CN102445755B - 虚像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供抑制亮度斑的产生、提高照明光的利用效率的虚像显示装置。在本发明的虚像显示装置中，光学指向性变更部关于从图像显示装置出射的图像光GL的指向性形成非一样的分布，因此即使在根据图像显示装置的位置，从图像显示装置出射、有效取入到观察者的眼睛EY的光束的角度有很大不同的情况下，也能够形成具有对应于这样的光束取入的角度特性的指向性的图像光GL，能够抑制亮度斑的产生、提高照明光的利用效率。

Description

虚像显示装置
技术领域
本发明涉及安装于头部进行使用的头戴式显示器等的虚像显示装置。
背景技术
近年来，作为如头戴式显示器这样的能够形成以及观察虚像的虚像显示装置，提出了各种通过导光板将来自显示元件的影像光导向观察者的瞳孔的类型。作为这样的虚像显示装置用的导光板，已知：利用全反射引导影像光，并且在相对于导光板的主面成预定角度地相互平行地配置的多个部分反射面使影像光反射，从导光板向外部取出，从而使影像光到达观察者的视网膜(参照专利文献1、2)。
在如上所述的虚像显示装置中，例如来自显示元件的纵截面的上下端部的光束，需要使其以对应于视角的较大的倾斜角入射到观察者的瞳孔，从显示元件也以较大的倾斜角出射。另外，因为来自显示元件中心的光束从正面无倾斜地入射到观察者的瞳孔，所以从显示元件也向正面方向出射。在以上中，在显示元件例如是照明装置和液晶面板组合的情况下，照明装置的配光分布一般以垂直于液晶面板的方向作为强度峰值而在画面内为大致一样，因此即使在照明光的倾斜少的图像的中心部分亮度高，在照明光倾斜大的图像的上下端部亮度低，成为图像的亮度斑的原因。该情况下，在画面的上下端部不能有效地利用照明光，也可以说照明光的利用效率低下。
另一方面，来自于显示元件的横截面的光束，对应于其横向位置，取入导光板而用于显示的角度方向成为从显示元件正面方向很大倾斜的方向。因此，可能产生在照明光的倾斜少的特定的横向位置亮度高，但在照明光的倾斜大的其他横向位置亮度低的现象。该情况下，照明光不能有效地被利用，产生沿纵向延伸的带状的亮度斑。
专利文献
专利文献1：日本特表2003-536102号公报
专利文献2：日本特开2004-157520号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供抑制亮度斑的产生、提高照明光的利用效率的虚像显示装置。
为了达成上述目的，本发明的虚像显示装置具备：(a)图像显示装置，形成图像光；(b)投射光学系统，形成基于从图像显示装置出射的图像光的虚像；(c)导光装置，具备：将通过了投射光学系统的图像光取入内部的光入射部、将从光入射部取入的图像光通过在相对地延伸的第1以及第2反射面的全反射而导光的导光部、和将经过了导光部的图像光在外部向外部取出的光出射部；(d)光学指向性变更部，使得从图像显示装置出射的图像光的指向性变化，形成非一样的分布。这里，图像光的指向性是指从图像显示装置出射的图像光的亮度中心在特定的方向(具体地指特定的倾斜角以及方位角)偏移。
在上述虚像显示装置中，光学指向性变更部关于从图像显示装置出射的图像光的指向性形成非一样的分布，因此即使在根据图像显示装置的位置，从图像显示装置出射、有效取入观察者的眼睛的光束的角度有很大不同的情况下，也能够形成具有对应于这样的光束取入的角度特性的指向性的图像光，能够抑制亮度斑的产生、提高照明光的利用效率。另外，如上所述的光束取入的角度特性依赖于投影光学系统和/或导光装置的规格等而产生，例如有相比于图像显示装置的显示区域的中心侧在周边侧的倾斜变大、或者相比于图像显示装置的显示区域的周边侧在中心侧的倾斜变大的倾向。
在本发明的具体的一方面，在上述虚像显示装置中，光学指向性变更部关于第1方向，使光根据图像显示装置的位置而弯曲不同的角度。该情况下，通过与第1方向的位置相应的照明光和/或图像光的弯曲能够调整该角度特性，即使光束取入的角度特性在第1方向的截面中局部地倾斜变大，也能够抑制亮度斑、提高光利用效率。
在本发明的其他方面，光学指向性变更部，关于垂直于第1方向的第2方向，使光以根据图像显示装置的位置而弯曲不同的角度。该情况下，能够通过与第2方向的位置相应的照明光和/或图像光的弯曲调整其角度特性，即使光束取入的角度特性在第2方向的截面中局部地倾斜变大，也能够抑制亮度斑、提高光利用效率。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部，关于第1方向和第2方向，作为指向性的角度分布的配光特性不同。由于导光部的构造等原因，具有在第1方向和第2方向(例如纵向和横向)，光束取入的角度特性不同的情况。即使在像这样的情况下，也能够抑制在画面整体的亮度斑的发生。
在本发明的另一其他方面，图像显示装置具备照明装置和控制来自于照明装置的光而形成图像光的图像光形成部。
在本发明的另一其他方面，照明装置具有发光部和将来自于发光部的光束以面光源状扩散的背光导光部，光学指向性变更部配置于背光导光部和图像光形成部之间。该情况下，即使从背光导光部的光出射面出射的照明光的配光特性一样，通过光学指向性变更部也能够将入射到图像光形成部的照明光的配光特性调整为期望的状态，能够使得从图像显示装置出射的图像光的指向性成为对应于上述光束取入的角度特性的指向性。
在本发明的另一其他方面，照明装置具有面光源状发光部，光学指向性变更部配置于面光源状发光部和图像光形成部之间。该情况下，即使从面光源状发光部出射的照明光的配光特性一样，通过光学指向性变更部也能够将入射到图像光形成部的照明光的配光特性调整为期望的状态，能够使得从图像显示装置出射的图像光的指向性成为对应于上述光束取入的角度特性的指向性。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部是棱镜阵列板、菲涅尔透镜、衍射光学元件、以及微透镜阵列中的至少一种。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部粘贴于背光导光部或者面光源状发光部，与背光导光部或者面光源状发光部一体化。该情况下，易于将光学指向性变更部组装在图像显示装置内。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部具有多个区域部分，该多个区域部分使来自背光导光部或者面光源状发光部的照明光以成为亮度最高的主指向性方向相互不同的状态的方式通过。该情况下，能够使得照明光的配光特性按多个区域部分的每个成为适当的状态。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部具有对应于多个区域部分而形状不同的棱镜阵列。该情况下，能够通过在各区域部分调整构成棱镜阵列的棱镜元件的楔角，将照明光的配光特性调整到目的配光特性。
在本发明的另一其他方面，第1方向对应于垂直于导光装置的第1以及第2反射面的折回方向，第2方向对应于平行于导光装置的第1以及第2反射面而垂直于第1方向的非折回方向，在第1方向和第2方向的至少一方，设定亮度变为极大的多个峰值方向。
在本发明的另一其他方面，在第2方向，设定亮度变为极大的多个峰值方向。关于对应于导光装置的非折回方向的第2方向，没有与图像显示装置的显示区域的中心侧相比在周边侧取入的图像光的倾斜角更大那样的一样的倾向，在第2方向的各位置取入的图像光的倾斜角非一样地变化。因此，通过关于第2方向调整图像光的指向性，能够减少亮度斑。
在本发明的另一其他方面，光学指向性变更部内置或外装于图像光形成部。
在本发明的另一其他方面，图像光形成部为EL显示元件，光学指向性变更部例如靠近EL显示元件的像素部分的光出射侧配置。
在本发明的另一其他方面，图像光形成部为透光型液晶显示元件，光学指向性变更部，例如靠近液晶显示元件的像素部分的光入射侧以及光出射侧的至少一方而配置。该情况下，即使从背光导光部的光出射面出射的照明光的配光特性一样，也能够通过光学指向性变更部，调整入射到图像光形成部的照明光的方向和/或从图像光形成部出射的图像光的方向。即，能够使得从图像显示装置出射的图像光的指向性成为对应于上述光束取入的角度特性的指向性。
在本发明的另一其他方面，导光部具有相互平行地配置、能够通过全反射导光的第1反射面和第2反射面，光入射部具有相对于第1反射面成预定角度的第3反射面，光出射部具有相对于第1反射面成预定角度的第4反射面。该情况下，在光入射部的第3反射面反射后的图像光在导光部的第1和第2反射面被全反射且被传送，在光出射部的第4反射面被反射，作为虚像入射到观察者的眼睛。
在本发明的另一其他方面，光出射部具有角度变换部，该角度变换部具有多个反射面，并且能够通过在该多个反射面的反射，变换图像光的角度而在外部取出该图像光。该情况下，能够将来自薄的导光部的光束分割，在适当的方向取出。
在本发明的另一其他方面，角度变换部具有多个反射单元，该多个反射单元分别具有第1反射面和相对于第1反射面成预定角度的第2反射面，并且在预定的排列方向排列，各反射单元通过第1反射面反射经过导光部入射的图像光，并且通过第2反射面将在第1反射面反射后的图像光进一步反射，由此能够使得图像光的光路弯曲而向外部取出该图像光。该情况下，使得在导光部传送的大的反射角的图像光能够在角度变换部的里侧取出，在导光部传送的小的反射角的图像光能够在角度变换部的入口侧取出，因此能够显示通过角度变换部可靠地抑制了亮度低下和亮度斑的高品质的图像。
附图说明
图1是表示第1实施例的虚像显示装置的立体图。
图2A是构成虚像显示装置的第1显示装置的本体部分的俯视图，图2B是本体部分的主视图。
图3A是展开了关于纵的第1方向的光路的示意图，图3B是展开了关于横的第2方向的光路的示意图。
图4是具体地说明在虚像显示装置的光学系统中的光路的俯视图。
图5A是液晶显示器件的显示面的示图，图5B是概念地说明观察者能看到的液晶显示器件的虚像的图，图5C和图5D是说明构成虚像的部分图像的图。
图6A是说明有关从液晶显示器件出射的图像光的纵向的出射角度的侧视图，图6B是概念地说明有关纵向的光束取入的角度特性的坐标图。
图7A是说明有关从液晶显示器件出射的图像光的横向的出射角度的侧视图，图7B是概念地说明有关横向的光束取入的角度特性的坐标图。
图8是作为2维分布说明光束取入的角度特性的示意图。
图9A～9D是说明用于调整图像光的指向性的光学指向性变更部的俯视图、侧视图、后视图、以及局部剖面立体图。
图10A是在光学指向性变更部的入口侧中的配光特性的示图，图10B是在光学指向性变更部的出口侧中的纵向的配光特性的示图，图10C是在光学指向性变更部的出口侧中的横向的配光特性的示图。
图11是说明光学指向性变更部的构造以及功能的放大纵截面图。
图12是说明光学指向性变更部的构造以及功能的放大横截面图。
图13A和13B是说明组装在有关第2实施例的虚像显示装置的液晶显示器件等的纵截面和横截面图。
图14A和14B是说明第2实施例的变形例的图。
图15A和15B是说明组装在有关第3实施例的虚像显示装置的液晶显示器件等的纵截面和横截面图。
图16A和16B是说明第2实施例的变形例的图。
图17是说明第4实施例的虚像显示装置的主要部分的图。
图18是说明有关第5实施例的虚像显示装置的局部放大截面图。
图19A和图19B是说明有关第6实施例的虚像显示装置的图。
图20A是表示有关第7实施例的虚像显示装置的截面图、图20B和图20C是导光装置的主视图及俯视图。
图21A～21C是用于说明有关角度变换部的构造以及在角度变换部中的图像光的光路的示意图。
图22A～22D是说明有关第8实施例的虚像显示装置的主要部分的图。
图23A、图23C是说明由第8实施例的虚像显示装置形成的像的2维亮度分布以及截面亮度分布的图，图23B、图23D是说明由比较例的虚像显示装置形成的像的2维亮度分布以及截面亮度分布的图。
图24A、图24B是说明第9实施例的虚像显示装置的局部的图。
图25是说明第10实施例的虚像显示装置的图。
图26是概念地说明虚像显示装置的一个变形例的图。
具体实施方式
第1实施例
以下，参照附图详细说明本发明的一个实施例的虚像显示装置。
[A.虚像显示装置的外观]
