、３０２との光路距離をｂとし（後述の図６参照）、集光用フレネルレンズ３１が有する焦点距離をｆとすると、次の数式１に示されるような関係式（１）が成り立つ。
【０１９５】
（数１）
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ
なお、集光用フレネルレンズ３１と視点３０１、３０２との光路距離ｂは、ハーフミラー２００での反射を考慮した距離である。
【０１９６】
このような共役関係を採用することにより、集光用フレネルレンズ３１に収差がなければ、投射レンズ１３の射出瞳（実際には絞り）を通る光線のすべてが視点３０１、３０２に集光する。そのため、光線に無駄がなくなり、表示装置（ディスプレイ）としての輝度が向上する。
【０１９７】
しかし、現実には、集光用フレネルレンズ３１に収差は存在し、表示画像を大画面化するために集光用フレネルレンズ３１を大型化した場合には、さらに集光用フレネルレンズ３１の収差が増大する。
【０１９８】
この点について、図３を用いて説明する。図３は、図１においてハーフミラー２００とマイクロレンズアレイ３２を省略したものを、観察者の頭上すなわち上面から見た図である。また、図４は、投射レンズ１３の射出瞳を説明するための図である。
【０１９９】
まず、図４に示されるように、投射レンズ１３には、一般に、入射側レンズ１３ａ、絞り１３ｂ、出射側レンズ１３ｃが存在する。そして、投射レンズ１３による見かけの絞り、すなわち出射側から見たときの絞り１３ｂの見かけの大きさを射出瞳と言う。図４では、出射側レンズ１３ｃにおいて射出瞳の径１３ｄが表されている。
【０２００】
そして、図３に示されるように、この射出瞳の集光用フレネルレンズ３１による結像が集光点に対応する。したがって、集光点での光束の径Ｋ２の大きさは射出瞳の径１３ｄの大きさに依存することになる。
【０２０１】
ここにおいて、光学系全体を小型化するために、投射レンズ１３から集光用フレネルレンズ３１への投射距離Ｋ１を小さくしようとすると、広角タイプの投射レンズ１３が必要になる。しかし、広角になればなるほど射出瞳は小さくなるため、集光点での光束の径Ｋ２は小さくなる。
【０２０２】
このように、光学系の小型化と、射出瞳を大きくすることによる集光点での光束の径を大きくすることとは、トレードオフの関係にある。
【０２０３】
また、図３に示されるように、たとえば、集光用フレネルレンズ３１に球面収差が存在すると、集光用フレネルレンズ３１の通過点によって集光点の位置が異なる。図３では、集光用フレネルレンズ３１の中央付近を通る光線Ｂ、Ｃ、Ｄは比較的遠くに集光し、集光用フレネルレンズ３１の端を通る光線Ａ、Ｅは比較的近くに集光している。
【０２０４】
この場合、光軸方向の位置Ｘ（視点Ｘ）に観察者の眼３０１、３０２があると、この視点Ｘでは、光線Ａ、Ｃ、Ｅしか観察者の右眼３０２の瞳（瞳径）に入射しない。したがって、視認されるべき画面全体のうち中央と端部とが視認できて、その間の部分はドーナツ状に欠落して観察されることになる。
【０２０５】
また、図３に示されるように、光軸方向の位置Ｙ（視点Ｙ）に観察者の眼３０１、３０２があると、この視点Ｙでは、光線Ａ、Ｃ、Ｄしか観察者の右眼３０２の瞳（瞳径）に入射せず、画面が欠落する部分が発生する。
【０２０６】
これは、先に述べたように、集光用フレネルレンズ３１の収差（本例では、球面収差）により、集光用フレネルレンズ３１を通る光線の各点に対応する集光点がずれていること、および、各々の光線における光束の径が小さく観察者の瞳（瞳径）に入射しない光線が存在してしまうことによる。
【０２０７】
ここで、図５は、集光用フレネルレンズ３１において収差が無い状態を示す図である。仮に、図５に示されるように、集光用フレネルレンズ３１の収差を無くして、集光用フレネルレンズ３１の各点を通る光線を一点に集光させることができたとしても、各々の光線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの光束の径が小さく、また、観察者の瞳径も小さいため、観察者の視点が少しずれただけで画像が全く視認できなくなる。
【０２０８】
また、この点を回避するために、観察者の視点を検知し、これに追従して画像を視認できるような構成を採用しようとしても、視点検出と制御には非常に高い制御が要求され、その実現は困難である。さらに、集光用フレネルレンズ３１の収差をなくすには、多くのレンズ群と材質が必要となりコストアップにつながる。
【０２０９】
そこで、本実施形態では、この問題を解決するために、拡散光学素子としてのマイクロレンズアレイ３２を用いている。マイクロレンズアレイ３２は、レンズの曲率に応じて光線を拡散させるため、画面欠落を防止することができる。この点について図６を用いて説明する。
【０２１０】
図６は、本実施形態の虚像表示装置Ｓ１における光学的な原理を説明するための模式的な構成を示す図である。図６は、上記図３に対して、マイクロレンズアレイ３２を追加した構成になっている。
【０２１１】
マイクロレンズアレイ３２はレンズの曲率に応じて光線を拡散する効果がある。したがって、投射レンズ１３の絞りで規制された１つ１つの細い光束を広げることができる。このようにすることにより、集光用フレネルレンズ３１の全領域からの光線が、観察者の瞳に入射するため、画面の欠落なく視認できることになる。
【０２１２】
さらに、図６では、視点Ｘ、Ｙいずれの点でも画面全域が視認できることから、上記図３、図５の構成とは異なり、光軸方向に沿った視認可能な領域が広がることになる。ここで、左右眼用の光線が混じった場合、たとえば左眼用の光線が右眼に、右眼用の光線が左眼に入ると、いわゆるクロストークが発生する。
【０２１３】
そこで、左右眼用の光線が混じらないように、いわゆるクロストークが発生しない程度に光線を拡散するように、マイクロレンズアレイ３２の水平方向の曲率を制御すれば、画面の欠落防止とクロストークの防止とを両立させることができる。
【０２１４】
さらに、マイクロレンズアレイ３２の垂直方向の曲率を水平方向の曲率より小さくすると、垂直方向の光線の拡散量が大きくなるため、垂直方向の光線を制御するための視点追従制御が不要となる。
【０２１５】
このように、垂直方向の視点追従は必要ないが、水平方向に関しては、視点が左右の眼の間隔の半分以上動くと必要となってくる。つまり、この場合には、視点検知が必要となってくる。この場合の制御方法について、本実施形態の変形例として、図７を用いて説明する。
【０２１６】
［第１実施形態の変形例］
図７は、図１の構成に対して、視点検知用カメラ４０、ミラー４２、このミラー４２の回転用のモータ４４が付加された構成である。視点検知用カメラ４０はＣＣＤ等からなるもので、このカメラ４０で撮影された画像は、パソコン等からなる制御部４６で解析されるようになっている。
【０２１７】
ここにおいて、視点検知用カメラ４０で観察者を撮影し、撮影された画像を制御部４６にて解析して観察者の視点３０１、３０２の位置を特定する。特定した視点位置に投射光学系１０、２０からの光線が到達するように、制御部４６にてミラー４２の回転角を計算し、モータ４４を回転させる。
【０２１８】
このような構成にすれば、観察者が左右に移動して視点３０１、３０２がずれても、常に画像を視認できる。図７では、例として、観察者の視点３０１、３０２が右に移動した場合を示している。
【０２１９】
また、この図７に示される構成ではミラー４２を使用したが、この構成においては、このように光源１２からハーフミラー２００までの光路の途中で、ミラー４２で光路を折り曲げることにより、光学系を小型化することも可能となっている。
【０２２０】
ちなみに、上記図１では、ミラー４２がなく、光学系１０、２０、３０は上下方向（垂直方向）に大きいものとなっていた。それに対して、本変形例を示す図７では、ミラー４２の存在によって投射光学系１０、２０を結像位置光学系（レンズ群）３０の水平方向に近い位置に配置させることができるため、上下方向（垂直方向）において装置のダウンサイズが図られている。車両用表示装置に適用される場合などには、上下方向の小型化は有効である。
【０２２１】
さらに、視点に追従して光線を偏角させると表示する画像に歪みが発生することがある。具体的には、ミラー４２を回転させることにより、レンズ群３０に入射する光の角度が斜めになると、表示する画像に歪みが発生する。
【０２２２】
