JP2015191026A - 虚像表示装置、およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、映像光を拡大することができる虚像表示装置、およびかかる虚像表示装置を備え、観察者が視認しやすいヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
【解決手段】虚像表示装置１は、映像信号に基づき変調され映像光を生成する画像生成部３と、画像生成部３から射出された映像光が入射する入射面５６と、入射面５６に入射した映像光の断面積が拡大された映像光を射出する射出面５７とを有する光学素子５とを含み、光学素子５は、入射面５６と射出面５７とを接続して、画像生成部３から射出された映像光を導光する第１導光部５１および第２導光部５２と、第１導光部５１と第２導光部５２との間に設けられ、画像生成部３から射出された映像光の一部を反射させ、映像光の一部を透過させる第１光分岐層５４とを有し、画像生成部３から射出された映像光は、第１光分岐層５４に対して斜入射することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、虚像表示装置、およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。

近年、例えばヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のように、虚像の形成および観察を可能にする虚像表示装置として、導光板によって表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くタイプのものが種々提案されている。

このような虚像表示装置として、例えば特許文献１に示すようなヘッドマウントディスプレイが知られている。

特許文献１に記載のヘッドマウントディスプレイは、瞳孔に入射する映像光を人の眼の動きに合わせて動かす構成とすることで、観察者が視認しやすいヘッドマウントディスプレイとしている。しかしながら、このようなヘッドマウントディスプレイは、人の眼の動きに瞳孔に入射する映像光を合わせるために、瞳位置の検出手段や、射出瞳の位置を変えるための構成（接眼レンズ、画像光射出ユニットの位置変更手段や制御部）等が必要で、構造が複雑化するという問題があった。

特開２０１１−７５９５６

本発明の目的は、構造が簡単で、映像光を拡大することができる虚像表示装置、および、かかる虚像表示装置を備え、観察者が視認しやすいヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の虚像表示装置は、映像信号に基づき変調され映像光を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から射出された前記映像光が入射する入射面と、前記入射面に入射した前記映像光の断面積が拡大された前記映像光を射出する射出面とを有する光学素子と、を含み、
前記光学素子は、前記入射面と前記射出面とを接続して、前記画像生成部から射出された前記映像光を導光する第１導光部および第２導光部と、
前記第１導光部と前記第２導光部との間に設けられ、前記画像生成部から射出された前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第１光分岐層と、を有し、
前記画像生成部から射出された前記映像光は、前記第１光分岐層に対して斜入射することを特徴とする。

これにより、構造が簡単で、画像生成部により生成された映像光を拡大することができる虚像表示装置を提供することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記光学素子は、前記第１導光部と、前記第２導光部とが第１の方向に沿って１次元に配列されている第１の１次元アレイを有していることが好ましい。

これにより、画像生成部で生成された映像光を光学素子内で多重反射させることができ、よって、前記映像光をより拡大することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記光学素子は、前記第１導光部と、前記第２導光部とが、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って１次元に配列されている第２の１次元アレイを有しており、
前記第２の１次元アレイは、一方の前記第１の１次元アレイの射出面から射出された前記映像光が、前記第２の１次元アレイの入射面に入射するように配置されていることが好ましい。

これにより、画像生成部で生成された映像光を第１の方向および第２の方向に拡大することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記第１の１次元アレイの射出面と、前記第２の１次元アレイの入射面とは、接続されていることが好ましい。
これにより、光利用効率をより向上させることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記光学素子は、
前記入射面と前記射出面とを接続し、前記映像光を導光する第３導光部と、
前記第１導光部と前記第３導光部との間に設けられ、前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第２光分岐層と、をさらに有しており、
前記第１導光部と前記第２導光部とが第１の方向に沿って配列されており、前記第１導光部と前記第３導光部とが前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って配列されていることが好ましい。

これにより、画像生成部で生成された映像光を第１の方向および第２の方向に拡大することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記入射面における、前記第１導光部と前記第２導光部とが配列される方向に沿った前記第１導光部および前記第２導光部の幅は、それぞれ前記第１導光部と前記第２導光部とが配列される方向に沿った前記映像光の幅よりも小さいことが好ましい。

これにより、画像生成部で生成された映像光を光学素子内で多重反射させることができ、射出面から射出される映像光の強度分布の均一性を、より高めることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記入射面と前記射出面とは、前記第１光分岐層に対する前記傾き角度の絶対値が同じであることが好ましい。

これにより、入射面に入射する映像光の屈折の量と、射出面から射出される映像光の屈折の量とを同じにすることができ、色収差の発生を防ぐことができる。

本発明の虚像表示装置では、前記光学素子の前記射出面から射出された前記映像光を観察者の眼の方向に偏向させる光偏向部をさらに備え、
前記光偏向部は、ホログラムを有していることが好ましい。

これにより、観察者の眼に導かれる映像光の角度や、光束状態を容易に調整することができる。

本発明の虚像表示装置では、前記光学素子から射出した前記映像光を２次元に拡大する拡大導光部をさらに有しており、
前記拡大導光部は、前記映像光が入射する光入射部と、
前記映像光が前記光入射部に入射する入射方向に対して傾斜して設けられた第１反射面と、前記第１反射面と平行に設けられ、前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第２反射面とを有する第１拡大導光部と、
前記第２反射面を透過した前記映像光を導光させる第２拡大導光部と、を備えていることが好ましい。

これにより、光学素子から射出された映像光を、第１拡大導光部および第２拡大光学部にて多重反射されることができ、前記映像光をさらに拡大させることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記画像生成部は、光を射出する光源と、該光源から射出した前記光を走査する光スキャナーとを備えていることが好ましい。
これにより、鮮明な映像光を光学素子に入射させることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記画像生成部は、光源と、該光源から射出した光を前記映像信号に基づいて変調する空間光変調装置とを備えていることが好ましい。
これにより、鮮明な映像光を光学素子に入射させることができる。

本発明の虚像表示装置では、前記画像生成部は、有機ＥＬパネルを有していることが好ましい。

これにより、鮮明な映像光を拡大光学部に入射させることができるとともに、画像形成部の小型化を図ることができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、本発明の虚像表示装置を備え、観察者の頭部に装着されることを特徴とする。

これにより、観察者が視認しやすいヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイでは、前記光学素子は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記光学素子の前記射出面から射出される前記映像光が、前記観察者の左眼と右眼とが並んでいる方向に断面積が拡大されるよう配置されていることが好ましい。

これにより、観察者がより視認しやすいヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

第１実施形態の虚像表示装置を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図である。 図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図である。 図１に示す虚像表示装置の構成を模式的に示す図である。 図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図である。 図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図である。 図４に示す光走査部の平面図である。 図５に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）である。 図３に示す光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。 図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。 図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。 第２実施形態の虚像表示装置が備える光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。 図１１に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。 第３実施形態の虚像表示装置が備える光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。 図１３に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。 第４実施形態の虚像表示装置が備える光学素子を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。 図１５に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。 第５実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。 第６実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。 第７実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。 第８実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。 図３に示す光学素子の他の例を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。

以下、本発明の虚像表示装置、およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の虚像表示装置を備えるヘッドマウントディスプレイの概略構成を示す図、図２は、図１に示すヘッドマウントディスプレイの概略斜視図、図３は、図１に示す虚像表示装置の構成を模式的に示す図、図４は、図２に示す画像生成部の構成を模式的に示す図、図５は、図４に示す駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図、図６は、図４に示す光走査部の平面図、図７は、図５に示す光走査部の断面図（Ｘ１軸に沿った断面図）、図８は、図３に示す光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図、図９は、図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図、図１０は、図８に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。また、図２１は、図３に示す光学素子の他の例を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。

なお、図１〜図３、図８、図９では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「−（マイナス）」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、虚像表示装置１を観察者の頭部Ｈに装着した際に、Ｘ軸方向が頭部Ｈの左右方向、Ｙ軸方向が頭部Ｈの上下方向、Ｚ軸方向が頭部Ｈの前後方向となるように設定されている。

図１に示すように、本実施形態の虚像表示装置１を備えたヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型虚像表示装置）１０は、眼鏡のような外観をなし、観察者の頭部Ｈに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。

図１、図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０は、画像生成部３と、拡大光学系４と、反射部６とを有する虚像表示装置１と、フレーム２とを有する。

このヘッドマウントディスプレイ１０では、画像生成部３が映像信号に基づき変調された映像光を形成し、拡大光学系４が当該映像光の光束幅（断面積）を拡大し、反射部６が拡大光学系４によって拡大された映像光を観察者の眼ＥＹに導く。これにより、映像信号に応じた虚像を観察者に視認させることができる。

また、ヘッドマウントディスプレイ１０は、虚像表示装置１が備える画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、それぞれ、フレーム２の右側および左側に設けられており、ＹＺ平面を基準として対称（左右対称）となるように配設されている。フレーム２の右側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、右眼用の虚像を形成しており、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６が、左眼用の虚像を形成している。

なお、本実施形態では、ヘッドマウントディスプレイ１０は、フレーム２の右側および左側に、それぞれ画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６を設け、右眼用の虚像と左眼用の虚像とを形成する構成としているが、これに限定されず、例えば、フレーム２の左側のみに画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６を設け、左眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよい。また、例えば、フレーム２の右側のみに画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６を設け、右眼用の虚像のみを形成する構成にしてもよい。すなわち、本発明のヘッドマウントディスプレイは、本実施形態のような両眼タイプのヘッドマウントディスプレイ１０に限定されず、単眼タイプのヘッドマウントディスプレイであってもよい。

以下、ヘッドマウントディスプレイ１０の各部を順次詳細に説明する。
なお、２つの画像生成部３、２つの拡大光学系４、および２つの反射部６は、それぞれ、同一の構成を有しているため、以下では、フレーム２の左側に設けられている画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６を中心に説明する。

《フレーム》
図２に示すように、フレーム２は、眼鏡フレームのような形状をなし、虚像表示装置１が備える画像生成部３、拡大光学系４、および反射部６を支持する機能を有する。

フレーム２は、リム２１１と、シェード部２１２とを有するフロント部２１と、フロント部２１の左右両端からＺ軸方向に延出したテンプル２２とを有する。

シェード部２１２は、外界光の透過を抑制する機能を有し、反射部６を支持する部材である。シェード部２１２は、その内側に、観察者側に向かって開口する凹部２７を有しており、この凹部２７に反射部６が設けられている。そして、この反射部６を支持するシェード部２１２が、リム２１１によって支持されている。

また、シェード部２１２の中央部には、ノーズパッド２３が設けられている。ノーズパッド２３は、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、観察者の鼻ＮＳに当接して、ヘッドマウントディスプレイ１０を観察者の頭部Ｈに対して支持している。

テンプル２２は、観察者の耳ＥＡに掛けるための角度が付けられていないストレートテンプルであり、観察者がヘッドマウントディスプレイ１０を頭部Ｈに装着したとき、テンプル２２の一部が、観察者の耳ＥＡに当接するよう構成されている。また、テンプル２２の内部には、画像生成部３および拡大光学系４が収容されている。

また、テンプル２２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種樹脂材料や、樹脂に炭素繊維やガラス繊維等の繊維が混合された複合材料、アルミニウムやマグネシウム等の金属材料等を用いることができる。

なお、フレーム２の形状は、観察者の頭部Ｈに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。

《虚像表示装置》
前述したように、虚像表示装置１は、画像生成部３と、拡大光学系４と、反射部６とを有している。

以下、本実施形態の虚像表示装置１の各部について詳細に説明する。
［画像生成部］
図２に示すように、画像生成部３は、前述したフレーム２のテンプル２２に内蔵されている。

画像生成部３は、図３、および図４に示すように、映像光生成部３１と、駆動信号生成部３２と、制御部３３と、レンズ３４と、光走査部３５とを備える。

このような画像生成部３は、映像信号に基づき変調された映像光を生成する機能と、光走査部３５を駆動する駆動信号を生成する機能と、を有する。

以下、画像生成部３の各部について詳述する。
（映像光生成部）
映像光生成部３１は、光走査部３５（光スキャナー）で走査（光走査）される映像光Ｌ１を生成するものである。

この映像光生成部３１は、波長の異なる複数の光源（光源部）３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂを有する光源部３１１と、複数の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと、光合成部（合成部）３１３と、を有する。

光源部３１１が有する光源３１１Ｒ（Ｒ光源）は、赤色光を射出するものであり、光源３１１Ｇ（Ｇ光源）は、緑色光を射出するものであり、光源３１１Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。

光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。

このような光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは、それぞれ、駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂに電気的に接続されている。

駆動回路３１２Ｒは、前述した光源３１１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｇは、前述した光源３１１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｂは、前述した光源３１１Ｂを駆動する機能を有する。