图1所示的第1实施例的虚像显示装置100是具有如眼镜那样的外观的头戴式显示器，对于装戴有该虚像显示装置100的观察者能够使其识别基于虚像的图像光，并且使观察者能够以透视的方式观察外界像。虚像显示装置100具备覆盖观察者的眼前的光学面板110、支持光学面板110的框体121、以及在框体121的从脚头(ヨロイ)到镜腿的部分附加的第1和第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成为在中央一体连接的板状部件。在附图上左侧的由第1面板部分111和第1驱动部131组合的第1显示装置100A为左眼用的虚像形成部分，单独也可作为虚像显示装置发挥功能。另外，在附图上右侧的由第2面板部分112和第2驱动部132组合的第2显示装置100B为右眼用的虚像形成部分，单独也可作为虚像显示装置发挥功能。另外，第1驱动部131和第2驱动部132分别收纳于遮光用以及保护用壳体114。
[B.显示装置的构造]
如图2A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相当于在图1中的第1驱动部131，导光装置20相当于在图1中的第1面板部分111。图像形成装置10图示除了在图1中的壳体141的本体部分。在图2A中导光装置20的部分为图2B的AA向视截面图。另外，在图1所示的第2显示装置100B，因为与第1显示装置100A具有同样的构造，只是左右反转，所以省略第2显示装置100B的详细的说明。
图像形成装置10具有图像显示装置11、投射光学系统12和光学指向性变更部38。其中，图像显示装置11具有出射2维的照明光SL的照明装置31、作为透过型的图像光形成部的液晶显示器件(液晶显示元件)32以及控制照明装置31和液晶显示器件32的工作的驱动控制部34。
照明装置31具有光源31a和背光导光部31b，光源31a为产生包括红、绿、蓝三色的光的发光部，背光导光部31b使得来自于光源31a的光扩散，成为具有矩形截面的2维扩展的光束。液晶显示装置(图像光形成部)32将来自于照明装置31的照明光SL进行空间地调制，形成应该成为动态图像等的显示对象的图像光。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(发光部)31a供给电力，出射稳定的亮度的照明光SL。液晶驱动电路34b通过对于液晶显示装置(图像光形成部)32输出图像信号或者驱动信号，由此使得成为动态和/或静态图像的来源的彩色图像光作为透过率图案。另外，可以使液晶驱动电路34b具有图像处理功能，也可以使外装的控制电路具有图像处理功能。
光学指向性变更部38配置于照明装置31和液晶显示器件32之间，是用于将从照明装置31出射的照明光的指向性的角度分布或者配光特性，修正为考虑了利用效率的合适的角度分布或者配光特性的偏向元件。光学指向性变更部(偏向元件)38将从液晶显示器件32出射的图像光的指向性调整为对应于从液晶显示器件32出射的图像光结果入射到观察者的眼睛EY那样的实效出射角度范围(后述的光束取入的角度特性)。
在液晶显示器件32中，第1方向D1对应于包括通过投射光学系统12的第1光轴AX1和平行于后述的导光部件21的第3反射面21c的特定线的纵截面的延伸的方向，第2方向D2对应于包括上述第1光轴和上述第3反射面21c的法线的横截面的延伸的方向。换言之，第1方向D1是与后述的导光部件21的第1反射面21a和第3反射面21c的交线平行的方向，第2方向D2是与上述第2反射面21a的平面平行、且与上述第1反射面21a和第3反射面21c的交线垂直的方向。即，在液晶显示器件32的位置中，第1方向D1相当于纵的Y方向，第2方向D2相当于横的X方向。这里，在液晶显示器件32的纵向的第1方向D1中的有效尺寸H比在液晶显示器件32的横向的第2方向D2中的有效尺寸W小(参照图2B)。即，液晶显示器件32的图像形成区域AD成为横向较长。另外，第1方向D1在图像形成装置10中、在后述的导光部件21中也平行于Y方向，对应于后者的导光部件21的非折回方向或者非闭入方向DW2的方向。第2方向D2在图像形成装置10中平行于X方向，但在后述的导光部件21中平行于Z方向，对应于折回方向或者闭入方向DW1的方向。
投射光学系统12是使得从液晶显示器件32上的各点出射的图像光成为平行状态的光束的准直透镜。投射光学系统12具有例如透镜群L1～L3，从周围支撑透镜群L1～L3的镜筒12a被收纳在图1的壳体141内。构成各透镜群L1～L3的各透镜的光学面具有绕第1光轴AX1旋转对称的球面或者非球面形状、第1方向D1的聚光特性和第2方向D2的聚光特性相等。在收纳透镜群L1～L3的镜筒12a的最靠近光出射侧的出射开口EA露出透镜群L3的光学面12f。这里，出射开口EA的第1方向D1的出射开口宽度E1比出射开口EA的第2方向D2的出射开口宽度E2大(参照图2B)。这起因于将在后面详述的纵横的光路相异，关于纵的第1方向D1即Y方向，需要使图像光GL以较宽的光束宽度入射到导光装置20，关于横向的第2方向，需要以较窄的光束宽度入射到导光装置20。
导光装置20是接合了导光部件21和光透光部件28的装置，作为整体构成在XY面平行地延伸的平板状的光学部件。
导光装置20中，导光部件21是俯视时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、以及第4反射面21a、21b、21c、21d相邻，并且相互相对的上表面21e和下表面21f。这里，第1以及第2反射面21a、21b沿XY面延伸，间隔导光部件21的厚度t。另外，第3反射面21c相对于XY面倾斜45°以下的锐角α，第4反射面21d相对于XY面倾斜例如45°以下的锐角β。通过第3反射面21c的第1光轴AX1和通过第4反射面21c的第2光轴AX2平行配置，间隔距离D。另外，在第1反射面21a和第3反射面21c之间以除去棱的方式设置有端面21h。另外，在第1反射面21a和第4反射面21d之间以除去棱的方式设置有端面21i。若包括这些端面21h、21i，导光部件21成为具有8面的多面体状的外形的部件。
导光部件21是利用通过第1及第2反射面21a、21b的全反射进行导光的部件，具有在导光时通过反射折返的方向和在导光时通过反射不折返的方向。考虑有关通过导光部件21导光的图像的情况下，在导光时通过多次反射而折返且传送的横向，即闭入方向DW2与第1及第2反射面21a、21b垂直(平行于Z轴)，在将光路展开至光源侧的情况下，相当于液晶显示器件32的第2方向D2。另一方面，在导光时通过反射不折返进行传送的纵向，即非闭入方向DW1与第1、第2反射面21a、21b以及第3反射面21c平行(平行于Y轴)，在如后述在将光路展开至光源侧的情况下，相当于液晶显示器件32的第1方向D1。另外，在导光部件21中，传送的光束作为整体朝向的主导光方向与-X方向平行。
导光部件21由在可视区域显示高透光性的树脂材料形成。导光部件21是通过出射成形一体地成形的块状部件，例如使热或者光聚合型树脂材料出射到成形模具内，进行热硬化或者光硬化而形成。这样，导光部件21虽然是一体成形品，但是功能上可以考虑分为光入射部B1、导光部B2和光出射部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是用于取入来自于图像形成装置10的图像光GL的背侧或者观察者侧的平面，与投射光学系统12相对，垂直于其第1光轴AX1而延伸。第3反射面21c具有矩形的轮廓，其矩形区域整体具有全反射镜层25，该全反射镜层25用于将通过了光入射面IS的图像光GL进行反射而导向导光部B2内。该全反射镜层25通过在导光部件21的斜面RS上蒸镀铝等来实施成膜从而形成。第3反射面21c相对于投射光学系统12的第1光轴AX1或者XY面以例如锐角α＝25°～27°倾斜，将从光入射面IS入射作为整体朝向+Z方向的图像光GL，以使其作为整体朝向偏-Z方向的-X方向的方式弯曲，由此使得图像光GL在导光部B2内可靠地结合。
导光部B2具有使在光入射部B1被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，作为互相相对且与XY面平行地延伸的2平面。第1和第2反射面21a、21b的间隔，即导光部件21的厚度t，例如成为9mm程度。这里，第1反射面21a在靠近图像形成装置10的背侧或者观察者侧，第2反射面21b在远离图像形成装置10的正面侧或者外界侧。该情况下，第1反射面21a成为与上述光入射面IS和后述的光出射面OS共用的面部分。第1和第2反射面21a、21b是利用折射率差的全反射面，在其表面，虽然没有施加镜层等的反射涂层，但为了防止表面的损伤、影像的析像度低下，实施了硬敷层的覆盖。通过在导光部件21上对含有树脂等的涂层材料进行浸渍处理和/或喷涂处理从而成膜，由此形成该硬敷层。
通过光入射部B1的第3反射面21c反射的图像光GL，首先，入射到第1反射面21a而被全反射。然后，该图像光GL入射到第2反射面21b而被全反射。以下通过该动作的重复，图像光作为全体，被导向导光装置20的里侧的主导光方向，即设置了光出射部B3的-X侧。另外，因为在第1和第2反射面21a、21b没有施加反射涂层，所以从外界侧入射到第2反射面21b的外界光或者外部光以高透过率通过导光部B2。即，导光部B2成为能够透视外界像的透视型。
光出射部B3是三角棱镜状的部分，具有作为第1反射面21a的一部分的光出射面OS和与光出射面OS相对的第2反射面21d。光出射面OS是用于将图像光GL朝向观察者的眼睛EY出射的背侧的平面，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垂直地延伸。通过光出射部B3的第2光轴AX2和通过光入射部B1的第1光轴AX1的距离D，考虑到观察者的头部宽度等，设定为例如50mm。第4反射面21d是用于使经过第1和第2反射面21a、21b入射来的图像光GL反射而向光出射部B3外出射的大致矩形的平坦面。在第4反射面21d附带有半反射镜层28。该半反射镜层28是具有透光性的反射面(即半透过反射膜)。半反射镜层(半透过反射膜)28是通过在导光部件21的斜面RS上使金属反射膜和/或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，根据由于透视易于观察外界光GL′的观点，在设想的图像光GL的入射角范围中设为10％以上50％以下。具体的实施例的对于半反射镜层28的图像光GL的反射率，设定为例如20％，对于图像光GL的透过率，设定为例如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XY面，以例如锐角α＝25°～27°倾斜，通过上述半反射镜层28使经过导光部B2的第1和第2反射面21a、21b入射来的图像光GL部分地反射，作为全体以朝向-Z方向的方式弯曲，由此使得通过光出射面OS。另外，透过了第4反射面21d的图像光GL入射到光透过部件23，不能利用于影像的形成。
光透过部件23具有与导光部件21的本体相同的折射率，具有第1面23a、第2面23b和第3面23c。第1和第2面23a、23b沿XY面延伸。另外，第3面23c相对于XY面倾斜，与导光部件21的第4反射面21d相对地平行设置。即，光透过部件23成为具有由第2面23b和第3面23c夹持的楔状的部分23v的部件。光透过部件23与导光部同样地，由在可视区域显示高透光性的树脂材料形成。光透过部件23是通过出射成形一体地成形的块状部件，例如使热聚合型树脂材料出射到成形金属模具内，使其热硬化而形成。
在光透过部件23中，第1面23a配置在在导光部件21设置的第1反射面21a的延长平面上，位于靠近观察者的眼睛EY的背侧，第2面23b配置在在导光部件21设置的第2反射面21b的延长平面上，位于远离观察者的眼睛EY的正面侧。第3面23c是通过粘接剂与导光部件21的第4反射面21d接合的矩形的透过面。以上的第1面23a和第3面23c所成的角度，与导光部件21的第2反射面21b和第4反射面21d所成的角度ε相等，第2面23b和第3面23c所成的角度，与导光部件21的第1反射面21a和第3反射面21c所成的角度β相等。
光透过部件23和导光部件21，在两者的接合部分及其附近，在与观察者的眼前相对的部位构成透视部B4。光透过部件23中，通过相互成为锐角的第2面23b和的第3面23c夹持的在-X方向扩展的楔状的部分23v，与同样楔状的光出射部B3接合，由此作为全体构成平板状的透视部B4中的关于X方向的中央部分。在第1和第2面23a、23b，因为没有施加镜层等的反射涂层，与导光部件21的导光部B2同样地使外界光GL′以高透过率透过。第3面23c虽然也能够使外界光GL′以高透过率透过，但是因为导光部件21的第4反射面21d具有半反射镜层28，所以通过第3面23c的外界光GL′在半反射镜层28中减光例如20％。即，使得观察者越过半反射镜层28观察到减光为20％的图像光GL和减光为80％的外界光GL′重叠的光。