また、この虚像表示装置を車両用表示装置に適用して、半透明な反射手段２００を自動車のフロントガラスとする場合には、フロントガラスの曲率によっても表示画像に歪みが発生する。
【０２２３】
そこで、この歪みを抑制するために、表示素子１１に入力される表示画像をあらかじめ歪ませるようにデータを入力する等により、上記した光線の偏角やフロントガラスなどにより発生する歪みを補正すれば、歪みのない良好な画像を表示できる。
【０２２４】
以上述べてきたように、本実施形態によれば、光学ユニット１００から投射される映像情報を半透明な反射手段２００によって反射させて、映像情報を観察者の視点３０１、３０２から反射手段２００による虚像として前景に重畳させて視認可能にした虚像表示装置Ｓ１において、光学ユニット２００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設された結像位置光学系３０とを備え、結像位置光学系３０は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような光学素子３１と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子３２とからなるものであることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ１が提供される。
【０２２５】
それによれば、２組の投射光学系１０、２０における映像表示用の表示素子１１の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができる。つまり、本実施形態によれば、光学素子を可動としなくてもよいため、それによる光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０２２６】
また、結像位置光学系３０は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような光学素子３１を備えているので、投射レンズ１３の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０２２７】
また、結像位置光学系３０は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子３２を備えているので、投射レンズ１３の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０２２８】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０２２９】
このように、本実施形態によれば、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ１を提供することができる。
【０２３０】
また、本実施形態では、拡散光学素子としてマイクロレンズアレイ３２を用いているが、好ましい形態として、マイクロレンズアレイ３２を、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さいものとしている。
【０２３１】
上述したように、拡散光学素子による光線の拡散については、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度、つまりクロストークが発生しない程度にする必要がある。つまり、拡散光学素子の水平方向の曲率半径は、ある程度の大きさの制約がある。
【０２３２】
それに対して、人間の目は水平に左右に配置されているので、垂直方向（天地方向）の拡散については大きさに制約はない。そのため、拡散光学素子における垂直方向の曲率半径は、大幅に小さくしてもよい。それにより、垂直方向における視点追従については、ほとんど問題が無くなる。このようなことから、マイクロレンズアレイ３２において、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さくなっているものを採用することは、好ましい。
【０２３３】
また、本実施形態の変形例でも、述べたが、光源１２からハーフミラー（半透明な反射手段）２００までの光路の途中で、ミラー４２により光路が折り曲げられている。それによれば、光学系の小型化の面から好ましい。
【０２３４】
また、上記変形例では、観察者の視点３０１、３０２を検知する手段としての視点検知用カメラ４０と、検知された視点３０１、３０２の位置に光線を導く手段としてのミラー４２およびモータ４４とを備えている。この変形例では、光線を導く手段として、ミラー４２を回転させるようにしており、それにより、観察者の視点３０１、３０２の水平方向への移動に対する追従を適切に行うことができ、好ましい。
【０２３５】
また、本実施形態において、上記した変形例では、投射光学系１０、２０により結像した表示像の形状歪みを補正するように、あるいは、投射光学系１０、２０により結像した表示像の半透明な反射手段２００による虚像の形状歪みを補正するように、あらかじめ表示素子１１の表示像に歪みを持たせるようにしている。それによれば、より良好な画質を得ることができ、好ましい。
【０２３６】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る虚像表示装置Ｓ２の模式的な構成を示す図であり、上記図１に示される構成において、結像位置光学系３０にプリズムシート３３が付加された構成を示す図である。
【０２３７】
図８では、プリズムシート３３は、レンズ群すなわち結像位置光学系３０においてフレネルレンズ３１に接して設けられている。つまり、本実施形態の虚像表示装置Ｓ２では、上記第１実施形態の虚像表示装置において、結像位置光学系３０が光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３を備えたものとなっている。
【０２３８】
このプリズムシート３３はストライプ状の微細なプリズムが形成された光学素子で、光線を折り曲げる効果を有する。プリズムシート３３により光路を折り曲げることにより、上記図１に比べて、投射光学系１０、２０からの光をレンズ群３０に対して斜め方向から入射することができる。
【０２３９】
また、このプリズムシート３３においては、投射光学系１０、２０からの光線の入射角よりも出射角のほうが小さいものとなっている。このような入射角と出射角との関係にすることによって、光路を折り曲げるレンズの効果を適切に実現できている。
【０２４０】
そのため、本実施形態では、投射光学系１０、２０とレンズ群３０との配置において、これら両者１０、２０と３０をより近づけることができ、光学系の小型化を実現している。たとえば、図８では、図中の上下方向（垂直方向）への装置のダウンサイズが実現されている。
【０２４１】
さらに、投射光学系１０、２０による表示素子１１の結像位置、すなわち、集光用フレネルレンズ３１を含むレンズ群３０中にプリズムシート３３が配置されているので、プリズムシート３３により発生する色収差の影響を受けずに済む。本例では、集光用フレネルレンズ３１とマイクロレンズアレイ３２とプリズムシート３３とを一体化することにより、それを実現している。
【０２４２】
このように、本実施形態では、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様の作用効果を備えるとともに、プリズムシート３３を付加することにより、色収差の影響を抑制しつつ、さらに光学系を小型化することのできる虚像表示装置Ｓ２が提供される。
【０２４３】
なお、本実施形態において、レンズ群（結像位置光学系）３０は、上記したように、プリズムシート３３を集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２と一体化して備えていなくてもよく、多少、プリズムシート３３をこれらレンズ３１、３２と離して備えた形であってもよい。
【０２４４】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係る虚像表示装置Ｓ３の模式的な構成を示す図であり、上記図１に示される構成に、拡大用フレネルレンズ３４が付加された構成である。
【０２４５】
この拡大用フレネルレンズ３４は、集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２からなるレンズ群（結像位置光学系）３０とは別の場所で、観察者に近い側に配置されている。そして、この拡大用フレネルレンズ３４は、レンズ群３０上の表示画像を拡大する機能を持つ。