このような駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂにより駆動された光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから射出された３つ（３色）の光（映像光）は、光合成部３１３に入射する。

光合成部３１３は、複数の光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの光を合成するものである。

本実施形態では、光合成部３１３は、２つのダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを有する。

ダイクロイックミラー３１３ａは、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有する。また、ダイクロイックミラー３１３ｂは、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。

このようなダイクロイックミラー３１３ａ、３１３ｂを用いることにより、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成して、１つの映像光Ｌ１を形成する。

ここで、本実施形態では、前述した光源部３１１は、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の光路長が互いに等しくなるように、配置されている。

なお、光合成部３１３は、前述したようなダイクロイックミラーを用いた構成に限定されず、例えば、プリズム、光導波路、光ファイバー等で構成されていてもよい。

以上のような構成の映像光生成部３１にて、光源部３１１から３色の映像光が生成され、かかる映像光が光合成部３１３で合成され、１つの映像光Ｌ１として生成される。そして、映像光生成部３１で生成された映像光Ｌ１は、レンズ３４に向かう。

なお、上述した映像光生成部３１には、例えば、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂで生成された映像光Ｌ１の強度等を検出する光検出手段（図示せず）等が設けられていてもよい。このような光検出手段を設けることによって、検出結果に応じて映像光Ｌ１の強度を調整することができる。

（レンズ）
映像光生成部３１で生成した映像光Ｌ１は、レンズ３４に入射する。

レンズ３４は、映像光Ｌ１の放射角度を制御する機能を有する。このレンズ３４は、例えば、コリメータレンズである。コリメータレンズは、光を平行状態の光束に調整（変調）するレンズである。

このようなレンズ３４にて、映像光生成部３１から射出した映像光Ｌ１は、平行化させた状態で光走査部３５に伝送される。

（駆動信号生成部）
駆動信号生成部３２は、光走査部３５（光スキャナー）を駆動する駆動信号を生成するものである。

この駆動信号生成部３２は、光走査部３５の第１の方向での走査（水平走査）に用いる第１の駆動信号を生成する駆動回路３２１（第１の駆動回路）と、光走査部３５の第１の方向に直交する第２の方向での走査（垂直走査）に用いる第２の駆動信号を生成する駆動回路３２２（第２の駆動回路）とを有する。

例えば、駆動回路３２１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させるものであり、駆動回路３２２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させるものである。

なお、第１の駆動信号および第２の駆動信号については、後述する光走査部３５の説明とともに、後に詳述する。

このような駆動信号生成部３２は、図示しない信号線を介して、光走査部３５に電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部３２で生成した駆動信号（第１の駆動信号および第２の駆動信号）は、光走査部３５に入力される。

（制御部）
前述したような映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２は、制御部３３に電気的に接続されている。制御部３３は、映像信号（画像信号）に基づいて、映像光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２の駆動を制御する機能を有する。

制御部３３の指令に基づき、映像光生成部３１は画像情報に応じて変調された映像光Ｌ１を生成し、駆動信号生成部３２は画像情報に応じた駆動信号を生成する。

（光走査部）
映像光生成部３１から射出した映像光Ｌ１は、レンズ３４を介して光走査部３５に入射する。

光走査部３５は、映像光生成部３１からの映像光Ｌ１を２次元的に走査する光スキャナーである。この光走査部３５で映像光Ｌ１を走査することにより走査光（映像光）Ｌ２が形成される。

この光走査部３５は、図６に示すように、可動ミラー部１１と、１対の軸部１２ａ、１２ｂ（第１の軸部）と、枠体部１３と、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ（第２の軸部）と、支持部１５と、永久磁石１６と、コイル１７とを備える。言い換えれば、光走査部３５はいわゆるジンバル構造を有している。

ここで、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂは、Ｙ１軸（第１の軸）周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６は、Ｘ１軸（第２の軸）周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。

また、光走査部３５は、信号重畳部１８を有しており（図７参照）、永久磁石１６、コイル１７、信号重畳部１８および駆動信号生成部３２は、前述した第１の振動系および第２の振動系を駆動（すなわち、可動ミラー部１１をＸ１軸およびＹ１軸周りに揺動）させる駆動部を構成する。

以下、光走査部３５の各部を順次詳細に説明する。
可動ミラー部１１は、基部１１１（可動部）と、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定された光反射板１１３とを有する。

光反射板１１３の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部１１４が設けられている。

この光反射板１１３は、軸部１２ａ、１２ｂに対して厚さ方向に離間するとともに、厚さ方向から見たときに（以下、「平面視」ともいう）軸部１２ａ、１２ｂと重なって設けられている。

そのため、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を短くしつつ、光反射板１１３の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を短くすることができることから、枠体部１３の小型化を図ることができる。さらに、枠体部１３の小型化を図ることができることから、軸部１４ａ、１４ｂと軸部１４ｃ、１４ｄとの間の距離を短くすることできる。

このようなことから、光反射板１１３の板面の面積を大きくしても、光走査部３５の小型化を図ることができる。言い換えると、光反射部１１４の面積に対する光走査部３５の大きさを小さくすることができる。

また、光反射板１１３は、平面視にて、軸部１２ａ、１２ｂの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部１２ａ、１２ｂで反射して迷光となるのを防止することができる。

また、光反射板１１３は、平面視にて、枠体部１３の全体を覆うように形成されている。言い換えると、枠体部１３は、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が枠体部１３で反射して迷光となるのを防止することができる。

さらに、光反射板１１３は、平面視にて、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板１１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部１１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄで反射して迷光となるのを防止することができる。

本実施形態では、光反射板１１３は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射板１１３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。

このような光反射板１１３の下面（他方の面）には、図７に示すように、硬質層１１５が設けられている。

硬質層１１５は、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板１１３の剛性を高めることができる。そのため、光反射板１１３の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板１１３の厚さを薄くし、光反射板１１３のＸ１軸およびＹ１軸周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。

このような硬質層１１５の構成材料としては、光反射板１１３本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、カーボンナイトライド膜、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムなどを用いることができるが、特に、ダイヤモンドを用いるのが好ましい。

硬質層１１５の厚さ（平均）は、特に限定されないが、１〜１０μｍ程度であるのが好ましく、１〜５μｍ程度であるのがさらに好ましい。

また、硬質層１１５は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。なお、硬質層１１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。

このような硬質層１１５の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。

また、光反射板１１３の下面は、スペーサー１１２を介して基部１１１に固定されている。これにより、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３および軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとの接触を防止しつつ、光反射板１１３をＹ１軸周りに揺動させることができる。

また、基部１１１は、それぞれ、平面視にて、光反射板１１３の外周に対して内側に位置している。すなわち、光反射板１１３の光反射部１１４が設けられる面（板面）の面積は、基部１１１のスペーサー１１２が固定される面の面積よりも大きい。また、基部１１１の平面視での面積は、基部１１１がスペーサー１１２を介して光反射板１１３を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板１１３の板面の面積を大きくしつつ、軸部１２ａと軸部１２ｂとの間の距離を小さくすることができる。

枠体部１３は、図６に示すように、枠状をなし、前述した可動ミラー部１１の基部１１１を囲んで設けられている。言い換えると、可動ミラー部１１の基部１１１は、枠状をなす枠体部１３の内側に設けられている。

そして、枠体部１３は、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを介して支持部１５に支持されている。また、可動ミラー部１１の基部１１１は、軸部１２ａ、１２ｂを介して枠体部１３に支持されている。

また、枠体部１３は、Ｙ１軸に沿った方向での長さがＸ１軸に沿った方向での長さよりも長くなっている。すなわち、Ｙ１軸に沿った方向における枠体部１３の長さをａとし、Ｘ１軸に沿った方向における枠体部１３の長さをｂとしたとき、ａ＞ｂなる関係を満たす。これにより、軸部１２ａ、１２ｂに必要な長さを確保しつつ、Ｘ１軸に沿った方向における光走査部３５の長さを抑えることができる。

また、枠体部１３は、平面視にて、可動ミラー部１１の基部１１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂからなる構造体の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成された第１の振動系の振動、すなわち、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの揺動を許容しつつ、枠体部１３の小型化を図ることができる。

なお、枠体部１３の形状は、可動ミラー部１１の基部１１１を囲む枠状であれば、図示のものに限定されない。

軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１をＹ１軸（第１の軸）周りに回動（揺動）可能とするように、可動ミラー部１１と枠体部１３を連結している。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３をＹ１軸に直交するＸ１軸（第２の軸）周りに回動（揺動）可能とするように、枠体部１３と支持部１５を連結している。

軸部１２ａ、１２ｂは、可動ミラー部１１の基部１１１を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、Ｙ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、一端部が基部１１１に接続され、他端部が枠体部１３に接続されている。また、軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、中心軸がＹ１軸に一致するように配置されている。

このような軸部１２ａ、１２ｂは、それぞれ、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの揺動に伴って捩れ変形する。

軸部１４ａ、１４ｂおよび軸部１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３を介して（挟んで）互いに対向するように配置されている。また、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、Ｘ１軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、一端部が枠体部１３に接続され、他端部が支持部１５に接続されている。また、軸部１４ａ、１４ｂは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部１４ｃ、１４ｄは、Ｘ１軸を介して互いに対向するように配置されている。

このような軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、枠体部１３のＸ１軸周りの揺動に伴って、軸部１４ａ、１４ｂ全体および軸部１４ｃ、１４ｄ全体がそれぞれ捩れ変形する。

このように、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに揺動可能とするとともに、枠体部１３をＸ１軸周りに揺動可能とすることにより、可動ミラー部１１を互いに直交するＸ１軸およびＹ１軸の２軸周りに揺動（往復回動）させることができる。

また、図示しないが、このような軸部１２ａ、１２ｂのうちの少なくとも一方の軸部、および、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのうちの少なくとも１つの軸部には、それぞれ、例えば歪みセンサーのような角度検出センサーが設けられている。この角度検出センサーは、光走査部３５の角度情報、より具体的には、光反射部１１４のＸ１軸周りおよびＹ１軸周りのそれぞれの揺動角を検出することができる。この検出結果は、図示しないケーブルを介して、制御部３３に入力される。

なお、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの形状は、それぞれ、前述したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも１箇所に屈曲または湾曲した部分や分岐した部分を有していてもよい。

前述したような基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび支持部１５は、一体的に形成されている。

本実施形態では、基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび支持部１５は、第１のＳｉ層（デバイス層）と、ＳｉＯ_２層（ボックス層）と、第２のＳｉ層（ハンドル層）とがこの順に積層したＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、第１の振動系および第２の振動系の振動特性を優れたものとすることができる。また、ＳＯＩ基板は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、ＳＯＩ基板を用いて基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび支持部１５を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができ、また、光走査部３５の小型化を図ることができる。

そして、基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。これにより、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの弾性を優れたものとすることができる。また、基部１１１がＹ１軸周りに回動する際に枠体部１３に接触するのを防止することができる。

また、枠体部１３および支持部１５は、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層、ＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。これにより、枠体部１３および支持部１５の剛性を優れたものとすることができる。また、枠体部１３のＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層は、枠体部１３の剛性を高めるリブとしての機能だけでなく、可動ミラー部１１が永久磁石１６に接触するのを防止する機能も有する。

また、支持部１５の上面には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、支持部１５に照射された不要光が迷光となるのを防止することができる。

かかる反射防止処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜（誘電体多層膜）の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。

なお、前述した基部１１１、軸部１２ａ、１２ｂおよび軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。

また、本実施形態では、スペーサー１１２および光反射板１１３も、ＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。そして、スペーサー１１２は、ＳＯＩ基板のＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。また、光反射板１１３は、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。

このように、ＳＯＩ基板を用いてスペーサー１１２および光反射板１１３を形成することにより、互いに接合されたスペーサー１１２および光反射板１１３を簡単かつ高精度に製造することができる。

このようなスペーサー１１２は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材（図示せず）により基部１１１に接合されている。

前述した枠体部１３の下面（光反射板１１３とは反対側の面）には、永久磁石１６が接合されている。

永久磁石１６と枠体部１３との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。

永久磁石１６は、平面視にて、Ｘ１軸およびＹ１軸に対して傾斜する方向に磁化されている。

本実施形態では、永久磁石１６は、長手形状（棒状）をなし、Ｘ１軸およびＹ１軸に対して傾斜する方向に沿って配置されている。そして、永久磁石１６は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石１６は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。