[C.图像光的光路的概要]
图3A是说明对应于液晶显示装置(图像光形成部)32的纵截面CS1的第1方向D1的光路的图。在沿第1方向D1的纵截面，即YZ面(展开后的Y′Z′面)中，从液晶显示器件32出射的图像光中，从图中以单点划线表示的显示区域32b的上端侧(+Y侧)出射的成分作为图像光GLa，从图中以双点划线表示的显示区域32b的下端侧(-Y侧)出射的成分作为图像光GLb。在图3A中，用于参考，在液晶显示器件32的附近，示出从偏上内侧的位置出射的图像光GLc和从偏下内侧的位置出射的图像光GLd。
上侧的图像光GLa通过投射光学系统12而平行光束化，大致沿展开的光轴AX′，通过导光部件21的光入射部B1、导光部B2、以及光出射部B3，相对于观察者的眼睛EY以平行光束状态，从角度φ1的上方向倾斜入射。另一方面，下侧的图像光GLb通过投射光学系统12而被平行光束化，大致沿展开的光轴AX′，通过导光部件21的光入射部B1、导光部B2、以及光出射部B3，相对于观察者的眼睛EY以平行光束状态，从角度φ2(|φ2|＝|φ1|)的下方向倾斜入射。以上的角度φ1、φ2相当于上下的半视角，设定为例如6.5°。
关于第1方向D1的纵向，导光装置20对通过投射光学系统的成像不产生实质影响，投射光学系统12形成液晶显示器件32的无限远像，使对应的像光入射到观察者的眼睛EY。
图3B是说明对应于液晶显示装置(图像光形成部)32的横截面CS2的第2方向(闭入方向或者合成方向)D2的光路的图。在沿第2方向(闭入方向或者合成方向)D2的横截面CS2，即XZ面(展开后的X′Z′面)中，从液晶显示器件32出射的图像光中，图中以点划线表示的朝向显示区域32b、从右端侧(+X侧)的第1显示点P1出射的成分作为图像光GL1，图中以双点划线表示的朝向显示区域32b、从左端侧(-X侧)的第2显示点P2出射的成分作为图像光GL2。在图3B中，用于参考，在液晶显示器件32的附近，追加朝向显示区域32b、从偏右内侧的位置出射的图像光的GL3，朝向显示区域32b、从比偏左内侧的位置出射的图像光的GL4。
来自于右侧的第1显示点P1的图像光GL1通过投射光学系统12被平行光束化，大致沿展开的光轴AX′，通过导光部件21的光入射部B1、导光部B2、以及光出射部B3，相对于观察者的眼睛EY以平行光束状态，从角度θ1的右向倾斜入射。另一方面，来自于左侧的第2显示点P2的图像光GL2通过投射光学系统12被平行光束化，大致沿展开的光轴AX′，通过导光部件21的光入射部B1、导光部B2、以及光出射部B3，相对于观察者的眼睛EY以平行光束状态，从角度θ2(|θ2|＝|θ1|)的左向倾斜入射。以上的角度θ1、θ2相当于左右的半视角，设定为例如10°。
关于第2方向D2的横向，导光部件21通过反射使图像光GL1、GL2折回，因为此时的反射次数根据位置而不同，所以各图像光GL1、GL2在导光部件21中表现的不连续。结果，关于横向，作为整体画面左右反转，如后面详述的，通过将导光部件21高精度加工，使得液晶显示器件32的右半部分的图像和液晶显示器件32的左半部分的图像没有缝隙地连续、无偏差地相连接。另外，考虑到两图像光GL1、GL2在导光部件21内的反射次数相互不同，右侧的图像光GL1的出射角度θ1′和左侧的图像光GL2的出射角度θ2′设定为不同。
通过以上装置，入射到观察者的眼睛EY的图像光GLa、GLb、GL1、GL2形成为来自于无限远的虚像，关于纵的第1方向D1，在液晶显示器件32形成的影像正立，关于横的第2方向D2，在液晶显示器件32形成的影像反转。
[D.关于横向的图像光的光路]
图4是说明在第1显示装置100A中的横的第2方向D2的具体的光路的截面图。
来自于液晶显示器件32的左侧的第1显示点P1的图像光GL11、GL12通过投射光学系统12的棱镜群L1、L2、L3而被平行光束化，入射到导光部件21的光入射面IS。引导至导光部件21的图像光GL11、GL12，在第1和第2反射面21a、21b中以相等的角度反复全反射，最终从光出射面OS作为平行光束出射。具体地，图像光GL11、GL12作为平行光束通过导光部件21的第3反射面21c反射后，以第1反射角γ1入射到导光部件21的第1反射面21a，被全反射(第1次全反射)。其后，图像光GL11、GL12以保持第1反射角γ1的状态，入射到第2反射面21b，被全反射(第2次全反射)，接着再次入射到第1反射面21a，被全反射(第3次全反射)。结果，图像光GL11、GL12在第1和第2反射面21a、21b中共计被3次全反射、入射到第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相同的角度被反射，从光出射面OS相对于与该光出射面OS垂直的第2光轴AX2的方向以角度θ1的倾斜，作为平行光束出射。
来自于液晶显示器件32的右侧的第2显示点P2的图像光GL21、GL22通过投射光学系统12的棱镜群L1、L2、L3而被平行光束化，入射到导光部件21的光入射面IS。引导至导光部件21的图像光GL21、GL22，在第1和第2反射面21a、21b中以相等的角度反复全反射，最终从光出射面OS作为平行光束出射。具体地，图像光GL21、GL22作为平行光束通过导光部件21的第3反射面21c反射后，以第2反射角γ2(γ2＜γ1)入射到导光部件21的第1反射面21a，被全反射(第1次全反射)。其后，图像光GL21、GL22以保持第1反射角γ2的状态，入射到第2反射面21b，被全反射(第2次全反射)，再次入射到第1反射面21a，被全反射(第3次全反射)，再次入射到第2反射面21b，被全反射(第4次全反射)，再次入射到第1反射面21a，被全反射(第5次全反射)。结果，图像光GL21、GL22在第1和第2反射面21a、21b中共计被5次全反射、入射到第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相同的角度被反射，从光出射面OS相对于与该光出射面OS垂直的第2光轴AX2的方向以角度θ2的倾斜，作为平行光束出射。
在图4中，描述了展开导光部件21的情况下对应于第1反射面21a的假设的第1面121a和展开导光部件21的情况下对应于第2反射面21b的假设的第2面121b。通过像这样的展开，可以明确来自于第1显示点P1的图像光GL11、GL12通过了对应于光入射面IS的入射等价面IS′后，2次通过第1面121a，1次通过第2面121b，从光出射面OS出射，入射到观察者的眼睛EY，来自于第2显示点P2的图像光GL21、GL22通过了对应于光入射面IS的入射等价面IS″后，3次通过第1面121a，2次通过第2面121b，从光出射面OS出射，入射到观察者的眼睛EY。若改变观察方法，观察者重叠观察到在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的出射端的棱镜群L3。
若说明有关从其他位置出射的光束，朝向液晶显示器件32，从在其右侧比第1显示点P1靠近中央的位置出射的图像光GL3，通过投射光学系统12被平行光束化，从光入射面IS入射到导光部件21内，和图像光GL11、GL12同样地，在导光部件21的第1和第2反射面21a、21b共计3次被全反射，从光出射面OS作为比角度θ1小的倾斜的平行光束出射。
朝向液晶显示器件32，从在其左侧比第2显示点P2靠近中央的位置出射的图像光GL4，通过投射光学系统12被平行光束化，从光入射面IS入射到导光部件21内，和图像光GL21、GL22同样地，在导光部件21的第1和第2反射面21a、21b中共计5次被全反射，从光出射面OS作为比角度θ2小的倾斜的平行光束出射。
图5A是概念地说明液晶显示装置(图像光形成部)32的显示面的图，图5B是概念地说明观察者能看到的液晶显示器件32的虚像的图，图5C和图5D是说明构成虚像的部分图像的图。在图5A表示的液晶显示器件32设置的矩形的图像形成区域AD被观察为图5B所示的虚像显示区域AI。在虚像显示区域AI的左侧，形成图像形成区域AD中相当于从中央开始到右侧的部分的第1投射像IM1(参照图5C)，该第1投射像IM1为缺少右侧的部分图像。另外，在虚像显示区域AI的右侧，液晶显示器件32的图像形成区域AD中相当于从中央开始到左侧的部分的第2投射像IM2(参照图5D)，该第2投射像IM2为缺少左侧的部分图像。
在图5A所示的液晶显示器件32中只形成第1投射像(虚像)IM1的第1部分区域A10包括例如液晶显示器件32的右端的第1显示点P1，出射在导光部件21的导光部B2中合计3次被全反射的图像光GL11、GL12。液晶显示器件32中只形成第2投射像(虚像)IM2的第2部分区域A20包括例如液晶显示器件32的左端的第2显示点P2，出射在导光部件21的导光部B2中合计5次被全反射的图像光GL21、GL22。来自于在液晶显示器件32的图像形成区域AD的中央，被第1和第2部分区域A10、A20夹持、沿纵长延伸的带域SA的图像光，形成在图5B所示的重复图像SI。即，来自于液晶显示器件32的带域SA的图像光，成为通过在导光部B2中共计3次被全反射的图像光GL3形成的第1投射像IM1、通过在导光部B2中共计5次被全反射的图像光GL0、GL4形成的第2投射像IM2，在虚像显示区域AI上重叠。由于导光部件21的加工精密，若通过投射光学系统12形成正确地准直后的光束，能够防止重叠图像SI通过2个投射像IM1、IM2重叠造成的偏差和/或渗透。
[E.图像光的指向性]
参照图6A说明液晶显示器件32的显示区域32b的纵向的位置和图像光的出射角度的关系(向投射光学系统12的光束取入的角度特性)。在液晶显示器件32的上半部分中，从液晶显示器件32的中央在纵向逐渐地分离，若第1方向D1的出射位置(纵向的物体高)y变大，与此对应来自于显示区域32b的图像光FL的出射角度μ逐渐变大。结果，省略详细地说明，入射到观察者眼睛EY的图像光FL的角度也逐渐变大。另外，在液晶显示器件32的下半部分中也产生同样的现象。
图6B是根据从液晶显示器件32出射的图像光形成虚像时的纵向的角度特性，即例示在虚像显示装置100中光束取入的角度特性的图。在图中，横轴表示在液晶显示器件32中的纵的第1方向D1的出射位置y，纵轴表示来自于液晶显示器件32的图像光中入射到眼睛EY的实效图像光FL的出射角度μ。这里，出射角度μ相对于液晶显示器件32的法线以纵向上侧即朝向+y的倾斜角为正。如从图中也可以明确的，根据液晶显示器件32的位置，从液晶显示器件32出射、有效地取入到观察者的眼睛EY的光束的角度有很大不同，更具体地，被有效应用的图像光FL的出射角度μ的绝对值具有比液晶显示器件32的显示区域32b的中心侧在周边部侧变大的倾向。即，出射位置y越是为较大的周边，经由导光装置20入射到眼睛EY的图像光FL的从液晶显示器件32的出射角度向外侧倾斜越大，在出射位置y的最大值即显示区域32b的上端(周边部)，图像光FL的出射角度的倾斜变为最大。从以上情况认为，关于纵向的成像，由于对于从液晶显示器件32出射的图像光FL具有对应于如图6B所示的光束取入的角度特性的指向性，能够提高从液晶显示器件32向导光装置20进而向眼睛EY的光结合效率、能够抑制亮度斑(亮度不均)的产生、提高照明光的利用效率。另外，以上的现象(光束取入的角度特性的影响)随着虚像的视角变大而变得显著，因此为了使虚像的视角变大，具有适合于从液晶显示器件32出射的图像光FL的指向性变得重要。
参照图7A说明液晶显示器件32的显示区域32b的横向的位置和图像光的出射角度的关系(向投射光学系统12等的光束取入的角度特性)。在液晶显示器件32中，朝向液晶显示器件32在右半部分(+X侧)中，从液晶显示器件32的中央在横向逐渐地分离，若第2方向D2的出射位置(横向的物体高)x在正方向变大，则与此对应，来自于显示区域32b的图像光FL的出射角度ν逐渐变小。另一方面，入射到观察者眼睛EY的图像光FL的角度相反地变大。另外，在液晶显示器件32中，朝向液晶显示器件32在左半部分(-X侧)中，从液晶显示器件32的中央在横向逐渐地分离，若第2方向D2的出射位置(横向的物体高)x在负方向变大，与此对应，来自于显示区域32b的图像光FL的出射角度的绝对值|ν|逐渐变小。结果，省略详细地说明，入射到观察者眼睛EY的图像光FL的角度也变小。