【０２４６】
上記図１に示される構成では、レンズ群３０が配置された位置に投射光学系１０、２０による表示画像が結像し、ハーフミラー２００で虚像として表示されるため、観察者の視点３０１、３０２からレンズ群３０までの光路の距離が、当該視点３０１、３０２から画像を見た場合の虚像の結像距離である。
【０２４７】
両眼視差を用いた立体視では、左右眼用の虚像３１０、３２０が融合して見える視認距離を遠くに設定したい場合、左右眼用の虚像３１０、３２０の結像距離が遠いほど、立体視虚像３３０が融合しやすくなり、視認性が高くなる。
【０２４８】
これは、観察者が視差画像を見ることによる両眼３０１、３０２の輻輳調節による距離感と、結像位置に眼のピントを合わせようとする焦点調節による距離感の違いが少なくなり、観察者の違和感が低減することに起因する。
【０２４９】
そこで本実施形態では、集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２からなるレンズ群３０の観察者側に、拡大用フレネルレンズ３４を配置することによって、レンズ群３０に結像した投射光学系１０、２０による画像３１０、３２０を遠方に拡大して表示している。
【０２５０】
さらに、レンズ群３０中の集光用フレネルレンズ３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成されたレンズ群（つまり光学系）とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１１の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になっており、画像の遠方拡大と光線の集光とが両立している。
【０２５１】
ここで、本実施形態においては、集光用フレネルレンズ３１が集光用光学素子として構成され、マイクロレンズアレイ３２が拡散光学素子として構成され、拡大用フレネルレンズ３４が結像拡大光学系として構成されている。
【０２５２】
このような本実施形態によれば、虚像表示装置Ｓ３において、光学ユニット１００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設された結像位置光学系３０と、２組の投射光学系１０、２０による結像を拡大する結像拡大光学系３４とを備え、結像位置光学系３０は、集光用光学素子３１と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子３２とからなり、集光用光学素子３１と結像拡大光学系３４を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ３が提供される。
【０２５３】
このような本実施形態の虚像表示装置Ｓ３においても、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系１０、２０における映像表示用の表示素子１１の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０２５４】
また、レンズ群（結像位置光学系）３０の集光用フレネルレンズ（集光用光学素子）３１と拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ１３の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０２５５】
また、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、レンズ群（結像位置光学系）３０がマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２を備えていることにより、投射レンズ１３の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０２５６】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０２５７】
さらに、本実施形態では、２組の投射光学系１０、２０による結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４を備えているため、左右眼用の虚像３１０、３２０の結像距離をより遠いものにすることができことから、より視認性を向上させることができる。
【０２５８】
このように、本実施形態によっても、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ３を提供することができる。
【０２５９】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ３においても、上記第２実施形態に示したように、レンズ群（結像位置光学系）３０が光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３を備えたものとしてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０２６０】
（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態に係る虚像表示装置Ｓ４の模式的な構成を示す図であり、上記図９に示される第３実施形態の虚像表示装置において、レンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした構成としたものである。
【０２６１】
つまり、本虚像表示装置Ｓ４は、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる投射光学系１０、２０と、マイクロレンズアレイ３２と、拡大用フレネルレンズ３４とハーフミラー２００とからなる。
【０２６２】
投射レンズ１０、２０により投影される表示素子１１の結像位置に、マイクロレンズアレイ３２が配置され、このマイクロレンズアレイ３２はスクリーンの機能を有するものである。また、拡大用フレネルレンズ３４は、マイクロレンズアレイ３２から観察者側に離れた位置に配置され、マイクロレンズアレイ３２に投影された表示画像を遠方に拡大表示する。
【０２６３】
さらに、拡大用フレネルレンズ３４は、投射光学系１０、２０からの光線を集光する作用を併せ持ち、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になる位置に配置される。
【０２６４】
ここで、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ３２が拡散光学素子として構成され、拡大用フレネルレンズ３４が結像拡大光学系として構成されている。
【０２６５】
このような本実施形態によれば、虚像表示装置Ｓ４において、光学ユニット１００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設されるとともに、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子３２と、２組の投射光学系１０、２０による結像を拡大する結像拡大光学系３４とを備え、結像拡大光学系３４の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ４が提供される。
【０２６６】
そして、本実施形態の虚像表示装置Ｓ４においても、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系１０、２０における映像表示用の表示素子１１の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０２６７】
また、本実施形態では、拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあるため、投射レンズ１３の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０２６８】