また、永久磁石１６は、平面視にて、Ｘ１軸とＹ１軸との交点を中心として対称となるように設けられている。

なお、本実施形態では、枠体部１３に１つの永久磁石の数を設置した場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば、枠体部１３に２つの永久磁石を設置してもよい。この場合、例えば、長尺状をなす２つの永久磁石を、平面視にて基部１１１を介して互いに対向するとともに、互いに平行となるように、枠体部１３に設置すればよい。

Ｘ１軸に対する永久磁石１６の磁化の方向（延在方向）の傾斜角θは、特に限定されないが、３０°以上６０°以下であるのが好ましく、４５°以上６０°以下であることがより好ましく、４５°であるのがさらに好ましい。このように永久磁石１６を設けることで、円滑かつ確実に可動ミラー部１１をＸ１軸の周りに回動させることができる。

このような永久磁石１６としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。このような永久磁石１６は、硬磁性体を着磁したものであり、例えば、着磁前の硬磁性体を枠体部１３に設置した後に着磁することにより形成される。既に着磁がなされた永久磁石１６を枠体部１３に設置しようとすると、外部や他の部品の磁界の影響により、永久磁石１６を所望の位置に設置できない場合があるからである。

このような永久磁石１６の直下には、コイル１７が設けられている。すなわち、枠体部１３の下面に対向するように、コイル１７が設けられている。これにより、コイル１７から発生する磁界を効率的に永久磁石１６に作用させることができる。これにより、光走査部３５の省電力化および小型化を図ることができる。

このようなコイル１７は、信号重畳部１８に電気的に接続されている（図７参照）。
そして、信号重畳部１８によりコイル１７に電圧が印加されることで、コイル１７からＸ１軸およびＹ１軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。

信号重畳部１８は、前述した第１の駆動信号Ｖ１と第２の駆動信号Ｖ２とを重畳する加算器（図示せず）を有し、その重畳した電圧をコイル１７に印加する。

ここで、第１の駆動信号Ｖ１および第２の駆動信号Ｖ２について詳述する。
前述したように、駆動回路３２１は、図５（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の駆動信号Ｖ１（水平走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、駆動回路３２１は、第１周波数（１／Ｔ１）の第１の駆動信号Ｖ１を発生させるものである。

第１の駆動信号Ｖ１は、正弦波のような波形をなしている。そのため、光走査部３５は効果的に光を主走査することができる。なお、第１の駆動信号Ｖ１の波形は、これに限定されない。

また、第１周波数（１／Ｔ１）は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。

本実施形態では、第１周波数は、可動ミラー部１１および１対の軸部１２ａ、１２ｂで構成される第１の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（ｆ１）と等しくなるように設定されている。つまり、第１の振動系は、その捩り共振周波数ｆ１が水平走査に適した周波数になるように設計（製造）されている。これにより、可動ミラー部１１のＹ１軸周りの回動角を大きくすることができる。

一方、前述したように、駆動回路３２２は、図５（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の駆動信号Ｖ２（垂直走査用電圧）を発生させるものである。すなわち、駆動回路３２２は、第２周波数（１／Ｔ２）の第２の駆動信号Ｖ２を発生させるものである。

第２の駆動信号Ｖ２は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光走査部３５は効果的に光を垂直走査（副走査）することができる。なお、第２の駆動信号Ｖ２の波形は、これに限定されない。

第２周波数（１／Ｔ２）は、第１周波数（１／Ｔ１）と異なり、かつ、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。このように、第２の駆動信号Ｖ２の周波数を６０Ｈｚ程度とし、前述したように第１の駆動信号Ｖ１の周波数を１０〜４０ｋＨｚとすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動ミラー部１１を互いに直交する２軸（Ｘ１軸およびＹ１軸）のそれぞれの軸周りに回動させることができる。ただし、可動ミラー部１１をＸ１軸およびＹ１軸のそれぞれの軸周りに回動させることができれば、第１の駆動信号Ｖ１の周波数と第２の駆動信号Ｖ２の周波数との組み合わせは、特に限定されない。

本実施形態では、第２の駆動信号Ｖ２の周波数は、可動ミラー部１１、１対の軸部１２ａ、１２ｂ、枠体部１３、２対の軸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび永久磁石１６で構成された第２の振動系（捩り振動系）の捩り共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。

このような第２の駆動信号Ｖ２の周波数（第２周波数）は、第１の駆動信号Ｖ１の周波数（第１周波数）よりも小さいことが好ましい。すなわち、周期Ｔ２は、周期Ｔ１よりも長いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに第１周波数で回動させつつ、Ｘ１軸周りに第２周波数で回動させることができる。

また、第１の振動系の捩り共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系の捩り共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ２＜ｆ１の関係を満たすことが好ましく、ｆ１≧１０ｆ２の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動ミラー部１１を、Ｙ１軸周りに第１の駆動信号Ｖ１の周波数で回動させつつ、Ｘ１軸周りに第２の駆動信号Ｖ２の周波数で回動させることができる。これに対し、ｆ１≦ｆ２とした場合は、第２周波数による第１の振動系の振動が起こる可能性がある。

次に、光走査部３５の駆動方法について説明する。なお、本実施形態では、前述したように、第１の駆動信号Ｖ１の周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数と等しく設定されており、第２の駆動信号Ｖ２の周波数は、第２の振動系の捩り共振周波数と異なる値に、かつ、第１の駆動信号Ｖ１の周波数よりも小さくなるように設定されている（例えば、第１の駆動信号Ｖ１の周波数が１８ｋＨｚ、第２の駆動信号Ｖ２の周波数が６０Ｈｚに設定されている）。

例えば、図５（ａ）に示すような第１の駆動信号Ｖ１と、図５（ｂ）に示すような第２の駆動信号Ｖ２とを信号重畳部１８にて重畳し、重畳した電圧をコイル１７に印加する。

すると、第１の駆動信号Ｖ１によって、永久磁石１６の一端部（Ｎ極）をコイル１７に引き付けようとするとともに、永久磁石１６の他端部（Ｓ極）をコイル１７から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、永久磁石１６の一端部（Ｎ極）をコイル１７から離間させようとするとともに、永久磁石１６の他端部（Ｓ極）をコイル１７に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、上述したように、永久磁石１６は、それぞれの端部（磁極）が、Ｙ１軸で分割される２つの領域に位置するように配置される。すなわち、図６の平面視において、Ｙ１軸を挟んで一方側に永久磁石１６のＮ極が位置し、他方側に永久磁石１６のＳ極が位置している。そのため、磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、枠体部１３にＹ１軸周りの捩り振動成分を有する振動が励振され、その振動に伴って、軸部１２ａ、１２ｂを捩れ変形させつつ、可動ミラー部１１が第１の駆動信号Ｖ１の周波数でＹ１軸まわりに回動する。

また、第１の駆動信号Ｖ１の周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数と等しい。そのため、第１の駆動信号Ｖ１によって、効率的に、可動ミラー部１１をＹ１軸周りに回動させることができる。すなわち、前述した枠体部１３のＹ１軸周りの捩り振動成分を有する振動が小さくても、その振動に伴う可動ミラー部１１のＹ１軸周りの回動角を大きくすることができる。

一方、第２の駆動信号Ｖ２によって、永久磁石１６の一端部（Ｎ極）をコイル１７に引き付けようとするとともに、永久磁石１６の他端部（Ｓ極）をコイル１７から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ１」という）と、永久磁石１６の一端部（Ｎ極）をコイル１７から離間させようとするとともに、永久磁石１６の他端部（Ｓ極）をコイル１７に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ２」という）とが交互に切り換わる。

ここで、上述したように、永久磁石１６は、それぞれの端部（磁極）が、Ｘ１軸で分割される２つの領域に位置するように配置される。すなわち図６の平面視において、Ｘ１軸を挟んで一方側に永久磁石１６のＮ極が位置し、他方側に永久磁石１６のＳ極が位置している。そのため、磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、軸部１４ａ、１４ｂおよび軸部１４ｃ、１４ｄをそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部１３が可動ミラー部１１とともに、第２の駆動信号Ｖ２の周波数でＸ１軸周りに回動する。

また、第２の駆動信号Ｖ２の周波数は、第１の駆動信号Ｖ１の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第２の振動系の捩り共振周波数は、第１の振動系の捩り共振周波数よりも低く設計されている。そのため、可動ミラー部１１が第２の駆動信号Ｖ２の周波数でＹ１軸周りに回動してしまうことを防止することができる。

以上説明したような光走査部３５によれば、光反射性を有する光反射部１１４を備える可動ミラー部１１を互いに直交する２つの軸周りにそれぞれ揺動させるので、光走査部３５の小型化および軽量化を図ることができる。その結果、観察者にとっての使い勝手をより優れた虚像表示装置１とすることができる。

特に、光走査部３５がジンバル構造を有するため、映像光を２次元的に走査する構成（光走査部３５）をより小型なものとすることができる。

［拡大光学系４］
図３に示すように、前述した光走査部３５で走査された走査光（映像光）Ｌ２は、拡大光学系４へと伝送される。

拡大光学系４は、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２の光束幅を拡大する、すなわち映像光Ｌ２の断面積を拡大する機能を有する。

この拡大光学系４は、図３に示すように、光学素子５と、補正レンズ４２と、遮光板４３とを備えている。

以下、このような拡大光学系４の各部について順次詳細に説明する。
（光学素子５）
光学素子５は、図３に示すように、光走査部３５の近傍に設けられており、光透過性（透光性）を有し、Ｚ軸方向に沿った長尺状をなしている。

前述した光走査部３５で走査された映像光Ｌ２は、光学素子５に入射する。
この光学素子５は、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２の光束幅（断面積）を拡大するものである。具体的には、光学素子５は、光走査部３５から走査した映像光Ｌ２を光学素子５内部で多重反射させながら、Ｚ方向に伝播することで、映像光Ｌ２の光束幅を拡大し、映像光Ｌ２よりも光束幅が大きい映像光Ｌ３、Ｌ４を射出するものである。

図８に示すように、光学素子５は、その長さ方向（Ｚ軸方向）の一端に入射面５６と射出面５７とを有しており、これら（入射面５６および射出面５７）が対向している。また、光学素子５は、その厚さ方向（Ｘ軸方向）に対向する側面５８ａ、５８ｂと、幅方向（Ｙ軸方向）に対向する側面５９ａ、５９ｂと、を有する。

また、入射面５６は、光走査部３５に臨むように設けられており、射出面５７は、補正レンズ４２および遮光板４３側に臨むように設けられている（図３参照）。

入射面５６は、光透過性を有する面であり、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２が入射する面である。一方、射出面５７は、光透過性を有する面であり、入射面５６から入射した映像光Ｌ２を、映像光Ｌ３、Ｌ４として射出する面である。

また、側面５８ａ、５８ｂは、それぞれ、全反射面であり、光学素子５内に入射した映像光Ｌ２を全反射させる。ここで、全反射面とは、光透過率が０％の面だけでなく、光を若干透過する面、例えば、光透過率が３％未満の面を含む。

また、側面５９ａと側面５９ｂとは、いかなる光透過率の面であってもよく、例えば全反射面や半反射面であってもよいが、特に、光透過率が比較的低い面であることが好ましい。これにより、光学素子５内の光が迷光となるのを防止することができる。また、光学素子５内の光が迷光となるのを防止する方法としては、例えば、側面５９ａと側面５９ｂとを粗面化する方法等が挙げられる。

また、図８に示すように、入射面５６と、射出面５７とは、平行である。また、側面５８ａと側面５８ｂとは、平行である。また、側面５９ａと側面５９ｂとは、平行である。このため、本実施形態では、光学素子５の全体形状は直方体となっている。

なお、前記「平行」とは、完全に平行となっているもの以外に、例えば、各面のなす角度が±２°程度であるものも含む。

また、本実施形態では、入射面５６と射出面５７とは、平行であるが、入射面５６と射出面５７とは、平行でなくてもよく、傾き角度の絶対値が同じであればよい。「入射面５６と射出面５７との傾き角度の絶対値が同じである」とは、例えば、入射面５６がＸＹ面に対して＋Ｚ軸方向に鋭角α（例えば、＋２０°）で傾斜しており、射出面５７がＸＹ面に対して−Ｚ軸方向に鋭角α（例えば、−２０°）で傾斜している状態を含むことをいう。すなわち、図２１に示すように、入射面５６と射出面５７とで、ハの字状を構成している（図）ものも含むことをいう。また、前記「傾き角度の絶対値が同じ」とは、完全に傾き角度の絶対値が同じとなっているもの以外に、例えば、かかる絶対値が２°程度異なるものも含む。

また、本実施形態では、側面５９ａと側面５９ｂとは、平行であるが、入射面５６と射出面５７とは、平行でなくてもよく、傾斜角度が異なっていてもよい。

また、光学素子５の厚さ（Ｘ軸方向の長さ）は、例えば、０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、光学素子５の小型化を図ることができるとともに、射出面５７から射出される映像光Ｌ３を比較的大きく拡大することができる。