图7B是通过从液晶显示器件32出射的图像光形成虚像时的横向的角度特性，即例示在虚像显示装置100中光束取入的角度特性的图。在图中，横轴表示在液晶显示器件32中的横的第2方向D2的出射位置x，纵轴表示来自于液晶显示器件32的图像光中入射到眼睛EY的实效图像光FL的出射角度ν。这里，出射角度ν相对于液晶显示器件32的法线以横向左侧即朝向+x的倾斜角为正。如从图中也可以明确的，根据液晶显示器件32的位置，从液晶显示器件32出射、有效地取入到观察者的眼睛EY的光束的角度有很大不同，更具体地，被有效应用的图像光FL的出射角度ν的绝对值具有在比液晶显示器件32的显示区域32b的周边部侧在中心侧变大的倾向。即，出射位置x越小越在中央侧，从经由导光装置20入射到眼睛EY的图像光FL的液晶显示器件32的出射角度向内侧倾斜越大。从以上情况认为，关于横向的成像，由于对于从液晶显示器件32出射的图像光FL，具有对应于如图7B所示的光束取入的角度特性的指向性，能够提高从液晶显示器件32向导光装置20进而向眼睛EY的光结合效率、能够抑制亮度斑(亮度不均)的产生、提高照明光的利用效率。另外，以上的现象(光束取入的角度特性的影响)随着虚像的视角变大而变得显著，因此为了使虚像的视角变大，具有适合于从液晶显示器件32出射的图像光FL的指向性变得重要。
另外，关于液晶显示器件32的横向的中央，通过在导光部B2中共计5次被全反射的图像光GL0主要地形成图像，通过在导光部B2中共计3次被全反射的图像光GL0′也在某种程度形成图像。该情况下，从能得到高亮度的图像的观点而言，优选出射角度ν0和ν0′的2方向具有峰值。
图8是说明在图6B和图7B所示的光束取入的角度特性作为2维的分布的图。在液晶显示器件32上显示假想的格子，该横轴x对应于第2方向D2，该纵轴y对应于第1方向D1。另外，从各格子点延伸的箭头DA1、DA2的朝向以及大小表示对应于光束取入峰值的倾斜方向和倾斜量(即方位角和倾斜角)。另外，实线的箭头DA1表示有关在导光部B2中共计5次被全反射的图7A中的图像光GL2、GL4(GL0)的光束取入方向，虚线的箭头DA2表示有关在导光部B2中共计3次被全反射的图7A中的图像光GL1、GL3(GL0′)的光束取入方向。从图中也可以明确，光束取入方向在纵向和横向都是非一样。另外，来自于中央的带域SA的图像光，在2个箭头DA1、DA2的方向取入。即，经由投射光学系统12在导光部件21结合，在导光部件21中传送、到达眼睛EY的图像光或者作为其来源的照明光，设定了两个亮度为极大的峰值方向(具体地，DA1、DA2的方向)。但是，若在箭头DA1、DA2中至少一方的箭头的方向具有图像光的出射角度的峰值，则能够在图5B所示的重复图像SI中确保足够的亮度，能够形成高品质的图像。
[F.在图像显示装置中图像光的指向性的控制]
以下，说明利用在图像显示装置11中的照明光的指向性的控制进行图像光的指向性的控制。
图9A～9D是构成图像显示装置11的照明装置31和液晶显示器件32的俯视图、侧视图、后视图、以及局部剖面立体图。在图像显示装置11中，光学指向性变更部38配置在照明装置31和液晶显示器件32之间，粘贴于照明装置31的光出射侧。这里，照明装置31具备作为发光部的光源31a和背光导光部31b。
照明装置31中，光源(发光部)31a沿作为矩形板状的背光导光部31b的一个侧面的光取入面IP延伸，产生对液晶显示器件(图像光形成部)32照明所需的充足的光量的光，并且将其朝向背光导光部31b出射。作为光源31a，能够应用例如细长的荧光管和/或排列多个LED光源的装置等。
背光导光部31b作为全体为平板状部件，靠近液晶显示器件32的背后，与其平行设置。背光导光部31b具有平板部件31e、反射膜31f和扩散膜31g，具有在反射膜31f和扩散膜31g之间夹持有平板部件31的构造。背光导光部31b使得来自于光源31a的照明光SL经由光取入面IP入射到内部，入射的光通过反射以扩散的方式被引导，经由扩散膜31g和出射面EP朝向外部的液晶显示器件32出射，从而形成对液晶显示器件32全体从背后照明的照明光。
如图10A的坐标图所示，从图9A的背光导光部31b的出射面EP出射的照明光通过背光导光部31b被均一化，成为具有一般的配光特性或者配光分布的照明光。在坐标图中，横轴的右半部分表示从背光导光部31b出射的照明光关于纵的Y方向的配向角度E，横轴的左半部分表示从背光导光部31b出射的照明光关于横的X方向的配向角度E′，纵轴表示在各配向角度中的照明光的亮度。从背光导光部31b的出射面EP出射的照明光，与出射面EP垂直的光轴AX(Z方向)方向成为亮度最高的主指向性方向，在与出射面EP垂直的光轴AX(Z方向)具有亮度中心(强度峰值)，相对于光轴AX，倾斜角即配向角度E、E′越大则越降低。关于从背光导光部31b出射的照明光，与出射面EP垂直的光轴AX(Z方向)方向成为亮度最高的主指向性方向。
片状的光学指向性变更部38粘贴于背光导光部31b的出射面31b，与背光导光部31b一体化。光学指向性变更部38为棱镜阵列的片，具有使得从背光导光部31b的出射面EP出射的照明光的配光特性(参照图10A)变化的功能，使得入射光以根据出射面EP的位置(即液晶显示器件32的像素位置)不同角度弯曲。即，光学指向性变更部38通过调整照明光的指向性的角度分布即配光特性，使得从液晶显示器件32出射的图像光的指向性调整为对应于图6B、图7B等所示的虚像显示装置100的光束取入角度特性。这里，光学指向性变更部38的配光特性成为关于第1方向D1和第2方向D2不同的配光特性。具体地，如参照图6A说明的那样，在液晶显示器件32的显示区域32b中，纵的第1方向D1的出射位置y的绝对值越大，则越向外侧倾斜的光束通过投射光学系统12和/或导光装置20有效地取入观察者的眼睛EY，因此在后详细叙述地，以与这样的光束取入的角度特性匹配的方式，通过光学指向性变更部38调整从液晶显示器件32出射的图像光的指向性的分布。另外，如参照图7A说明的那样，在液晶显示器件32的显示区域32b中，横的第2方向D2的出射位置x的绝对值越大，则越向内侧倾斜的光束通过投射光学系统12和/或导光装置20有效地取入观察者的眼睛EY，因此同样地在后详细叙述地，以与这样的光束取入的角度特性匹配的方式，通过光学指向性变更部38调整从液晶显示器件32出射的图像光的指向性的分布。通过这样利用光学指向性变更部38调整照明光的配光分布，使得照明光和/或图像光能够有效率地被利用。
光学指向性变更部38是具有2维排列的棱镜元件的棱镜阵列板，其出射侧面通过棱镜元件的周期地设置，形成纵截面和横截面都是锯齿状、台阶状的偏向面38a。另外，构成棱镜阵列板的棱镜元件，例如以与液晶显示器件32的像素相比周期大的方式排列，也可以以与液晶显示器件32的像素相比周期小的方式排列。
如图11的纵截面所示，光学指向性变更部38具有将棱镜元件非一样地排列形成的棱镜阵列，使得照明光IL的主指向性方向根据位置而变化，在周边侧使主指向性方向向外侧倾斜。即，构成光学指向性变更部38的棱镜元件在从关于上下的中央位置起靠上侧区域(+Y侧)中，斜面向下倾斜，越往上侧的区域设置，斜面的楔角ω越逐渐增加。另外，构成光学指向性变更部38的棱镜元件在从关于上下的中央位置起靠下侧区域(-Y侧)中，斜面向上倾斜，越往下侧的区域设置，斜面的楔角ω越逐渐增加。从背光导光部31b一样地出射的照明光IL在通过光学指向性变更部38的偏向面38a时，被赋予在棱镜元件弯曲造成的倾斜角ε，入射到图1的液晶显示器件32。该倾斜角ε是相当于照明光IL的配光分布的主方向的倾斜角，在构成光学指向性变更部38的上半部分的各区域部分AV1、AV2、AV3，如例示那样，从中央朝向上侧的端部逐渐变大。即，通过了光学指向性变更部38之后的配光分布或者配光特性如在图10B用虚线所示，具有越是从光轴AX离开在上侧(+Y侧)的位置(即，越朝向上端的区域部分(周边部)AV1)、主方向(亮度中心的方向)的角度向外侧越增加这样的指向性。另一方面，在构成光学指向性变更部38的下半部分的各区域部分AV4、AV5、AV6，如例示那样，照明光IL的倾斜角ε从中央朝向下侧的端部逐渐变大。即，通过了光学指向性变更部38之后的配光分布或者配光特性如在图10B用虚线所示，具有越是从光轴AX离开在下侧(-Y侧)的位置(即，越朝向下端的区域部分(周边部)AV6)、主方向(亮度中心的方向)的角度向外侧越增加这样的指向性。
关于以上的纵向，由光学指向性变更部38造成的照明光IL的弯曲即偏向，是越从中心朝向周边部，则使得照明光IL越向更外侧偏向，即成为使照明光IL作为全体向外侧发散。即，关于由光学指向性变更部38造成的照明光IL的纵向的弯曲的倾斜角ε的分布成为对应于如图6B所示的光束取入的角度特性这样的分布。由此，液晶显示器件32通过倾斜角ε的照明光IL进行照明，该倾斜角ε对应于从该液晶显示器件32出射、有效地应用于虚像形成的图像光FL的出射角度μ。即，能够使得相当于来自于液晶显示器件32的实际有效的图像光FL的亮度中心的出射角度μ和相当于来自于照明装置31的照明光IL的亮度中心的倾斜角ε大体一致。如此，使得从液晶显示器件32的各位置出射、被有效应用的图像光FL成为高亮度成分，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。
如图12的横截面所示，光学指向性变更部38使得照明光IL的主指向性方向根据位置而变化，在中央侧使主指向性方向向内侧倾斜。即，构成光学指向性变更部38的棱镜元件在从关于左右的中央位置起靠右侧区域(+X侧)中，斜面向右倾斜，越往右侧的区域设置，斜面的楔角ξ越逐渐减少。另外，构成光学指向性变更部38的棱镜元件在从关于左右的中央位置起靠左侧区域(-X侧)中，斜面向左倾斜，越往左侧的区域设置，斜面的楔角ξ越逐渐减少。从背光导光部31b一样地出射的照明光IL在通过光学指向性变更部38的偏向面38a时，被赋予在棱镜元件弯曲造成的倾斜角η，入射到图1的液晶显示器件32。该倾斜角η是相当于照明光IL的配光分布的主方向的倾斜角，在构成光学指向性变更部38的右半部分的各区域部分AH1、AH2、AH3，如例示那样，从中央朝向右侧的端部逐渐变小。即，通过了光学指向性变更部38之后的配光分布或者配光特性如在图10C用虚线所示，具有：越是在光轴AX(-X侧)的位置(即，越朝向中央的区域部分AH3)、主方向(亮度中心的方向)的角度越向左侧增加这样的指向性。另一方面，在构成光学指向性变更部38的左半部分的各区域部分AH4、AH5、AH6，如例示那样，照明光IL的倾斜角η从中央朝向左侧的端部逐渐变小。即，通过了光学指向性变更部38之后的配光分布或者配光特性如在图10C用虚线所示，具有：越是在光轴AX(+X侧)的位置(即，越朝向中央的区域部分AH4)、主方向(亮度中心的方向)的角度越向右侧增加这样的指向性。
关于以上的横向，由光学指向性变更部38造成的照明光IL的弯曲即偏向，是越从周边部朝向中心，则使得照明光IL越向内侧偏向，即、使照明光IL作为全体朝向相反端或者内侧。即，关于由光学指向性变更部38造成的照明光IL的横向的弯曲的倾斜角η的分布成为如对应于如图7B所示的光束取入的角度特性这样的分布。由此，液晶显示器件32通过倾斜角η的照明光IL进行照明，该倾斜角η对应于从该液晶显示器件32出射、有效地应用于虚像形成的图像光FL的出射角度θ。即，能够使得相当于来自于液晶显示器件32的实际有效的图像光FL的亮度中心的出射角度θ和相当于来自于照明装置31的照明光IL的亮度中心的倾斜角η大体一致。如此，使得从液晶显示器件32的各位置出射、被有效应用的图像光FL成为高亮度成分，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。
在实施例的虚像显示装置100，因为光学指向性变更部38，关于从图像显示装置11出射的图像光GL的指向性形成非一样的分布，所以即使在根据图像显示装置11的位置，从图像显示装置11出射、在观察者眼睛EY有效地取入的光束的角度具有很大不同的情况下，也能够形成具有对应于像这样的光束取入的角度特性的指向性的图像光GL，能够抑制亮度斑的产生，提高照明光的利用效率。
在以上的第1实施例的虚像显示装置100和在以下说明的实施例中，基于光学指向性变更部38的照明光IL或者图像光GL的指向性或者配光特性的调节，不需要在第1方向和第2方向D1、D2双方进行，可以只在第1和第2方向D1、D2的任一方进行。
[第2实施例]
以下，说明有关第2实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