また、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設されるとともに観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散するマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２を有するため、投射レンズ１３の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０２６９】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０２７０】
このように、本実施形態によっても、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ４を提供することができる。
【０２７１】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ４においても、上記第２実施形態に示したような光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３が、拡散光学素子としてのマイクロレンズアレイ３２に備えられていてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０２７２】
なお、上記第１実施形態〜第４実施形態の虚像表示装置は、基本的には２つの投射光学系で視差表示するものである。それに対して、次の第５実施形態の虚像表示装置は、基本的に１つの投射光学系の映像を２つに分割して視差表示するものである。
【０２７３】
（第５実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態に係る虚像表示装置Ｓ５の模式的な構成を示す図である。
【０２７４】
本虚像表示装置Ｓ５は、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる１組の投射光学系１０と、液晶シャッター５１および偏光ビームスプリッター５２とからなる光線分離光学系５０と、２つに分離した光線をレンズ群３０へ導くミラー群６０と、集光用フレネルレンズ３１とマイクロレンズアレイ３２とからなるレンズ群（結像位置光学系）３０と、光線を反射させるハーフミラー２００とからなるものである。
【０２７５】
液晶シャッター５１は、液晶分子が９０°ねじれ配向した、いわゆるツイスト・ネマチック構造であり、電界のオン・オフにより垂直配向とねじれ配向のスイッチングをするものである。
【０２７６】
この液晶シャッター５１の入射側には、図示しない偏光板が配置されており、液晶シャッター５１を通る光は、垂直配向の場合は、当該偏光板と同じ方向の偏光として出射されるが、ねじれ配向の場合には、当該偏光板とは偏光方向が９０°回転されて出射される。すなわち、液晶シャッター５１においては、電界のオン・オフにより偏光方向を９０°変化させることができる。
【０２７７】
液晶シャッター５１の後に配置された偏光ビームスプリッター５２は、偏光軸の方向により反射・透過が変化する光学素子である、そのため、偏光ビームスプリッター５２は、たとえば、Ｓ偏光の光線は反射し、Ｐ偏光の光線は透過するものとなる。
【０２７８】
そして、偏光ビームスプリッター５２から反射または透過されたそれぞれの光線は、ミラー群６０により導かれ、レンズ群３０において、投射レンズ１０による表示素子１１の像を結像させる。
【０２７９】
さらに、本実施形態においても、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とがレンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１に対して共役の関係にあるので、全光線が視点３０１、３０２に集中して明るい表示像が視認される。
【０２８０】
この構成で、表示素子１１を時分割で駆動し、左右眼用の画像を交互に表示する。これと連動して液晶シャッター５１を時分割で駆動する。
【０２８１】
すると、たとえば、右眼用の画像については、偏光ビームスプリッター５２にＳ偏光の光線が出射され、偏光ビームスプリッター５２からは反射光として出射される。また、左眼用の画像については、偏光ビームスプリッター５２にＰ偏光の光線が出射され、偏光ビームスプリッター５２からは透過光として出射される。
【０２８２】
ここで、ハーフミラー２００での反射率は偏光の方向によって異なるため、ハーフミラー２００での反射光の偏光軸は、左右眼ともハーフミラー２００に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分とが等しくなるようにすることが望ましい。
【０２８３】
このようにすることにより、１組の投射光学系１０で左右眼３０１、３０２に映像を映すことが可能であるので、光学系の小型化、低コスト化が実現できる。
【０２８４】
ここで、本実施形態では、集光用フレネルレンズ３１が光学素子として構成され、マイクロレンズアレイ３２が拡散光学素子として構成され、液晶シャッター５１および偏光ビームスプリッター５２とからなる光線分離光学系５０が映像分割手段として構成されている。
【０２８５】
このような本実施形態によれば、虚像表示装置Ｓ５において、光学系１００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなる投射光学系１０と、投射光学系１０からの映像を２つに分割する映像分割手段５０と、映像分割手段５０により分割された２つの映像の結像位置に配設された結像位置光学系３０とを備え、結像位置光学系３０は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような光学素子３１と、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散する拡散光学素子３２とからなるものであることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ５が提供される。
【０２８６】
このような本実施形態の虚像表示装置Ｓ５によれば、投射光学系１０が１つであっても、映像分割光学系５０によって投射光学系１０からの映像を２つに分割することができ、上述した２組の投射光学系を有する場合と同様に、観察者の左右眼に映像を映すことが可能となる。
【０２８７】
そして、本実施形態の場合、映像分割光学系５０によって２つに分割される投射光学系１０からの映像の位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができる。
【０２８８】
具体的には、時分割で駆動される表示素子１１において交互に表示される左右眼用の画像について、左眼用の画像と右眼用の画像の位置を移動させればよい。こうして、本実施形態においても、光学素子を可動としなくてもよいため、それによる光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０２８９】
また、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、レンズ群（結像位置光学系）３０は、投射レンズ１１の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような集光用フレネルレンズ（光学素子）３１を備えているので、投射レンズ１１の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点３０１、３０２に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０２９０】
また、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、レンズ群（結像位置光学系）３０は、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散するマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２を備えているので、投射レンズ１１の射出瞳を大きくしなくても、一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０２９１】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０２９２】
このように、本実施形態によっても、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ５を提供することができる。
