CN102445754B - 虚像显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种虚像显示装置。本发明的目的是提供满足设计上的限制并作为虚像入射观察者的眼的图像光，可将纵横比设定成期望的状态的虚像显示装置。本发明中，通过纵横比变换光学系统的变换，可将虚像的纵横比变换为比图像区域的纵横比(4∶3)横长的纵横比(16∶9)。从而，例如即使是相对于虚像显示装置全体的图像形成装置的横宽在设计上限制的场合，也可以将观察者的眼作为虚像识别的图像光的纵横比调节到期望的状态。

Description

虚像显示装置
技术领域
本发明涉及安装在头部使用的头戴显示器等的虚像显示装置。
背景技术
近年来，作为像头戴显示器那样可进行虚像的形成及观察的虚像显示装置，提出了各种通过导光板使来自显示元件的图像光引导至观察者的瞳孔的类型。
这样的虚像显示装置中，为了使图像光和外界光重叠，提出了透视光学系统(参照专利文献1、2)。
但是，像上述的专利文献1、2那样，虚像显示装置例如以眼镜型方式在头部安装使用的场合，从构造或设计观点等看，对构成装置的各要素的配置和大小等产生设计上的各种限制。另一方面，关于映出的影像的纵横比(长宽比)，近年来，例如16∶9这样的在观察者的眼的排列方向即横向更长的比率增加。但是，由于上述的设计上的限制，并不容易应对希望显示以该种的横长影像为代表的各种纵横比的图像的要求。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]特开2006-3879号公报
[专利文献2]特开2010-224473号公报
发明内容
本发明鉴于上述背景技术的问题而提出，其目的是提供满足设计上的限制并作为虚像入射观察者的眼的图像光，可将纵横比设定成期望的状态的虚像显示装置。
为了解决上述课题，本发明的虚像显示装置，包括：(a)形成图像光的图像显示装置；(b)投射光学系统，形成基于从图像显示装置射出的图像光的虚像；(c)导光装置，具有：向内部取入通过投射光学系统的图像光的光入射部；通过相对延伸的第1及第2全反射面的全反射引导从光入射部取入的图像光的导光部；向外部取出经过导光部的图像光的光射出部，(d)投射光学系统包含对图像显示装置的图像区域的虚像进行纵横比的调节的复曲面光学系统。
上述虚像显示装置中，通过复曲面光学系统，可以以图像显示元件的图像区域为基准，进行观察者观察的虚像的纵横比的变换。从而，即使由于例如配置、大小等设计上的限制等的理由，图像显示元件的图像区域的纵横比与影像所需纵横比(长宽比)不一致的场合，也可以通过复曲面光学系统变换纵横比，使观察者识别到期望纵横比的虚像。
本发明的具体方面中，复曲面光学系统以图像显示装置中的显示的纵横比为基准，对虚像进行纵横比的变换，使得对观察者而言的横向的比率更大。该场合，通过增大对观察者而言的横向的比率，可以使观察者识别的影像在观察者的眼的排列方向即横向变得更长。
本发明的另一方面中，复曲面光学系统进行与对观察者而言的横向对应的第1方向相关的伸展变换及与垂直于第1方向的第2方向相关的缩小变换中的至少一方。该场合，通过第1方向相关的伸展变换或第2方向相关的缩小变换或者双方的变换，可以将观察者识别的影像设为相对横长的期望的纵横比。
本发明的另一方面中，(a)图像形成装置配置在观察图像光的观察者的耳侧，(b)导光装置沿对观察者而言的横向引导图像光。该场合，例如，可以使虚像显示装置形成眼镜型那样的比较小型的装置。
本发明的另一方面中，图像显示装置中，在图像区域配置的多个像素的各形状的纵横比为复曲面光学系统的变换比率的反比率。该场合，即使不实施特别图像处理，也可以使原来的影像的纵横比以保持原来的自然形态的状态被观察者识别。
本发明的另一方面中，图像显示装置中，多个像素由3段的像素要素排列为一列而构成。该场合，可形成彩色图像。
本发明的另一方面中，3段的像素要素是RGB的3色，沿着对观察者而言的横向排列为一列。该场合，通过由RGB的3色构成3段，可形成彩色图像，通过横向排列为一列，与在图像显示装置采用活性矩阵方式的液晶的场合相比，可以更有效地利用光。
本发明的另一方面中，图像显示装置中，多个像素由4段的像素要素排列为2行2列而构成。该场合，通过4段的配色，可以增大光量并改善色再现性。
本发明的另一方面中，4段的像素要素由RGB的3色构成。该场合，通过使3色中的1色比其他色多，可以根据光源的特性等，取得各色间的光量的平衡，确保像素全体所必要的光量。
本发明的另一方面中，4段的像素要素由在RGB的3色添加了其他色的4色构成。该场合，通过增加其他色，可以增大光量，进一步提高色再现性。
本发明的另一方面中，虚像显示装置还包括：图像处理部，根据复曲面光学系统的图像光的纵横比的变换比率，对从外部输入图像显示装置的图像信号，进行成为该变换比率和反比率的纵横比的变换处理。该场合，通过补偿复曲面光学系统的纵横比的变换的图像处理，可以使观察者识别的影像保持为从外部输入时的影像信号形成的原来的影像的状态。
本发明的另一方面中，虚像显示装置还包括：驱动机构，使复曲面光学系统在图像光的光路上移动。该场合，通过驱动机构，可以对复曲面光学系统的纵横比的变换进行导通、截止等的切换。
本发明的另一方面中，复曲面光学系统具有在向内部取入图像光的导光装置的光入射面相对的方向配置的一组凹凸形状的柱面透镜，通过变更该柱面透镜的配置，调节图像光的纵横比的变换比率。该场合，通过变更一组的凹凸形状的柱面透镜的配置，可适当设定图像光的纵横比的变换比率。
本发明的另一方面中，(a)导光部具有相互平行配置且可进行全反射导光的第1反射面和第2反射面，(b)光入射部具有相对于第1反射面形成规定的角度的第3反射面，(c)光射出部具有相对于第1反射面形成规定的角度的第4反射面。该场合，光入射部的第3反射面反射的图像光被导光部的第1及第2反射面全反射并传送后，由光射出部的第4反射面反射，从而，可形成入射观察者的眼的虚像。
本发明的另一方面中，导光装置在第3反射面及第4反射面的至少一方具有全息图元件。该场合，利用全息图元件可调节图像光的光路，另外，可高效率取入光。
本发明的另一方面中，导光装置还包括：角度变换部，具有在规定方向延伸的多个反射面，由所述多个反射面使由导光部的第1及第2全反射面的全反射引导的图像光向光射出部侧弯曲。该场合，角度变换部通过使图像光向光射出部侧弯曲射出，可以使观察者识别图像。
附图说明
图1是示出实施例的虚像显示装置的立体图。
图2(A)是构成虚像显示装置的第1显示装置的主体部分的平面图，(B)是主体部分的正面图。
图3(A)是与纵的第1方向相关的光路展开的概念图，(B)是与横的第2方向相关的光路展开的概念图。
图4是具体地说明虚像显示装置的光学系统中的光路的平面图。
图5(A)是表示液晶显示装置的显示面的图，(B)是概念地说明观察者看见的液晶显示装置的虚像的图，(C)及(D)是构成虚像的部分图像的说明图。
图6(A)是虚像显示装置的构造模式的所示截面图，(B)是侧面图，(C)是构成纵横比变换光学系统的一组柱面透镜的立体图。
图7(A)是观察者识别的虚像对应的面板图像的示意图，(B)是比较例的图，(C)是说明纵横比变换光学系统中的光路的示意图。
图8(A)是反映图像显示元件的图像区域的像素的面板图像的像素的示图，(B)是纵横比变换后的面板图像的像素的状态的示图。
图9(A)是横一列排列的RGB像素的纵横比变换前的状态的示图，(B)是纵横比变换后的状态的示图，(C)是纵一列排列的RGB像素的纵横比变换前的状态的示图，(D)是纵横比变换后的状态的示图，(E)是正方形的4块排列的RGB像素的纵横比变换前的状态的示图，(F)是纵横比变换后的状态的示图，(G)是正方形的4块排列的4色像素的纵横比变换前的状态的示图，(H)是纵横比变换后的状态的示图。
图10(A)是第2实施例的虚像显示装置的截面图，(B)是侧面图。
图11(A)是第3实施例的虚像显示装置的截面图，(B)是侧面图。
图12(A)是第4实施例的虚像显示装置的说明图，(B)是图像处理的情形的示图。
图13(A)是第5实施例的虚像显示装置的说明图，(B)是虚像显示装置的工作的说明图，(C)是透镜离开时的状态下的横向的光路的说明图，(D)是纵向的光路的说明图，(E)是透镜接触时的状态下的横向的光路的说明图，(F)是纵向的光路的说明图。
图14(A)是透镜离开时的纵横比变换后的像素的状态的示图，(B)是透镜接触时的纵横比变换后的像素的状态的示图。
图15是说明虚像显示装置的图像处理的流程图。
图16(A)是说明第5实施例的虚像显示装置的变形例的截面图，(B)是侧面图。
图17(A)是第6实施例的虚像显示装置的截面图，(B)是导光部件的正面图，(C)是导光部件的平面图。
图18(A)是说明角度变换部的构造及角度变换部中的图像光的光路的示意图，(B)是角度变换部的内侧的反射的情形的示图，(C)是角度变换部的入口侧的反射的情形的示图。
图19(A)是虚像显示装置的构造的截面图，(B)是侧面图。
图20(A)及(B)是虚像显示装置的一变形例的示图，(C)及(D)是虚像显示装置的另一变形例的示图。
图21(A)是虚像显示装置的一变形例的示图，(B)及(C)是虚像显示装置的另一变形例的示图，(D)及(E)是虚像显示装置的又一变形例的示图。
图22是另一虚像显示装置的一例的说明图。
图23是另一虚像显示装置的一例的说明图。
图24(A)是说明又一虚像显示装置的图像显示例的示图，(B)是纵横比变换后的图像的一例，(C)是纵横比变换后的图像的另一例，(D)是比较例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明一实施例涉及的虚像显示装置。