图13A和图13B所示的液晶显示器件(图像光形成部)132，内置有用于形成关于图像光的指向性非一样的分布的光学指向性变更部138。
液晶显示器件(图像光形成部)132是空间光调制装置，更具体而言，是透光性液晶显示元件。液晶显示器件132具备液晶面板51和夹持该液晶面板51的一对的偏光滤光器52a、52b。在液晶显示器件(液晶显示元件)132中，入射侧的第1偏光滤光器52a和出射侧的第2偏光滤光器52b以夹持液晶面板51构成正交尼科耳棱镜的方式设置。液晶面板51使得从第1偏光滤光器52a侧入射的照明光IL的偏光方向根据输入信号以像素单位2维的变化，变化后的调制光作为图像光ML在第2偏光滤光器52b侧出射。
液晶面板51夹持液晶层71，具备在入射侧的第1基板72和在出射侧的第2基板73。另外，入射光IL入射的第1基板72具备沿与光轴AX垂直的YZ面延伸的棱镜阵列72a和在棱镜阵列72a的内侧设置的本体部分72b。该棱镜阵列72a作为调整图像光ML的指向性的光学指向性变更部138发挥功能，具有以对应于透明像素电极77即像素部分PP的预定图案2维地排列的多个微小的棱镜元件PE。
在液晶面板51中，在第1基板72的液晶层71层的面上，设置有透明的共用电极75，在其上，形成例如配光膜76。另一方面，在第2基板73的液晶层71层的面上，设置有以矩阵状设置的多个透明像素电极77和与各透明像素电极77电连接的薄膜晶体管(未图示)，在其上，形成例如配光膜78。这里，第1基板72的内侧部分(即本体部分72b)、第2基板73、被这些夹持的液晶层71和电极75、77是作为光主动元件，即作为用于根据输入信号调制入射光LI的偏光状态的液晶器件80发挥功能的部分。构成该液晶器件80的各像素部分PP包括1个透明像素电极77、共用电极75的一部分、两配光膜76、78的一部分，和液晶层71的一部分。对于各像素部分PP，通过在入射侧的第1基板72设置的棱镜阵列72a的各元件，能够调节照明光IL的倾斜角使其入射。另外，第1基板72和共用电极75之间，设置有格子状的黑色矩阵79用于区分各像素部分PP。
作为光学指向性变更部138的棱镜阵列72a，代替在图9a等所示的第1实施例的光学指向性变更部38被组装，与第1实施例的情况相同，关于纵向使得从背光导光部31b入射的照明光向外侧弯曲，并且关于横向使得从背光导光部31b入射的照明光向内侧弯曲。
具体地，如图13A的纵截面所示，棱镜阵列72a在从中央起靠上侧的部分中，具有朝向上侧(+Y侧)楔角ω逐渐增加的棱镜元件PE，从图2A的背光导光部31b一样地出射的照明光IL，通过棱镜元件PE时，被赋予向上的倾斜角ε，入射到液晶器件80。另外，虽然省略图示，但棱镜阵列72a在从中央起靠下侧的部分中，具有朝向下侧(-Y侧)楔角ω逐渐增加的棱镜元件PE，从背光导光部31b一样地出射的照明光IL，通过棱镜元件PE的折射面或者偏向面时，被赋予向下的倾斜角ε，入射到液晶器件80。该倾斜角ε的分布与第1实施例相同，成为对应于如图6B所示的光束取入的角度特性的分布。由此，液晶显示器件132，通过倾斜角ε的照明光IL被照明，该倾斜角ε对应于从液晶显示器件132取出、被有效应用于虚像形成的实际有效的图像光FL的出射角度μ，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。
如图13B的横截面所示，棱镜阵列72a在从中央起靠右侧的部分中，具有朝向左侧(-X侧)楔角ξ逐渐增加的棱镜元件PE，从图2A的背光导光部31b一样地出射的照明光IL，通过棱镜元件PE时，被赋予向左的倾斜角η，入射到液晶器件80。另外，虽然省略图示，但棱镜阵列72a在从中央起靠左侧的部分中，具有朝向右侧(+X侧)楔角ξ逐渐增加的棱镜元件PE，从背光导光部31b一样地出射的照明光IL，通过棱镜元件PE的折射面或者偏向面时，被赋予向右的倾斜角η，入射到液晶器件80。该倾斜角η的分布与第1实施例相同，成为对应于如图7B所示的光束取入的角度特性的分布。由此，液晶显示器件132，通过倾斜角ε的照明光IL被照明，该倾斜角η对应于从液晶显示器件132中取出、被有效应用于虚像形成的实际有效的图像光FL的出射角度θ，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。
如上所示，本实施例的情况下，由从液晶显示器件132除去光学指向性变更部138后的装置和照明装置31构成图像显示装置。
图14A和图14B是在图13A和图13B所示的液晶显示器件132的变形例。该情况下，将棱镜阵列73a埋入出射侧的第2基板73。即，第2基板73具备沿与光轴AX垂直的YZ面延伸的棱镜阵列73a和在棱镜阵列73a的内侧设置的本体部分73b。该棱镜阵列73a具有以对应于透明像素电极77即像素部分PP的预定图案2维地排列的多个棱镜元件PE。如图14A所示，棱镜阵列73a在从纵截面的中央起靠上侧的部分中，具有朝向上侧(+Y侧)楔角ω逐渐增加的棱镜元件PE，从液晶器件80出射的图像光ML，通过棱镜元件PE的折射面或者偏向面时，被赋予向上的倾斜角ε，从液晶显示器件132出射。另外，如图14B所示，棱镜阵列73a在从横截面的中央起靠右侧的部分中，具有朝向左侧(-X侧)楔角ξ逐渐增加的棱镜元件PE，从液晶器件80出射的图像光ML，在通过棱镜元件PE的折射面或者偏向面时，被赋予向左的倾斜角η，从液晶显示器件132出射。
在本实施例的虚像显示装置100中，能够以液晶显示器件132的像素单位调整图像光ML的出射方向。由此，即使在从液晶显示器件132出射、在观察者的眼睛EY有效地取入的实际有效的图像光FL(图像光ML)的倾斜对应于画面上的区域具有偏移的情况下，也能够形成具有与其对应的指向性的图像光ML，能够抑制亮度斑的发生，提高照明光的利用效率。
另外，关于棱镜阵列73a，可以使其为粘贴于第1和第2基板72、73的外侧等，成为相对于液晶显示器件132外装的构造。
[第3实施例]
以下，说明有关第3实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1实施例或者第2实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1实施例等的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
图15A和图15B所示的液晶显示装置(图像光形成部)232，是内置有用于关于图像光的指向性形成非一样的分布的光学指向性变更部138的透光型的液晶显示元件。在本实施例的情况下，由从液晶显示装置(图像光形成部)232除去了光学指向性变更部238后的装置和未图示的照明装置31构成图像显示装置。
在液晶显示装置232的液晶面板51中，光入射侧的第1基板272具备沿与光轴AX垂直的YZ面延伸的微透镜阵列272a和在微透镜阵列272a的内侧设置的本体部分72b。该微透镜阵列272a作为调整图像光ML的指向性的光学指向性变更部238发挥功能，具有以对应于透明像素电极77即像素部分PP的预定图案2维地排列的多个透镜元件LE。这里，如图15A所示，微透镜阵列272a的Y方向的间距Pm比像素部分PP的Y方向的间距Pc稍微大一点。因此，关于Y方向或者纵向，透镜元件LE的光轴或者中心从像素部分PP的中心逐渐地偏芯。即，在该微透镜阵列272a，比中央靠上侧的部分中，朝向上侧(+Y侧)偏芯逐渐变大，比中央靠下侧的部分中，朝向下侧(-Y侧)偏芯逐渐变大。另外，如图15B所示，微透镜阵列272a的X方向的间距Pm′比像素部分PP的X方向的间距Pc′稍微大一点。因此，关于X方向或者横向，透镜元件LE的光轴或者中心从像素部分PP的中心逐渐地偏芯。即，在该微透镜阵列272a，比中央靠右侧的部分中，朝向左侧(-X侧)偏芯逐渐变大，比中央靠左侧的部分中，也朝向右侧(+X侧)偏芯逐渐变大。
从图2A的背光导光部31b一样地出射的照明光IL，在通过微透镜阵列272a的折射面或者偏向面时，不只是聚集光束，还以发散的方式被赋予向上或者向下的倾斜角ε，并且被赋予向右或者向左的倾斜角η，入射到液晶器件80。这些倾斜角ε、η的分布与第1实施例的情况相同，成为对应于如图6B和图7B所示的光束取入角度特性的分布。由此，液晶显示装置232，通过倾斜角ε、η的照明光IL被照明，这些倾斜角ε、η对应于从液晶显示装置232取出、被有效应用于虚像形成的实际有效的图像光FL的出射角度μ、θ，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。另外，在利用微透镜阵列272a的情况下，因为通过对照明光IL聚光，能够减少用黑色矩阵79遮光的光束，光利用效率能够有望进一步提高。
图16A和图16B是在图15A和图15B所示的液晶显示装置232的变形例。该情况下，微透镜阵列273a埋入出射侧的第2基板273。即，第2基板273具备沿与光轴AX垂直的YZ面延伸的微透镜阵列273a和在微透镜阵列273a的内侧设置的本体部分73b。该微透镜阵列273a具有对应于透明像素电极77即像素部分PP的预定图案2维地排列的多个透镜元件LE。如图16A的纵截面所示，微透镜阵列273a在从中央起靠上侧的部分中，具有朝向上侧(+Y侧)偏芯逐渐增大的构造。从液晶器件80出射的图像光ML，在通过透镜元素LE的折射面或者偏向面时，被赋予向上的倾斜角ε，从液晶显示装置232出射。虽然省略了图示，在从中央起靠下侧的部分中，朝向下侧(-Y侧)偏芯逐渐增大。另外，如图16B的横截面所示，微透镜阵列273a在从中央起靠右侧的部分中，具有朝向左侧(-X侧)偏芯逐渐增大的构造，在从中央靠左侧的部分中，也具有朝向右侧(+X侧)从偏芯逐渐增大的构造。
另外，在图16A和图16B所示的液晶显示装置232中，在入射侧的第1基板72，也能够埋入作为光学指向性变更部238的微透镜阵列273a。
在本实施例的虚像显示装置100中，能够以液晶显示装置232的像素单位调整图像光ML的出射方向。由此，即使在从液晶显示装置232出射、在观察者的眼睛EY有效地取入的实际有效的图像光FL(图像光ML)的倾斜对应于画面上的区域具有偏移的情况下，也能够形成具有与其对应的指向性的图像光ML，能够抑制亮度斑的发生，提高照明光的利用效率。
另外，关于微透镜阵列273a，可以使其为粘贴于第1和第2基板72、73的外侧等，成为相对于液晶显示装置232外装的构造。
[第4实施例]
以下，说明有关第4实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1实施例等的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
如图17所示，图像显示装置11代替图2所示的光源31a具备作为面光源状发光部的照明装置431，不需要背光导光部31b。即，面光源状发光部是其自身成为2维地扩展的面状的光源。在照明装置431和液晶显示器件(图像光形成部)32之间设置光学指向性变更部38。更具体地，在照明装置431的液晶显示器件(图像光形成部)32侧的出射面EP上，粘贴光学指向性变更部38使其一体化。光学指向性变更部38，与第1实施例的情况相同能够使照明光SL形成期望的指向性分布，因此，也能够使图像光ML具有期望的指向性分布。另外，面发光型的照明装置(面光源状发光部)431是例如将有机EL元件、LED等的发光元件一样地2维排列的装置。
[第5实施例]
以下，说明有关第5实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1～第4实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1实施例等的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
图18是说明组装在关于第5实施例的虚像显示装置的图像显示装置11的图。在关于第5实施例的虚像显示装置的情况下，在图2的图像显示装置11中，代替光调制型的液晶显示器件(图像光形成部)32、232等，使用自发光型有机EL显示器件(EL显示元件)532。该情况下，不需要照明装置31，通过在有机EL显示器件(EL显示元件)532内埋入的棱镜阵列73a，使得在图像光ML的出射方向具有期望的指向性。