【０２９３】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ５においても、上記第２実施形態に示したように、レンズ群（結像位置光学系）３０が光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３を備えたものとしてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０２９４】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ５においても、上記第３実施形態と同様に、集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２からなるレンズ群３０の観察者側に、拡大用フレネルレンズ３４を配置して、レンズ群３０に結像した投射光学系１０、２０による画像を遠方に拡大して表示するようにしてもよい。
【０２９５】
また、このように拡大用フレネルレンズ３４を追加した場合には、レンズ群３０中の集光用フレネルレンズ３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成されたレンズ群（つまり光学系）とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係とする。それにより、画像の遠方拡大と光線の集光とが両立する。
【０２９６】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ５において、拡大用フレネルレンズ３４を追加した場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２、および投射レンズ１３よりなる投射光学系１０と、光線分離光学系（映像分割手段）５０と、レンズ群（結像位置光学系）３０と、光線分離光学系５０により分割された２つの映像の結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４とを備え、結像位置光学系３０は、集光用フレネルレンズ（集光用光学素子）３１と、マイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２とからなり、集光用フレネルレンズ３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ５が提供される。
【０２９７】
それにより、上記した本第５実施形態の効果と、上記第３実施形態の効果（つまり、結像位置の遠方化による視認性の向上）とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ５を実現することができ、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ５を提供することになる。
【０２９８】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ５においても、上記第４実施形態と同様に、レンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした構成としてもよい。
【０２９９】
つまり、この場合、本虚像表示装置Ｓ５は、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる１組の投射光学系１０と、光線分離光学系５０と、ミラー群６０と、マイクロレンズアレイ３２と、集光および拡大の機能を持つ拡大用フレネルレンズ３４とハーフミラー２００とからなる。
【０３００】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ５において、上記第４実施形態と同様に、レンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２および投射レンズ１３よりなる投射光学系１０と、映像分割手段５０と、映像分割手段５０により分割された２つの映像の結像位置に配設されるとともに、観察者の左右眼のうち一方の視点への光線が他方の視点に映りこまない程度に拡散するマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２と、映像分割手段５０により分割された２つの映像の結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４とを備え、結像拡大光学系３４の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ５が提供される。
【０３０１】
それにより、上記した本第５実施形態の効果と、上記第４実施形態の効果とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ５を実現することができ、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ５を提供することになる。
【０３０２】
また、このレンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした場合においても、上記第２実施形態に示したような光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３が、拡散光学素子としてのマイクロレンズアレイ３２に備えられていてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０３０３】
（第６実施形態）
図１２は、本発明の第６実施形態に係る虚像表示装置Ｓ６の模式的な構成を示す図である。本実施形態は、基本的には、射出瞳の大きい投射レンズを用いてマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）をなくしたものである。
【０３０４】
本虚像表示装置Ｓ６は、図１２に示されるように、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる２組の投射光学系１０、２０と、これらの光線を合成するハーフミラー（以下、合成用ハーフミラーという）７０と、投射レンズ１３による表示素子１１の結像位置に配置された集光用フレネルレンズ３１と、光線を反射させるハーフミラー２００とからなるものである。
【０３０５】
ここで、本実施形態では、集光用フレネルレンズ３１に対して投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係にある。
【０３０６】
さらに、集光用フレネルレンズ３１による観察者の瞳孔径の共役像よりも、投射レンズ１３の射出瞳径が大きい構成となっている。このために、投射レンズ１３からの光線の光束を十分に大きいものにすることができ、上記図１のようにマイクロレンズアレイ３２を配置しなくても、全画面の光線が観察者の視点３０１、３０２に入射するため、画面の欠落を防止することができる。
【０３０７】
ただし、射出瞳径が大きい投射レンズ１３は、一般にレンズ径が大きくなる。投射レンズ１３の射出瞳は観察者の視点と共役関係でないといけないが、上記図１のように、２組の投射レンズ１３を並列に並べた場合、そのレンズ径が大きいと２つの射出瞳の間隔が大きくなり、この関係が成り立たなくなる。つまり、２組の投射レンズ１３を互いに干渉させずに並列に配置することはできなくなる。
【０３０８】
ちなみに、上記各実施形態では、集光用フレネルレンズ３１による観察者の瞳孔径の共役像よりも、投射レンズ１３の射出瞳径が小さい構成としていた。それにより、並列に配置させようとする場合において、２組の投射レンズ１３の間隔を適切なものにすることができていた。
【０３０９】
そこで、本実施形態では、図１２に示されるように、２組の投射光学系１０、２０を合成用ハーフミラー７０の一方の面側と他方の面側とに分けて配置し、合成用ハーフミラー７０にて一方からの光線を反射、他方からの光線を透過させるようにしている。
【０３１０】
つまり、合成用ハーフミラー７０によって２つの投射レンズ１３の射出瞳を合成して、見かけ上、共役関係を維持させている。このようにすれば、上記実施形態のように、マイクロレンズアレイ３２が不要になるため、コストダウンが可能となる。
【０３１１】
ここで、本実施形態においては、集光用フレネルレンズ３１が結像位置光学系および集光用光学素子として構成され、合成用ハーフミラー７０が合成用光学系として構成されている。