光学素子５の長さ（Ｚ軸方向の長さ）は、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、光学素子５の小型化を図ることができるとともに、映像光Ｌ２を光学素子５の内部にて十分に多重反射させることができ、射出面５７から射出される映像光Ｌ３の強度分布の均一性より高めることができる。

光学素子５の幅（Ｙ軸方向の長さ）は、例えば、０．１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。これにより、光学素子５の小型化を図ることができるとともに、射出面５７から射出される映像光Ｌ３を比較的大きく拡大することができる。

このような構成の光学素子５は、図８に示すように、映像光Ｌ２を導光する導光部（第１導光部）５１、導光部（第２導光部）５２および導光部（第３導光部）５３と、ハーフミラー層（第１光分岐層）５４およびハーフミラー層（第２光分岐層）５５とを有する。

この光学素子５は、導光部５１、ハーフミラー層５４、導光部５２、ハーフミラー層５５、導光部５３が、この順に各厚さ方向（Ｘ軸方向）に沿って積層されている。すなわち、光学素子５は、導光部５１、５２、５３が、ハーフミラー層５４、５５を介して、各厚さ方向（第１の方向）に沿って配列された１次元アレイである。

導光部５１、５２、５３は、それぞれ、板状をなすライトパイプであり、入射面５６から入射した映像光Ｌ２（光走査部３５で走査された映像光）を＋Ｚ方向に伝播する機能を有する。

なお、導光部５１、５２、５３は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、その断面形状（ＸＹ平面における断面形状）が、長方形状をなしているが、導光部５１、５２、５３の断面形状（ＸＹ平面における断面形状）はこれに限定されず、正方形状等の四角形状や、その他の多角形状等であってもよい。

また、各導光部５１、５２、５３の厚さは、特に限定されないが、本実施形態では、入射面５６に入射する映像光Ｌ２の径（光束幅の径）よりも小さく構成されている（図９参照）。言い換えれば、各導光部５１、５２、５３の配列方向に沿った各導光部５１、５２、５３の入射面５６上の幅は、各導光部５１、５２、５３の配列方向に沿った映像光Ｌ２の入射面５６上の幅よりも、小さい。これにより、複数の導光部（本実施形態では、導光部５１、５２、５３）に跨って映像光Ｌ２を入射させることができ、射出面５７から射出された映像光Ｌ３、Ｌ４の強度分布の均一性より高めることができる。このような効果を得るためには、各導光部５１、５２、５３の厚さは、例えば、０．０１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であるのが好ましく、０．０１ｍｍ以上、５ｍｍ以下であるのがより好ましい。

なお、本実施形態では、導光部５１、５２、５３の厚さは、映像光Ｌ２の径（光束幅の径）よりも小さく構成されているが、導光部５１、５２、５３の厚さは、映像光Ｌ２の径よりも大きく設定されていても構わない。

また、導光部５１、５２、５３は、光透過性を有するものであればよく、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の各種樹脂材料や、各種ガラス等で構成されている。

ハーフミラー層５４、５５は、例えば、光透過性を有する反射膜、すなわち半透過反射膜で構成されている。このハーフミラー層５４、５５は、映像光Ｌ２の一部を反射させるとともに、一部を透過させる機能を有する。このハーフミラー層５４、５５は、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等による金属反射膜や誘電体多層膜等の半透過反射膜で構成されている。

このような構成の光学素子５は、例えば、ハーフミラー層５４、５５となり得る薄膜が主面上に形成された導光部５１、導光部５２、および導光部５３を、表面活性化接合することにより得ることができる。表面活性化接合により光学素子５を製造することで、各部（導光部５１、５２、５３）の平行度を高くすることができる。

以上のような構成の光学素子５は、図９に示すように、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２を、入射面５６から入射し、光学素子５の内部で多重反射させ、射出面５７から、光束幅が拡大した状態の映像光Ｌ３、Ｌ４として射出する。このようにして、光学素子５によって映像光Ｌ２の光束幅（断面積）を拡大することができることについて、図９、および図１０に基づいて光学素子５の内部での映像光Ｌ２の光路を説明するとともに、以下に詳述する。なお、図１０では、映像光Ｌ２の主光線のみを代表して図示している。

まず、図１０に示すように、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２は、入射面５６から光学素子５内に入射する。このとき、映像光Ｌ２は、側面５８ａと側面５８ｂとに平行な軸線Ｘに対して角度θ５傾斜した状態で入射する。入射した映像光Ｌ２は、図１０（ａ）に示すように、導光部５２内を進行し、ハーフミラー層５４に到達すると、映像光Ｌ２の一部はハーフミラー層５４を透過し、残りはハーフミラー層５４で反射する。

ハーフミラー層５４を透過した映像光Ｌ２１は、導光部５１内を進行し、側面５８ａで全反射する。一方、ハーフミラー層５４で反射した映像光Ｌ２２は、導光部５２内を進行し、ハーフミラー層５５に到達する。ここでまた、ハーフミラー層５５に到達した映像光Ｌ２２は、図１０（ｂ）に示すように、その一部がハーフミラー層５５を透過し、残りがハーフミラー層５５で反射する。ハーフミラー層５５を透過した映像光Ｌ２２は、図１０（ｂ）に示すように、側面５８ｂで全反射する。

このように、光学素子５内に導かれた映像光Ｌ２は、側面５８ａ、５８ｂにおいて、全反射を繰り返すとともに、ハーフミラー層５４、５５において、反射と透過とを繰り返す。すなわち、光学素子５内に導かれた映像光Ｌ２は、図９に示すように、光学素子５の内部で多重反射する。

そして、映像光Ｌ２は、光学素子５の内部で多重反射した結果、多重反射を繰り返した光成分が重なり、光束幅が拡大された映像光Ｌ３およびＬ４が、射出面５７から射出される。

ここで、前述したように、入射面５６と、射出面５７とは、平行である。このため、入射面５６に入射する映像光Ｌ２の屈折の量と、射出面５７から射出する映像光Ｌ３、Ｌ４の屈折の量とを同じにすることができる。すなわち、ハーフミラー層５４、５５に対する映像光Ｌ２が入射する角度θ５と、ハーフミラー層５４、５５に対する映像光Ｌ３およびＬ４が射出する角度θ５とを同じすることができる。これにより、屈折の法則の三角関数に起因するに歪みや材料の屈折率の波長分散に起因する色収差の発生を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、入射面５６と射出面５７とは、互いに平行であるが、前述したように、入射面５６と射出面５７との傾き角度の絶対値が同じであれば、映像光Ｌ２の入射角と、映像光Ｌ３の射出角の絶対値が同じにすることができる。そのため。入射面５６と射出面５７との傾き角度の絶対値が同じであれば、上記のような効果を得ることができる。

また、本実施形態の光学素子５は、導光部５１、５２、５３が厚さ方向（第１の方向）に沿って配列されている１次元アレイ（第１の１次元アレイ）である。このように、導光部５１、５２、５３を、ハードコート層４４、４５を介して積層するという比較的簡単な構成で、入射面５６から入射した映像光Ｌ２を光学素子５内で多重反射させることができる。そのため、観察者の視線や、観察者の左右の眼ＥＹの位置に映像光を合わせるような位置検出手段等を用いずとも、本実施形態のような比較的簡単な構成で、映像光Ｌ２の光束幅を拡大することができる。

また、光学素子５は、図３に示すように、観察者の頭部Ｈに装着された状態で、反射部６から、観察者の左眼ＥＹと右眼ＥＹとが並んでいる方向（Ｘ軸方向）に平行な軸線Ｗ（図１、図３参照）を含む面内方向（ＸＺ面内方向）に、映像光Ｌ３およびＬ４の主光線が射出されるよう配置されている。言い換えれば、光学素子５は、軸線Ｗ方向に映像光Ｌ３の断面積が拡大されるように配置されている。また、補正レンズ４２および遮光板４３は、軸線Ｗに沿って配列されている。このため、射出面５７から射出された映像光Ｌ３は、補正レンズ４２を介して反射部６へ向けて射出され、射出面５７から射出された映像光Ｌ４は、遮光板４３へ向けて射出される。このように、光学素子５を、軸線Ｗ方向に映像光Ｌ３の断面積が拡大されるように配置することで、補正レンズ４２および反射部６を介して観察者の眼に導かれる映像光Ｌ３を、眼の左右方向に拡大することができる。よって、眼の上下方向に対して移動範囲が大きい左右方向に対して、視認性を高めることができる。

（補正レンズ）
図３に示すように、光学素子５から射出した映像光Ｌ３は、補正レンズ４２に入射する。

この補正レンズ４２は、後述する反射部６が備える非球面ミラー６１により映像光Ｌ３の平行性が乱れるのを補正する機能を有する。これにより、映像光Ｌ３の解像度性能を向上させることができる。このような補正レンズ４２としては、例えば、トロイダルレンズ、シリンドリカルレンズ、自由曲面レンズ等が挙げられる。

（遮光板）
光学素子５から射出した映像光Ｌ４は、遮光板４３に入射する。

この遮光板４３は、光を吸収する光吸収部材で構成されており、光を遮断する遮光手段である。これにより、光学素子５から射出した映像光Ｌ４は、不要光として遮断される。

このような遮光板４３は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等で形成されている。

なお、本実施形態では、映像光Ｌ４を遮断する遮光手段として、遮光板４３を用いているが、映像光Ｌ４を遮断する遮光手段としては、これに限定されず、映像光Ｌ４が迷光となるのを防止するものであればよい。例えば、遮光手段としては、遮光板４３を用いずに、フレーム２の周縁部分に塗料等を塗布することで映像光Ｌ４を遮光するような構成であってもよい。

以上のような構成の拡大光学系４によって光束幅が拡大された映像光Ｌ３は、図３に示すように、補正レンズ４２を介して反射部６に入射する。

［反射部］
反射部６は、フロント部２１のシェード部２１２に設けられており、使用時に観察者の左眼ＥＹの前方に位置するように配置されている。この反射部６は、観察者の眼ＥＹを覆うのに十分な大きさを有しており、光学素子５からの映像光Ｌ３を観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有する。

反射部６は、光偏向部６５を含む、非球面ミラー６１を有する。
非球面ミラー６１は、可視域で高い透光性（光透過性）を示す樹脂材料等で形成された基材上に半透過反射膜が製膜された透光性部材である。すなわち、非球面ミラー６１は、ハーフミラーであり、外界光を透過させる機能（可視光に対する透光性）をも有する。したがって、非球面ミラー６１を備える反射部６は、光学素子５から射出された映像光Ｌ３を反射させるとともに、使用時において反射部６の外側から観察者の眼ＥＹに向かう外界光を透過させる機能を有する。これにより、観察者は、外界像を視認しながら、映像光Ｌ５により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。

このような非球面ミラー６１は、フレーム２のフロント部２１の湾曲に沿って湾曲した形状をなしており、使用時において凹面６１１が観察者側に位置する。これにより、非球面ミラー６１で反射した映像光Ｌ５を、観察者の眼ＥＹに向けて効率良く集光させることできる。

また、凹面６１１上には光偏向部６５が設けられている。光偏向部６５は、光学素子５の射出面５７から射出した映像光Ｌ３を観察者の眼ＥＹの方向に偏向させる機能を有している。

このような光偏向部６５は、本実施形態では、回折格子の一つであるホログラム素子６５１で構成されている。このホログラム素子６５１は、光学素子５からホログラム素子６５１に照射される映像光Ｌ３のうち、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する半透過膜である。

このようなホログラム素子６５１を用いることで、特定の波長帯域にある映像光について、回折を利用して観察者の眼に導かれる映像光の角度や光束状態を調整することで虚像を形成することができる。具体的には、非球面ミラー６１にて反射した映像光Ｌ３が外部に射出され、ホログラム素子６５１によって映像光Ｌ５として観察者の左眼ＥＹに入射する。なお、右眼ＥＹ側に位置する反射部６についても同様である。そして、観察者の左右の眼ＥＹにそれぞれ入射した映像光Ｌ５は、観察者の網膜において結像する。これにより、観察者は、視野領域に、光学素子５から射出された映像光Ｌ３により形成された虚像（画像）を観察することができる。

以上説明したような虚像表示装置１によれば、画像生成部３により生成された映像光Ｌ１を、拡大光学系４にて拡大し、反射部６にて観察者の眼ＥＹに導くことで、観察者は、画像生成部３により生成された映像光Ｌ１を、観察者の視野領域に形成された虚像として認識することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第２実施形態について説明する。