(A.虚像显示装置的外观)
图1所示实施例的虚像显示装置100是具有像眼镜那样的外观的头戴显示器，可对于安装该虚像显示装置100的观察者通过虚像识别图像光的同时，使观察者透视观察外界像。虚像显示装置100具备：覆盖观察者的眼的光学面板110；支持光学面板110的框121；在框121中从眼前的两侧的部分分别延伸到用于折叠框121的铰链(未图示)的跟前的部分(前盖)141、142或者从该铰链的后段到耳的部分为止的部分(头侧部)151、152附加的第1及第2驱动部131、132。这里，光学面板110具有第1面板部分111和第2面板部分112，两面板部分111、112形成在中央一体连结的板状部件。由附图上右侧的第1面板部分111和第1驱动部13组合而成的第1显示装置100A处于图中虚线包围的虚像显示装置100全体中的中央靠右半部分的范围，是形成右眼用的虚像的部分，也可以单独起到虚像显示装置的功能。另外，由附图上左侧的第2面板部分112和第2驱动部132组合而成的第2显示装置100B处于虚像显示装置100全体中的中央靠左半部分的范围，是形成左眼用的虚像的部分，也可以单独起到虚像显示装置的功能。该场合，图像形成装置10接近观察者的耳配置。
(B.显示装置的构造)
如图2(A)等所示，第1显示装置100A具备图像形成装置10和导光装置20。这里，图像形成装置10与图1中的虚线包围的范围内的第1驱动部131相当，导光装置20与图1中的第1面板部分111相当。另外，图1所示第2显示装置100B具有与第1显示装置100A同样的构造，只是左右反相，因此省略第2显示装置100B的详细说明。
图像形成装置10具有图像显示装置11和投射光学系统12。其中，图像显示装置11具备：射出2维的照明光SL的照明装置31；透过型的空间光调制装置即液晶显示装置32；控制照明装置31及液晶显示装置32的工作的驱动控制部34。
照明装置31具备发生包含红、绿、蓝的3色光的光源31a和使光源31a的光扩散而形成具有矩形截面的2维广度的光束的背光导光部31b。液晶显示装置32空间地调制来自照明装置31的照明光SL，形成要成为运动图像等的显示对像的图像光。驱动控制部34具备光源驱动电路34a和液晶驱动电路34b。光源驱动电路34a向照明装置31的光源31a供给电力，射出稳定亮度的照明光SL。液晶驱动电路34b通过对液晶显示装置32输出图像信号或驱动信号，形成成为动态图像、静态图像的基础的彩色的图像光，作为透过率图案。另外，可在液晶驱动电路34b具备图像处理功能，也可以在外接的控制电路具有图像处理功能。
液晶显示装置32中，第1方向D1与包含穿过投射光学系统12的第1光轴AX1和与后述导光部件21的第3反射面21c平行的特定线的纵截面的延伸方向对应，第2方向D2与包含上述第1光轴AX1和上述第3反射面21c的法线的横截面的延伸方向对应。即，液晶显示装置32的位置中，第1方向D1与纵的Y方向相当，第2方向D2与横的Z方向相当。
投射光学系统12是包含使液晶显示装置32上的各点射出的图像光形成平行状态的光束的准直透镜13、和通过调节由准直透镜13平行光束化的图像光的扩散状态而对要显示虚像进行纵横比的调节的复曲面光学系统即纵横比变换光学系统15的透镜组。
导光装置20由导光部件21和光透过部件23接合而成，全体构成为与YZ面平行延伸的平板状的光学部件。
导光装置20中，导光部件21是平面上看为梯形的棱镜状部件，作为侧面，具有第1反射面21a、第2反射面21b、第3反射面21c和第4反射面21d。另外，导光部件21具有与第1、第2、第3及第4反射面21a、21b、21c、21d邻接并相互相对的上面21e和下面21f。这里，第1及第2反射面21a、21b沿YZ面延伸，以导光部件21的厚度t离开。另外，第3反射面21c相对于YZ面以45°以下的锐角α倾斜，第4反射面21d相对于XY面以例如45°以下的锐角β倾斜。穿过第3反射面21C的第1光轴AX1和穿过第4反射面21d的第2光轴AX2平行配置，离开距离D。另外，第1反射面21a和第3反射面21c之间，以除去棱的方式设置端面21h。导光部件21若包含该端面21h，则具有7面的多面体状的外形。
导光部件21利用第1及第2反射面21a、21b的全反射进行导光，有导光时通过反射折返的方向和导光时未通过反射折返的方向。考虑到由导光部件21导光的图像的场合，导光时通过多次反射折返并传送的横向即关闭方向与第1及第2反射面21a、21b垂直(与X轴平行)，光路展开到光源侧为止的场合，与液晶显示装置32的第2方向D2相当。另一方面，导光时未通过反射折返而传送的纵向即非关闭方向与第1及第2反射面21a、21b及第3反射面21c平行(与Y轴平行)，如后述，光路展开到光源侧为止的场合，与液晶显示装置32的第1方向D1相当。另外，导光部件21中，传送的光束全体朝向的主导光方向成为+Z方向。
导光部件21由可视范围高的光透过性的树脂材料形成。导光部件21是通过射出成型一体成型的块状部件，例如通过向成型模具内射出热或光聚合型的树脂材料并热硬化或光硬化而形成。这样，导光部件21虽然一体形成，但是功能上可以分为光入射部B1、导光部B2、光射出部B3。
光入射部B1是三角棱镜状的部分，具有作为第1反射面21a的一部分的光入射面IS和与光入射面IS相对的第3反射面21c。光入射面IS是用于取入来自图像形成装置10的图像光GL的内侧或观察者侧的平面，与投射光学系统12相对，与该第1光轴AX1垂直延伸。第3反射面21c具有矩形的轮廓，在其整个矩形区域，具有用于反射穿过光入射面IS的图像光GL并导入导光部B2内的全反射镜层。该全反射镜层在导光部件21的斜面RS上通过铝等的蒸镀实施成膜而形成。第3反射面21c相对于投射光学系统12的第1光轴AX1或XY面以例如锐角α＝25°～27°倾斜，通过使从光入射面IS入射并全体朝向-X方向的图像光GL全体以朝向偏+X方向的+Z方向的方式弯曲，使图像光GL在导光部B2内可靠地结合。
导光部B2具有使由光入射部B1弯曲的图像光分别全反射的第1反射面21a和第2反射面21b，作为相互相对平行于YZ面延伸的2平面。第1及第2反射面21a、21b的间隔即导光部件21的厚度t设为例如9mm左右。这里，第1反射面21a设在靠近图像形成装置10的内侧或观察者侧，第2反射面21b设在离图像形成装置10远的表面侧或外界侧。该场合，第1反射面21a成为上述的光入射面IS和后述的光射出面OS共同的面部分。第1及第2反射面21a、21b是利用折射率差的全反射面，在其表面未实施反射镜层等的反射涂层，但是为了防止表面的损伤及图像分辨率的降低，由硬涂层涂覆。该硬涂层在导光部件21上通过浸泡处理、喷涂处理使含有树脂等的涂料成膜而形成。
光入射部B1的第3反射面21c反射的图像光GL，首先入射第1反射面21a，然后被全反射。接着，该图像光GL入射第2反射面21b，然后被全反射。以下通过反复该工作，图像光全体导向导光装置20的内侧的主导光方向即设置了光射出部B3的+Z侧。另外，由于第1及第2反射面21a、21b未施加反射涂层，因此，从外界侧入射第2反射面21b的外界光或外光以高透过率通过导光部B2。即，导光部B2成为可透视外界像的透视类型。
光射出部B3是三角棱镜状的部分，具有作为第1反射面21a的一部分的光射出面OS和与光射出面OS相对的第4反射面21d。光射出面OS是向观察者的眼EY射出图像光GL的表面侧的平面，与光入射面IS同样，成为第1反射面21a的一部分，与第2光轴AX2垂直延伸。穿过光射出部B3的第2光轴AX2和穿过光入射部B1的第1光轴AX1的距离D考虑到观察者的头部的宽度等，设为例如50mm左右。第4反射面21d是用于将经第1及第2反射面21a、21b入射来的图像光GL反射并向光射出部B3外射出的矩形的平坦面。在第4反射面21d附随了半反射镜层28。该半反射镜层28是具有光透过性的反射膜(即半透过反射膜)。半反射镜层(半透过反射膜)28在导光部件21中构成第4反射面21d的斜面RS上通过使金属反射膜、电介质多层膜成膜而形成。对于半反射镜层28的图像光GL的反射率，从通过透视容易观察外界光GL′的观点看，在假定的图像光GL的入射角范围中，设为10％以上50％以下。对于具体实施例的半反射镜层28的图像光GL的反射率，设定成例如20％，对于图像光GL的透过率，设定成例如80％。
第4反射面21d相对于与第1反射面21a垂直的第2光轴AX2或者YZ面例如倾斜锐角α＝25°～27°，通过由上述半反射镜层28使经导光部B2的第1及第2反射面21a、21b入射来的图像光GL部分地反射并以全体朝向+X方向的方式弯曲，通过光射出面OS。另外，透过第4反射面21d的图像光的分量入射光透过部件23，不用于图像的形成。
光透过部件23具有与导光部件21的主体相同的折射率，具有第1面23a、第2面23b和第3面23c。第1及第2面23a、23b沿YZ面延伸。另外，第3面23c相对于YZ面倾斜，与导光部件21的第4反射面21d相对平行配置。即，光透过部件23成为具有被第2面23b和第3面23c夹持的楔状的部件。光透过部件23与导光部件21同样，由可视范围高的光透过性的树脂材料形成。光透过部件23是通过射出成型一体成型的块状部件，通过向成型模具内射出例如热聚合型的树脂材料并热硬化而形成。
光透过部件23中，第1面23a在设于导光部件21的第1反射面21a的延长平面上配置，处于靠近观察者的眼EY的内侧，第2面23b在设于导光部件21的第2反射面21b的延长平面上配置，处于离观察者的眼EY远的表面侧。第3面23c是通过粘接剂与导光部件21的第4反射面21d接合的矩形光透过面。以上的第1面23a和第3面23c形成的角度等于导光部件21的第2反射面21b和第4反射面21d形成的角度，第2面23b和第3面23c形成的角度等于导光部件21的第1反射面21a和第3反射面21c形成的角度β。