【０３１２】
このような本実施形態によれば、虚像表示装置Ｓ６において、光学ユニット１００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０と、２組の投射光学系１０、２０を合成する合成用光学系７０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設された結像位置光学系３１とを備え、結像位置光学系３１は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるものであり、投射レンズ１３の射出瞳が、結像位置光学系３１による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ６が提供される。
【０３１３】
本実施形態の虚像表示装置Ｓ６においても、上記第１実施形態の虚像表示装置と同様に、２組の投射光学系１０、２０における映像表示用の表示素子１１の画像位置を移動させれば、虚像が認識される距離すなわち結像距離を可変にすることができるため、光学系の巨大化を引き起こすことが無くなる。
【０３１４】
また、集光用フレネルレンズ（結像位置光学系）３１に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係にあるため、投射レンズ１３の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点３０１、３０２に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０３１５】
また、本実施形態によれば、投射光学系１０、２０の投射レンズ１３の射出瞳が、集光用フレネルレンズ（結像位置光学系）３１による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいため、結像位置光学系が上述したようなマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２を持たないものであっても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０３１６】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０３１７】
また、本実施形態では、２組の投射光学系１０、２０を合成する合成用ハーフミラー（合成用光学系）７０を備えているため、投射光学系１０、２０の投射レンズ１３の射出瞳を大きいものとしても、左右眼用の２つの投射レンズ１３を互いに干渉させることなく、適切に配置させることができる。それにより、光学系の巨大化を抑制できる。
【０３１８】
このように、本実施形態によっても、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ６を提供することができる。
【０３１９】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ６においても、上記第２実施形態に示したように、集光用フレネルレンズ（結像位置光学系、集光用光学素子）３０が光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３を備えたものとしてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０３２０】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ６においても、上記第３実施形態と同様に、集光用フレネルレンズ３１の観察者側に、拡大用フレネルレンズ３４を配置して、集光用フレネルレンズ３１に結像した投射光学系１０、２０による画像を遠方に拡大して表示するようにしてもよい。
【０３２１】
また、このように拡大用フレネルレンズ３４を結像拡大光学系として追加した場合には、集光用フレネルレンズ（集光用光学素子）３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成されたレンズ群（つまり光学系）とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１１の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とを共役の関係とする。それにより、画像の遠方拡大と光線の集光とが両立する。
【０３２２】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ６において、拡大用フレネルレンズ３４を追加した場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２、および投射レンズ１３よりなるものであって、観察者の左右眼に対応して設けられた２組の投射光学系１０、２０と、合成用ハーフミラー（合成用光学系）７０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設された集光用光学素子３１と、２組の投射光学系１０、２０による結像を拡大する結像拡大光学系３４とを備え、集光用光学素子３１と結像拡大光学系３４を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあり、投射レンズ１３の射出瞳が、集光用光学素子３１による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ６が提供される。
【０３２３】
それにより、上記した本第６実施形態の効果と、上記第３実施形態の効果（つまり、結像位置の遠方化による視認性の向上）とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ６を実現することができ、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ６を提供することになる。
【０３２４】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ６においても、上記第４実施形態と同様に、集光用フレネルレンズ３１を無くした構成としてもよい。
【０３２５】
この場合、図１２において、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に存在していた集光用フレネルレンズ３１はなくなり、当該結像位置よりも観察者側（つまりハーフミラー２００側）に、上記第４実施形態に示した拡大用フレネルレンズ３４が設けられた形となる。
【０３２６】
つまり、この場合、本虚像表示装置Ｓ６は、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる２組の投射光学系１０、２０と、合成用ハーフミラー７０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置とは異なる位置に配設され集光および拡大の機能を持つ拡大用フレネルレンズ３４と、ハーフミラー２００とからなる。
【０３２７】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ６において、上記第４実施形態と同じように、結像位置に存在していた集光用フレネルレンズ３１を無くした場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２および投射レンズ１３よりなる２組の投射光学系１０、２０と、合成用ハーフミラー（合成用光学系）７０と、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置とは異なる位置に配設されるとともに２組の投射光学系１０、２０による結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４とを備え、結像拡大光学系３４の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあり、投射レンズ１３の射出瞳が、結像拡大光学系３４による観察者の瞳孔径の共役像の径よりも大きいことを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ６が提供される。
【０３２８】
