JP2021033154A - 虚像表示装置及び導光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度を確保しつつ小型化を達成すること。【解決手段】虚像表示装置１００は、表示素子１１と、表示素子１１から射出された画像光を収束させる投射レンズ２１と、投射レンズ２１から射出された画像光を入射面２２ａに屈折させつつ入射させ、内反射面２２ｂで全反射させ、射出面２２ｃから屈折させつつ射出させるプリズム２２と、プリズム２２から射出された画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラー２３とを備え、投射レンズ２１、プリズム２２、及びシースルーミラー２３は、軸外し系を形成するように配置され、軸外し系の軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１と内反射面２２ｂとの間であって投射レンズ２１及び内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に、中間瞳ＩＰが配置され、プリズム２２とシースルーミラー２３との間に、中間像ＩＭが形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ等である虚像表示装置及びこれに組み込まれる導光装置に関し、特にシースルー視が可能な虚像表示装置等に関する。

ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、ミラーのような光学素子によって表示素子からの画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。

特許文献１に記載の接眼光学系は、画像表示器と、画像表示器による表示画像を中間結像させるリレー光学系と、中間像からの光束をアイポイントに導く接眼反射面とを備える。ここで、リレー光学系は、屈折光学系とリレー反射面とを含む。リレー反射面と接眼反射面とは、偏芯し、かつ、アナモルフィック非球面形状を有する。

特開平９−４３５３６号公報

外界を視認可能なシースルー型の虚像表示装置の場合、外界を視認する領域を確保する必要があり、光学部品の配置が制限され、光学性能を確保しつつ小型化を達成することは容易でない。特に、ヘッドマウントディスプレイについて小型化を達成しようとした場合、装置が使用者の顔の前方に配置されることもあって、表示素子やこれに続く光学素子のサイズが大きくなると、光学系の前後の厚みが増す、眼前の接眼反射面又はシースルーミラーの周囲に張り出す部分が大きくなるなど、装置を装着した使用者を第三者が外から見た場合に違和感を感じる可能性が高まる。

特許文献１の装置は、リレー反射面や接眼反射面をアナモルフィック非球面とすることによって収差を補正しているが、画像表示器から屈折光学系にかけての光路が長く、少ない光学素子によっての収差補正には限界があり、解像度を確保しつつ小型化を達成するものとなっていない。

本発明の一側面における虚像表示装置は、表示素子と、表示素子から射出された画像光を収束させる投射レンズと、投射レンズから射出された画像光を入射面に屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させるプリズムと、プリズムから射出された画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラーとを備え、投射レンズ、プリズム、及びシースルーミラーは、軸外し系を形成するように配置され、軸外し系の軸外し面において、投射レンズと内反射面との間であって投射レンズ及び内反射面よりもプリズムの入射面側に、中間瞳が配置され、プリズムとシースルーミラーとの間に、画像光の結像による中間像が形成されている。

第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を説明する外観斜視図である。 図１に示す虚像表示装置を説明する側方断面図である。 虚像表示装置の内部構造を説明する側方断面図である。 図１に示す装置の光学系を示す側方断面図及び平面図である。 投射光学系による結像を概念的に説明する斜視図である。 表示素子に形成された表示像の強制的歪曲を説明する図である。 第２実施形態の虚像表示装置に組み込まれた光学系を示す側方断面図及び平面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る第１実施形態の虚像表示装置及びこれに組み込まれる導光装置について説明する。

図１及び２に示すように、第１実施形態の虚像表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であり、これを装着する観察者又は使用者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１及び２において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳの両眼の並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、使用者ＵＳにとっての両眼の並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、使用者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。

虚像表示装置１００は、右眼に対して虚像を形成する第１表示装置１０１Ａと、左眼に対して虚像を形成する第２表示装置１０１Ｂと、両表示装置１０１Ａ，１０１Ｂを支持するテンプル状の支持装置１０１Ｃとを備える。第１表示装置１０１Ａは、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３とで構成される。第２表示装置１０１Ｂも同様に、上部に配置される光学ユニット１０２と、メガネレンズ状で全体を覆う外観部材１０３とで構成される。支持装置１０１Ｃは、外観部材１０３の背後に配置された不図示の部材によって、両表示装置１０１Ａ，１０１Ｂを外観部材１０３の上端側において支持している。左眼用の第２表示装置１０１Ｂは、第１表示装置１０１Ａと同様の構造を有する。以下では、第１表示装置１０１Ａについて説明し、第２表示装置１０１Ｂについては説明を省略する。

図２及び３に示すように、右眼用の第１表示装置１０１Ａは、光学的な要素として、表示素子１１と投射光学系１２とを備える。投射光学系１２は、表示素子１１からの画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに導く観点で導光装置とも呼ぶ。

表示素子１１は、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）、無機ＥＬ、ＬＥＤアレイ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型の表示デバイスであり、２次元の表示面１１ａにカラーの静止画又は動画を形成する。表示素子１１は、不図示の駆動制御回路に駆動されて表示動作を行う。表示素子１１として有機ＥＬのディスプレイ又は表示器を用いる場合、有機ＥＬ制御部を備える構成とする。表示素子１１として量子ドット発光型のディスプレイを用いる場合、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を量子ドットフィルムに通すことにより、緑や赤の色を出す構成とする。表示素子１１は、自発光型の表示素子に限らず、ＬＣＤ及びその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。表示素子１１として、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣｏＳは登録商標）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。