光透过部件23和导光部件21在两者的接合部及其附近构成透视部B4。即，在第1及第2面23a、23b未施加反射镜层等的反射涂层，因此，与导光部件21的导光部B2同样，外界光GL′以高透过率透过。在第3面23c，外界光GL′也可以以高透过率透过，但是由于导光部件21的第4反射面21d具有半反射镜层28，因此，通过第3面23c的外界光GL′在半反射镜层28中例如减光20％。即，观察者越过半反射镜层28观察到减光20％的图像光GL和减光80％的外界光GL′重叠的光。
(C.图像光的光路的概要)
图3(A)是液晶显示装置32的纵截面CS1对应的第1方向D1的光路的说明图。沿第1方向D1的纵截面即YZ面(展开后的X′Y′面)中，液晶显示装置32射出的图像光中，图中一点划线表示的显示区域32b的上端侧(+Y侧)射出的分量设为图像光GLa，图中二点划线表示的显示区域32b的下端侧(-Y侧)射出的分量设为图像光GLb。
上侧的图像光GLa通过包含纵横比变换光学系统15的投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX′，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，以平行光束状态从角度φ1的上方向倾斜入射观察者的眼EY。另一方面，下侧的图像光GLb由投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX′，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，以平行光束状态从角度φ2(|φ2|＝|φ1|)的下方向倾斜入射观察者的眼EY。以上的角度φ1、φ2与上下的半视场角相当，例如设定成6.5°。
图3(B)是液晶显示装置32的横截面CS2对应的第2方向(关闭方向或合成方向)D2的光路的说明图。沿第2方向D2(关闭方向或合成方向)的横截面CS2即XZ面(展开后的X′Z′面)中，液晶显示装置32射出的图像光中，从右端侧(+Z侧)的第1显示点P1向图中一点划线表示的显示区域32b射出的分量设为图像光GLc，从左端侧(-Z侧)的第2显示点P2向图中二点划线表示的显示区域32b射出的分量设为图像光GLd。图3(B)中，为了参考，追加了从靠右内侧射出的图像光GLe和靠左内侧射出的图像光GLf。
来自右侧的第1显示点P1的图像光GLc由投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX′，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，以平行光束状态从角度θ1的右方向倾斜入射观察者的眼EY。另一方面，来自左侧的第2显示点P2的图像光GLd由投射光学系统12平行光束化，沿展开的光轴AX′，穿过导光部件21的光入射部B1、导光部B2及光射出部B3，以平行光束状态从角度θ2(|θ2|＝|θ1|)的左方向倾斜入射观察者的眼EY。以上的角度θ1、θ2与左右的半视场角相当，例如设定成10°。
另外，关于第2方向D2的横向，在导光部件21中，图像光GLc、GLd通过反射折返，反射的次数也不同，因此，各图像光GLc、GLd在导光部件21中表现为不连续。另外，对于观察者的眼EY，与图2(A)的场合比较，观察方向成为上下反向。结果，关于横向，全体画面左右反相，但是如后详述，通过高精度加工导光部件21，液晶显示装置32的右半图像和液晶显示装置32的左半图像无缝连续，形成无错位的结合。另外，考虑到两图像光GLc、GLd的导光部件21内的反射次数互异，右侧的图像光GLc的射出角度θ1′和左侧的图像光GLd的射出角度θ2′设定成互异。
以上，入射观察者的眼EY的图像光GLa、GLb、GLc、GLd成为来自无限远的虚像，关于纵的第1方向D1，在液晶显示装置32形成的图像正立，关于横的第2方向D2，在液晶显示装置32形成的图像反转。
(D.横向的图像光的光路)
图4是说明第1显示装置100A中的横的第2方向D2的具体光路的截面图。投射光学系统12如上述，具有多个透镜(未图示)构成的准直透镜13和对图像区域的虚像进行纵横比的变换的纵横比变换光学系统15。纵横比变换光学系统15包括一组柱面透镜15a、15b。纵横比变换光学系统15通过采用具有纵向和横向中曲率半径不同的光学面的一组柱面透镜15a、15b，可通过保持由准直透镜13平行光束化的图像光的平行状态使得向观察者的眼EY的入射角度变化，通过视场角的调节来进行纵横比的变换。这里作为一例，进行这样的比率的变换：将图像显示装置11的图像区域的纵横比即长宽比设为4∶3，观察者将其作为虚像识别时长宽比成为16∶9。另外，纵横比变换光学系统15进行的长宽比变换工作的详细将后述。
来自液晶显示装置32的右侧的第1显示点P1的图像光GL11、GL12穿过投射光学系统12的准直透镜13而平行光束化。而且，图像光GL11、GL12穿过投射光学系统12的纵横比变换光学系统15，从而保持平行光束化的状态，为了进行长宽比变换，在横向调节光路方向。即，通过纵横比变换光学系统15，对映出的图像调节横向的视场角，进行液晶显示装置32的图像区域的纵横比变换用的调节。
经过投射光学系统12的图像光GL11、GL12入射导光部件21的光入射面IS。导入导光部件21内的图像光GL11、GL12在第1及第2反射面21a、21b中以相等角度反复全反射，最终从光射出面OS作为平行光束射出。具体地说，图像光GL11、GL12由导光部件21的第3反射面21c反射为平行光束后，以第1反射角γ1入射导光部件21的第1反射面21a后全反射(第1次的全反射)。然后，图像光GL11、GL12以保持第1反射角γ1的状态，入射第2反射面21b后全反射(第2次的全反射)，然后，再度入射第1反射面21a后全反射(第3次的全反射)。结果，图像光GL11、GL12在第1及第2反射面21a、21b中共计3次全反射后，入射第4反射面21d。图像光GL11、GL12在该第4反射面21d以与第3反射面21c相同的角度反射，从光射出面OS以相对于垂直第2光轴AX2方向倾斜角度θ1，对该光射出面OS作为平行光束射出。
来自液晶显示装置32的左侧的第2显示点P2的图像光GL21、GL22通过投射光学系统12的准直透镜13而被平行光束化，并在纵横比变换光学系统15的通过中保持平行光束化的状态的同时进行光路调节，入射导光部件21的光入射面IS。导入导光部件21内的图像光GL21、GL22在第1及第2反射面21a、21b中以相同角度反复全反射，最终从光射出面OS作为平行光束射出。具体地说，图像光GL21、GL22由导光部件21的第3反射面21c反射为平行光束后，以第2反射角γ2(γ2＜γ1)入射导光部件21的第1反射面21a后全反射(第1次的全反射)。然后，图像光GL21、GL22以保持第2反射角γ2的状态入射第2反射面21b后全反射(第2次的全反射)，再度入射第1反射面21a后全反射(第3次的全反射)，再度入射第2反射面21b后全反射(第4次的全反射)，再度入射第1反射面21a后全反射(第5次的全反射)。结果，图像光GL21、GL22在第1及第2反射面21a、21b中共计5次全反射后，入射第4反射面21d。图像光GL21、GL22在该第4反射面21d以与第3反射面21c相同的角度反射，从光射出面OS以相对于垂直第2光轴AX2方向倾斜角度θ2，对该光射出面OS作为平行光束射出。
图4中，图示了导光部件21展开时与第1反射面21a对应的假想的第1面121a和导光部件21展开时与第2反射面21b对应的假想的第2面121b。通过这样的展开，可知来自第1显示点P1的图像光GL11、GL12通过与光入射面IS对应的入射等价面IS′后，2次通过第1面121a，1次通过第2面121b，从光射出面OS射出后入射观察者的眼EY，来自第2显示点P2的图像光GL21、GL22通过与光入射面IS对应的入射等价面IS″后，3次通过第1面121a，2次通过第2面121b，从光射出面OS射出后入射观察者的眼EY。若改变观察方法，则成为观察者将在2个位置不同的入射等价面IS′、IS″的附近存在的投射光学系统12的透镜15b重叠后进行观察。
图5(A)是概念地说明液晶显示装置32的显示面的图，图5(B)是概念地说明观察者观察的液晶显示装置32的虚像的图，图5(C)及5(D)是构成虚像的部分图像的说明图。图5(A)所示在液晶显示装置32设置的矩形的图像形成区域AD观察为图5(B)所示的虚像显示区域AI。在虚像显示区域AI的左侧，形成与液晶显示装置32的图像形成区域AD中从中央到右侧的部分相当的第1投射像IM1，该第1投射像IM1如图5(C)所示，形成右侧缺失的部分图像。另外，在虚像显示区域AI的右侧，形成与液晶显示装置32的图像形成区域AD中从中央到左侧的部分相当的投射像IM2，作为虚像，该第2投射像IM2如图5(D)所示，形成左半部分缺失的部分图像。
图5(A)所示在液晶显示装置32中仅仅形成第1投射像(虚像)IM1的第1部分区域A10，例如包含液晶显示装置32的右端的第1显示点P1，射出在导光部件21的导光部B2中合计3次全反射的图像光GL11、GL12。在液晶显示装置32中仅仅形成第2投射像(虚像)1M2的第2部分区域A20，例如包含液晶显示装置32的左端的第2显示点P2，射出在导光部件21的导光部B2中合计5次全反射的图像光GL21、GL22。来自液晶显示装置32的图像形成区域AD的中央附近被第1及第2部分区域A10、A20夹着且纵长延伸的带域SA的图像光，形成图5(B)所示的重复图像SI。即，来自液晶显示装置32的带域SA的图像光成为由导光部B2中计3次全反射的图像光GL11、GL12形成的第1投射像IM1和由导光部B2中计5次全反射的图像光GL11、GL12形成的第2投射像IM2，在虚像显示区域AI上重叠。若导光部件21的加工精密，由投射光学系统12正确形成准直的光束，则对于重复图像S1，可防止2个投射像IM1、IM2的重叠导致的错位或者渗透。