図１１は、第２実施形態の虚像表示装置が備える光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。図１２は、図１１示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第２実施形態では、拡大光学部の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図１１に示すように、光学素子５Ｘは、第１光学素子（光学素子）５Ａと、第２光学素子（光学素子）５Ｂと、を有しており、この２つの光学素子５Ａ、５Ｂが一体化されたものである。具体的には、光学素子５Ａ、５Ｂは、それぞれ、第１実施形態で用いた光学素子５と同様の構成であり、光学素子５Ｂが、光学素子５ＡをＺ軸回りに９０°回転させた状態で配置されている。

以下、この光学素子５Ａについて詳述する。
光学素子５Ｘは、光学素子５Ａの射出面５７Ａと、光学素子５Ｂの入射面５６Ｂとが接合されることで、これら（光学素子５Ａ、５Ｂ）が一体となっている。そして、光学素子５Ａの入射面５６Ａが光学素子５Ｘの入射面に対応しており、光学素子５Ｂの射出面５７Ｂが光学素子５Ｘの射出面に対応している。

また、光学素子５Ｘは、第１実施形態と同様に、光学素子５の厚さ方向（Ｘ軸方向）に対向する側面５８Ｘａ、５８Ｘｂと、光学素子５の幅方向（Ｙ軸方向）に対向する側面５９Ｘａ、５９Ｘｂとを有する。側面５８Ｘａ、５８Ｘｂ、５９Ｘａ、５９Ｘｂは、全て全反射面であり、光学素子５Ｘの内部に入射した映像光Ｌ２を全反射させる。

また、光学素子５Ａは、導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａが、ハーフミラー層５４Ａ、５５Ａを介して、各厚さ方向（第１の方向）に沿って配列されている第１の１次元アレイである。また、光学素子５Ｂは、導光部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂが、ハーフミラー層５４Ｂ、５５Ｂを介して、各厚さ方向（第２の方向）に沿って配列されている第２の１次元アレイである。このように、光学素子５Ｘは、１次元アレイを２つ有している。

また、光学素子５Ａの導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａの並び方向、すなわち積層方向（Ｘ軸方向）と、光学素子５Ｂの導光部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの並び方向、すなわち積層方向（Ｙ軸方向）とは、異なっており、ここでは直交している。

以上のような構成の光学素子５Ｘは、入射面５６Ａから入射した映像光Ｌ２を光学素子５Ｘの内部で多重反射させ、射出面５７Ｂから光束幅が拡大した状態の映像光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとして射出する（図１２参照）。

具体的には、第１実施形態と同様に、入射面５６Ａから入射し、光学素子５Ａ内に導かれた映像光Ｌ２は、光学素子５Ａ側の側面５８Ｘａ、５８Ｘｂにおいて全反射を繰り返すとともに、ハーフミラー層５４Ａ、５５Ａにおいて反射と透過を繰り返しながら、Ｚ軸方向に伝播される。光学素子５Ａ内にてＺ軸方向に伝播された映像光Ｌ２は、光学素子５Ａの射出面５７Ａから射出され、入射面５６Ｂから光学素子５Ｂの内部へと導かれる。光学素子５Ｂ内に導かれた映像光Ｌ２は、光学素子５Ｂ側の側面５８Ｘｂ、５８Ｘｂ、５９ａ、５９ｂにおいて全反射を繰り返すとともに、ハーフミラー層５４Ｂ、５５Ｂにおいて反射と透過を繰り返しながら、Ｚ軸方向に伝播される。このようにして、映像光Ｌ２は、光学素子５Ｘの内部で多重反射され、射出面５７Ａから映像光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとして射出される。そして、映像光Ｌ３ａは、補正レンズ４２を介して反射部６に伝送され、映像光Ｌ３ｂ、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは、遮光板（図示せず）にて不要光として遮断される。なお、本実施形態では、映像光Ｌ３ｃのみが反射部６に伝送されるが、映像光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄのうちの２つ以上の映像光が反射部６に伝送されてもよい。

ここで、前述したように、光学素子５Ａの導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａの並び方向（積層方向）と、光学素子５Ｂの導光部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの並び方向（積層方向）とは、直交している。そして、光学素子５Ｘは、一方の光学素子（第１の１次元アレイ）５Ａの射出面５７Ａから射出された映像光Ｌ２が、他方の光学素子（第２の１次元アレイ）５Ｂの入射面５６Ｂに入射するように配置されており、射出面５７Ａと入射面５６Ｂとが接続されている。このため、入射面５６から入射した映像光Ｌ２を、各導光部の並び方向である２つの方向に沿って、その断面積を拡大することができる。また、複数の導光部（本実施形態では、導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ、５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ）にて多重反射させることができ、よって、射出面５７から射出された映像光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの強度分布の均一性より高めることができる。

なお、本実施形態では、導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａの並び方向（積層方向）と、光学素子５Ｂの導光部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの並び方向（積層方向）とは、直交していたが、これに限定されず、導光部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａの並び方向と、導光部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂの並び方向とが異なっていれば、前述した効果を得ることができる。

以上のような構成の第２実施形態の光学素子５Ｘによっても、第１実施形態と同様に、比較的簡単な構成で、映像光Ｌ２の光束幅を拡大することができる。

＜第３実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第３実施形態について説明する。

図１３は、第３実施形態の虚像表示装置が備える光学素子の概略構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が右側面図、（ｄ）が左側面図である。図１４は、図１３に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第３実施形態では、光学素子の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

以下、第３実施形態の虚像表示装置が備える光学素子５Ｙについて詳述する。
光学素子５Ｙは、第１実施形態と同様に、その長さ方向（Ｚ軸方向）に対向する入射面５６Ｙおよび射出面５７Ｙと、厚さ方向（Ｘ軸方向）に対向する側面５８Ｙａ、５８Ｙｂと、幅方向（Ｙ軸方向）に対向する側面５９Ｙａ、５９Ｙｂとを有する。

また、側面５８Ｙａ、５８Ｙｂ、５９Ｙａ、５９Ｙｂは、全て全反射面であり、光学素子５Ｙの内部に入射した映像光Ｌ２を全反射させる。

このような光学素子５Ｙは、第１導光部（導光部）５１Ｃ、第２導光部（導光部）５２Ｃ、第３導光部（導光部）５１Ｄ、第４導光部（導光部）５３Ｃ、第５導光部（導光部）５２Ｄ、第６導光部（導光部）５３Ｄ、第７導光部（導光部）５１Ｅ、第８導光部（導光部）５２Ｅ、第９導光部（導光部）５３Ｅと、ハーフミラー層（第１光分岐層）５４Ｃ、ハーフミラー層（第２光分岐層）５５Ｃ、ハーフミラー層（第３光分岐層）５４Ｄ、ハーフミラー層（第４光分岐層）５５Ｄと、を有する。

９つの導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅは、互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に、３×３の行列状に配列されている。具体的には、光学素子５Ｙは、例えば第１導光部５１Ｃと第２導光部５２Ｃと第４導光部５３Ｃとが第１の方向（Ｙ軸方向）に沿って配列されており、第１導光部５１Ｃと第３導光部５１Ｄと第７導光部５１Ｅとが前記第１の方向（Ｙ軸方向）と異なる第２の方向（Ｘ軸方向）に沿って配列されている。また、第２導光部５２Ｃと第５導光部５２Ｄと第８導光部５２Ｅとが前記第１の方向（Ｙ軸方向）と異なる第２の方向（Ｘ軸方向）に沿って配列されている。また、第４導光部５３Ｃと第６導光部５３Ｄと第９導光部５３Ｅとが前記第１の方向（Ｙ軸方向）と異なる第２の方向（Ｘ軸方向）に沿って配列されている。このように、９つの導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅは、２次元的に配列されている。

また、各導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅ同士の間にはハーフミラー層５４Ｃ、５５Ｃ、５４Ｄ、５５Ｄが設けられている。

このような構成の光学素子５Ｙは、図１４に示すように、入射面５６Ｙから入射した映像光Ｌ２を光学素子５Ｙの内部で多重反射させ、射出面５７Ｙから光束幅が拡大した状態の映像光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄとして射出する。

具体的には、光走査部３５で走査された映像光Ｌ２は、入射面５６Ｙから入射し、光学素子５Ｙ内に導かれ、側面５８Ｙａ、５８Ｙｂ、５９Ｙａ、５９Ｙｂにおいて全反射を繰り返すとともに、ハーフミラー層５４Ｃ、５５Ｃ、５４Ｄ、５５Ｄにおいて反射と透過を繰り返しながら、Ｚ軸方向に伝播される。このようにして、映像光Ｌ２は、光学素子５Ｙの内部で多重反射され、射出面５７Ｙから映像光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄとして射出される。そして、映像光Ｌ３ｃは、補正レンズ４２を介して反射部６に伝送され、映像光Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄは、遮光板（図示せず）にて不要光として遮断される。なお、本実施形態では、映像光Ｌ３ｃのみが反射部６に伝送されるが、映像光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄのうちの２つ以上の映像光が反射部６に伝送されてもよい。

ここで、前述したように、光学素子５Ｙは、前述したように、９つの導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅが、２次元的に配列されている。このため、入射面５６Ｙから入射した映像光Ｌ２を、各導光部の並び方向である２つの方向に沿って、その断面積を拡大することができる。また、複数の導光部（本実施形態では、導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅ）にて多重反射させることができ、よって、射出面５７Ｙから射出された映像光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄの強度分布の均一性より高めることができる。

なお、本実施形態では、導光部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄ、５１Ｅ、５２Ｅ、５３Ｅは、３×３の行列状に配置されていたが、導光部の数、配置、形状等についてはこれに限定されず、導光部が２次元的に配列されているものであれば、前述した効果を得ることができる。

以上のような構成の第３実施形態の光学素子５Ｙによっても、第１実施形態と同様に、比較的簡単な構成で、映像光Ｌ２の光束幅を拡大することができる。

＜第４実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第４実施形態について説明する。

図１５は、第４実施形態の虚像表示装置が備える光学素子を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。図１６は、図１５に示す光学素子に入射された映像光の経路を説明するための図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第４実施形態では、補正レンズ４２および遮光板４３と、反射部６とを備えておらず、代わりに拡大導光部６０を備えていること以外は前記第１実施形態と同様である。

図１５に示すように、拡大導光部６０は、第１の導光板（第１拡大導光部）６６と、光取り出し部６４が形成された第２の導光板（第２拡大導光部）６２とを備えている。また、拡大導光部６０は光学素子５に接続されている。

この拡大導光部６０は、光学素子５からの映像光Ｌ３を観察者の眼ＥＹに向けて入射させる機能を有するとともに、光学素子５から射出した映像光Ｌ３を２次元に拡大する機能を有している。すなわち、拡大導光部６０は、光学素子５から射出された映像光Ｌ３の光束幅をさらに拡大させる機能を有する。

以下、拡大導光部６０について詳細に説明する。
図１５（ａ）に示すように、第１の導光板６６は、長尺状をなし、第１の導光板６６の幅方向（拡大導光部６０の厚さ方向：Ｚ軸方向）に対向する一対の側面６１３、６１４と、第１の導光板６６の厚さ方向（第１の導光板６６の幅方向および長手方向に直交する方向）に対向する第１の主面（第１反射面）６１５および第２の主面６１２とを有している。第１の主面６１５と第２の主面６１２とは平行であり、側面６１３と側面６１４とは平行となっている。なお、本明細書中では、「平行」とは、各面のなす角度が±２°以下、さらに好ましくは０．２°以下であることを言う。

この第１の導光板６６の第２の主面６１２には、第２の導光板６２が固着されている。
第２の導光板６２は、Ｘ軸方向に長い長尺状をなし、第２の導光板６２の厚さ方向（Ｚ軸方向）に対向する一対の第１の主面６２１および第２の主面６２２と、第２の導光板６２の幅方向（Ｙ軸方向）に対向する一対の側面６２３、６２４と、第２の導光板６２の長手方向（Ｘ軸方向）に対向する一対の端面６２５、６２６を有している。また、第１の主面６２１と第２の主面６２２とは平行であり、側面６２３と側面６２４とは平行となっている。また、端面６２５は、第２の導光板６２の幅方向（入射方向）に対して傾斜して設けられており、その平面視形状は第１の導光板６６の第２の主面６１２の平面視形状と等しい。一方、端面６２６は、第２の導光板６２の長手方向に対して垂直に設けられている。

なお、端面６２５の傾斜角θ１は、２０°以上７０°以下であるのが好ましく、４０°以上５０°以下であるのがより好ましく、特に４５°であるのが好ましい。これにより、光学素子５から射出した映像光Ｌ３を、第２の導光板６２の長手方向と垂直の方向に沿って入射させた時に、映像光Ｌ３を第２の導光板６２の長手方向に沿って導光させることができる。よって、入射角度の調整が容易となる。