図３に示すように、投射光学系（導光装置）１２は、投射レンズ２１と、プリズム２２と、シースルーミラー２３とを備える。投射レンズ２１は、表示素子１１から射出された画像光ＭＬを平行光束に近い状態に集光する。投射レンズ２１は、図示の例では単レンズであり、入射面２１ａと、射出面２１ｂとを有する。プリズム２２は、入射面２２ａと、内反射面２２ｂと、射出面２２ｃとを有し、投射レンズ２１から射出された画像光ＭＬを入射面２２ａに屈折させつつ入射させ、内反射面２２ｂで全反射させ、射出面２２ｃから屈折させつつ射出させる。シースルーミラー２３は、プリズム２２から射出された画像光ＭＬを瞳位置ＰＰに向けて反射する。瞳位置ＰＰは、表示面１１ａ上の各点からの画像光が所定の発散状態又は平行状態で表示面１１ａ上の各点の位置に対応する角度方向から重畳するように入射する位置となっている。図示の投射光学系１２は、ＦＯＶ（field of view）が４４°となっている。投射光学系１２による虚像の表示領域は矩形であり、上記４４°は対角方向となる。

投射レンズ２１とプリズム２２とは、表示素子１１とともにケース５１に収納されている。ケース５１は、遮光性の材料で形成され、表示素子１１を動作させる不図示の駆動回路を内蔵している。ケース５１の開口５１ａは、プリズム２２からシースルーミラー２３に向かう画像光ＭＬを妨げないサイズを有する。ケース５１の開口５１ａについては、単なる開口としないで光透過性を有する保護カバー５２で覆うことができる。保護カバー５２は、光学的なパワーを有しておらず、画像光ＭＬを減衰させないで通過させる樹脂材料等で形成される。保護カバー５２により、ケース５１内の収納空間を密閉状態とすることができ、防塵、防露、光学面への接触防止等の機能を高めることができる。ケース５１に対しては、支持板５４を介してシースルーミラー２３が支持されている。ケース５１又は支持板５４は、図１に示す支持装置１０１Ｃに支持されていて、支持板５４とシースルーミラー２３とによって外観部材１０３が構成される。

投射光学系１２は、軸外し光学系であり、投射レンズ２１、プリズム２２、及びシースルーミラー２３は、軸外し系１１２を形成するように配置されている。投射光学系１２が軸外し光学系であるとは、投射光学系１２を構成する光学素子２１，２２，２３において、少なくとも１つの反射面又は屈折面への光線の入射の前後で光路が全体として折れ曲がることを意味する。この投射光学系１２つまり軸外し系１１２では、紙面に対応する軸外し面ＳＯに沿って光軸ＡＸが延びるように光軸ＡＸの折り曲げが行われている。つまり、この投射光学系１２では、軸外し面ＳＯ内で光軸ＡＸの折り曲げを行うことで、軸外し面ＳＯに沿って光学要素２１，２２，２３が配列されている。軸外し面ＳＯは、軸外し系１１２に多段階で非対称性を生じさせている面となっている。光軸ＡＸは、表示素子１１の中心から射出される主光線の光路に沿って延び、アイポイントに相当するアイリングＥＲ又は瞳の中心を通る。つまり、光軸ＡＸが配置される軸外し面ＳＯは、ＹＺ面に平行であり、表示素子１１の中心と、アイポイントに相当するアイリングＥＲの中心とを通る。光軸ＡＸは、横断面で見た場合、Ｚ字状の配置となっている。つまり、軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１と、内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２と、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３とが、Ｚ字状に２段階で折り返される配置となっている。

投射光学系１２のうち、投射レンズ２１から内反射面２２ｂまでの光路Ｐ１は、Ｚ方向に平行に近い状態となっている。つまり、光路Ｐ１において、光軸ＡＸは、Ｚ方向又は正面方向に対して略平行に延びている。結果的に、投射レンズ２１は、Ｚ方向又は正面方向に関して、プリズム２２と表示素子１１とに挟まれて配置されている。この場合、プリズム２２から表示素子１１にかけての光路Ｐ１が正面方向に近いものとなる。光路Ｐ１における光軸ＡＸは、Ｚ方向に向かって、下向きを負として、平均的に−３０°〜＋３０°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き−３０°以上の状態とすることで、投射レンズ２１や表示素子１１がシースルーミラー２３と干渉することを回避できる。また、光路Ｐ１の光軸ＡＸがＺ方向に向かって上向き＋３０°以下の状態とすることで、投射レンズ２１や表示素子１１が上部に突起して外観上目立つものとなることを防止することができる。内反射面２２ｂからシースルーミラー２３までの光路Ｐ２において、光軸ＡＸは、Ｚ方向に向かって、下向きを負として、平均的に−７０°〜−４５°程度の範囲内に収めることが望ましい。光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き−７０°以上の状態とすることで、シースルーミラー２３と瞳位置ＰＰとの間にインナーレンズ３１を配置する空間を確保することができ、シースルーミラー２３の全体的傾斜が過度に大きくなることを回避することができる。また、光路Ｐ２の光軸ＡＸがＺ方向に向かって下向き−４５°以下の状態とすることで、プリズム２２がシースルーミラー２３に対して−Ｚ方向又は背面方向に大きく突出する配置になることを回避することができ、投射光学系１２の厚みが増すことを回避することができる。シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光路Ｐ３は、Ｚ方向に平行に近い状態となっているが、図示の例では、光軸ＡＸは、Ｚ方向に向かって、下向きを負として、−１０°程度となっている。これは、人間の視線が水平方向より下側に約１０°傾いた若干の伏し目状態で安定するからである。なお、瞳位置ＰＰに対して水平方向の中心軸ＨＸは、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳが直立姿勢でリラックスして正面に向いて水平方向又は水平線を注視した場合を想定したものとなっている。虚像表示装置１００を装着する個々の使用者ＵＳの眼の配置、耳の配置等を含む頭部の形状や姿勢は、様々であるが、使用者ＵＳの平均的な頭部形状又は頭部姿勢を想定することで、着目する虚像表示装置１００について、平均的な中心軸ＨＸを設定することができる。以上の結果、プリズム２２の内反射面２２ｂにおいて、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、１０°〜６０°程度となる。また、シースルーミラー２３において、光軸ＡＸに沿った光線の反射角は、２０°〜４５°程度となる。