以上，从包含液晶显示装置32的右侧的第1显示点P1的第1部分区域A10射出的图像光GL11、GL12在第1及第2反射面21a、21b的全反射次数设为共计3次，从包含液晶显示装置32的左侧的第2显示点P2的第2部分区域A20射出的图像光GL21、GL22在第1及第2反射面21a、21b的全反射次数设为共计5次，但是全反射次数也可以适当变更。即，通过导光部件21的外形(即厚度t、距离D、锐角α、β)的调节，可将图像光GL11、GL12的全反射次数设为共计5次，也可以将图像光GL21、GL22的全反射次数设为共计7次。另外，以上，图像光GL11、GL12、GL21、GL22的全反射次数设为奇数，但是，若在相反侧配置光入射面IS和光射出面OS，即，使导光部件21的平面视图为平行四边形，则图像光GL11、GL12、GL21、GL22的全反射次数成为偶数。
这里，返回图4，说明投射光学系统12的纵横比变换光学系统15进行的图像光GL11、GL12、GL21、GL22的光路调节。在以上的图像形成时，纵横比变换光学系统15调节光路，使得图像光GL11、GL12、GL21、GL22的光路与通常的场合相比角度更广，从而变换纵横比即长宽比。具体地说，如图中虚线所示，在没有纵横比变换光学系统15的场合，假想的光路GLM成为图像光的光路。该假想的光路GLM以比实际的图像光GL11、GL12、GL21、GL22的光路狭小的角度入射导光部件21等，该场合，保持图像显示装置11的图像区域的状态，形成长宽比4∶3的图像。相对地，本实施例中，通过纵横比变换光学系统15调节图像光的光路。从而，在图像显示装置11侧，图像区域即使是长宽比4∶3，观察者也可以识别为更加横长的长宽比16∶9的图像。另外，纵横比变换光学系统15在投射光学系统12中位于准直透镜13的后级，从而，对处于平行光束化的状态的图像光施加上述的长宽比变换用的横向伸展的作用。因而，穿过纵横比变换光学系统15时，图像光的分量可维持平行光束化的状态。
(E.纵横比变换光学系统的构造及其纵横比变换)
以下，参照图6(A)～6(C)及7(A)～7(C)，更详细说明纵横比变换光学系统15的构造和功能。另外，图6(A)及6(B)中，为了优先说明纵横比变换光学系统15，示意表示其他的结构和光路等。另外，这里，如图7(A)概念地说明，图6(A)等所示纵横比变换光学系统15通过仅仅在横向进行光束的角度变换，观察者识别的影像相当的面板图像PP从原来的长宽比4∶3纵横比变换为长宽比16∶9。另外，作为比较例，如图7(B)概念地说明，若未配置纵横比变换光学系统15，则不进行上述的纵横比变换，面板图像PP保持原来的图像显示装置11的画面的长宽比4∶3。
图6(A)是从Y方向观察虚像显示装置100的截面图，图6(B)是从Z方向观察虚像显示装置100的侧面图，图6(C)是构成纵横比变换光学系统15的一组的柱面透镜15a、15b的立体图。图示的虚像显示装置100中，图像显示装置11的横向即第1方向D1与图7(A)所示观察者的横向即面板图像PP的横向E1对应。另外，与第1方向D1垂直的图像显示装置11的纵向即第2方向D2与面板图像PP的纵向E2对应。
纵横比变换光学系统15包括在光路上游侧即光源侧配置的凸柱面透镜15a和在光路下游侧即反光源侧配置的凹柱面透镜15b。凸柱面透镜15a及凹柱面透镜15b都是母线沿着Y方向延伸配置，与XZ面平行的截面为赋予了正负的折射力的圆弧状，与XY面平行的截面为未赋予折射力的直线状，并具有图6(C)的立体图所示的全体外观的柱面光学系统。各柱面透镜15a、15b以与导光部件21的光入射面IS直接或间接地相对的方式配置。各柱面透镜15a、15b由于形成以上的形状及配置，因此根据其截面形状的差异，有产生通过的光的发散、收敛作用即图像光的伸展、缩小作用的方位和不产生或几乎不产生的方位。另外，为图6(A)等例示的柱面透镜15a、15b的场合，光路下游侧的面HSa、HSb成为曲面，光路上游侧的面TSa、TSb成为平坦面。
如图6(A)及6(B)所示，入射纵横比变换光学系统15的图像光由准直透镜13预先平行化。纵横比变换光学系统15是以在与第1方向D1对应的XZ截面保持各图像光的光束的平行性的同时扩大视场角的方式变换的远焦系统即焦距无限大的光学系统，保持入射的平行光束的平行性而射出。另一方面，纵横比变换光学系统15成为在与第2方向D2对应的XY截面保持各图像光的光束的平行性并维持视场角的非作用型的光学系统。从而，图6(A)中即XZ面内，图像光GL1等作为平行光束入射，射出角度虽然变化，但是作为平行光束射出。另外，图6(B)中即XY面内，图像光GL1等作为平行光束入射，并作为近似平行光束射出。这里，纵横比变换光学系统15在图像光的光束截面的第1方向D1即横向的伸展、缩小与射出角度的增减相当，由构成纵横比变换光学系统15的两柱面透镜15a、15b的折射力和间隔确定。为图6(A)等所示透镜15a、15b的配置的场合，与无透镜15a、15b即纵横比变换光学系统15的场合比较，在Z方向横视场角扩大为φ＝2θ，使图像光伸展。另一方面，在第2方向D2即纵向既不伸展也不缩小。
以下，参照图6(A)等，说明图像形成装置10侧的第1方向D1即横向的图像光的光路调节。这里，为了说明纵横比变换光学系统15中基于光路调节的长宽比变换，如图像光中例如图7(C)所示图像光GL2、GL3那样，考虑从图像显示装置11的周边侧以入射角度θ0倾斜射出后与光轴XX交差的分量。这样的分量首先入射凸柱面透镜15a后，通过远焦系统即凸柱面透镜15a及凹柱面透镜15b，以相对于光轴XX倾斜比入射角度θ0更大的射出角度θ从+Z侧或-Z侧射出。另外，该射出角度θ等于图6(A)等所示虚像的横半视场角θ的值。如上所述，通过经由纵横比变换光学系统15，在横向使射出角度θ大于入射角度θ0即扩大角倍率，结果，图像光射出时的视场角比入射时扩大。即，图像光形成的虚像与无纵横比变换光学系统15的场合比较，向横向伸展。
以上，通过适当确定凸柱面透镜15a和凹柱面透镜15b的位置关系及它们的焦距比，将射出角度θ相对于入射角度θ0的大小设为期望的值，结果，可以将观察者应识别的虚像的纵横比调节为期望的比率。另外，这里作为一例，在横向进行4/3倍的伸展变换。
以下，返回图6(B)，说明图像形成装置10侧的第2方向D2即纵向的图像光的光路。该场合，各柱面透镜15a、15b不具有折射力，成为与平行平板同等的装置，因此，图像光中例如不管是从图像显示装置11的-Y侧射出的图像光Gly那样从周边侧射出的分量还是中心侧的分量，都几乎不受基于纵横比变换光学系统15的角度变化的影响。即，图像光直接将入射角度θ0的值作为射出角度θ0，与无纵横比变换光学系统15的场合比较，没有伸缩，维持原来的状态而射出，形成虚像。
以上的结果为，纵横比变换光学系统15对于由通过的图像光形成的虚像，与无纵横比变换光学系统15的场合比较，以横向伸展而纵向几乎不变化的方式进行变换。即，横向和纵向以不同的比率变换。该场合，如上所述，通过将横向的伸展量设为4/3倍，仅仅通过横伸展进行从4∶3的纵横比到16∶9的变换。通过以上的变换，可使可形成16∶9的纵横比的虚像的图像光入射导光部件21的光入射面IS。另外，如图6(A)，扩大视场角使虚像横向伸展的场合，通过导光部件21的各平行光束的宽度变窄。另一方面，如图6(B)，在无伸展也无缩小的场合，通过导光部件21的各平行光束的宽度不变。
以下，说明构成与上述纵横比变换相应的图像的像素的形状。首先，图8(A)作为与图像显示装置11的画面对应的图，示意图示了没有纵横比变换的作用的状态的面板图像PP。该场合，面板图像PP的形状成为直接反映图像显示装置11的图像区域PD的形状的长宽比4∶3的矩形状。从而，在面板图像PP上矩阵状配置的大量的像素PE可以以表示图像显示装置11中的图像区域PD的像素的配置、形状的方式被捕捉。另一方面，图8(B)示意图示了通过纵横比变换光学系统15的纵横比变换的作用将纵横比变换为16∶9的状态的面板图像PP。图8(B)中，面板图像PP的各图像像素PE′与图8(A)的各像素PE一一对应。这里，如上所述，纵横比变换光学系统15的纵横比变换在横向设定为4/3倍。对应地，图8(A)的面板图像PP的像素PE的各形状设为与纵横比变换光学系统15的变换比率成反比率的纵横比的纵长的长方形状。即，各像素PE的纵横比m∶n在纵向即Y方向长，成为m∶n＝3∶4。从而，图8(B)所示面板图像PP的各图像像素PE′的各形状通过由纵横比变换光学系统15在横向以4/3倍的变换比率进行伸展变换，使观察者识别为纵横比1∶1的正方形的状态。如上所述，通过将图像显示装置11的像素的形状即像素PE的形状与纵横比变换光学系统15的纵横比变换对应地预先设为纵长，纵横比变换后到达观察者的眼EY的图像不实施图像处理等，直接以自然形保持原来影像的状态。
以下，说明各像素PE由3段构成时的像素要素。例如，如图9(A)及9(B)所示，也可以将RGB(红、绿、蓝)3色的纵长的像素要素R1、G1、B1横向排列的一列作为一组，形成一个像素PE。该场合，纵横比变换后的各像素PE′中，各像素要素R1′、G1′、B1′横向伸展。从而，通过将变换前的像素要素R1、G1、B1预先设为纵长，可以使变换后的各像素要素R1′、G1′、B1′成为最佳形状。另外，如图9(C)及9(D)所示，也可以将RGB(红、绿、蓝)3色的像素要素R1、G1、B1纵向排列为一列。另外，除了上述的纵或横条配置，还可适用例如三角形配置或者马赛克配置等的排列方式，各排列方式例如可使纵线易见或者适合图形显示等，可以根据需要的特性从各种排列方式选择适当的方式。