また、第２の導光板６２の第１の主面６２１には、第２の導光板６２を導光される光を第２の導光板６２の外側（図１５（ａ）中紙面手前側）に取り出す光取り出し部６４が設けられている。光取り出し部６４は、ホログラム素子６４１で構成されている。このホログラム素子６４１は、第２の導光板６２の長手方向（Ｘ軸方向）に幅を有し、第２の導光板６２の幅方向（Ｙ軸方向）に高さを有している。ホログラム素子６４１は、第１実施形態と同様に、特定波長帯域にある光については回折させ、それ以外の波長帯域にある光については透過する性質を有する部分反射透過膜である。ホログラム素子６４１は、特定の波長帯域にある映像光については、回折を利用して入射角度や光束状態を所望のものとなるように調整することで虚像を形成し、広範囲な波長帯域にある外界光については、その成分の大半を透過する。光取り出し部６４としてホログラム素子６４１を使用することにより、容易に光の進行方向を変更することができ、光利用効率に優れる虚像表示装置１を提供することができる。

このような第１の導光板６６と第２の導光板６２とは、第１の導光板６６の第２の主面６１２と、第２の導光板６２の端面６２５とが固着されており、第１の導光板６６の幅方向と第２の導光板６２の厚さ方向とが一致している。

このような構成の拡大導光部６０が備える第２の導光板６２の第２の主面６１２側で、かつ、側面６２４と端面６２５との境界部付近（後述する高透過面６７１の映像光Ｌ３の進行方向手前側）に、光学素子５が設けられている。光学素子５は、映像光Ｌ３、Ｌ４が入射するように、拡大導光部６０に対して、光学素子５から射出した映像光Ｌ３、Ｌ４が、後述する高透過面６７１を介して第１の導光板６６に入射するように配置されている。また、光学素子５は、図１５のＺ軸方向に沿って側面５８ａと側面５８ｂが並ぶように、Ｘ軸方向に沿って側面５９ａと側面５９ｂが並ぶように配置されている。

このような拡大導光部６０では、第１の導光板６６の第１の主面６１５、側面６１３、６１４、第２の導光板６２の第１の主面６２１、第２の主面６２２および側面６２３、６２４は、入射した光を全反射させる全反射面となっている。

そして、図１６に示すように、第１の導光板６６と第２の導光板６２との間には、部分透過反射面（第２反射面）６７が形成されている。この部分透過反射面６７は、本実施形態では、第１の導光板６６の第２の主面６１２上に形成されている。部分透過反射面６７は、第１の導光板６６の第２の主面６１２の両端部を除く部分（図１６（ａ）中太線で示す面）に形成されている。また、部分透過反射面６７は、入射した光の一部を反射し、入射した光の一部を透過させる。なお、部分透過反射面６７は、第２の導光板６２の端面６２５上に形成されていてもよい。

この部分透過反射面６７の形成方法としては特に限定されず、例えば、Ｃｒ、Ａｇ等の金属膜、誘電体膜、これらを組み合わせたハイブリット膜等を蒸着する方法等が挙げられる。

また、部分透過反射面６７では、図１６中下端部の光透過率が５％以上１０％以下であり、図１６中上側の端部の光透過率が１２％以上１７％以下である。また、部分透過反射面６７では、両端部の間の部分において、後述の高透過面（光入射部）６７１と遠ざかるにつれて光透過率が徐々に大きくなるよう構成されている。このような構成とする方法としては、例えば、前記金属膜、前記誘電体膜または前記ハイブリット膜の厚さを調整する方法等が挙げられる。

また、部分透過反射面６７の両端側（第１の導光板６６の第２の主面６１２の部分透過反射面６７が形成されていない領域）には、部分透過反射面６７よりも光透過率が高い高透過面６７１、６７２が形成されている。高透過面６７１は、部分透過反射面６７の側面６２４側に位置し、高透過面６７２は、部分透過反射面６７の側面６２３側に位置している。この高透過面６７１、６７２の光透過率は、９５％以上であるのが好ましい。

ここで、光学素子５から射出した映像光Ｌ３、Ｌ４が拡大導光部６０によって２次元的に拡大される原理について説明する。なお、以下では映像光Ｌ３、Ｌ４のうち代表して映像光Ｌ３が拡大導光部６０によって２次元的に拡大される原理について詳述する。また、以下では、全反射面で光が反射される際の減衰量は、全反射面に入射する光量に対して十分に小さいため、前記減衰量は無視する。また、映像光Ｌ３が第１の導光板６６を導光される際、映像光Ｌ３は、第１の主面６１５、第２の主面６１２、側面６１３、６１４の間で全反射を繰り返しつつ第１の導光板６６を導光されるが、説明の便宜上、映像光Ｌ３は、第１の主面６１５および第２の主面６１２の間で反射を繰り返しつつ第１の導光板６６を導光されるものとする。同様に、光が第２の導光板６２を導光される際、映像光Ｌ３は、第１の主面６２１、第２の主面６２２、側面６２３、６２４の間で全反射を繰り返しつつ第１の導光板６６を導光されるが、説明の便宜上、映像光Ｌ３は、第１の主面６２１および第２の主面６２２の間で反射を繰り返しつつ第２の導光板６２を導光されるものとする。

まず、光学素子５から射出した映像光Ｌ３は、第２の導光板６２の側面６２４、高透過面６７１を介して第１の導光板６６に入射する。高透過面６７１は、前述したように、光透過率が９５％よりも大きいため、光のほとんどが第１の導光板６６内に入射することができる。

図１６（ａ）に示すように、高透過面６７１を透過した映像光Ｌ３は、第１の主面６１５の部分６１５Ａに反射されて、部分透過反射面６７に向う。部分透過反射面６７の部分６１５Ａに到達した映像光Ｌ３は、その一部が反射し、光Ｌ３１として再び第１の主面６１５に向う。そして、部分透過反射面６７の部分６７Ａに到達した映像光Ｌ３の一部（残部）は、光Ｌ３２として第２の導光板６２に入射される。

図１６（ｂ）に示すように、第１の主面６１５に向った光Ｌ３１は、第１の主面６１５の部分６１５Ａよりも光の進行方向下流側の部分６１５Ｂで反射され、再び部分透過反射面６７に向う。そして、部分透過反射面６７の部分６７Ａよりも光の進行方向下流側の部分６７Ｂに到達した光Ｌ３１は、前記と同様に、その一部が反射し、光Ｌ３３として再び第１の主面６１５に向う。部分透過反射面６７の部分６７Ｂに到達した光Ｌ３１の残部は、光Ｌ３４として第２の導光板６２に入射する。

このように全反射と部分反射を繰り返しつつ、映像光Ｌ３は第１の導光板６６内を導光されるとともに、第２の導光板６２内にも入射する。また、第２の導光板６２に入射した光（光Ｌ３２〜光Ｌｘ）は、第２の導光板６２の第１の主面６２１および第２の主面６２２との間で全反射を繰り返して図１６中左側から図１６中右側に導光される。そして、光Ｌ３２〜光Ｌｘは、それらの一部がホログラム素子６４１によって第２の導光板６２の外側に取り出され、観察者は虚像として視認することができる。この際、図１５（ｂ）に示すように、光Ｌ３２〜光Ｌｘは、ホログラム素子６４１と第２の主面６２２との間で多重反射される。光Ｌ３２〜光Ｌｘは、それらの一部がホログラム素子６４１を透過して、第２の導光板６２の厚さ方向に沿って、第２の導光板６２の外側に射出する。

このようにして光Ｌ３２〜光Ｌｘは、ホログラム素子６４１の幅方向（第２の導光板６２の長手方向：Ｘ軸方向）に拡大される。

ここで、第２の導光板６２に入射する映像光は、部分透過反射面６７の光透過率が部分透過反射面６７の長手方向の全長にわたって一定であった場合、高透過面６７１と遠ざかるにつれて減衰する。すなわち、部分透過反射面６７の光透過率が部分透過反射面６７の長手方向の全長にわたって一定であった場合、第２の導光板６２に入射する光では、光Ｌ３２〜光Ｌｘの順に光量が減衰して少なくなる。しかしながら、前述したように、部分透過反射面６７では、光透過率が高透過面６７１と遠ざかるにつれて光透過率が徐々に大きくなるよう構成されている。このため、例えば映像光Ｌ３４は、部分透過反射面６７のうちの光Ｌ３２が透過する部分よりも光透過率が高い部分を透過する。その結果、光Ｌ３２の光量と、光Ｌ３４の光量との差をできるだけ小さくすることができる。よって、第２の導光板６２に入射した光（光Ｌ３２〜光Ｌｘ）の光量をできるだけ均一にすることができる。よって、ホログラム素子６４１によって表示された虚像のムラを低減させることができる。

さらに、映像光Ｌｘは、映像光Ｌ３２〜光Ｌｘのうち、減衰量が多い光である。しかしながら、図１６（ｂ）に示すように映像、光Ｌｘは、高透過面６７２を通過するため、第２の導光板６２に入射した映像光（映像光Ｌ３２〜光Ｌｘ）の光量を、より効果的に略均一にすることができる。

なお、第１の導光板６６および第２の導光板６２を構成する材料としては、それぞれ、光透過性を有していれば特に限定されず、例えば、アクリル、エポキシ樹脂等の各種樹脂や、各種ガラス等を用いることができる。

このように、拡大導光部６０は、映像光Ｌ３を第１の導光板６６で図１６中上下方向に拡大し、第２の導光板６２（ホログラム素子６４１）で図１６中左右方向に拡大する。すなわち、拡大導光部６０は、映像光Ｌ３を２次元に拡大することができる。また、拡大導光部６０では、第１の導光板６６の第１の主面６１５と部分透過反射面６７とが平行になるように対向して配置させるという非常に簡単な構成で映像光Ｌ３を２次元に拡大させることができる。

さらに、拡大導光部６０を製造する際、２つの面（第１の導光板６６の第１の主面６１５および第２の主面６１２）が平行となるよう調節すればよいので、非常に容易に製造することができる。そして、本実施形態では、第２の導光板６２の端面６２５に厚さが一定の第１の導光板６６を固着するという簡単な方法で拡大導光部６０を製造することができる。

＜第５実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第５実施形態について説明する。

図１７は、第５実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第５実施形態では、画像生成部の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図１５に示すように、画像生成部９００は、光源装置９２０と、均一照明光学系９３０と、光変調装置９４０と、投射光学系９６０とを有している。

このような画像生成部９００は、光源装置９２０から射出された光を与えられた映像信号に応じて光変調装置９４０によって変調することにより映像光を形成する。

光源装置９２０は、光源である超高圧水銀ランプ９２１と、リフレクター９２２とを備えている。このような構成では、超高圧水銀ランプ９２１から放射された光は、リフレクター９２２で反射されて前方側に収束される。なお、光源としては、超高圧水銀ランプに限らず、例えば、メタルハライドランプ等を採用してもよい。

均一照明光学系９３０は、ロッドインテグレーター９３１と、カラーホイール９３２と、リレーレンズ群９３３と、反射ミラー９３４とを有している。このような均一照明光学系９３０では、光源装置９２０から射出された光束がカラーホイール９３２を通過した後、ロッドインテグレーター９３１に角度を付けて入射する。

カラーホイール９３２は、図示しないモーター等の駆動源によって回転可能に設けられている。また、カラーホイール９３２には、ロッドインテグレーター９３１の入射側の端に形成されたポートと対向するフィルター面９３２ａが形成されており、このフィルター面９３２ａには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフィルターが領域を隔てて周方向に並んで形成されている。なお、カラーホイール９３２は、ロッドインテグレーター９３１の射出側に設けられていてもよい。

カラーホイール９３２に入射した光束は、フィルター面９３２ａによって、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の３色に時系列的に色分離される。赤色、緑色、青色の３色への分離は、表示する虚像（画像）のフレーム周波数よりも高速な周波数で行う。このような周波数で色分離を行うことにより、フルカラー画像を表示することが可能となる。

カラーホイール９３２を通過した光（赤色光、緑色光、青色光）は、ロッドインテグレーター９３１の入射ポートからその内部に導入される。ロッドインテグレーター９３１の内部に導入された光は、ロッドインテグレーター９３１内にて複数回の反射をおこし、これによって、ロッドインテグレーター９３１の射出面に均一な照度が確保される。そのため、ロッドインテグレーター９３１の射出ポートから射出された光は、均一な照明分布を有するものとなる。