主光線の光路Ｐ２及び光路Ｐ３に関しては、シースルーミラー２３及びプリズム２２間の距離ｄ１は、シースルーミラー２３及び瞳位置ＰＰ間の距離ｄ２以下である。この場合、プリズム２２がシースルーミラー２３の周囲つまり上方に突起する突起量を抑えることができる。ここで、距離ｄ１，ｄ２は、光軸ＡＸ上で考える。シースルーミラー２３の内側において光路Ｐ２，Ｐ３上に追加の光学要素が配置される場合、この光学要素を光路長又は光学的距離に換算して距離ｄ１，ｄ２の値を決定する。

投射光学系１２については、縦方向又はＹ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下となっている。このような範囲に光線を収めることで、投射レンズ２１や表示素子１１が上方向又は＋Ｙ方向にはみ出して配置されることを回避することができ、投射レンズ２１や表示素子１１が眉の上方に張り出す量を抑えてデザイン性を確保することができる。つまり、表示素子１１、投射レンズ２１、及びプリズム２２を含む光学ユニット１０２が小型となる。投射光学系１２については、正面方向又はＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１にかけての全光線の位置が１３ｍｍ以上である。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して正面方向又は＋Ｚ方向に十分離して配置することができ、シースルーミラー２３の奥にインナーレンズ３１を配置する空間を確保することが容易になる。投射光学系１２については、正面方向又はＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１にかけての全光線の位置が４０ｍｍ以下である。このような範囲に光線を収めることで、特にシースルーミラー２３を瞳位置ＰＰに対して正面方向又は＋Ｚ方向に過度に離れないように配置することができ、シースルーミラー２３、表示素子１１等の前方突出を抑えてデザイン性を確保することが容易になる。プリズム２２の下端については、縦方向又はＹ方向に関して、瞳位置ＰＰの中心を基準として、１０ｍｍ以上の位置に配置される。これにより、例えば上方２０°といったシースルー視野の確保が容易になる。

軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１とプリズム２２の内反射面２２ｂとの間であって投射レンズ２１及び内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に、中間瞳ＩＰが配置されている。より具体的には、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａの位置又はその近傍に配置されている。例えば、中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して内反射面２２ｂ側に配置される。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、内反射面２２ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａに対して投射レンズ２１側に配置されてもよい。この場合、中間瞳ＩＰの位置は、投射レンズ２１の射出面２１ｂよりも入射面２２ａに近い状態とされる。中間瞳ＩＰは、プリズム２２の入射面２２ａと交差するものであってもよい。中間瞳ＩＰは、表示面１１ａ上の各点からの画像光が最も広がって互いに重複する箇所を意味し、アイリングＥＲ又は瞳位置ＰＰの共役点に配置される。中間瞳ＩＰの位置又はその近傍には、開口絞りを配置することが望ましい。

中間像ＩＭは、プリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成されている。中間像ＩＭは、シースルーミラー２３よりもプリズム２２の近くに形成される。このように、シースルーミラー２３よりもプリズム２２の近くに中間像ＩＭが形成されることにより、シースルーミラー２３による拡大の負担を低減して観察される虚像の収差を抑えることができる。ただし、中間像ＩＭは、プリズム２２の射出面２２ｃと交差する状態となっていない。つまり、中間像ＩＭは、射出面２２ｃの外側に形成されており、この配置関係は、軸外し面ＳＯ上に限らず、射出面２２ｃ上において軸外し面ＳＯに垂直な横方向又はＸ方向の任意の点で成立するものとなっている。このように、中間像ＩＭがプリズム２２の射出面２２ｃを横切らないように形成されることで、射出面２２ｃ表面のゴミや傷か結像に影響することを回避することが容易になる。中間像ＩＭは、アイリングＥＲよりも光路上流であって表示面１１ａに対して共役な位置に形成される実像であり、表示面１１ａ上の表示像に対応するパターンを有するが、シャープに結像したものである必要はなく、像面湾曲、歪曲収差等の諸収差を示すものであってもよい。瞳位置ＰＰで観察される虚像について最終的に収差が良好に補正されていれば、中間像ＩＭの収差は問題とならない。

図４を参照して、投射レンズ２１、プリズム２２、及びシースルーミラー２３の形状の詳細について説明する。図４中で、領域ＡＲ１は、投射光学系１２の側方断面図を示し、領域ＡＲ２は、投射光学系１２の平面図を示す。なお、領域ＡＲ２において、投射レンズ２１の光学面２２ａ，２１ｂ、プリズム２２の光学面２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、及びシースルーミラー２３の反射面２３ａは、光軸ＡＸを通ってＸＺ面に投影したものを示している。

投射レンズ２１は、この場合、単レンズで構成されている。投射レンズ２１を構成する光学面である入射面２１ａと射出面２１ｂとは、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって光軸ＡＸと交差する縦の第１方向Ｄ１１，Ｄ１２に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ１１，Ｄ１２に直交する横の第２方向Ｄ０２又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。入射面２１ａに関する縦の第１方向Ｄ１１と、射出面２１ｂに関する縦の第２方向Ｄ１２とは、所定の角度をなしている。投射レンズ２１は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。投射レンズ２１の入射面２１ａと射出面２１ｂとは、例えば自由曲面である。入射面２１ａと射出面２１ｂとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。投射レンズ２１において、入射面２１ａと射出面２１ｂとを自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系又は非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になる。なお、自由曲面は回転対称軸をもたない面であり、自由曲面の面関数としては、各種多項式を用いることができる。また、非球面は、回転対称軸をもつ面であるが、放物面や多項式で表される球面以外の面である。詳細な説明は省略するが、入射面２１ａ及び射出面２１ｂ上には、反射防止膜が形成されている。