此外，例如图9(E)及9(F)所示，对于RGB(红、绿、蓝)3色，也可以将4段的像素要素排列为矩形的4块，构成一个像素PE。图9(E)及9(F)中，作为一例，进行R及B各一个而G为2个的配色，即，将像素要素R1、G1、G2、B1配置为2行2列，将它们变换为像素要素R1′、G1′、G2′、B1′，形成正方形的像素PE′(参照图9(F))。另外，如图9(G)及9(H)所示，也可以例如由基于在RGB(红、绿、蓝)附加了Y(黄)的4色的4段的像素要素R1、G1、B1、Y1构成一个像素PE，将配置的各像素要素R1、G1、B1、Y1通过纵横比变换而变换为像素要素R1′、G1′、B1′、Y1′，形成正方形的像素PE′(参照图9(H))。为由4段构成的场合，如上述，通过加强绿色或者添加黄色，可以增大光量，进一步提高色再现性。另外，对于第4色，不限于Y(黄)，也可以设为其他，例如W(白)。
如上所述，本实施例的虚像显示装置100通过纵横比变换光学系统15的伸展变换，可以将形成的虚像的纵横比变换为与原来的图像显示装置11的图像区域PD的纵横比(4∶3)相比横长的纵横比(16∶9)。从而，即使是例如相对于虚像显示装置100全体，包含图像显示装置11的图像形成装置10的横向宽度WD在设计上被限制，无法将图像区域PD设为影像所必要的比较横长的纵横比(例如16∶9)，而是成为接近正方形的比(例如纵横比4∶3)的场合，也可以将被观察者的眼识别为虚像的图像光的纵横比通过柱面透镜15a、15b的纵横比变换调节为期望的状态(例如纵横比16∶9)。
另外，上述实施例及各变形例的纵横比变换光学系统15等中，将图像显示装置11侧的显示图像的纵横比设为4∶3，将观察者识别的图像光形成的虚像的纵横比设为16∶9，进行变换，但是纵横比不限于此，可以在变换前后分别进行各种假定。纵横比的变换比率可以通过变更构成例如纵横比变换光学系统15的一组凹凸形状的柱面透镜15a、15b的配置来调节。
另外，以上说明的实施例的虚像显示装置100中，光入射部B1的第3反射面21c反射的图像光GL被导光部的第1及第2反射面21a、21b全反射并传送，由光射出部B3的第4反射面21d反射后，作为虚像入射观察者的眼EY。此时，从图像显示装置11的第1显示点P1射出的第1图像光GL11、GL12在导光部中的反射次数和从图像显示装置11的第2显示点P2射出的第2图像光GL21、GL22在导光部B2中的反射次数不同，因此，可以扩大从光射出部B3射出的图像光GL的射出角度的角度范围。即，变得可以以比较宽的视角取入来自图像显示装置11中的不同部分区域A10、A20的图像光GL，可以确保越过光射出部B3观察的虚像的大的显示尺寸。这样，通过采用取出反射次数不同的图像光GL的构造，可以以不怎么加厚导光部B2而覆盖眼睛的方式增大光射出部B3，因此，不必随着光射出部B3靠近眼睛而进行眼睛分割，可确保大的光瞳径，也可以进行良好的透视观察。
(第2实施例)
以下，根据图10(A)等说明第2实施例的虚像显示装置。另外，本实施例的虚像显示装置200是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，与第1实施例的虚像显示装置100相同符号的部分只要没有特别说明，就具有同样的功能。
图10(A)是从Y方向观察虚像显示装置200的截面图，图10(B)是从Z方向观察虚像显示装置200的侧面图。本实施例的虚像显示装置200在纵横比变换光学系统215中，通过在与第1方向D1(Z方向)垂直的第2方向D2(Y方向)进行缩小变换，将要观察的虚像变换为期望状态的纵横比。这里，作为一例，将图像显示装置11的显示图像的纵横比即长宽比设为4∶3，通过基于纵横比变换光学系统215的纵横比变换即缩小变换，由观察者识别为长宽比16∶9的影像。
纵横比变换光学系统215为了在第2方向D2即纵向进行缩小变换，在光路上游侧即光源侧配置凹柱面透镜215a，在光路下游侧即反光源侧配置凸柱面透镜215b。更具体地说，各柱面透镜215a、215b都是母线沿着Y方向延伸配置，与XZ面平行的截面为未赋予折射力的直线状，与XY面平行的截面为赋予了正负的折射力的圆弧状的柱面光学系统。从而，纵横比变换光学系统215对于XZ面，与平行平板相同，几乎不改变光束，另一方面，对于XY面，起到以保持图像光的光束的平行性的同时使视场角变窄的方式变换的远焦系统的功能。
如上所述，首先，如图10(A)所示，第1方向D1即Z方向的图像光的光路几乎不受基于纵横比变换光学系统215的角度变化的影响。即，图像光与无纵横比变换光学系统215的场合比较，不进行伸缩，维持原来的状态射出。
另一方面，如图10(B)所示，第2方向D2即Y方向的图像光的光路通过远焦系统即纵横比变换光学系统215以射出时的视场角比入射时窄的方式变化。即，图像光形成的虚像与无纵横比变换光学系统215的场合比较，纵向缩小。
根据以上的结果可知，纵横比变换光学系统215对于通过的图像光全体的光束截面形状，以横向几乎不变化而纵向缩小的方式进行纵缩小变换。这样，通过在横向和纵向中以不同比率变换，可进行从例如4∶3的纵横比到16∶9的变换。另外，该场合，为了达成上述变换，将纵向设定成3/4倍的缩小量的缩小变换。
(第3实施例)
以下，根据图11(A)等说明第3实施例的虚像显示装置。另外，本实施例的虚像显示装置300是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，与第1实施例的虚像显示装置100相同符号的部分只要没有特别说明，就具有同样的功能。
虚像显示装置300在纵横比变换光学系统315中，进行对观察者而言的横向对应的第1方向D1(Z方向)的伸展变换和与第1方向D1垂直的第2方向D2(Y方向)的缩小变换的双方的变换，作为纵横比变换。
纵横比变换光学系统315为了进行第1方向D1即横向的伸展变换，进行第2方向D2即纵向的缩小变换，配置具有因截面方向而凹凸不同的鞍型的表面形状的复曲面透镜315a、315b。即，各复曲面透镜315a、315b不管是与XZ面平行的截面及与XY面平行的截面都为圆弧状，但是根据截面方向，成为凹形状或者凸形状的不同复曲面状。
首先，如图11(A)所示，第1方向D1即Z方向的图像光的光路通过远焦系统即纵横比变换光学系统315，将射出时的视场角变化为比入射时更广。即，图像光形成的虚像与无纵横比变换光学系统315的场合比较，横向伸展。
另一方面，如图11(B)所示，第2方向D2即Y方向的图像光的光路通过远焦系统即纵横比变换光学系统315，将射出时的视场角变化为比入射时更窄。即，图像光形成的虚像与无纵横比变换光学系统315的场合比较，纵向缩小。
根据以上的结果可知，对于纵横比变换光学系统315，通过适当调节横伸展量和纵缩小量，以横向和纵向不同的比率进行变换，例如可从4∶3的纵横比变换为16∶9。该场合，通过适当分配横伸展量和纵缩小量可使各个变化量变得比较小，因此，可以更容易地制作纵横比变换光学系统315。
(第4实施例)
以下，根据图12(A)等说明第4实施例的虚像显示装置。另外，本实施例的虚像显示装置400是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，与第1实施例的虚像显示装置100相同符号的部分只要没有特别说明，就具有同样的功能。
如图12(A)所示，虚像显示装置400除了图像形成装置10和导光装置20，还具备图像处理部430。
图像处理部430对从外部输入图像显示装置11的图像信号进行图像处理。具体地说，图像处理部430进行必要的该图像信号的信号处理的同时，如图12(B)所示，对外部输入的图像信号相当的原影像PP1进行横倍率的变换处理，使其成为与图像显示装置11的图像区域的形状相应的面板输入影像PP2。此时，成为观察者识别图像的最终图像即显示影像PP3进行变换处理，以返回原影像PP1的状态。具体地说，例如，原影像PP1的纵横比设为16∶9，面板输入影像PP2的纵横比即图像显示装置11的图像区域的纵横比设为4∶3，显示影像PP3设为16∶9。另外，纵横比变换光学系统15中，设定成横向为4/3倍的伸展量的伸展变换。该场合，图像处理部430根据纵横比变换光学系统15的变换率，将原影像PP1在横向即长度方向L1以缩小3/4倍的方式进行变换。从而，如图示，面板输入影像PP2的影像与原影像PP1比在长度方向L1缩短，因此相对地变得纵长，但是在最终图像即显示影像PP3中，通过纵横比变换在长度方向L1伸展，因此成为恢复原影像PP1的状态。
如上所述，在本实施例的场合，图像处理部430通过图像处理，根据纵横比变换光学系统15的图像光的纵横比的变换比率，为了对其进行补偿，对来自外部的图像信号进行纵横比的变换处理，以成为与该变换比率相反的比率。从而，可使观察者识别的影像PP3对于来自外部的输入时的影像信号形成的原影像PP1来说未进行纵横伸缩，保持原来的状态。
(第5实施例)
以下，根据图13(A)等说明第5实施例的虚像显示装置。另外，本实施例的虚像显示装置500是第1实施例的虚像显示装置100等的变形例，与第1实施例的虚像显示装置100相同符号的部分只要没有特别说明，就具有同样的功能。
如图13(A)及13(B)所示，虚像显示装置500除了图像形成装置510和导光部件21，还具备图像处理部530和驱动机构540。