ロッドインテグレーター９３１から射出された光は、リレーレンズ群９３３および反射ミラー９３４を介して、均一な照明光として光変調装置９４０へ入射する。

光変調装置９４０は、基板９４１と、基板９４１上に配列された複数の光変調素子９４２（例えば、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）。ただし「ＤＭＤ」は、米国テキサスインスツルメント株式会社の登録商標）とを有している。複数の光変調素子９４２は、基板９４１上にマトリクス状に配置されている。光変調素子９４２の数としては特に限定されない。１つの光変調素子９４２が１画素を構成している場合、光変調素子９４２は、画素数分、例えば、横×縦＝１２８０×１０２４、６４０×４８０のように配置されている。

各光変調素子９４２は、入射した光束を反射するための可動ミラーを有しており、この可動ミラーは、反射した光が投射光学系９６０とへ導かれるＯＮ状態と、ＯＮ状態に対して傾きが異なり、反射した光がアブソーバー（図示せず）へ導かれるＯＦＦ状態とに姿勢が変化する。

また、画像生成部９００には、図示しない制御部が設けられており、光変調装置９４０は、例えば、制御部（図示せず）に与えられた映像信号（画像情報）に基づいて各光変調素子９４２のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を独立して切り替える。これにより、所定の映像光（映像光）を形成する。そして、形成された映像光は、投射光学系９６０を介して、光学素子５へと入射する。

このような画像生成部９００を用いることにより、鮮明な映像光を光学素子５に入射させることができる。

以上のような第５実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

＜第６実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第５実施形態について説明する。

図１８は、第６実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の６実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第６実施形態では、画像生成部の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図６に示すように、画像生成部８００は、照明光学系８１０と、色分離光学系８２０と、平行化レンズ８３０Ｒ、８３０Ｇ、８３０Ｂと、空間光変調装置８４０Ｒ、８４０Ｇ、８４０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム８５０と、投射光学系８６０とを有している。

照明光学系８１０は、光源８１１と、リフレクター８１２と、第１のレンズアレイ８１３と、第２のレンズアレイ８１４と、偏光変換素子８１５と、重畳レンズ８１６とを有している。

光源８１１は、超高圧水銀ランプであり、リフレクター８１２は、放物面鏡で構成されている。光源８１１から射出された放射状の光束は、リフレクター８１２で反射されて略平行光束となり、第１のレンズアレイ８１３へと射出される。なお、光源８１１としては、超高圧水銀ランプに限らず、例えば、メタルハライドランプ等を採用してもよい。また、リフレクター８１２としては、放物面鏡に限らず、楕円面鏡からなるリフレクター８１２の射出面に平行化凹レンズを配置した構成を採用してもよい。

第１のレンズアレイ８１３および第２のレンズアレイ８１４は、小レンズをマトリクス状に配列して形成されている。光源８１１から射出された光束は、第１のレンズアレイ８１３によって複数の微小な部分光束に分割され、各部分光束は、第２のレンズアレイ８１４および重畳レンズ８１６によって照明対象である３つの空間光変調装置８４０Ｒ、８４０Ｇ、８４０Ｂの表面で重畳される。

偏光変換素子８１５は、ランダム偏光の光束を一方向に振動する直線偏光（ｓ偏光若しくはｐ偏光）に揃える機能を有しており、本実施形態では、色分離光学系８２０での光束の損失が少ないｓ偏光に揃えている。

色分離光学系８２０は、照明光学系８１０から射出された光束を、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の３色の色光に分離する機能を有しており、Ｂ光反射ダイクロイックミラー８２１、ＲＧ光反射ダイクロイックミラー８２２、Ｇ光反射ダイクロイックミラー８２３、および反射ミラー８２４、８２５を備えている。

照明光学系８１０から射出された光束のうち、青色光の成分は、Ｂ光反射ダイクロイックミラー８２１によって反射され、さらに反射ミラー８２４、８６１によって反射されて平行化レンズ８３０Ｂに至る。一方、照明光学系８１０から射出された光束のうち、Ｇ光、Ｒ光の成分は、ＲＧ光反射ダイクロイックミラー８２２によって反射され、さらに反射ミラー８２５によって反射されてＧ光反射ダイクロイックミラー８２３に至る。その中のＧ光の成分は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー８２３および反射ミラー８６２に反射されて平行化レンズ８３０Ｇに至り、赤色光の成分は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー８２３を透過して、反射ミラー８６３に反射されて平行化レンズ８３０Ｒに至る。

平行化レンズ８３０Ｒ、８３０Ｇ、８３０Ｂは、照明光学系８１０からの複数の部分光束を、空間光変調装置８４０Ｒ、８４０Ｇ、８４０Ｂをそれぞれ照明するように各部分光束が、それぞれ略平行な光束となるように設定されている。

平行化レンズ８３０Ｒを透過した赤色光は、空間光変調装置（第１空間光変調装置）８４０Ｒに至り、平行化レンズ８３０Ｇを透過した緑色光は、空間光変調装置（第２空間光変調装置）８４０Ｇに至り、平行化レンズ８３０Ｂを透過し青色光は、空間光変調装置（第３空間光変調装置）８４０Ｂに至る。

空間光変調装置８４０Ｒは、赤色光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置（ＬＣＤ）である。空間光変調装置８４０Ｒに設けられた図示しない液晶パネルは、２つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。空間光変調装置８４０Ｒで変調された赤色光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム８５０へ入射する。なお、空間光変調装置８４０Ｇ、８４０Ｂの構成および機能は、空間光変調装置８４０Ｒと同様である。

クロスダイクロイックプリズム８５０は、三角柱状の４つのプリズムを貼り合わせることにより、略正方形断面の角柱状に形成されたものであり、Ｘ字状の貼り合わせ面に沿って誘電体多層膜８５１、８５２が設けられている。誘電体多層膜８５１は、緑色光を透過して赤色光を反射し、誘電体多層膜８５２は、緑色光を透過して青色光を反射する。そして、クロスダイクロイックプリズム８５０は、空間光変調装置８４０Ｒ、８４０Ｇ、８４０Ｂから射出された各色光の変調光をそれぞれ入射面８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂから入射して合成して映像光を形成し、その映像光を、投射光学系８６０へ向けて射出する。
投射光学系８６０から射出された映像光は、光学素子５へと入射する。

このような画像生成部８００を用いることにより、鮮明な映像光を光学素子５に入射させることができる。

以上のような第６実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、空間光変調装置（ライトバルブ）として３つの透過型液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いた画像生成部を備える虚像表示装置について説明したが、空間光変調装置とを備える画像生成部の構成としては、これに限定されない。例えば、空間光変調装置として３つの反射型液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いた構成であってもよい。また、透過型／反射型を問わず、例えば、２つの液晶表示装置を用いた構成であってもよい。

＜第７実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第７実施形態について説明する。

図１９は、第７実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第７実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第７実施形態では、画像生成部の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図１９に示すように、画像生成部７は、光源ユニット７１と、ＰＢＳプリズム７３と、反射型液晶パネル７４と、投射光学系７５とを有している。

光源ユニット７１は、赤色、緑色、青色のレーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂと、レーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに対応して設けられたコリメータレンズ７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂおよびダイクロイックミラー７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂとを備えている。

レーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、それぞれ、図示しない光源と駆動回路とを有している。そして、レーザー光源７１Ｒは、赤色のレーザー光を射出し、レーザー光源７１Ｇは、緑色のレーザー光を射出し、レーザー光源７１Ｂは、青色のレーザー光を射出する。これらレーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから射出される各色のレーザー光は、直線偏光であって、互いに振動方向が同一となっている（例えば、Ｓ波）。

各レーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂから射出された各色のレーザー光は、コリメータレンズ７２Ｒ、７２Ｇ、７２Ｂによって平行化され、ダイクロイックミラー７３Ｒ、７３Ｇ、７３Ｂに入射する。ダイクロイックミラー７３Ｒは、赤色のレーザー光を反射する特性を有している。ダイクロイックミラー７３Ｂは、青色のレーザー光を反射するとともに、赤色のレーザー光を透過する特性を有している。ダイクロイックミラー７３Ｇは、緑色のレーザー光を反射するとともに、赤色、青色のレーザー光を透過する特性を有している。

レーザー光源７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは、順次点滅するように駆動が制御されており、これにより、赤色のレーザー光、緑色のレーザー光、青色のレーザー光が順次射出される。射出された各色のレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ、ダイクロイックミラーを通過し、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）プリズム７３の反射面で反射されて反射型液晶パネル７４に投射される。

反射型液晶パネル７４は、空間光変調装置であって、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）であり、反射層を有する。

反射層で反射されてＰＢＳプリズム７３を通過した各色のレーザー光（映像光）は、投射光学系７５を介して、光学素子５へと入射する。

なお、反射型液晶パネル７４によって反射された各色のレーザー光は、振動方向が９０°回転し、ｐ偏光となる。

このような画像生成部７を用いることにより、鮮明な映像光を光学素子５に入射させることができる。

以上のような第７実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、１枚の反射型液晶パネル７４を用いた単板方式であるが、画像生成部の構成は、これに限定されない。例えば、赤色光、緑色光、青色光ごとに反射型液晶パネルを設けた３板方式であってもよい。また、例えば、空間光変調装置（ライトバルブ）として反射型液晶パネルに換えて透過型液晶パネルを用いた構成であってもよい。

＜第８実施形態＞
次に本発明の虚像表示装置の第８実施形態について説明する。

図２０は、第８実施形態の虚像表示装置が備える画像生成部の概略構成を示す図である。

以下、この図を参照して本発明の虚像表示装置の第８実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
第８実施形態では、画像生成部の構成が異なること以外は前記実施形態と同様である。

図２０に示すように、画像生成部７００は、有機ＥＬ装置７０と、コリメータレンズ（図示せず）とを有している。

有機ＥＬ装置７０は、基材７１０と、反射層７２２と、保護層７２６と、陽極７２４（７２４Ｒ、７２４Ｇ、７２４Ｂ）と、有機機能層７３０（７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂ）と、陰極７３２と、隔壁部７２８と、封止層７４４と、カラーフィルター基板７４０とを備えている。また、有機ＥＬ装置７０は、カラーフィルター基板７４０側に射出されるトップエミッション型である。

ここで、陽極７２４Ｒと有機機能層７３０Ｒと陰極７３２の一部とで有機ＥＬ素子７８Ｒが構成されている。同様に、陽極７２４Ｇと有機機能層７３０Ｇと陰極７３２の一部とで有機ＥＬ素子７８Ｇが構成されており、陽極７２４Ｂと有機機能層７３０Ｂと陰極７３２の一部とで有機ＥＬ素子７８Ｂが構成されている。

基材７１０には、各有機ＥＬ素子７８Ｒ、７８Ｇ、７８Ｂに、半導体膜とゲート絶縁層とゲート電極とドレイン電極とソース電極とを備えたＴＦＴ（図示せず）が設けられている。また、基材７１０は、有機ＥＬ装置７０がトップエミッション型であることから、透光性材料および不透光性材料のいずれで構成されたものであってもよい。

保護層７２６は、基材７１０と反射層７２２とを覆うように設けられている。保護層７２６の上面は、平坦化されており、保護層７２６は、例えば、ＳｉＯ₂等の無機絶縁膜や、アクリル樹脂等の有機樹脂によって形成されている。

陽極７２４Ｒ、７２４Ｇ、７２４Ｂは、保護層７２６上に設けられている。陽極７２４は、透光性を有する導電材料からなり、例えば、ＩＴＯ等で形成されている。

隔壁部７２８は、保護層７２６上に設けられている。隔壁部７２８は、例えば、アクリル樹脂等の有機樹脂によって形成されている。

有機機能層７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂは、それぞれ、各陽極７２４Ｒ、７２４Ｇ、７２４Ｂ上に形成されている。有機機能層７３０Ｒは、赤色光で発光し、有機機能層７３０Ｇは、緑色光で発光し、有機機能層７３０Ｂは、青色光で発光する。

有機機能層７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂは、例えば、正孔輸送層と発光層と電子輸送層とで構成される。有機機能層７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂでは、それぞれ正孔輸送層から注入される正孔と電子輸送層から注入される電子とが発光層で再結合することにより、赤色光、緑色光、青色光が得られる。このように３つの光で発光する有機機能層７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂを有することにより、有機ＥＬ装置７０は、フルカラー発光が可能となっている。

陰極７３２は、隔壁部７２８と各有機機能層７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂとを覆うように設けられている。陰極７３２は、全陽極に対応する共通電極となっている。陰極７３２は、その表面に達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質を持った半透過反射層として機能する。陰極７３２は、例えばマグネシウム（Ｍｇ）や銀（Ａｇ）単体、またはこれらを主成分とする合金等で形成されている。