以上のように、投射レンズ２１において、入射面２１ａの第１方向Ｄ１１と、射出面２１ｂの第２方向Ｄ１２とが所定の角度をなしている結果として、表示素子１１の表示面１１ａの中心からの主光線の光路に関して、射出面２１ｂが入射面２１ａに対して傾けて形成されていることになる。つまり、入射面２１ａ及び射出面２１ｂの間に相対的な角度又は傾きが存在しており、投射レンズ２１において軸外し系１１２としての投射光学系１２の偏芯を部分的に補償する役割を持たせることができ、諸収差の改善に寄与する。また、入射面２１ａ及び射出面２１ｂの相対的な傾きにより、投射レンズ２１に色収差を部分的に補償する機能を持たせることができる。

プリズム２２は、ミラーとレンズとを複合させた機能を有する屈折反射光学部材であり、投射レンズ２１からの画像光ＭＬを屈折させつつ反射する。より詳細には、プリズム２２において、画像光ＭＬは、屈折面である入射面２２ａを経て内部に入射し、反射面である内反射面２２ｂによって非正反射方向に全反射され、屈折面である射出面２２ｃを経て外部に射出される。入射面２２ａと射出面２２ｃとは、曲面からなる光学面であり、反射面のみの場合又はこれらを平面とした場合に比較して解像度向上に寄与する。プリズム２２を構成する光学面である入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとは、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって光軸ＡＸと交差する縦の第１方向Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３に直交する横の第２方向Ｄ０２又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。プリズム２２は、縦方向又はＹ方向の縦幅Ｐｖより横方向又はＸ方向の横幅Ｐｈが大きい。プリズム２２は、外形だけでなく、その光学的な有効領域に関しても、縦方向又はＹ方向の縦幅より横方向又はＸ方向の横幅が大きくなっている。これにより、横方向又はＹ方向の画角を大きくすることができ、かつ、後述するように眼ＥＹの移動が横に大きいことに対応して視線が横に大きく変化しても画像を視認することできる。

プリズム２２は、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。プリズム２２の本体の屈折率は、画像光ＭＬの反射角も参酌して内面での全反射が達成されるような値に設定される。プリズム２２の本体の屈折率やアッべ数は、投射レンズ２１との関係も考慮して設定されることが望ましい。特にプリズム２２や投射レンズ２１のアッベ数を大きくすることで、全体として残る色分散を少なくすることになる。プリズム２２の光学面、つまり入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとは、例えば自由曲面である。入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。プリズム２２において、光学面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系又は非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になり、解像度を向上させることができる。内反射面２２ｂについては、全反射によって画像光ＭＬを反射するものに限らず、金属膜又は誘電体多層膜からなる反射面とすることもできる。この場合、内反射面２２ｂ上に、例えばＡｌ、Ａｇのような金属で形成された単層膜又は多層膜からなる反射膜を蒸着等によって成膜し、或いは金属で形成されたシート状の反射膜を貼り付ける。詳細な説明は省略するが、入射面２２ａ及び射出面２２ｃ上には、反射防止膜が形成されている。

プリズム２２は、入射面２２ａと内反射面２２ｂと射出面２２ｃとを射出成形によって一括して形成できるので、部品点数が少なくなり、３面の相互位置も、比較的安価に例えば２０μｍ以下といったレベルに高精度化できる。

シースルーミラー２３は、凹の表面ミラーとして機能する板状の光学部材であり、プリズム２２からの画像光ＭＬを反射する。シースルーミラー２３は、眼ＥＹ又は瞳孔が配置される瞳位置ＰＰを覆うとともに瞳位置ＰＰに向かって凹形状を有する。シースルーミラー２３は、板状体２３ｂの一方の表面２３ｓ上にミラー膜２３ｃを形成した構造を有するミラー板である。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、透過性の表反射面である。シースルーミラー２３や反射面２３ａは、ＹＺ面に平行な軸外し面ＳＯ内にあって光軸ＡＸと交差する縦の第１方向Ｄ３１に関して、光軸ＡＸを挟んで非対称性を有し、第１方向Ｄ３１に直交する横の第２方向Ｄ０２又はＸ方向に関して光軸ＡＸを挟んで対称性を有する。シースルーミラー２３の反射面２３ａは、例えば自由曲面である。反射面（表反射面）２３ａは、自由曲面に限らず、非球面とすることもできる。シースルーミラー２３を自由曲面又は非球面とすることで、収差低減を図ることができ、特に自由曲面を用いた場合、軸外し光学系又は非共軸光学系である投射光学系１２の収差を低減することが容易になる。シースルーミラー２３は、反射面２３ａが自由曲面及び非球面のいずれである場合においても、曲面式の原点Ｏがシースルーミラー２３の有効領域ＥＡよりも投射レンズ２１側又は表示素子１１側にシフトした形状を有する。この場合、光学系の設計に過度の負担をかけないで、Ｚ字状の光路を実現するシースルーミラーの傾斜面を設定することができる。上記した反射面２３ａの曲面式は、軸外し面ＳＯ上で例えば二点差線の曲線ＣＦで示すようなものとなっている。よって、対称性を与える原点Ｏは、シースルーミラー２３の上端と表示素子１１の下端との間に配置されている。

シースルーミラー２３は、反射に際して一部の光を透過させる透過型の反射素子であり、シースルーミラー２３のミラー膜２３ｃは、半透過性を有する。これにより、外界光ＯＬがシースルーミラー２３を通過するので、外界のシースルー視が可能になり、外界像に虚像を重ねることができる。この際、板状体２３ｂが数ｍｍ程度以下に薄ければ、外界像の倍率変化を小さく抑えることができる。ミラー膜２３ｃの画像光ＭＬや外界光ＯＬに対する反射率は、画像光ＭＬの輝度確保や、シースルーによる外界像の観察を容易にする観点で、想定される画像光ＭＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。シースルーミラー２３の基材である板状体２３ｂは、例えば樹脂で形成されるが、ガラス製とすることもできる。板状体２３ｂは、これを周囲から支持する支持板５４と同一の材料で形成され、支持板５４と同一の厚みを有する。ミラー膜２３ｃは、例えば膜厚を調整した複数の誘電体層からなる誘電体多層膜で形成される。ミラー膜２３ｃは、膜厚を調整したＡｌ、Ａｇ等の金属の単層膜又は多層膜であってもよい。ミラー膜２３ｃは、積層によって形成できるが、シート状の反射膜を貼り付けることによっても形成できる。