图像形成装置510，具备准直透镜13和纵横比变换光学系统515，其中，纵横比变换光学系统515包括凸柱面透镜515a和凹柱面透镜515b。对于光路上游侧的凸柱面透镜515a，光路下游侧的面HSa成为柱面，光路上游侧的面TSa成为平坦面。另一方面，对于光路下游侧的凹柱面透镜515b，光路上游侧的面TSb成为柱面，光路下游侧的面HSb成为平坦面。而且，面HSa和面TSb成为一对的对应形状，如图13(B)所示，在凸柱面透镜515a和凹柱面透镜515b接合的场合，大致无间隙地接触。从而，虚像显示装置500可以在进行纵横比变换的导通模式和不进行纵横比变换的截止模式之间切换。
驱动机构540支持构成纵横比变换光学系统515的各柱面透镜515a、515b，使它们在沿着光轴XX的方向即X方向可滑动。即，如图13(A)～13(F)所示，驱动机构540使各柱面透镜515a、515b相互离开规定的距离或者接触。即，通过驱动机构540，柱面透镜515a可在图13(A)所示第1位置PT1和图13(B)所示第2位置PT2之间往复移动，柱面透镜515b可与柱面透镜515a联动，在第1位置PS1和第2位置PS2之间往复移动。另外，图像处理部530对从外部输入图像显示装置11的图像信号进行图像处理，但是，此时，为了要根据从驱动机构540获得的各柱面透镜515a、515b的位置信息进行，要进行图像处理的设定。另外，这里，将在成为图13(A)的离开的状态并进行纵横比变换光学系统515的纵横比变换时的图像处理设为通常的导通模式的图像处理，将在成为图13(B)的接触状态并不进行纵横比变换光学系统515的纵横变换时的图像处理设为非通常的截止模式的图像处理。
以下，说明虚像显示装置500中的纵横比变换的工作。首先，如图13(A)所示，在各柱面透镜515a、515b分别处于第1位置PT1、PS1，形成两者离开状态的场合，柱面透镜515a、515b进行纵横比率变换。具体地说，如图13(C)所示，对于与XZ面平行的截面，两透镜515a、515b具有折射力，相互离开，纵横比变换光学系统515起到远焦系统的功能。该场合，通过在光路上游侧配置凸型的透镜，在光路下游侧配置凹型的透镜，对来自周边侧的图像光GL2扩大角度，从而可在横向伸展。另一方面，如图13(D)所示，对于与XY面平行的截面，例如来自周边侧的图像光GLy不进行角度变换，不由纵横比变换光学系统515进行伸缩，维持原来的状态并射出。
接着，如图13(B)所示，在各柱面透镜515a、515b分别处于第2位置PT2、PS2，形成两者接触状态的场合，如图13(E)及13(F)所示，柱面透镜515a、515b与一体化的一个平行平板相同。该场合，纵横比变换光学系统515在横向和纵向都不进行比率变换。即，图像显示装置11中的纵横比维持原样，被观察者识别。
如上所述，通过由驱动机构540使构成纵横比变换光学系统515的各柱面透镜515a、515b在图像光的光路上移动并切换其位置，可切换纵横比变换光学系统515的变换比率。从而，例如图14(A)所示，在通过使两柱面透镜515a、515b离开进行纵横比变换，将最终影像设为16∶9的通常的场合，可使变换后的一个影像像素PE′形成一个影像像素EE，作为一个块的像素，各像素的形状成为1∶1的正方形。另一方面，例如图14(B)所示，在通过使两柱面透镜515a、515b接触而不进行纵横比变换，将最终图像保持为原来的4∶3的非通常的场合，例如可将2个影像像素PE′形成一个影像像素EE，作为一个块的像素，形成更高精细的图像。另外，图像处理部530根据来自驱动机构540的信号，判断是进行纵横比16∶9用的图像处理还是纵横比4∶3用的图像处理后，在图像显示装置11形成适当的图像。
对于与以上场合的纵横比变换的有无相应的图像处理，根据图15的流程图说明。首先，虚像显示装置500启动后，图像处理部530从驱动机构540读出各柱面透镜515a、515b的位置信息(步骤S1)。根据该信息判断柱面透镜515a、515b分别处于位置PT1、PS1后(步骤S2：是)，图像处理部530进行纵横比变换光学系统515的纵横比率变换的通常的导通模式下的图像处理(步骤S3)。即，例如进行图14(A)的场合对应的图像处理。另一方面，步骤S1中从读出的位置信息判断柱面透镜515a、515b分别处于位置PT2、PS2时(步骤S2：否)，进行与不进行纵横比变换光学系统515的纵横比率变换的非通常模式相应的图像处理(步骤S4)。即，例如进行图14(B)的场合对应的图像处理。另外，图像处理部530根据步骤S1读出的位置信息的变更，适当切换导通、截止，并持续进行步骤S3的通常模式的图像处理或步骤S4的非通常的截止模式的图像处理，直到虚像显示装置500的图像显示工作结束为止(步骤S5)。
另外，作为本实施例的变形例，如图16(A)及16(B)所示虚像显示装置600，包括柱面透镜615a、615b的纵横比变换光学系统615也可以通过未图示的驱动机构在光路上进退。该场合，例如，在图像形成装置610设置的传感器650将纵横比变换光学系统615是否在光路上的信息向图像处理部630发送，图像处理部630根据该信息，与纵横比变换光学系统615的有无相应地进行图像处理，从而与图10(A)等所示虚像显示装置500的场合同样，可进行纵横比的变换比率的导通、截止的切换。
本实施例的场合，虚像显示装置500、600中，通过驱动机构540等使纵横比变换光学系统515、615移动，使纵横比的变换比率在导通、截止之间切换，从而可以改变变换比率，将纵横比设定成期望的状态。
另外，上述中，设为在导通、截止的2个阶段可切换，但是在虚像显示装置500、600中，通过包括远焦变焦透镜的纵横比变换光学系统515、615，也可以连续地进行倍率变换。
(第6实施例)
以下，根据图17(A)等说明第6实施例的虚像显示装置。另外，本实施例的虚像显示装置700是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，与第1实施例的虚像显示装置100相同符号的部分只要没有特别说明，就具有同样的功能。因此，虚像显示装置700中仅仅图示了右眼用的第1显示装置相当的部分，其他部分省略。
如图17(A)所示，虚像显示装置700具备图像形成装置10和导光装置720，作为一组。导光装置720具备导光部件721。导光部件721具备导光部件主体部20a和图像取出部即角度变换部723。另外，图17(A)与图17(B)所示导光部件721的A-A截面对应。
导光部件721的全体外观由与图中YZ面平行延伸的平板即导光部件主体部20a形成。另外，导光部件721具有作为侧面的第1反射面21a、第2反射面21b和第3反射面21c。另外，导光部件721具有与第1、第2及第3反射面21a、21b、21c邻接并相互相对的上面21e和下面21f。而且，导光部件721构造为在长度方向的一端具有由埋入导光部件主体部20a的大量微小反射镜构成的角度变换部723，在长度方向的另一端具有扩展导光部件主体部20a而形成的棱镜部PS及其附随的第3反射面21c。
导光部件主体部20a由光透过性的树脂材料等形成，在与YZ面平行并与图像形成装置10相对的表面侧的平面上，具有取入来自图像形成装置10的图像光的光入射部即光入射面IS和使图像光向观察者的眼EY射出的光射出部即光射出面OS。导光部件主体部20a除了光入射面IS外还具有矩形的斜面RS，作为该棱镜部PS的侧面，在该斜面RS上以覆盖它的方式形成反射镜层25。这里，反射镜层25通过与斜面RS协动，起到相对于光入射面IS倾斜的入射光弯曲部即第3反射面21c的功能。该第3反射面21c通过使从光入射面IS入射的全体朝向-X方向的图像光全体弯曲为朝向偏+X方向的+Z方向，使图像光在导光部件主体部20a内可靠结合。另外，导光部件主体部20a中，沿光射出面OS的内侧的平面，细微构造的角度变换部723形成薄层状。导光部件主体部20a从入口侧的第3反射面21c到内侧的角度变换部723，使经由第3反射面21c入射内部的图像光导向角度变换部723。
导光部件721的第1及第2反射面21a、21b是平板状的导光部件主体部20a的主面，设为相互相对并对于YZ面平行延伸的2平面，使由第3反射面21c弯曲的图像光分别全反射。由第3反射面21c反射的图像光被第1及第2反射面21a、21b反复全反射，导向导光部件721的内侧即设置了角度变换部723的+Z侧。
与导光部件主体部20a的光射出面OS相对配置的角度变换部723，在导光部件721的内侧(+Z侧)中，沿第2反射面21b的延长平面与该延长平面接近形成。角度变换部723将经导光部件721的第1及第2反射面21a、21b入射的图像光以规定角度反射，向光射出面OS侧弯曲。即，角度变换部723变换图像光的角度。这里，最初入射角度变换部723的图像光设为作为虚像光的取出对象。角度变换部723的详细构造将根据图18(A)等后述。
另外，导光部件主体部20a中采用的透明树脂材料是折射率n为1.5以上的高折射率材料。导光部件721通过采用折射率比较高的透明树脂材料，可以容易地在导光部件721内部引导图像光，且，可以使导光部件721内部的图像光的视场角比较小。
从图像形成装置10射出，并入射在光入射面IS以上的导光部件721的图像光由第3反射面21c同样反射并弯曲，在导光部件721的第1及第2反射面21a、21b中反复全反射，大致沿着光轴OA以一定的扩散状态前进，而且，在角度变换部723中以适度角度弯曲，成为可取出状态，最终从光射出面OS射出。从光射出面OS射出的图像光作为虚像光入射观察者的眼EY。该虚像光通过在观察者的视网膜中成像，可以使观察者识别到基于虚像的影像光等的图像光。