それにより、上記した本第６実施形態の効果と、上記第４実施形態の効果とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ６を実現することができ、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ６を提供することになる。
【０３２９】
また、この集光用フレネルレンズ３１を無くした場合においても、上記第２実施形態に示したような光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３が、２組の投射光学系１０、２０による映像の結像位置に備えられていてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０３３０】
（第７実施形態）
図１３は、本発明の第７実施形態に係る虚像表示装置Ｓ７の模式的な構成を示す図である。本実施形態の虚像表示装置Ｓ７は、視差を用いない固定焦点の光学系としたものである。
【０３３１】
本虚像表示装置Ｓ７は、図１３に示されるように、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる１組の投射光学系１０と、集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２からなるレンズ群３０と、ハーフミラー２００とからなる。
【０３３２】
投射レンズ１３により投影される表示素子１１の結像位置にレンズ群３０が配置される。この投射レンズ１３による表示像はハーフミラー２００で反射され、観察者の視点３０１、３０２からはハーフミラー２００の反対側に虚像３３０として映し出される。
【０３３３】
ここで、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とがレンズ群３０中の集光用フレネルレンズ３１に対して共役の関係にある。さらに、レンズ群３０に配置したマイクロレンズアレイ３２により光線を拡散させ、左右眼３０１、３０２を含む視域全域に光線を拡散させている。
【０３３４】
ここで、本実施形態においては、レンズ群３０が結像位置光学系として構成され、マイクロレンズアレイ３２が拡散光学素子として構成されている。
【０３３５】
このような本実施形態によれば、虚像表示装置Ｓ７において、光学ユニット１００は、映像表示用の表示素子１１、表示素子１１を照明する光源１２、および表示素子１１に表示された映像を投影する投射レンズ１３よりなる１組の投射光学系１０と、投射光学系１０による映像の結像位置に配設された結像位置光学系３０とを備え、結像位置光学系３０は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような光学素子（集光用フレネルレンズ）３１と、光線を視域全体に拡散する拡散光学素子３２とからなるものであることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ７が提供される。
【０３３６】
本実施形態の虚像表示装置Ｓ７においても、上記Ｉ１実施形態の虚像表示装置と同様に、レンズ群（結像位置光学系）３０は、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような集光用フレネルレンズ（光学素子）３１を備えているので、投射レンズ１３の射出瞳を通る光線をすべて観察者の視点に集光させることができ、表示像を明るくすることができる。
【０３３７】
また、本実施形態では、レンズ群（結像位置光学系）３０は、光線を視域全体に拡散するマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２を備えているので、投射レンズ１３の射出瞳を大きくしなくても、集光点における光束の径を大きくすることができる。
【０３３８】
そのため、収差が存在しても、画像の欠落が無く、視認性を低下させることがなくなる。また、これにより、視点追従制御も不要となる。
【０３３９】
このように、本実施形態によれば、簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ７を提供することができる。そして、視認距離は固定であるが、集光特性が優れているため明るい虚像表示装置Ｓ７を提供することができる。
【０３４０】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ７においても、上記第２実施形態に示したように、レンズ群（結像位置光学系）３０が光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３を備えたものとしてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０３４１】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ７においても、上記第３実施形態と同様に、集光用フレネルレンズ３１およびマイクロレンズアレイ３２からなるレンズ群３０の観察者側に、拡大用フレネルレンズ３４を配置して、レンズ群３０に結像した投射光学系１０による画像を遠方に拡大して表示するようにしてもよい。
【０３４２】
また、このように拡大用フレネルレンズ３４を追加した場合には、レンズ群３０中の集光用フレネルレンズ３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成されたレンズ群（つまり光学系）とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１１の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とを共役の関係とする。それにより、画像の遠方拡大と光線の集光とが両立する。
【０３４３】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ７において、拡大用フレネルレンズ３４を追加した場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２、および投射レンズ１３よりなる１組の投射光学系１０と、レンズ群（結像位置光学系）３０と、投射光学系１０による結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４とを備え、結像位置光学系３０は、集光用フレネルレンズ（集光用光学素子）３１と、マイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２とからなり、集光用フレネルレンズ３１と拡大用フレネルレンズ３４を１つの合成された光学系とした場合の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ７が提供される。
【０３４４】
それにより、上記した本第７実施形態の効果と、上記第３実施形態の効果（つまり、結像位置の遠方化による視認性の向上）とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ７を実現することができ、簡単な構成で、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ７を提供することになる。
【０３４５】
また、本実施形態の虚像表示装置Ｓ７においても、上記第４実施形態と同様に、レンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした構成としてもよい。
【０３４６】
つまり、この場合、本虚像表示装置Ｓ７は、光源１２と表示素子１１と投射レンズ１３とからなる１組の投射光学系１０と、マイクロレンズアレイ３２と、集光および拡大の機能を持つ拡大用フレネルレンズ３４と、ハーフミラー２００とからなる。
【０３４７】
このように、本実施形態の虚像表示装置Ｓ７において、上記第４実施形態と同様に、レンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした場合には、光学ユニット１００は、表示素子１１、光源１２および投射レンズ１３よりなる１組の投射光学系１０と、投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設されるとともに光線を視域全体に拡散するマイクロレンズアレイ（拡散光学素子）３２と、投射光学系１０による結像を拡大する拡大用フレネルレンズ（結像拡大光学系）３４とを備え、結像拡大光学系３４の主点位置に対して、投射レンズ１３の射出瞳と観察者の視点３０１、３０２とが共役の関係になるような位置にあることを、主たる特徴とする虚像表示装置Ｓ７が提供される。