光路について説明すると、表示素子１１からの画像光ＭＬは、投射レンズ２１に入射して略コリメートされた状態で射出される。投射レンズ２１を通過した画像光ＭＬは、プリズム２２に入射して入射面２１ａから屈折されつつ射出され、内反射面２２ｂによって１００％に近い高い反射率で反射され、再度射出面２２ｃで屈折される。プリズム２２からの画像光ＭＬは、シースルーミラー２３に入射して反射面２３ａによって５０％程度以下の反射率で反射される。シースルーミラー２３で反射された画像光ＭＬは、使用者ＵＳの眼ＥＹ又は瞳孔が配置される瞳位置ＰＰに入射する。プリズム２２とシースルーミラー２３と間であって、プリズム２２の射出面２２ｃ寄りには、中間像ＩＭが形成されている。中間像ＩＭは、表示素子１１の表示面１１ａに形成された画像を適宜拡大したものとなっている。瞳位置ＰＰには、シースルーミラー２３やその周囲の支持板５４を通過した外界光ＯＬも入射する。つまり、虚像表示装置１００を装着した使用者ＵＳは、外界像に重ねて、画像光ＭＬによる虚像を観察することができる。

投射光学系１２のＦＯＶは、図４の領域ＡＲ１，ＡＲ２を比較すると明らかなように、縦の視野角α１よりも横の視野角α２が大きくなっている。このことは、表示素子１１の表示面１１ａに形成する表示像が水平方向に長いことに対応している。横対縦のアスペクト比は、例えば４：３や１６：９といった値に設定される。

図５は、投射光学系１２による結像を概念的に説明する斜視図である。図中において、画像光ＭＬ１は、視野中の右上方向からの光線を示し、画像光ＭＬ２は、視野中の右下方向からの光線を示し、画像光ＭＬ３は、視野中の左上方向からの光線を示し、画像光ＭＬ４は、視野中の左下方向からの光線を示す。この場合、瞳位置ＰＰに設定されるアイリングＥＲは、軸外し面ＳＯに垂直な横方向又はＸ方向の横瞳サイズＷｈが、軸外し面ＳＯ内にあって光軸ＡＸに直交する縦方向又はＹ方向の縦瞳サイズＷｖよりも大きくなるようなアイリング形状又は瞳サイズを有する。つまり、瞳位置における瞳サイズは、軸外し面ＳＯに直交する横方向又はＸ方向が、横方向に直交する縦方向又はＹ方向よりも広い。横の画角又は視野を縦よりも大きくした場合、画角に合わせて視線を変化させると眼の位置は横方向に大きく動くので、瞳サイズを横方向に大きくすることが望ましい。つまり、アイリングＥＲの横瞳サイズＷｈを縦瞳サイズＷｖを大きくすることにより、横方向に大きく視線を変化させた場合に、画像がカットされることを防止又は抑制することができる。図４に示す投射光学系１２の場合、ＦＯＶが横に大きく縦に小さい。この結果、使用者ＵＳの眼ＥＹ又は瞳孔も、横に大きな角度範囲で回転し縦に小さな角度範囲で回転する。よって、眼ＥＹの動きに合わせて、アイリングＥＲの横瞳サイズＷｈをアイリングＥＲの縦瞳サイズＷｖよりも大きくしている。以上の説明から明らかなように、例えば投射光学系１２のＦＯＶが横よりも縦で大きくなるように設定した場合、アイリングＥＲの横瞳サイズＷｈをアイリングＥＲの縦瞳サイズＷｖよりも小さくすることが望ましい。以上において、シースルーミラー２３から瞳位置ＰＰまでの光軸ＡＸが下向きの場合、厳密な意味でのアイリングＥＲの傾きやアイリングＥＲのサイズは、光軸ＡＸをＺ０方向とする下向きに傾いた座標系Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０を基準として考える必要がある。この場合、縦のＹ０方向は、厳密には鉛直方向又はＹ方向とならない。ただし、このような傾きが大きくない場合、アイリングＥＲの傾きやアイリングＥＲのサイズは、座標系Ｘ，Ｙ，Ｚで考えても、近似的に問題は生じない。

図示を省略するが、アイリングＥＲの横瞳サイズＷｈ及び縦瞳サイズＷｖの大小関係に対応させて、投射光学系１２のＦＯＶが縦よりも横で大きい場合、中間瞳ＩＰも、Ｘ方向の横瞳サイズがＹ方向の縦瞳サイズよりも小さくなるようにすることが望ましい。

図６に示すように、投射光学系１２による結像状態を示す本来の投影像ＩＧ０は、比較的大きなディストーションを有するものとなっている。投射光学系１２が軸外し系１１２であることから、台形歪のようなディストーションを取りきることは容易でない。よって、投射光学系１２にディストーションが残存していても、元の表示像をＤＡ０とした場合において、表示面１１ａに形成する表示像を予め歪を持たせた台形歪を持たせた修正画像ＤＡ１とする。つまり、表示素子１１に表示される画像を、投射レンズ２１、プリズム２２、及びシースルーミラー２３によって形成される歪みを相殺する逆の歪みを有するものとすることで、投射光学系１２を経て瞳位置ＰＰで観察される虚像の投影像ＩＧ１の画素配列を、元の表示像をＤＡ０に対応する格子パターンとすることができ輪郭を矩形とすることができる。結果的に、シースルーミラー２３等で発生する歪曲収差を許容しつつ表示素子１１を含めた全体として収差を抑えることができる。表示面１１ａの外形が矩形である場合、強制的なディストーションを形成することで余白が形成されるが、このような余白に付加情報を表示させることもできる。表示面１１ａに形成する修正画像ＤＡ１は、画像処理によって強制的なディストーションを形成したものに限らず、例えば表示面１１ａに形成された表示画素の配列を強制的なディストーションに対応するものにしてもよい。この場合、ディストーションを補正する画像処理は不要となる。さらに、表示面１１ａに収差を補正する湾曲を持たせることもできる。