以下，详细说明导光部件721中的图像光的光路。如图17(A)所示，从图像显示装置11分别射出的图像光中从图中虚线表示的图像显示装置11的中央部分射出的分量设为图像光GL1，图中一点划线表示的图像显示装置11的周边中从纸面右侧(-Z侧)射出的分量设为图像光GL2，图中两点划线表示的图像显示装置11的周边中从纸面左侧(+Z侧)射出的分量设为图像光GL3。
经投射光学系统12的各图像光GL1、GL2、GL3的主要分量从导光部件721的光入射面IS分别入射后，在第1及第2反射面21a、21b中以互异的角度反复全反射。具体地说，图像光GL1、GL2、GL3中，从图像显示装置11的中央部分射出的图像光GL1由第3反射面21c反射为平行光束后，以标准反射角γ0入射导光部件721的第1反射面21a，然后全反射。然后，图像光GL1以保持标准反射角γ0的状态，由第1及第2反射面21a、21b反复全反射。图像光GL1在第1及第2反射面21a、21b中N次(N是自然数)全反射后，入射角度变换部723的中央部723k。图像光GL1在该中央部723k中以规定的角度反射，从光射出面OS在相对于包含光射出面OS的YZ面垂直的光轴AX方向射出为平行光束。从图像显示装置11的一端侧(-Z侧)射出的图像光GL2由第3反射面21c反射为平行光束后，以最大反射角γ+入射导光部件721的第1反射面21a，然后全反射。图像光GL2在第1及第2反射面21a、21b中例如N-M次(M是自然数)全反射后，在角度变换部723中最内侧(+Z侧)的周边部723h中以规定的角度反射，从光射出面OS向规定的角度方向射出为平行光束。此时的射出角返回第3反射面21c侧，相对于+Z轴成为钝角。从图像显示装置11的另一端侧(+Z侧)射出的图像光GL3由第3反射面21c反射为平行光束后，以最小反射角γ-入射导光部件721的第1反射面21a，然后全反射。图像光GL3在第1及第2反射面21a、21b中例如N+M次全反射，在角度变换部723中最靠入口侧(-Z侧)的周边部723m中以规定的角度反射，从光射出面OS向规定的角度方向射出为平行光束。此时的射出角从第3反射面21c侧离开，相对于+Z轴成为锐角。另外，构成图像光GL1、GL2、GL3以外的图像光的光束分量也被同样引导并从光射出面OS射出，因此这些的图示及说明省略。
这里，作为导光部件721中采用的透明树脂材料的折射率n的值的一例，若n＝1.5，则该临界角γc的值γc ≈41.8°，若n＝1.6，则该临界角γc的值γc≈38.7°。通过将各图像光GL1、GL2、GL3的反射角γ0、γ+、γ-中最小的反射角γ-设为比临界角γc大的值，对于必要的图像光，可满足导光部件721内的全反射条件。
以下，根据图18(A)等详细说明角度变换部723的构造及角度变换部723进行的图像光的光路的弯曲。
首先，说明角度变换部723的构造。角度变换部723包括条纹状排列的大量线状的反射单元723c。即，如图18(A)～18(C)所示，角度变换部723通过将Y方向延伸的细长反射单元723c以规定的间距PT在导光部件721的延伸方向即Z方向大量排列而构成。各反射单元723c具有在内侧即光路下游侧配置的一个反射面部分即第1反射面723a和在入口侧即光路上游侧配置的另一个反射面部分即第2反射面723b，作为一组。这些中，至少第2反射面723b是可透过部分光的部分反射面，可由观察者透视观察外界像。另外，各反射单元723c通过邻接的第1及第2反射面723a、723b形成XZ截面图中的V字或楔状。即，第1及第2反射面723a、723b相对于第2反射面21b分别以不同角度(即相对于YZ面分别不同的角度)倾斜，各第1反射面723a沿相对于第2反射面21b近似垂直的方向(X方向)延伸，各第2反射面723b以相对于对应的第1反射面723a成规定角度(相对角度)ζ的方向延伸。这里，相对角度ζ在具体例中例如设为54.7°。
图18(A)等所示具体例中，第1反射面723a设为相对于第2反射面21b近似垂直，但是第1反射面723a的方向可以根据导光部件721的规格适当调节，可以以-Z方向为基准，相对于第2反射面21b顺时针形成例如从80°到100°为止的范围内的任一倾斜角度。另外，第2反射面723b的方向可以以Z方向为基准，相对于第2反射面21b顺时针形成例如30°到40°的范围内的任一倾斜角度。结果，第2反射面723b成为相对于第1反射面723a具有40°到70°的范围内的任一相对角度。
以下，说明角度变换部723进行的图像光的光路的弯曲。这里，表示了图像光中入射角度变换部723的两端侧的图像光GL2及图像光GL3，其他光路与这些同样，因此省略图示等。
首先，如图18(A)及18(B)所示，图像光中以全反射角度最大的反射角γ+导入的图像光GL2入射角度变换部723中在离光入射面IS(参照图17(A))最远的+Z侧的周边部723h配置的一个反射单元723c，最初被内侧即+Z侧的第1反射面723a反射，接着，被入口侧即-Z侧的第2反射面723b反射。经该反射单元723c的图像光GL2不经其他反射单元723c，从图17(A)等所示光射出面OS射出。即，图像光GL2以在角度变换部723中的仅仅1次的通过而弯曲为期望的角度，向观察者侧取出。
另外，如图18(A)及18(C)所示，以全反射角度最小的反射角γ-导入的图像光GL3入射角度变换部723中在离光入射面IS(参照图17(A))最近的-Z侧的周边部723m配置的一个反射单元723c，与图像光GL2的场合同样，最初被内侧即+Z侧的第1反射面723a反射，接着，被入口侧即-Z侧的第2反射面723b反射。经该反射单元723c的图像光GL3也以在角度变换部723的仅仅1次的通过而弯曲为期望的角度，向观察者侧取出。
这里，在上述的第1及第2反射面723a、723b的2个阶段的反射的场合，如图18(B)及18(C)所示，各图像光的入射时的方向和射出时的方向形成的角即弯曲角ψ都成为ψ＝2(R-ζ)(R：直角)。即，弯曲角ψ与相对于角度变换部723的入射角度即作为各图像光的全反射角度的反射角γ0、γ+、γ-等的值无关，成为一定。从而，如上所述，即使是图像光中全反射角度比较大的分量入射角度变换部723中+Z侧的周边部723h侧，全反射角度比较小的分量入射角度变换部723中-Z侧的周边部723m侧的场合，也可以以集中到观察者的眼EY的角度状态有效地取出全体图像光。由于是以这样的角度关系取出图像光的构成，因此，导光部件721可以使图像光不在角度变换部723中多次通过，而是仅仅通过1次，可以以很少的损失将图像光作为虚像光取出。
另外，在导光部件721的形状、折射率、构成角度变换部723的反射单元723c的形状等的光学设计中，通过适当调节引导图像光GL2、GL3等的角度等，可以使从光射出面OS射出的图像光作为基本的图像光GL1即以光轴AX为中心而全体保持对称性的状态的虚像光，入射观察者的眼EY。这里，一端的图像光GL2相对于X方向或光轴AX的角度θ12和另一端的图像光GL3相对于X方向或光轴AX的角度θ13设为大小近似相等但逆向。角度θ12、θ13与观察者识别的虚像的横视场角φ相当，角度θ12和角度θ13相等，因此横半视场角θ(即，φ＝2θ)成为θ＝θ12＝θ13。
另外，构成角度变换部723的各反射单元723c的间隔即间距PT的具体数值范围设为0.2mm以上，最好0.3mm～1.3mm。通过设在该范围，可以使要取出的图像光在角度变换部723中不受衍射的影响，且反射单元723c形成的格子条纹对观察者而言不醒目。
本实施例的场合，也如图19(A)及19(B)所示，虚像显示装置700通过纵横比变换光学系统15的伸展变换，可调节为例如纵横比16∶9这样的期望的状态。
另外，第6实施例的虚像显示装置中，也与从第2实施例到第5实施例所示同样，可构成投射光学系统的变形例。例如，如图20(A)及20(B)所示，可以将图10(A)等所示第2实施例的例子作为本实施例的变形例。另外，如图20(C)及20(D)所示，也可以将图11(A)等所示第3实施例的例子作为本实施例的变形例。而且，如图21(A)所示，也可以将图12(A)所示第4实施例的例子作为本实施例的变形例，如图21(B)及21(C)、图21(D)及21(E)所示，也可以将图13(A)、图16(A)等所示第5实施例的例子作为本实施例的变形例。第6实施例的虚像显示装置中，也与第1实施例的场合同样，各像素可以由3段或4段的像素要素构成，其排列也可以适当确定，且，可以由3色或4色构成像素要素的色组合。
(其他)
以上通过实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述的实施例，在不脱离其要旨的范围可以各种态样实施，例如可以如下变形。
例如，如图22所示，也可以取代虚像显示装置100的反射镜层25(参照图2(A)等)而具备全息图元件825。该场合，图像显示装置11具有发生例如3色的光束的LED光源RR作为光源，全息图元件825具有与该3色相应的3层构造的全息图层。从而，全息图元件825作为在第3反射面21c的近边形成的假想反射镜，具有将来自图像显示装置11的各色光向期望的方向反射的功能。即，全息图元件825可进行图像光的反射方向的调节。通过该全息图元件825，可以将图像光高效取入导光部件21内。另外，也可以在第4反射面21d(参照图2(A))形成全息图元件。