【０３４８】
それにより、上記した本第７実施形態の効果と、上記第４実施形態の効果とを併せ持つ虚像表示装置Ｓ７を実現することができ、簡単な構成で装置を小型化でき、良好な画質を実現可能な虚像表示装置Ｓ５を提供することになる。
【０３４９】
また、このレンズ群３０の集光用フレネルレンズ３１を無くした場合においても、上記第２実施形態に示したような光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート３３が、拡散光学素子としてのマイクロレンズアレイ３２に備えられていてもよい。それにより、光学系をより小型化することができ、好ましい。
【０３５０】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態で述べたように、拡散光学素子としてマイクロレンズアレイ３２を採用した場合、マイクロレンズアレイ３２は、水平方向の曲率半径よりも垂直方向の曲率半径が小さいものであることが好ましい。このことについては、第１実施形態以外の上記各実施形態においても当てはまるものである。
【０３５１】
また、上記各実施形態における拡散光学素子としては、マイクロレンズアレイに限定されるものではない。たとえば、それ以外の拡散光学素子として、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズと垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズとの積層体を採用してもよい。
【０３５２】
さらに、拡散光学素子としては、表面が水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなり、裏面が垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズからなる１枚のレンズ体を採用することもできる。
【０３５３】
そして、これらレンチキュラーレンズを拡散光学素子に用いた場合でも、水平方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズよりも垂直方向に光線を拡散するレンチキュラーレンズの方が曲率半径が小さいことが好ましい。このようにすれば、上記したマイクロレンズアレイの場合と同じように、垂直方向の視点追従についてほとんど問題の無いものにできる。
【０３５４】
また、上記各実施形態において、光路を折り曲げて光学系の小型化を図るために、プリズムシート３３を採用してよいことが述べられているが、このプリズムシート３３において、投射光学系１０、２０からの光線の入射角よりも出射角のほうが小さくなっていることについては、上記各実施形態は同様である。
【０３５５】
また、上記各実施形態における光路を折り曲げるレンズとしては、プリズムシート３３に限定されるものではない。たとえば、それ以外の光路を折り曲げるレンズとして、軸外しのフレネルレンズを採用することもできる。そして、この軸外しのフレネルレンズの場合も、投射光学系１０、２０からの光線の入射角よりも出射角のほうが小さいことは、もちろんである。
【０３５６】
また、上記図７に示される第１実施形態の変形例では、光源１２からハーフミラー（半透明な反射手段）２００までの光路の途中で、ミラー４２により光路が折り曲げられており、光学系の小型化の面から好ましいものとなっている。このことについては、第１実施形態以外の上記各実施形態についても同様である。
【０３５７】
また、同じく、上記図７に示される第１実施形態の変形例では、観察者の視点３０１、３０２を検知する手段としての視点検知用カメラ４０と、検知された視点３０１、３０２の位置に光線を導く手段としてのミラー４２およびモータ４４とを備えており、観察者の視点３０１、３０２の水平方向への移動に対する追従を適切に行うようにしている。
【０３５８】
この視点検知の構成については、第１実施形態以外の上記各実施形態についても同様に、適用することができる。
【０３５９】
具体的に、回転するミラー４２は、たとえば、投射光学系１０、２０とレンズ群３０との間、上記第５実施形態においてはミラー群６０とレンズ群３０との間に設けることができる。また、上記第６実施形態においては、合成用ハーフミラー７０自身を回転させることも考えられる。
【０３６０】
さらに、上記各実施形態における光線を導く手段としては、ミラー４２を回転させることに限定されるものではない。
【０３６１】
たとえば、それ以外にも、光線を導く手段として、投射光学系１０、２０による映像の結像位置に配設された光学系もしくは光学素子、または、投射光学系１０、２０による映像の結像を拡大する光学系をスライドさせることも可能である。また、投射光学系１０、２０をスライドさせることも可能である。
【０３６２】
さらに、上記図７に示される第１実施形態の変形例では、より良好な画質を得るために、投射光学系１０、２０により結像した表示像の形状歪みを補正するように、あるいは、投射光学系１０、２０により結像した表示像の半透明な反射手段２００による虚像の形状歪みを補正するように、あらかじめ表示素子１１の表示像に歪みを持たせるようにしている。
【０３６３】
このことについても、第１実施形態以外の上記各実施形態について同様に、適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０３６４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図２】上記図１中に表される観察者の視点としての観察者の目を示す図である。
【図３】上記図１においてハーフミラーとマイクロレンズアレイを省略したものを観察者の頭上から見た図である。
【図４】投射レンズの射出瞳を説明するための図である。
【図５】集光用フレネルレンズの収差を無くして集光用フレネルレンズの各点を通る光線を一点に集光させた状態を示す図である。
【図６】上記第１実施形態における光学的な原理を説明するための模式的な構成を示す図である。
【図７】観察者の視点を検知する手段を備えた、上記第１実施形態の変形例としての虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態に係る虚像表示装置の模式的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【０３６５】
１０…左眼用投射光学系、１１…表示素子、１２…光源、１３…投射レンズ、
２０…右眼用投射光学系、３０…結像位置光学系としてのレンズ群、
３１…光学素子、集光用光学素子、結像位置光学系としての集光用フレネルレンズ、
３２…拡散光学素子としてのマイクロレンズアレイ、
３３…光路を折り曲げるレンズとしてのプリズムシート、
３４…結像拡大光学系としての拡大用フレネルレンズ、
４０…観察者の視点を検知する手段としての視点検知用カメラ、
４２…検知された視点の位置に光線を導く手段としてのミラー、
４４…検知された視点の位置に光線を導く手段としてのモータ、
５０…映像分割手段としての光線分離光学系、５１…液晶シャッター、
５２…偏光ビームスプリッター、７０…合成用光学系としての合成用ハーフミラー、
１００…光学ユニット、２００…半透明な反射手段としてのハーフミラー。
【図１】
2005070255.tif 000003
【図２】
2005070255.tif 000004
【図３】
2005070255.tif 000005
【図４】
2005070255.tif 000006
【図５】
2005070255.tif 000007
【図６】
2005070255.tif 000008
【図７】
2005070255.tif 000009
【図８】
2005070255.tif 000010
【図９】
2005070255.tif 000011
【図１０】
2005070255.tif 000012
【図１１】
2005070255.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005070255.tif 000015