以上で説明した、第１実施形態の虚像表示装置１００では、プリズム２２によって、収差の補正が可能になって解像度が向上し、光学系の小型化、ひいては装置全体の小型化を達成することができる。上記装置の軸外し系１１２の軸外し面ＳＯにおいて、中間瞳ＩＰが投射レンズ２１と内反射面２２ｂとの間であって投射レンズ２１及び内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に配置されるので、光学系の大型化を回避しつつ表示素子１１側でテレセン性を確保しやすくなる。また、この位置に中間瞳ＩＰが配置されることで、焦点距離を短く倍率を大きくすることが容易になり、表示素子１１をプリズム２２等に近づけつつ表示素子１１を小さくすることができる。上記装置において、中間像ＩＭがプリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成されるので、プリズム２２を小さくすることができる。また、この位置に中間像ＩＭが形成されることで、投射レンズ２１及びプリズム２２を一組とする光学系の作用により、色収差及びその他の収差を少なくすることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る虚像表示装置等について説明する。なお、第２実施形態の虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。

図７を参照して、第２実施形態の虚像表示装置の光学系について説明する。図７中で、領域ＡＲ１は、投射光学系１２の側方断面図を示し、領域ＡＲ２は、投射光学系１２の平面図を示す。図示の投射光学系１２は、ＦＯＶが３４°となっている。投射光学系１２による虚像の表示領域は矩形であり、上記４４°は対角方向となる。投射光学系（導光装置）１２が、投射レンズ２１とプリズム２２とシースルーミラー２３とを含み、軸外し系となっている点や、投射レンズ２１とプリズム２２とシースルーミラー２３とが、自由曲面又は非球面で形成され、縦方向に関して非対称性を有し、横方向に関して対称性を有する点で、第１実施形態の装置と共通する特徴を有する。さらに、光軸ＡＸが通る軸外し面ＳＯにおいて、投射レンズ２１とプリズム２２の内反射面２２ｂとの間であって投射レンズ２１及び内反射面２２ｂよりもプリズム２２の入射面２２ａ側に、中間瞳ＩＰが配置されている。中間像ＩＭは、プリズム２２とシースルーミラー２３との間に形成され、かつ、シースルーミラー２３よりもプリズム２２の近くに形成される。

第２実施形態の投射光学系１２については、縦方向又はＹ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、より詳細にはその中心を基準として、縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下となっている。また、この投射光学系１２については、正面方向又はＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１までの全光線の位置が１３ｍｍ以上である。また、この投射光学系１２については、正面方向又はＺ方向に関して、瞳位置ＰＰを基準として、シースルーミラー２３から表示素子１１までの全光線の位置が４０ｍｍ以下である。

〔実施例〕
以下では、第１実施形態等の虚像表示装置１００を具体化した実施例について説明する。実施例のデータにおいて、自由曲面をｘｙ多項式面で表している。ｘｙ多項式面の係数は、ｚを光軸方向として、以下の式で与えられる。

ここで、
ｘ，ｙ，ｚ：局所座標系における座標軸
ｃ：曲率（＝１／Ｒ）
Ａ_ｎ，ｍ：非球面係数
（ｎはｘの次数を、ｍはｙの次数を意味し、Ａはその次数の係数を意味する）
ｒ０：正規化半径
ｋ：コーニック係数
ｒ：半径方向の距離（ｒ＝√（ｘ^２＋ｙ^２））

以下の表１は、実施例１の光学系を構成する自由曲面を与える多項式の非球面係数Ａ_ｎ，ｍをまとめた表である。表中で距離の単位はｍｍである。表１において、各面は、瞳位置ＰＰ（図３）より詳細にはその中心を起点として記載されている。

以下の表２は、実施例１の光学系を構成する自由曲面の傾きと光学的な原点位置とを示す。表２において、全系のグローバルな座標軸ＸＹＺは、瞳位置ＰＰ（図３）を原点として記載されている。α，β，γは、ＸＹＺ軸のまわりでの局所座標系の回転角を示す。
［表２］

〔変形例及びその他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態の虚像表示装置１００では、表示素子１１として有機ＥＬ素子等の自発光型の表示デバイスやＬＣＤ及びその他の光変調素子を用いているが、これに代えて、レーザー光源とポリゴンミラー等であるスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いた構成も可能である。つまり、レーザー網膜投影型のヘッドマウントディスプレイに対して本発明を適用することも可能である。

シースルーミラー２３の外界側には、シースルーミラー２３の透過光を制限することで調光を行う調光デバイスを取り付けることができる。調光デバイスは、例えば電動で透過率を調整する。調光デバイスとして、ミラー液晶、電子シェード等を用いることができる。調光デバイスは、外光照度に応じて透過率を調整するものであってもよい。調光デバイスによって外界光ＯＬを遮断する場合、外界像の作用を受けていない虚像のみを観察することができる。また、本願発明の虚像表示装置は、外光を遮断し画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型の頭部搭載型表示装置（ＨＭＤ）に適用できる。この場合、虚像表示装置と撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。

以上では、虚像表示装置１００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記虚像表示装置１００は、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。つまり、本発明において、ヘッドマウントディスプレイには、ハンドヘルドディスプレイも含まれる。