另外，作为其他例，如图23(A)～23(D)所示，也可以根据虚像显示装置100的使用状态，以图像90°旋转的方式进行切换。具体地说，如图23(A)所示，观察者以或坐或立的通常状态使用的场合，虚像显示装置100相对于重力方向G1即-Y方向，水平的Z方向和虚像显示装置100的长度方向即横向E1一致，将该方向作为长度方向，形成长宽比16∶9的图像。相对地，如图23(B)所示，观察者以横躺的不通常状态使用的场合，虚像显示装置100相对于重力方向G1即-Y方向，水平的Z方向和虚像显示装置100的短边方向即纵向E2一致，将该方向作为长度方向，形成长宽比16∶9的图像。即，图像形成装置在图23(A)的状态中，以图23(C)所示横向E1作为长度方向，形成的横长的图像，在图23(B)的状态中，以图23(D)所示纵向E2作为长度方向，形成纵长的图像，从而，在任一使用状态中，都可以保持观察者观察的图像的纵横向和外界的纵横向一致的状态。对于这样的图像的形成，例如第5实施例那样，可变换为多个长宽比的虚像显示装置500(参照图13(A)等)可通过具备感知重力方向G1的重力传感器(未图示)而实现。即，首先，与重力传感器感知的重力方向G1对应，确定应该将方向E1、E2的哪个设为图像的长度方向，接着，根据该确定，以可形成目标图像的方式进行图像处理，并以可变换为对应的长宽比的方式，由驱动机构540使纵横比变换光学系统515适当滑动即可。
另外，上述实施例中，导光部件中，各面由平面构成，但是不限于此，导光部件也可以是部分具有曲面，使图像光在内部临时成像的中继系统的构成。该场合，例如可适当调节光路，实现装置全体的小型化。
另外，也可以根据映出图像的内容确定长宽比的变换等。例如映出图24(A)、24(B)及24(C)所示的因特网上的图像的场合，对于特定的主页图像，可以以适于观察该图像的预定的纵横显示倍率进行显示。具体地说，图24(A)所示初期画面中，从纵长的图像中排列的内容选择用的多个图标IC选择用于映出特定的主页图像的图标ICa后，与图标ICa的选择的同时，变更图像的纵横的显示倍率。从而，例如图24(B)、24(C)所示，对于作为该主页图像显示的左右2分的图像GG1、GG2，可自动地切换横纵比的倍率等，以映出图像GG1的显示内容A～D和图像GG2的显示内容A～D的对应性良好的横长的图像。另外，图24(B)所示变更是单纯地将纵横的比率代入图24(A)的场合的例子，而图24(C)所示变更是为了使特定的主页图像显示成为最佳纵横比率而以特定的比例变换时的例子。通过以上的变更，例如比较例的图24(D)所示，可以不从图24(A)的场合进行变更而保持纵长的状态，不会映出图像GG1和图像GG2的对应性差的图像。另外，也可以将例如图24(B)所示状态设为通常的横长的图像，从该状态切换到最佳状态的图像，作为图24(C)所示特定的主页图像的显示。另外，还可以一并在图像处理中预先将内容部分地扩大后进行投射。
另外，对于图像的纵横的显示倍率的变更，除了自动进行的场合外，也可以设置开关等，由用户手动进行导通、截止的切换。另外，也可以是设置手动拨盘这样的机构，使透镜移动。例如，可以通过在图13(A)等所示驱动机构540设置手动拨盘而实现。
上述实施例中，来自照明装置31的照明光SL不特别具有指向性，但是，可以使照明光SL具有与液晶显示装置32的位置相应的指向性。从而，可以高效地照明液晶显示装置32，降低图像光GL的位置导致的亮度不均。
上述实施例中，不特别地调节液晶显示装置32的显示亮度，但是，可以根据图5(B)所示的投射像IM1、IM2的范围和重复，进行显示亮度的调节。
上述实施例中，将在第4反射面21d设置的半反射镜层28的反射率设为20％，使透视优先，但是，也可以将半反射镜层28的反射率设为50％以上，使图像光优先。另外，在不必观察外界像的场合，可以将第4反射面21d的光反射率设为近似100％。另外，半反射镜层28可以不在第4反射面21d的全面形成，而仅仅在部分必要区域形成。另外，半反射镜层28也可以在光透过部件23的第3面23c上形成。
上述实施例中，图像显示装置11采用了透过型的液晶显示装置32等，但是，作为图像显示装置11，不限于透过型的液晶显示装置32，可以采用各种装置。例如，可以是采用反射型的液晶显示装置的构成，也可以采用数字微镜装置等取代液晶显示装置32。另外，图像显示装置11也可以采用以LED阵列、OLED(有机EL)等为代表的自发光型元件。
上述实施例的虚像显示装置100中，采用与右眼及左眼的双方对应地逐一设置一组图像形成装置10及导光装置20的构成，但是，也可以是仅仅与右眼或左眼的任一方对应地设置图像形成装置10和导光装置20，进行单眼观察图像的单眼类型的构成。
上述实施例中，通过光入射面IS的第1光轴AX1和通过光射出面OS的第2光轴AX2设为平行，但是这些光轴AX1、AX2也可以设为非平行。
上述的说明中，具体说明了虚像显示装置100为头戴显示器的情况，但是虚像显示装置100也可以改变为抬头显示器。
上述的说明中，在第1及第2反射面21a、21b中，表面上不设置反射镜或者半反射镜等，通过与空气的界面使图像光全反射而进行导入，但是，对于本发明中的全反射，也可以包含在第1及第2反射面21a、21b上的全体或一部分形成反射镜涂层或者半反射镜膜的反射。例如，也包含图像光的入射角度满足全反射条件并且在第1及第2反射面21a、21b的全体或一部分施加反射镜涂层等，实质上反射全部图像光的情况。另外，若要获得充分亮度的图像光，也可以用稍微具有透过性的反射镜覆盖第1及第2反射面21a、21b的全体或一部分。
上述的说明中，导光部件21在眼EY的排列横向延伸，但是导光部件21也可以在纵向延伸。该场合，光学面板110不是纵列，而是并列地平行配置。

Claims (14)

1.一种虚像显示装置，其特征在于，包括：
形成图像光的图像显示装置；
投射光学系统，形成基于从上述图像显示装置射出的上述图像光的虚像；
导光装置，具有：向内部取入通过上述投射光学系统的上述图像光的光入射部；通过相对延伸的第1及第2全反射面的全反射引导从上述光入射部取入的上述图像光的导光部；向外部取出经过上述导光部的上述图像光的光射出部，
上述投射光学系统包含对上述图像显示装置的图像区域的虚像进行纵横比的调节的复曲面光学系统，
上述复曲面光学系统以上述图像显示装置中的显示的纵横比为基准，对上述虚像进行纵横比的变换，使得对观察者而言的横向的比率更大，
上述复曲面光学系统进行与对上述观察者而言的横向对应的第1方向相关的伸展变换及与垂直于上述第1方向的第2方向相关的缩小变换中的一方。
2.权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
具有图像显示装置和投射光学系统的图像形成装置配置在观察上述图像光的观察者的耳侧，
上述导光装置沿对上述观察者而言的横向引导上述图像光。
3.权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述图像显示装置中，在图像区域配置的多个像素的各形状的纵横比为上述复曲面光学系统的变换比率的反比率。
4.权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述图像显示装置中，上述多个像素由3段的像素要素排列为一列而构成。
5.权利要求4所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述3段的像素要素是RGB的3色，沿着对观察者而言的横向排列为一列。
6.权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述图像显示装置中，上述多个像素由4段的像素要素排列为2行2列而构成。
7.权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述4段的像素要素由RGB的3色构成。
8.权利要求6所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述4段的像素要素由在RGB的3色添加了其他色的4色构成。
9.权利要求1到权利要求8的任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
还包括：图像处理部，根据上述复曲面光学系统的上述图像光的纵横比的变换比率，对从外部输入上述图像显示装置的图像信号，进行成为该变换比率和反比率的纵横比的变换处理。
10.权利要求1到权利要求8的任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
还包括：驱动机构，使上述复曲面光学系统在上述图像光的光路上移动。
11.权利要求1到权利要求8的任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述复曲面光学系统具有在向内部取入上述图像光的上述导光装置的光入射面相对的方向配置的一组凹凸形状的柱面透镜，通过变更该柱面透镜的配置，调节上述图像光的纵横比的变换比率。
12.权利要求1到8的任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述导光部具有相互平行配置且可进行全反射导光的第1反射面和第2反射面，
上述光入射部具有相对于上述第1反射面形成规定的角度的第3反射面，
上述光射出部具有相对于上述第1反射面形成规定的角度的第4反射面。
13.权利要求12所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述导光装置在上述第3反射面及上述第4反射面的至少一方具有全息图元件。
14.权利要求1到8的任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
上述导光装置还具有：角度变换部，具有在规定方向延伸的多个反射面，由所述多个反射面使由上述导光部的第1及第2全反射面的全反射引导的上述图像光向上述光射出部侧弯曲。
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