通过1个像素部分PP和其周边扩大了的纵截面说明有机EL显示装置532。若简单地说明有机EL显示装置532的构造，则有机EL显示装置532具有在Si基板61上形成，在Si基板61上依次层叠有绝缘层62、发光层63、透光性阴极层65、连接层66、密封层67、和透光基板68的构造。在Si基板61形成有机EL显示装置532的驱动电路等，从驱动电路延伸的电极区域61a与贯通绝缘层62在发光层63延伸的阳极64连接。发光层63具有夹持在阳极64和透光性阴极层65之间的发光区域63a。在透光性阴极层65上夹持连接层66和密封层67地粘接有透光基板68。在被透光性阴极层65和密封层67夹持的粘接层66，以埋入的方式形成棱镜阵列73a作为光学指向性变更部538。
来自图示的有机EL显示器件532的各像素部分PP的图像光ML，在通过棱镜阵列73a的折射面或偏向面时，被赋予例如朝上的倾斜角ε。在有机EL显示器件532整体，与第2和第3实施例的情况同样地，能够形成以对应于例如图8中DA1，DA2所示的光束取入峰值的二维分布而具有指向性的图像光ML。
作为光学指向性变更部538的棱镜阵列73a用于调整图像光ML的指向性，具有调整了倾斜角的棱镜元件PE。在图示的例子中，虽然棱镜阵列73a以有机EL显示装置532的像素单位分离地形成，也可以是在有机EL显示装置532的显示面整体的形成。另外，在图示的例子中，虽然在1个像素设置了多个棱镜元件PE，也可以以使单一的棱镜元件PE的尺寸增大而覆盖1个像素的方式设置。
在本实施例的虚像显示装置100，能够以有机EL显示装置532的像素单位调整图像光ML的出射方向。由此，即使从有机EL显示装置532出射，在观察者的眼睛EY有效地取入的实际有效的图像光FL(图像光ML)的倾斜对应于画面上的区域具有局部偏移的情况下，也能够形成具有与其对应的指向性的图像光ML，能够抑制亮度斑的发生，提高照明光的利用效率。
另外，棱镜阵列73a可以置换为具有使光束会聚的功能的透镜阵列。另外，棱镜阵列73a不限于在有机EL显示器件532内，可以在有机EL显示装置532的光出射面上配置。
在以上中，作为组装在图像显示装置11的自发光型的显示装置，说明了有关使用有机EL显示器件532的情况，但是自发光型的显示装置不限于有机EL显示器件532，可以是与有机EL不同的其他种类的自发光型显示器件。
[第6实施例]
以下，说明有关第6实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1～第5实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1～第5实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
图19A是说明使图2A所示的导光部件21变形了的导光部件621的图。在以上说明中，传播导光部件21的图像光相对于第1和第2反射面21a、21b仅以2个反射角γ1、γ2被全反射，但是如图19A所示的变形例的导光部件621那样，也能够容许3个成分的图像光GL31、GL32、GL33以反射角γ1、γ2、γ3(γ1＞γ2＞γ3)各自被全反射。该情况下，从液晶显示器件32出射的图像光GL以3种模式被传送，在观察者的眼睛EY的位置中合成，作为虚像被识别。该情况下，如图19B所示，在有效显示区域A0的左侧形成例如共计3次全反射的投射像IM21，在有效显示区域A0的靠中央形成例如共计5次全反射的投射像IM22，在有效显示区域A0的右侧形成例如共计7次全反射的投射像IM23。
[第7实施例]
以下，说明有关第7实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第1～第6实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第1～第6实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
图20A～20C所示的虚像显示装置100作为一组，具备图像形成装置10和导光装置720。导光装置720具有导光部件721作为其一部分。导光部件721具备导光本体部20a和作为图像取出部的角度变换部723。另外，图20A对应于图20B所示的导光部件721的A-A截面。
导光部件721的整体的外观，通过与图中YZ面平行延伸的平板的导光本体部20a形成。另外，导光部件721作为侧面具有第1反射面21a、第2反射面21b和第2反射面21c。另外，导光部件721具有与第1、第2和第3反射面21a、21b、21c相邻并且相互相对的上表面21e和下表面21f。另外，导光部件721成为如下构造：具有通过在较长方向的一端埋入导光本体部20a的多个微镜构成的角度变换部723，具有在较长方向的另一端中以扩张导光本体部20a的方式形成的棱镜部PS和其附带的第3反射面21c。导光部件721虽然为一体的部件，但也可以与第1实施例的情况相同，将光入射部B1、导光部B2和光出射部B3分开考虑，其中光入射部B1是具有第3反射面21c和后述的光入射面IS的部分，导光部B2是具有第1和第2反射面21a、21b的部分，和光出射部B3是具有角度变换部723和后述的光出射面OS的部分。
导光本体部20a通过透光性树脂材料等形成，在与XY面平行、与图像形成装置10相对的背侧或者观察者侧的平面上，具有取入来自于图像形成装置10的图像光的光入射面IS和使图像光朝向观察者的眼睛EY出射的光出射面OS。导光本体部20a，作为其棱镜部PS的侧面，除了光入射面IS之外，具有矩形的斜面RS，在该斜面RS上，以覆盖该斜面的方式形成镜层25。这里，镜层25通过与斜面RS协作，作为以相对于光入射面IS倾斜的状态配置的入射光弯曲部即第3反射面21c发挥功能。该第3反射面21c将从光入射面IS入射、作为整体朝向+Z方向的图像光，作为整体以朝向偏向-Z方向的-X方向的方式弯曲，使得图像光在导光本体部20a内可靠地结合。另外，在导光本体部20a中，沿光出射面OS的背侧的平面形成作为微细构造的角度变换部723。导光本体部20a从入口侧的第3反射面21c至里侧的角度变换部723延伸，将经由棱镜部PS入射到内部的图像光被引导到角度变换部723。
导光部件721的第1和第2反射面21a、21b作为是平板状的导光本体部20a的主面，作为相互相对、相对于XY面平行地延伸的2平面，使得通过棱镜部PS弯曲的图像光各自全反射。通过第3反射面21c反射了的图像光，首先入射到第1反射面21a，被全反射。接着，该图像光入射到第2反射面21b，被全反射。以下通过重复该动作，图像光被引导至导光装置720的里侧，即设置了角度变换部723的-X侧。
与导光本体部20a的光出射面OS相对配置的角度变换部723，在导光部件721的里侧(-X侧)中，沿第2反射面21b的延长平面与该延长平面接近地形成。角度变换部723将经由导光部件721的第1和第2反射面21a、21b入射来的图像光，以预定的角度反射，向光出射面OS侧弯曲。即，角度变换部723变换图像光的角度。这里，最初入射到角度变换部723的图像光是作为虚像光的取出的对象。角度变换部723的详细构造通过图21A等在后叙述。
另外，在导光本体部20a使用的透明树脂材料为折射率n为1.5以上的高折射率材料。通过在导光部件721使用折射率比较高的透明树脂材料，使得在导光部件721的内部图像光容易被引导，且能够使得在导光部件721内部的图像光的视角比较小。
从图像形成装置10出射、从光入射面IS入射到导光部件721的图像光，在第3反射面21c一样的被反射、弯曲，在导光部件721的第1和第2反射面21a、21b中反复被全反射，以大致沿光轴AX具有一定扩展的状态前进，另外，在角度变换部723中，通过以适当的角度弯曲，使其成为能够取出的状态，最终从光出射面OS出射到外部。从光出射面OS出射到外部的图像光，作为虚像光入射到观察者的眼睛EY。通过该虚像光在观察者的视网膜中成像，观察者能够识别由虚像构成的影像光等的图像光。
以下，说明关于导光部件721中的图像光的光路。另外，在第7实施例中的导光装置720的情况下，关于纵的第1方向D1(Y方向)，和图2A的导光装置20同样的发挥功能。另一方面，导光装置720，关于横的第2方向D2(X方向)引导多个传送模式的图像光，与引导2个传送模式的图像光的图2A的导光装置20不同。
如图20A所示，从图像显示装置11的液晶显示器件(图像光形成部)32出射的图像光中，以从出射面32a的中央部分出射的点虚线所示的成分作为图像光GL01，以从出射面32a的纸面右侧(+X侧)出射的单点划线所示的成分作为图像光GL02，以从出射面32a的纸面左侧(-X侧)出射的双点划线所示的成分作为图像光GL03。
经过了投射光学系统12的各图像光GL01、GL02、GL03的主要成分，从导光部件721的光入射面IS各自入射后，在第1和第2反射面21a、21b中以相互不同的角度重复全反射。具体地，图像光GL01、GL02、GL03中从液晶显示装置(图像光形成部)32的出射面32a的中央部分出射的图像光GL01，作为平行光束入射到光入射面IS、在第3反射面21c被反射后，以标准反射角γ0入射到导光部件721的第1反射面21a，被全反射。其后，图像光GL01以具有标准反射角γ0的状态，在第1和第2反射面21a、21b重复全反射。图像光GL01在第1和第2反射面21a、21b中被N次(N为自然数)全反射，入射到角度变换部723的中央部23k。图像光GL01在该中央部23k以预定的角度被反射，从光出射面OS向相对于包括光出射面OS的XY面垂直的光轴AX方向作为平行光束出射。从液晶显示器件32的出射面32a的一端侧(+X侧)出射的图像光GL02在通过光学系统12后，作为平行光束入射到光入射面IS、在第3反射面21c被反射后，以最大反射角γ+入射到导光部件721的第1反射面21a，被全反射。图像光GL02在第1和第2反射面21a、21b中例如被N-M次(M为自然数)全反射，在角度变换部723中的最里侧(-X侧)的周边部23h中以预定的角度被反射，从光出射面OS朝向预定的角度方向作为平行光束出射。这时的出射角向第3反射面21c侧返回，相对于+X轴呈锐角。从液晶显示器件32的出射面32a的另一端侧(-X侧)出射的图像光GL03在通过光学系统12后，作为平行光束入射到光入射面IS、在第3反射面21c被反射后，以最小反射角γ-入射到导光部件721的第1反射面21a，被全反射。图像光GL03在第1和第2反射面21a、21b中例如被N+M次全反射，在角度变换部723中的最靠入口侧(+X侧)的周边部23m中以预定的角度被反射，从光出射面OS朝向预定的角度方向作为平行光束出射。这时的出射角从第3反射面21c侧离开，相对于+X轴呈钝角。
这里，作为用于导光部件721的透明树脂材料的折射率n的值的一例，若使n＝1.5，其临界角γc的值为，若使n＝1.6，其临界角γc的值为。通过使各图像光GL01、GL02、GL03的反射角γ0、γ+、γ-中最小的反射角γ-成为比临界角γc大的值，能够使得必要的图像光满足在导光部件721内的全反射条件。
以下，参照图21A等，详细说明角度变换部723的构造和由角度变换部723造成的图像光的光路弯曲。
首先，说明关于角度变换部723的构造。角度变换部723由条纹状排列的多个线状的反射单元2c构成。即，角度变换部723通过将沿Y方向延伸的细长的反射单元2c以预定的间距PT沿导光部件721延伸的主导光方向即-X方向配置多个而构成。各反射单元2c作为1组具有第1反射面2a和第2反射面2b，第1反射面2a是在里侧即光路下游侧配置的1个反射面部分，第2反射面2b是在入口侧即光路上游侧配置的另1个反射面部分。这些中，至少第2反射面2b是能够透过一部分光的部分反射面，能够使观察者以透视的方式观察外界像。另外，各反射单元2c通过相邻的第1和第2反射面2a、2b，在XZ截面视图中成为V字或楔状。更具体地，第1和第2反射面2a、2b，以与第2反射面21b平行、相对于排列反射单元2c的排列方向±X方向垂直延伸的方向，即Y方向作为较长方向，线状延伸。另外，第1和第2反射面2a、2b以该较长方向作为轴，相对于第2反射面21b分别以不同的角度(即相对于XY面分别不同的角度)倾斜。结果，第1反射面2a周期的重复排列，相互平行地延伸，第2反射面2b也周期的重复排列，相互平行地延伸。在图21A等所示的具体例中，各第1反射面2a是沿相对于第2反射面21b大致垂直的方向(Z方向)延伸的反射面。另外，各第2反射面2b相对于对应的第1反射面2a沿在顺时针方向成预定角度(相对角度)δ的方向延伸。这里，相对角度δ在具体例中例如为54.7°。