以上では、軸外し面ＳＯを縦方向又はＹ方向としたが、軸外し面ＳＯを横方向又はＸ方向とする横置き又は横展開も可能である。

具体的な態様における虚像表示装置は、表示素子と、表示素子から射出された画像光を収束させる投射レンズと、投射レンズから射出された画像光を入射面に屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させるプリズムと、プリズムから射出された画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラーとを備え、投射レンズ、プリズム、及びシースルーミラーは、軸外し系を形成するように配置され、軸外し系の軸外し面において、投射レンズと内反射面との間であって投射レンズ及び内反射面よりもプリズムの入射面側に、中間瞳が配置され、プリズムとシースルーミラーとの間に、画像光の結像による中間像が形成されている。

上記虚像表示装置では、プリズムによって、収差の補正が可能になって解像度が向上し、光学系の小型化、ひいては装置全体の小型化を達成することができる。上記装置の軸外し系の軸外し面において、中間瞳が投射レンズと内反射面との間であって投射レンズ及び内反射面よりもプリズムの入射面側に配置されるので、光学系の大型化を回避しつつ表示素子側でテレセン性を確保しやすくなる。また、この位置に中間瞳が配置されることで、焦点距離を短く倍率を大きくすることが容易になり、表示素子をプリズム等に近づけつつ表示素子を小さくすることができる。上記装置において、中間像がプリズムとシースルーミラーとの間に形成されるので、プリズムを小さくすることができる。また、この位置に中間像が形成されることで、投射レンズ及びプリズムを一組とする光学系の作用により、色収差及びその他の収差を少なくすることができる。

具体的な側面において、軸外し系の軸外し面において、投射レンズから内反射面までの光路と、内反射面からシースルーミラーまでの光路と、シースルーミラーから瞳位置までの光路とが、Ｚ字状に２段階で折り返される配置となっている。この場合、折り畳んだ光路によって、表示素子や投射レンズを省スペースで収納することができる。

別の側面において、投射レンズは、光学面として自由曲面を有する。この場合、投射レンズの構成要素を減らしつつ高精度化を達成することができる。

さらに別の側面において、投射レンズにおいて、表示面の中心からの主光線の光路に関して、射出面が入射面に対して傾けて形成されている。この場合、入射面及び射出面の相対的な傾きにより、軸外し系の偏芯を補償する役割を持たせることができ、諸収差の改善に寄与する。また、入射面及び射出面の相対的な傾きにより、投射レンズに色収差を補償する機能を持たせることができる。

さらに別の側面において、表示面の中心からの主光線の光路に関して、シースルーミラー及びプリズム間の距離は、シースルーミラー及び瞳位置間の距離以下である。この場合、プリズムがシースルーミラーの周囲（上下方向や左右方向）に突起する突起量を抑えることができる。

さらに別の側面において、シースルーミラーは、曲面式の原点がシースルーミラーの有効領域よりも投射レンズ側にシフトした形状を有する。この場合、光学系の設計に過度の負担をかけないで、Ｚ字状の光路を実現するシースルーミラーの傾斜面を設定することができる。

さらに別の側面において、表示素子に表示される画像は、投射レンズ、プリズム、及びシースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有する。この場合、シースルーミラー等で発生する歪曲収差を許容しつつ表示素子を含めた全体として収差を抑えることができる。

さらに別の側面において、シースルーミラーは、透過性の表反射面を有する。この場合、シースルーミラーによる反射像つまり使用者によって観察される虚像について収差や多重像の発生を抑えることができる。

さらに別の側面において、中間像は、シースルーミラーよりもプリズムの近くに形成される。この場合、シースルーミラーによる拡大の負担を低減して観察される虚像の収差を抑えることができる。

さらに別の側面において、投射レンズ、プリズム、及びシースルーミラーは、軸外し系の軸外し面に直交する方向に関して光学的に対称な形状を有する。この場合、軸外し面に直交する交差方向については、通常の光学設計に近いものとなる。

さらに別の側面において、軸外し面に直交する方向は、眼の並ぶ横方向に対応し、プリズムは、横方向に直交する縦方向の縦幅より横方向の横幅が大きい。この場合、横方向の画角を大きくすることができ、かつ、眼の移動が横に大きいことに対応して視線が横に大きく変化しても画像を視認することできる。

さらに別の側面において、投射レンズは、軸外し面に直交する横方向と、横方向に直交する縦方向とに対して直交する正面方向に関して、プリズムと表示素子とに挟まれて配置されている。この場合、プリズムから表示素子までの光路が正面方向に近いものとなり、投射レンズからプリズム及びシースルーミラーを経て瞳位置に至るまでの光路を、横方向から見てＺ字状に２段階で折り返される配置とすることが容易になる。

さらに別の側面において、軸外し面に平行で瞳位置の瞳面と平行な縦方向に関して、瞳位置を基準として、縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下である。この場合、投射レンズや表示素子が眉の上方に張り出す量を抑えてデザイン性を確保することができる。

さらに別の側面において、軸外し面に平行で瞳位置の瞳面と交差する正面方向に関して、瞳位置を基準として、シースルーミラーから表示素子までの全光線の位置が１３ｍｍ以上である。この場合、シースルーミラーの奥にインナーレンズを配置する空間を確保することが容易になる。

さらに別の側面において、軸外し面に平行で瞳位置の瞳面と交差する正面方向に関して、瞳位置を基準として、シースルーミラーから表示素子までの全光線の位置が４０ｍｍ以下である。この場合、シースルーミラー、表示素子等の前方突出を抑えてデザイン性を確保することが容易になる。

さらに別の側面において、瞳位置における瞳サイズは、軸外し面に直交する横方向が、横方向に直交する縦方向よりも広い。横の画角を大きくした場合、画角に合わせて視線を変化させると眼の位置は横方向に大きく動くので、瞳サイズを横方向に大きくすることが望ましい。