また、陰極７３２上には、パッシベーション層（図示せず）が設けられている。パッシベーション層は、例えばＳｉＯ₂等のガス透過率が低い無機材料で形成されており、酸素や水分の浸入による有機ＥＬ装置７０の劣化を防止するための保護膜である。

このような構成の有機ＥＬ素子７８Ｒ、７８Ｇ、７８Ｂの基材７１０とは反対側には、カラーフィルター基板７４０が配置される。

カラーフィルター基板７４０は、ガラス等の透光性材料で構成されている。カラーフィルター基板７４０の基材７１０側の面には、カラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂと遮光層７４３とが形成されている。

カラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂは、平面視で有機ＥＬ素子７８Ｒ、７８Ｇ、７８Ｂに重なるように設けられている。ここで、前述した３つの有機ＥＬ素子７８Ｒ、７８Ｇ、７８Ｂと、これらに重なるように設けられたカラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂとで、有機ＥＬ装置７０の１画素が構成されている。すなわち、図２０では、有機ＥＬ装置７０の１画素を図示している。なお、有機ＥＬ装置７０の画素数は特に限定されない。

また、カラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂは、有機ＥＬ素子７８Ｒ、７８Ｇ、７８Ｂから射出される光のうち、赤色光、緑色光、青色光の各波長帯域の光を選択的に透過させるためのものである。カラーフィルター７４２Ｒは、赤色光の波長帯域に対応しており、カラーフィルター７４２Ｇは、緑色光の波長帯域に対応しており、カラーフィルター７４２Ｂは、青色光の波長帯域に対応している。

また、遮光層７４３は、カラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂを区画するように設けられている。

このようなカラーフィルター基板７４０は、封止層７４４を介して基材７１０と貼り合わされている。封止層７４４は、例えばエポキシ樹脂等の透光性を有する硬化性樹脂で形成されている。

このような構成の有機ＥＬ装置７０のカラーフィルター７４２Ｒ、７４２Ｇ、７４２Ｂを通過した赤色光、緑色光、青色光は、コリメータレンズ（図示せず）に入射する。コリメータレンズ（図示せず）により、有機ＥＬ装置７０から射出された赤色光、緑色光、青色光は、略平行状態の光束に調整（変調）され、変調された映像光として光学素子５に伝送される。

このような画像生成部７００を用いることにより、鮮明な映像光を光学素子５に入射させることができるとともに、画像生成部７００の小型化を図ることができる。

以上のような第８実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の虚像表示装置およびヘッドマウントディスプレイについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の虚像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明の虚像表示装置は、観察者が視認する画像として虚像を形成するものであれば、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイに適用する場合に限定されず、例えば、ヘルメット型またはヘッドセット型のヘッドマウントディスプレイや、観察者の首や肩等の身体で支持される形態の画像表示装置等にも適用可能である。また、前述した実施形態では、画像表示装置全体が観察者の頭部に装着される場合を例に説明したが、画像表示装置は、観察者の頭部に装着される部分と、観察者の頭部以外の部分に装着または携帯される部分とを有していてもよい。

また、前述した実施形態では、両眼タイプの透過型ヘッドマウントディスプレイの構成について代表的に説明したが、例えば、観察者がヘッドマウントディスプレイを装着した状態において外景が遮断される非透過型ヘッドマウントディスプレイの構成であってもよい。

また、本発明のヘッドマウントディスプレイは、スピーカーやヘッドフォン等の音声を出力させる装置等を有していてもよい。

１０……ヘッドマウントディスプレイ
１……虚像表示装置
２……フレーム
２１……フロント部
２１１……リム
２１２……シェード部
２２……テンプル
２３……ノーズパッド
２７……凹部
３、９００、８００、７、７００……画像生成部
３１……映像光生成部
３１１……光源部
３１１Ｂ……光源
３１１Ｇ……光源
３１１Ｒ……光源
３１３……光合成部
３１３ａ、３１３ｂ……ダイクロイックミラー
３２１、３２２……駆動回路
３２……駆動信号生成部
３１２Ｂ……駆動回路
３１２Ｇ……駆動回路
３１２Ｒ……駆動回路
３３……制御部
３４……レンズ
３５……光走査部
１１……可動ミラー部
１２ａ、１２ｂ……軸部
１３……枠体部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ……軸部
１５……支持部
１６……永久磁石
１７……コイル
１８……信号重畳部
１１１……基部
１１２……スペーサー
１１３……光反射板
１１４……光反射部
１１５……硬質層
４……拡大光学系
４２……補正レンズ
４３……遮光板
５、５Ｘ、５Ｙ……光学素子
５Ａ……第１光学素子（光学素子）
５Ｂ……第２光学素子（光学素子）
５１、５２、５３……導光部
５４……ハーフミラー層（第１光分岐層）
５５……ハーフミラー層（第２光分岐層）
５６……入射面
５７……射出面
５８ａ、５８ｂ……側面
５９ａ、５９ｂ……側面
６……反射部
６１……非球面ミラー
６１１……凹面
６５……光偏向部
６５１……ホログラム素子
ＥＡ……耳
ＥＹ……眼（左眼、右眼）
ＮＳ……鼻
Ｈ……頭部
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２……磁界
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌｘ……映像光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ、Ｌ４ａ、Ｌ４２ｂ、Ｌ４３ｃ、Ｌ４４ｄ……映像光
Ｔ１、Ｔ２……周期
Ｖ１……第１の駆動信号
Ｖ２……第２の駆動信号
Ｘ……軸線
ｆ１……共振周波数
５１Ａ、５１Ｂ……第１導光部（導光部）
５２Ａ、５２Ｂ……第２導光部（導光部）
５３Ａ、５３Ｂ……第３導光部（導光部）
５１Ｃ……第１導光部（導光部）
５２Ｃ……第２導光部（導光部）
５１Ｄ……第３導光部（導光部）
５３Ｃ……第４導光部（導光部）
５２Ｄ……第５導光部（導光部）
５３Ｄ……第６導光部（導光部）
５１Ｅ……第７導光部（導光部）
５２Ｅ……第８導光部（導光部）
５３Ｅ……第９導光部（導光部）
５４Ａ、５４Ｂ、５５Ａ、５５Ｂ……ハーフミラー層
５４Ｃ、５５Ｃ、５４Ｄ、５５Ｄ……ハーフミラー層
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｙ……入射面
５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｙ……射出面
５８Ｘａ、５８Ｘｂ、５８Ｙａ、５８Ｙｂ……側面
５９Ｘａ、５９Ｘｂ、５９Ｙａ、５９Ｙｂ……側面
６０……拡大導光部
６６……第１の導光板（第１拡大導光部）
６２……第２の導光板（第２拡大導光部）
６４……光取り出し部
６７……部分透過反射面
６７Ａ、６７Ｂ……部分
６１３……側面
６１４……：側面
６１５……第１の主面
６１２……第２の主面
６１５Ａ、６１５Ｂ……部分
６２１……第１の主面
６２２……第２の主面
６２３、６２４……側面
６２５、６２６……端面
６４１……ホログラム素子
６７１、６７２……高透過面
９１１Ｇ、９１１Ｒ……レーザー光源
９２０……光源装置
９２１……超高圧水銀ランプ
９２２……リフレクター
９３０……均一照明光学系
９３１……ロッドインテグレーター
９３２……カラーホイール
９３２ａ……フィルター面
９３３……リレーレンズ群
９３４……反射ミラー
９４０……光変調装置
９４１……基板
９４２……光変調素子
９６０……投射光学系
８１０……照明光学系
８１１……光源
８１２……リフレクター
８１３……第１のレンズアレイ
８１４……第２のレンズアレイ
８１５……偏光変換素子
８１６……重畳レンズ
８２０……色分離光学系
８２１……Ｂ光反射ダイクロイックミラー
８２２……ＲＧ光反射ダイクロイックミラー
８２３……Ｇ光反射ダイクロイックミラー
８２４、８２５……反射ミラー
８３０Ｂ、８３０Ｇ、８３０Ｒ……平行化レンズ
８４０Ｂ、８４０Ｇ、８４０Ｒ……空間光変調装置
８５０……クロスダイクロイックプリズム
８５０Ｇ、８５０Ｒ……入射面
８５１、８５２……誘電体多層膜
８６０……投射光学系
８６１、８６３……反射ミラー
８７０……偏光ローテーター
７１……光源ユニット
７１Ｂ、７１Ｇ、７１Ｒ……レーザー光源
７２Ｇ、７２……コリメータレンズ
７３……プリズム（ＰＢＳプリズム）
７３Ｂ、７３Ｇ、７３Ｒ……ダイクロイックミラー
７４……反射型液晶パネル
７５……コリメータレンズ
７０……有機ＥＬ装置
７１０……基材
７２２……反射層
７２４……陽極
７２４Ｂ、７２４Ｇ、７２４Ｒ……陽極
７２６……保護層
７２８……隔壁部
７３０（７３０Ｒ、７３０Ｇ、７３０Ｂ）……有機機能層
７３２……陰極
７４０……カラーフィルター基板
７４２Ｂ、７４２Ｇ、７４２Ｒ……カラーフィルター
７４３……遮光層
７４４……封止層
７８Ｂ、７８Ｇ、７８Ｒ……有機ＥＬ素子
α……鋭角
θ５……角度
θ……傾斜角
θ１……傾斜角
ｗ……軸線

Claims (14)

1. 映像信号に基づき変調され映像光を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部から射出された前記映像光が入射する入射面と、前記入射面に入射した前記映像光の断面積が拡大された前記映像光を射出する射出面とを有する光学素子と、を含み、
   前記光学素子は、前記入射面と前記射出面とを接続して、前記画像生成部から射出された前記映像光を導光する第１導光部および第２導光部と、
   前記第１導光部と前記第２導光部との間に設けられ、前記画像生成部から射出された前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第１光分岐層と、を有し、
   前記画像生成部から射出された前記映像光は、前記第１光分岐層に対して斜入射することを特徴とする虚像表示装置。
2. 前記光学素子は、前記第１導光部と、前記第２導光部とが第１の方向に沿って１次元に配列されている第１の１次元アレイを有している請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記光学素子は、前記第１導光部と、前記第２導光部とが、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って１次元に配列されている第２の１次元アレイを有しており、
   前記第２の１次元アレイは、一方の前記第１の１次元アレイの射出面から射出された前記映像光が、前記第２の１次元アレイの入射面に入射するように配置される請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記第１の１次元アレイの射出面と、前記第２の１次元アレイの入射面とは、接続されている請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 前記光学素子は、
   前記入射面と前記射出面とを接続し、前記映像光を導光する第３導光部と、
   前記第１導光部と前記第３導光部との間に設けられ、前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第２光分岐層と、をさらに有しており、
   前記第１導光部と前記第２導光部とが第１の方向に沿って配列されており、前記第１導光部と前記第３導光部とが前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って配列されている請求項１に記載の虚像表示装置。
6. 前記入射面における、前記第１導光部と前記第２導光部とが配列される方向に沿った前記第１導光部および前記第２導光部の幅は、それぞれ前記第１導光部と前記第２導光部とが配列される方向に沿った前記映像光の幅よりも小さい請求項１ないし５のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
7. 前記入射面と前記射出面とは、前記第１光分岐層に対する前記傾き角度の絶対値が同じである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
8. 前記光学素子の前記射出面から射出された前記映像光を観察者の眼の方向に偏向させる光偏向部をさらに備え、
   前記光偏向部は、ホログラムを有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
9. 前記光学素子から射出した前記映像光を２次元に拡大する拡大導光部をさらに有しており、
   前記拡大導光部は、前記映像光が入射する光入射部と、
   前記映像光が前記光入射部に入射する入射方向に対して傾斜して設けられた第１反射面と、前記第１反射面と平行に設けられ、前記映像光の一部を反射させ、前記映像光の一部を透過させる第２反射面とを有する第１拡大導光部と、
   前記第２反射面を透過した前記映像光を導光させる第２拡大導光部と、を備えている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
10. 前記画像生成部は、光を射出する光源と、該光源から射出した前記光を走査する光スキャナーとを備えている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
11. 前記画像生成部は、光源と、該光源から射出した光を前記映像信号に基づいて変調する空間光変調装置とを備えている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
12. 前記画像生成部は、有機ＥＬパネルを有している請求項１ないし９のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の虚像表示装置を備え、観察者の頭部に装着されることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
14. 前記光学素子は、前記観察者の頭部に装着された状態で、前記光学素子の前記射出面から射出される前記映像光が、前記観察者の左眼と右眼とが並んでいる方向に断面積が拡大されるよう配置されている請求項１３に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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