在图21A等所示的具体例中，虽然使得第1反射面2a相对于第2反射面21b大致垂直，但第1反射面2a的方向根据导光装置720的规格可以适当地被调整，可以是相对于第2反射面21b，以+X方向作为基准，逆时针旋转例如从80°到100°的范围内的任何一个倾斜角度。另外，第2反射面2b的方向，可以是以+X方向作为基准，逆时针旋转例如从30°到40°的范围内的任何一个倾斜角度。结果，第2反射面2b相对于第1反射面2a具有从40°到70°的范围内任何一个相对角度。
另外，包括一对的反射面2a、ab的反射单元2c，例如通过在基底的V槽的一方的斜面实施蒸镀铝等的成膜而形成，通过其后的树脂的填充埋入导光装置720内。
以下，详细说明关于由角度变换部723造成的图像光的光路弯曲。这里，示出在图像光中入射到角度变换部723的两端侧的图像光GL02和图像光GL03，关于其他光路，因为与这些相同，省略图示等。
首先，如图21A和图21B所示，图像光中以全反射角度最大的反射角γ+被引导的图像光GL02入射到在角度变换部723中距离光入射面IS(参照图20A)最远的-X侧的周边部23h配置了一个以上的反射单元2c。在该反射单元2c中，图像光GL02最初在里侧，即-X侧的第1反射面2a被反射，接着，在入口侧，即+X侧的第2反射面2b被反射。经过了该反射单元2c的图像光GL02，不经过其他的反射单元2c，从图20A所示的光出射面OS出射。即，图像光GL02以在角度变换部723仅通过一次而以期望的角度弯曲，在观察者侧被取出。
另外，如图21A和图21C所示，以全反射角度最小的反射角γ-被引导的图像光GL03入射到在角度变换部723中距离光入射面IS(参照图20A)最近的+X侧的周边部23m配置了一个以上的反射单元2c。在该反射单元2c中，图像光GL03与图像光GL02的情况同样地，最初在里侧即-X侧的第1反射面2a被反射，接着，在入口侧即+X侧的第2反射面2b被反射。经过了该反射单元2c的图像光GL03，不经过其他的反射单元2c，以在角度变换部723仅通过一次而以期望的角度弯曲，在观察者侧被取出。
这里，如上述的第1和第2反射面2a、2b的2阶段的反射的情况下，如图21B和图21C所示，各图像光的入射时的方向和出射时的方向所成的角即弯曲角ψ都是ψ＝2(R-δ)(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-等的值无关地，为定值。由此，如上所述，即使使图像光中全反射角度比较大的成分入射到角度变换部723中-X侧的周边部23h侧，全反射角度比较小的成分入射到角度变换部723中+X的周边部23m侧的情况下，也能够将图像光作为整体以在观察者的眼睛EY聚集这样的角度状态有效率的取出。因为是以这样的角度关系取出图像光的结构，所以导光部件721能够使图像光在角度变换部723中不多次通过而只通过一次，因此能够以较少地损失将图像光作为虚像光取出。
另外，在导光部件721的形状和/或折射率、构成角度变换部723的反射单元2c的形状等的光学的设计中，通过适当地调整引导图像光GL02、GL03等的角度等，使得从光出射面OS出射的图像光，能够以基本的图像光GL01即光轴AX作为中心，以作为整体具有对称性的状态的虚像光入射到观察者的眼睛EY。这里，使得一端的图像光GL02的相对于Z方向或者光轴AX的角度θ12(在导光装置720内为θ12′)和另一端的图像光GL03的相对于Z方向或者光轴AX的角度θ13(在导光装置720内为θ13′)，其大小大致相等，方向相反。即，图像光以光轴AX作为中心具有对称性的状态对眼睛EY出射。像这样，角度θ12和角度θ13的角度相等，相对于光轴AX具有对称性，由此角度θ12和角度θ13成为横视角的一半的值即横半视角。
另外，如已经说明的那样，构成一群反射单元2c的第1反射面2a或者第2反射面2b，间距一定、相互平行。由此，能够使得作为入射到观察者眼睛EY的虚像光的图像光一样，能够抑制观察的图像的品质的低下。构成角度变换部723的各反射单元2c的间隔即间距PT的具体数值范围为0.2mm以上，优选的是0.2mm～1.3mm。通过在该范围，使得应取出的图像光在角度变换部723中不受衍射的影响，且由反射单元2c造成的格纹对于观察者变得不显著。
在使用以上的导光部件721的情况下，从液晶显示器件32出射、通过了投射光学系统12的图像光的光束取入的角度特性在纵向和横向不同，关于纵的第1方向D1(Y方向)，与图6A等所示的倾向或者特性相同，越是周边部的图像光，向外侧倾斜被取出的倾向越强。另一方面，关于横的第2方向D2(X方向)，例如在第1和第2反射面21a、21b的反射次数不同的图像的重复部分，产生图像光的倾斜角变大的倾向。即，越是中央的图像光越不向内侧倾斜地被取出，需要通过仿真等按每个画面位置估计图像光取入的峰值方向。
在关于第7实施例的虚像显示装置100的情况下，与第2实施例的虚像显示装置100相同地，通过具备光学指向性变更部38等的图像形成装置10，能够使图像光具有期望的指向性。由此，即使从液晶显示装置232出射，在观察者的眼睛EY有效地取入的实际有效的图像光ML的倾斜对应于画面上的位置或区域具有偏移的情况下，也能够形成具有与其对应的指向性的图像光ML，能够抑制亮度斑的发生，提高照明光的利用效率。
[第8实施例]
以下，说明有关第8实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第7实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第7实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
在本实施例的情况下，关于横的第2方向D2(X方向)，能够使得亮度斑抑制在低水平。因此，只关于纵的第1方向D1(Y方向)控制图像光ML的指向性，抑制亮度斑的产生，提高照明光的利用效率。
在图22A所示的图像显示装置11中，光学指向性变更部838为在纵的Y方向例如被分成三份的棱镜阵列板，在横的Z方向具有细长带状的第1～第3区域AR1、AR2、AR3，其出射侧面成为以截面锯齿状、台阶状的偏向面38a。第1区域AR1是平坦的板、配置在中央，第2区域AR2是棱镜阵列板、配置在上侧(+Y侧)，第3区域AR3是棱镜阵列板、配置在下侧(-Y侧)。其中，第1区域AR1是层状或者平板状，使照明光大致原样通过，第2区域AR2具有沿横向(X方向)延伸的棱镜阵列，使从背光导光部31b入射的照明光向外侧(+Y侧)弯曲，第3区域AR3也具有沿横向(Z方向)延伸的棱镜阵列，使从背光导光部31b入射的照明光向外侧(-Y侧)弯曲。
如图22B～图22D所示，光学指向性变更部838的第2区域AR2具有朝向上侧(+Y侧)楔角ω逐渐增加的非一样的棱镜阵列，从背光导光部31b一样地出射的照明光IL，在通过第2区域AR2的偏向面38a时，被赋予由弯曲造成的倾斜角ε，入射到图20A的液晶显示装置(图像光形成部)32。该倾斜角ε相当于照明光IL的配光分布的主方向，在构成第2区域AR2的各区域部分AR21、AR22、AR23如例示所示，与下侧相比在上侧逐渐增大。即，通过了第2区域AR2后的配光分布或者配光特性，具有越是从光轴AX离开靠上侧(+Y)的位置(即越朝向上端的区域部分(周边部)AR21)、主方向(亮度中心的方向)的角度越增加这样的指向性。另一方面，第1区域AR1不具有棱镜阵列，从背光导光部31b出射的照明光IL，以原来的配光分布或者配光特性入射到液晶显示装置(图像光形成部)32。另外，虽然省略了图示，第3区域AR3和第2区域AR2具有同样的构造，但上下反转。即，第3区域具有朝向下侧(-Y侧)楔角ω逐渐增加的非一样的棱镜阵列，从背光导光部31b一样地出射的照明光IL，在通过第3区域AR3时，与上侧相比在下侧被赋予大的倾斜角ε，入射到的液晶显示器件32。
在以上中，由光学指向性变更部838造成的照明光IL的弯曲即偏向，在纵向越是从中心朝向周边部，使照明光IL越向外侧偏向，即、使照明光IL作为整体越向外侧发散。即，关于由光学指向性变更部838造成的照明光IL的纵向的弯曲的倾斜角ε的分布成为对应于如图6B所示的光束取入的角度特性的分布。由此，液晶显示器件32通过倾斜角ε的照明光进行照明，倾斜角ε对应于从液晶显示器件32出射而有效应用于虚像形成的图像光FL的出射角度μ。即，能够使得相当于来自于液晶显示器件32的实际有效的图像光FL的亮度中心的出射角度μ和相当于来自于照明装置31的照明光IL的亮度中心的倾斜角ε大致一致。如此，使从液晶显示器件32的各位置出射、被有效应用的图像光FL成为高亮度成分，因此没有照明光的浪费，能够减少虚像的亮度斑。
在以上中，在第2区域AR2中与第1区域AR1靠近的部分，使楔角ω接近0，由此能够防止在两区域AR1、AR2的连接处产生亮度斑。另外，通过在第1区域AR1也设置棱镜阵列，能够可靠地防止在纵向的中央周边产生亮度斑，能够进一步提高光利用效率。
以上，在第2和第3区域AR2、AR3，虽然使楔角ω连续变化，也能够使楔角ω阶段地变化。即，在两区域AR2、AR3中，在Y方向进一步形成多个分割区域，在各分割区域内使楔角ω为一定，并且在相邻的分割区域之间楔角ω相互不同。图23A是说明由第8实施例的虚像显示装置100形成的虚像型的图像光的2维亮度分布的图，图23B是说明由比较例的虚像显示装置形成的虚像型的图像光的2维亮度分布的图。比较两图可明确，在实施例的虚像显示装置100的情况下，亮度斑的产生大幅下降。另外，比较例的虚像显示装置，虽然与实施例的虚像显示装置100具有同样的构造，但不同点是在照明装置31的光出射侧没有设置光学指向性变更部838。
图23C是表示由实施例的虚像显示装置100形成的图像光的沿BB截面的Y方向的亮度分布的坐标图，图23D是表示由比较例的虚像显示装置形成的图像光的沿BB截面的Y方向的亮度分布的坐标图。比较两坐标图可明确，在实施例的虚像显示装置100的情况下，纵的Y方向的亮度分布以比较高亮度一样。
如上，通过第8实施例的虚像显示装置100，光学指向性变更部838关于从角度变更部723出射的图像光的指向性形成非一样的分布，具体地，在纵向的周边倾斜角ε逐渐增大这样的分布，因此根据液晶显示器件32的Y方向的位置，从液晶显示器件32出射、在观察者的眼睛EY有效地取入的光束的出射角度μ逐渐增大的情况下，能够使得图像光的指向性适合这样的向眼睛EY的光束取入的角度特性，能够抑制亮度斑的发生，提高照明光的利用效率。
另外，在本实施例中，代替在照明装置31组装有光学指向性变更部38，如第2、第3实施例那样，也可以在液晶显示装置(图像光形成部)132、232组装有光学指向性变更部138、238。
[第9实施例]
以下，说明有关第9实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第7实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第7实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
如图24A和24B所示，在本实施例的情况下，导光部件721的角度变换部923具有将多个图像光反射面2d以预定的间距在X方向排列多个的构造。这些的图像光反射面2d以相对于主导光方向、排列图像光反射面2d的-X方向垂直地延伸的方向即Y方向作为较长方向，带状地延伸。这些的图像光反射面2d相互平行，相对于第2反射面21b各自成相同的角度τ。图像光反射面2d通过反射率的调整，成为使图像光的光成分的一部分透过，使剩余部分反射的部分反射面。另外，相邻的图像光反射面2d间通过不具有作为用于取出图像光的反射面等的功能的边界部2e连接。结果，图像光反射面2d以分离的状态沿主导光的方向，即沿Z方向周期地重复排列，相互平行地延伸。另外，图像光反射面2d例如通过在基底的V槽的一方的斜面实施蒸镀铝等的成膜而形成，通过其后的树脂的填充埋入导光装置721内。
如图24A所示，以最小反射角γ-在导光部件721的第1和第2反射面21a、21b被全反射的图像光GL02，多次通过了角度变换部923后，到达角度变换部923中最里侧(-X侧)的周边部23h，通过在周边部23h的反射，相对于眼睛EY的光轴AX以角度θ12从光出射面OS朝向眼睛EY作为平行光束出射。另一方面，如图24B所示，以最大反射角γ+在导光部件721的第1和第2反射面21a、21b被全反射的图像光GL03，到达角度变换部923中最靠入口侧(+X侧)的周边部23m，通过在周边部23m的反射，相对于眼睛EY的光轴AX以角度θ13从光出射面OS朝向眼睛EY作为平行光束出射。