具体的な態様における導光装置は、表示素子から射出された画像光を収束させる投射レンズと、投射レンズから射出された画像光を入射面に屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させるプリズムと、プリズムから射出された画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラーとを備え、投射レンズ、プリズム、及びシースルーミラーは、軸外し系を形成するように配列され、軸外し系の軸外し面において、投射レンズと内反射面との間であって投射レンズ及び内反射面よりもプリズムの入射面側に、中間瞳が配置され、プリズムとシースルーミラーとの間に、画像光の結像による中間像が形成されている。

上記導光装置では、プリズムによって、収差の補正が可能になって解像度が向上し、装置全体の小型化を達成することができる。また、軸外し面において、中間瞳が投射レンズ及び内反射面よりもプリズムの入射面側に配置されるので、光学系の大型化を回避しつつ表示素子側でテレセン性を確保しやすくなり、かつ、焦点距離を短く倍率を大きくすることが容易になって表示素子をプリズム等に近づけつつ表示素子を小さくすることができる。上記装置において、中間像がプリズムとシースルーミラーとの間に形成されるので、プリズムを小さくすることができ、投射レンズ及びプリズムを一組とする光学系の作用により、色収差及びその他の収差を少なくすることができる。

１１…表示素子、１１ａ…表示面、１２…投射光学系、２１…投射レンズ、２１ａ…入射面、２１ｂ…射出面、２２…プリズム、２２ａ…入射面、２２ｂ…内反射面、２２ｃ…射出面、２３…シースルーミラー、２３ａ…反射面、２３ｂ…板状体、２３ｃ…ミラー膜、２３ｓ…表面、３１…インナーレンズ、５１…ケース、５４…支持板、１００…虚像表示装置、１００Ｃ…支持装置、１０１Ａ…第１表示装置、１０１Ｂ…第２表示装置、１０２…光学ユニット、１０３…外観部材、ＡＸ…光軸、ＥＡ…有効領域、ＥＲ…アイリング、ＥＹ…眼、ＩＭ…中間像、ＩＰ…中間瞳、ＭＬ…画像光、Ｏ…原点、ＯＬ…外界光、Ｐ１〜Ｐ３…光路、ＰＰ…瞳位置、ＳＯ…軸外し面、ＵＳ…使用者

Claims (17)

1. 表示素子と、
   前記表示素子から射出された画像光を収束させる投射レンズと、
   前記投射レンズから射出された前記画像光を入射面に屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させるプリズムと、
   前記プリズムから射出された前記画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラーとを備え、
   前記投射レンズ、前記プリズム、及び前記シースルーミラーは、軸外し系を形成するように配置され、
   前記軸外し系の軸外し面において、前記投射レンズと前記内反射面との間であって前記投射レンズ及び前記内反射面よりも前記プリズムの前記入射面側に、中間瞳が配置され、
   前記プリズムと前記シースルーミラーとの間に、前記画像光の結像による中間像が形成されている、虚像表示装置。
2. 前記軸外し面において、前記投射レンズから前記内反射面までの光路と、前記内反射面から前記シースルーミラーまでの光路と、前記シースルーミラーから前記瞳位置までの光路とが、Ｚ字状に２段階で折り返される配置となっている、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記投射レンズは、光学面として自由曲面を有する、請求項１及び２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
4. 前記投射レンズにおいて、表示面の中心からの主光線の光路に関して、射出面が入射面に対して傾けて形成されている、請求項３に記載の虚像表示装置。
5. 表示面の中心からの主光線の光路に関して、前記シースルーミラー及び前記プリズム間の距離は、前記シースルーミラー及び前記瞳位置間の距離以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記シースルーミラーは、曲面式の原点が前記シースルーミラーの有効領域よりも前記投射レンズ側にシフトした形状を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記表示素子に表示される画像は、前記投射レンズ、前記プリズム、及び前記シースルーミラーによって形成される歪みを相殺する歪みを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記シースルーミラーは、透過性の表反射面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記中間像は、前記シースルーミラーよりも前記プリズムの近くに形成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記投射レンズ、前記プリズム、及び前記シースルーミラーは、前記軸外し系の軸外し面に直交する方向に関して光学的に対称な形状を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記軸外し面に直交する方向は、眼の並ぶ横方向に対応し、前記プリズムは、前記横方向に直交する縦方向の縦幅より前記横方向の横幅が大きい、請求項１０に記載の虚像表示装置。
12. 前記投射レンズは、前記軸外し面に直交する横方向と、前記横方向に直交する縦方向とに対して直交する正面方向に関して、前記プリズムと前記表示素子とに挟まれて配置されている、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 前記軸外し面に平行で前記瞳位置の瞳面と平行な縦方向に関して、前記瞳位置を基準として、前記縦方向の最も上側を通る光線の位置が３０ｍｍ以下である、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
14. 前記軸外し面に平行で前記瞳位置の瞳面と交差する正面方向に関して、前記瞳位置を基準として、前記シースルーミラーから前記表示素子までの全光線の位置が１３ｍｍ以上である、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
15. 前記軸外し面に平行で前記瞳位置の瞳面と交差する正面方向に関して、前記瞳位置を基準として、前記シースルーミラーから前記表示素子までの全光線の位置が４０ｍｍ以下である、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
16. 前記瞳位置における瞳サイズは、前記軸外し面に直交する横方向が、前記横方向に直交する縦方向よりも広い、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
17. 表示素子から射出された画像光を収束させる投射レンズと、
    前記投射レンズから射出された前記画像光を入射面に屈折させつつ入射させ、内反射面で全反射させ、射出面から屈折させつつ射出させるプリズムと、
    前記プリズムから射出された前記画像光を瞳位置に向けて反射するシースルーミラーとを備え、
    前記投射レンズ、前記プリズム、及び前記シースルーミラーは、軸外し系を形成するように配列され、
    前記軸外し系の軸外し面において、前記投射レンズと前記内反射面との間であって前記投射レンズ及び前記内反射面よりも前記プリズムの前記入射面側に、中間瞳が配置され、
    前記プリズムと前記シースルーミラーとの間に、前記画像光の結像による中間像が形成されている、導光装置。

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