另外，在本实施例中，代替在照明装置31组装光学指向性变更部38，838，如第2、第3实施例那样，也可以在液晶显示装置(图像光形成部)132、232组装光学指向性变更部138、238。
[第10实施例]
以下，说明有关第10实施例的虚像显示装置。另外，有关本实施例的虚像显示装置是第7实施例的虚像显示装置100的变形例，在没有特别说明的情况下，是与第7实施例的虚像显示装置100同样的虚像显示装置。
如图25所示，虚像显示装置100代替棱镜部PS和镜层25(参照图2A)也可以具备全息元件1025。该情况下，图像显示装置11具备例如内置包括产生3色的光束的LED等的光源1031a作为照明装置31。另外，在导光部件21的入射侧端的第2反射面21b的延长面上粘贴全息元件1025。全息元件1025具有对应于光源1031a产生的3色的3层构造的全息层。由此，全息元件1025作为在入射侧端的第2反射面21b的附近形成的假想的镜，具有使来自于图像显示装置11的各色光在期望的方向反射的功能。即，全息元件1025能够调整图像光的反射方向。通过该全息元件1025，能够使图像光在导光部件721内效率良好的取入。
另外，也可使用全息元件代替角度变换部723(参照图21A)。另外，在导光装置720的导光部件721的第3反射面21c和/或第4反射面21d中，也可使用全息元件代替镜和/或半反射镜。
[其他]
虽然根据以上实施例说明了本发明，但是本发明并不限于上述的实施例，本发明在不脱离其主旨的范围内可以在各种形态内实施，例如也可为如下的变形。
在上述第1～第3实施例等中，图像光FL或者图像光GL的出射角度，在从液晶显示器件32的中央向上下方向离开而出射位置越大，则向外倾斜越大，并且从左右向中央出射位置越小，则向内倾斜越大，然而，在使用具有与这样的倾向不同的光束取入角度特性的投射光学系统12和导光装置20的情况下，也能够使用本发明的方法。例如，导光装置20不在横向上而在纵向上引导图像光的情况下，图像光FL的出射角度是具有替换了横和纵的倾斜特性的出射角度，因此，该情况下，由光学指向性变更部38、138、238所赋予的配光特性也替换纵横。与第7实施例相同，导光装置720不在横向上而在纵向上引导图像光的情况下，由光学指向性变更部38所赋予的配光特性也替换纵横。
在上述实施例中，光学指向性变更部38、138、238虽然是平板状部件，但光学指向性变更部38、138、238也可以置换为厚的透镜和/或棱镜、衍射光学元件。通过由衍射光学元件形成光学指向性变更部，使得指向性的调整的自由度提高。
在上述第8实施例中，光学指向性变更部838虽然包括在纵的Y方向被分成三份的第1～第3区域A1、A2、A3的区域，但也可以将光学指向性变更部838在纵向分成4份以上，在横的X方向也可以分割成多个区域，在各区域可设定不同的棱镜形状。
在上述实施例中，虽然使用了棱镜阵列72a、微透镜阵列273a等，也可以使用衍射光学元件代替它们。
在上述第2、3实施例中，虽然没有特别的说明，也可以在液晶面板51和一对偏光滤光器52a、52b的至少一方之间插入相位差补偿板，能够实现对比度的提高。
在上述说明中，作为图像光形成部，虽然使用了透过型的液晶显示器件32，作为图像光形成部不限于透过型的液晶显示器件，可使用各种装置。例如，可以是使用反射型液晶显示器件的结构，也可使用数字微镜器件等代替液晶显示器件32。
在上述说明中，虽然在第1和第2反射面21a、21b中，在表面上不实施镜和/或半反射镜等，通过与空气的界面使图像光全反射而导光，但关于在本申请的发明中的全反射，也包括在第1和第2反射面21a、21b上的整体或者一部分形成镜涂层或/半反射镜膜的反射。例如，也包括：在图像光的入射角度满足全反射的条件的基础上，在第1和第2反射面21a、21b的整体或者一部分实施镜涂层，实质上反射所有的图像光的情况。另外，若能得到充分明亮的图像光，可以通过具有一些透过性的镜涂敷在第1和第2反射面21a、21b的整体或者一部分。
在上述的说明中，虽然将光入射面IS和光出射面OS在同一平面上配置，但并不限于此，例如，可以是将光入射面IS在与第1反射面21a的同一平面上配置，将光出射面OS在与第2反射面21b的同一平面上配置的结构。
在上述的说明中，虽然导光部件21沿眼睛EY排列的横向延伸，但是导光部件21也可沿纵向延伸。该情况下，光学面板110不是串联而是并联地平行设置。
在上述的说明中，虽然对虚像显示装置100作为头戴式显示器进行了具体地说明，但虚像显示装置100也可改变为平视显示器(head updisplay)。
在上述实施例的虚像显示装置100，虽然是对应于左眼和右眼的双方，一组一组设置显示装置100A、100B(具体地，图像形成装置10、导光装置20等)的结构，但也可以是仅对于左眼或者右眼任一方例如设置图像形成装置10和导光装置20，单眼观察图像的结构。
在上述实施例中，虽然通过光入射面IS的第1光轴AX1和通过光入射面IS的第2光轴AX2为平行，但也可使这些光轴AX1、AX2不平行。
在上述实施例中，虽然没有特别调整液晶显示器件32的显示亮度，但也可根据如图5B那样的投射像IM1、IM2的范围和/或重复，进行显示亮度的调整。
在上述实施例中，虽然在导光部件21的第4反射面21d设置的半反射镜层28的反射率作为20％优先透视，但也可使半反射镜层28的反射率作为50％以上优先图像光。另外，半反射镜层28不需要只在第4反射面21d的一部分的必要区域形成，也可形成在第4反射面21d的整面。另外，半反射镜层28也可形成在透光部件23的第3面23c上。
另外，关于构成角度变换部723的反射单元2c的排列的间距PT，不限于在各第1反射面2a之间全部相同的情况，也包括各间距PT具有某种程度的差异的情况。
在上述的说明中，对透视型虚像显示装置进行了说明，但角度变换部723等也可以适用于透视型以外的虚像显示装置。在不需要观察外界像的情况下，可以将第1和第2反射面2a，2b双方的光反射率设为大致100％。
在上述的说明中，关于构成棱镜部PS的镜层25和/或斜面RS的倾斜角度虽然没有特别的限定，本发明可以将镜层25等的倾斜角度相对于光轴AX根据用途、规格设为各种值。
在上述的说明中，虽然以前端尖锐的状态图示了反射单元2c的V字型的槽，但是关于V字型的槽的形状并不限于此，也可是前端切平的和/或在前端付有R(圆形)的形状。
在上述的说明中，虽然使用具备光入射部B1、导光部B2和光出射部B3的导光装置20、720，但在光入射部B1和/或光出射部B3中，不需要使用平面镜，也可使用通过球面或者非球面的曲面镜使其具有棱镜的功能。另外，如图26所示，作为光入射部B1，可使用从导光部B2分离的棱镜或者块状中继部件1125，使该中继部件1125的入射出射面和/或反射内面具有棱镜功能。另外，虽然在构成导光部B2的导光体26，设置使图像光GL通过反射传送的第1和第2反射面21a、21b，但这些反射面21a、21b不需要相互平行，也可以是曲面。

Claims (19)

1.一种虚像显示装置，其特征在于，具备：
图像显示装置，形成图像光；
投射光学系统，形成基于从所述图像显示装置出射的所述图像光的虚像；
导光装置，具备：将通过了所述投射光学系统的所述图像光取入内部的光入射部；将从所述光入射部取入的所述图像光通过在相对地延伸的第1反射面以及第2反射面的全反射而导光的导光部；和将经过了所述导光部的所述图像光在外部向外部取出的光出射部，
光学指向性变更部，使得从所述图像显示装置出射的所述图像光的指向性变化，关于所述图像显示装置的纵向，使光根据所述图像显示装置的位置而弯曲不同的角度，和/或关于所述图像显示装置的横向，使光根据所述图像显示装置的位置而弯曲不同的角度。
2.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部，关于所述纵向和所述横向，作为指向性的角度分布的配光特性不同。
3.根据权利要求1或2所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述图像显示装置具备照明装置和控制来自所述照明装置的光而形成所述图像光的图像光形成部。
4.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述照明装置具有发光部和将来自所述发光部的光束以面光源状扩散的背光导光部，
所述光学指向性变更部配置于所述背光导光部和所述图像光形成部之间。
5.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述照明装置具有面光源状发光部，
所述光学指向性变更部配置于所述面光源状发光部和所述图像光形成部之间。
6.根据权利要求4所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部是棱镜阵列板、菲涅尔透镜、衍射光学元件、以及微透镜阵列中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部是棱镜阵列板、菲涅尔透镜、衍射光学元件、以及微透镜阵列中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部粘贴于所述背光导光部，与所述背光导光部一体化。
9.根据权利要求5所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部粘贴于所述面光源状发光部，与所述面光源状发光部一体化。
10.根据权利要求4～7中任一项所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部具有多个区域部分，该多个区域部分使来自所述背光导光部或者所述面光源状发光部的照明光以成为亮度最高的主指向性方向相互不同的状态的方式通过。
11.根据权利要求10所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部具有：对应于所述多个区域部分而形状不同的棱镜阵列。
12.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述纵向对应于垂直于所述导光装置的所述第1反射面以及所述第2反射面的折回方向，所述横向对应于平行于所述导光装置的所述第1反射面以及所述第2反射面而垂直于所述纵向的非折回方向，
在所述纵向和所述横向的至少一方，设定亮度变为极大的多个峰值方向。
13.根据权利要求12所述的虚像显示装置，其特征在于，
在所述横向，设定亮度变为极大的多个峰值方向。
14.根据权利要求3所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光学指向性变更部内置或外装于所述图像光形成部。
15.根据权利要求14所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述图像光形成部为EL显示元件，
所述光学指向性变更部配置于所述EL显示元件的像素部分的光出射侧。
16.根据权利要求14所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述图像光形成部为透光型液晶显示元件，
所述光学指向性变更部配置于所述液晶显示元件的像素部分的光入射侧以及光出射侧的至少一方。
17.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述导光部具有相互平行地配置、能够通过全反射而导光的第1反射面和第2反射面，
所述光入射部具有相对于所述第1反射面成预定角度的第3反射面，
所述光出射部具有相对于所述第1反射面成预定角度的第4反射面。
18.根据权利要求1所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述光出射部具有角度变换部，该角度变换部具有多个反射面，并且能够通过在所述多个反射面的反射，变换图像光的角度而在外部取出该图像光。
19.根据权利要求18所述的虚像显示装置，其特征在于，
所述角度变换部具有多个反射单元，该多个反射单元分别具有第1反射面和相对于所述第1反射面成预定角度的第2反射面，并且在预定的排列方向排列，
各反射单元通过所述第1反射面反射经过所述导光部入射的所述图像光，并且通过所述第2反射面将由所述第1反射面反射后的所述图像光进一步反射，由此能够使得所述图像光的光路弯曲而向外部取出该图像光。
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