JP2022025896A - 虚像表示装置及び光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】正面に画像光が射出され、外部から表示中の映像が見えてしまうことを防止する。【解決手段】画像光生成装置１１と、画像光生成装置１１からの画像光ＭＬを反射する半透過傾斜ミラー２３と、半透過傾斜ミラー２３で反射された画像光ＭＬを半透過傾斜ミラー２３に向けて反射して射出瞳ＥＰを形成する凹面半透過ミラー２４とを備え、凹面半透過ミラー２４は、半透過傾斜ミラー２３に対向する内側に波長分布を有する部分反射膜２４ｂを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、シースルー型の虚像表示装置に関し、特に画像光を透過傾斜ミラーで反射させて凹面透過ミラーに入射させ凹面透過ミラーからの反射光を透過傾斜ミラー越しに観察するタイプの虚像表示装置及び光学ユニットに関する。

透過反射面と凹面ミラーとを備える虚像表示装置として、例えば透過反射面を組み込んだプリズム部材を備えるものが存在する（特許文献１参照）。この装置では、プリズム部材に入射した画像光をプリズム部材の全反射面で透過反射面に向けて全反射させて導くとともに、透過反射面で画像光をプリズム部材の前方に配置された凹面ミラーに向けて反射することが記載されている。

特開２０２０－００８７４９号公報

上記特許文献１の虚像表示装置では、正面に画像光が射出されるため、外部から表示中の映像が見えてしまうという問題がある。

本発明の一側面における虚像表示装置は、画像光生成装置と、画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。

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図である。 図１の虚像表示装置の構造を説明する模式的な斜視図である。 図１の虚像表示装置の側方断面図及び部分断面平面図である。 凹面透過ミラーを説明する拡大断面図である。 画像光の波長特性と部分反射膜の反射特性とを説明するチャートである。 第２実施形態における部分反射膜の反射特性等を説明する図である。 第３実施形態における凹面透過ミラーを説明する拡大断面図である。 第３実施形態における部分反射膜の反射特性等を説明する図である。 第４実施形態における部分反射膜の反射特性等を説明する図である。 第５実施形態における凹面透過ミラー等を説明する拡大断面図である。 シェードの配置を説明する正面図である。 第６実施形態の虚像表示装置の構造を説明する模式的な斜視図である。 図１２の虚像表示装置の側方断面図及び部分断面平面図である。 第７実施形態の虚像表示装置の構造を説明する模式的な斜視図である。 第８実施形態の虚像表示装置を説明する正面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１～４等を参照して、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光学ユニットについて説明する。

図１は、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する。）２００の装着状態を説明する図であり、ＨＭＤ２００は、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、ＨＭＤ２００又は虚像表示装置１００を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。

ＨＭＤ２００は、右眼用の第１表示装置１００Ａと、左眼用の第２表示装置１００Ｂと、表示装置１００Ａ，１００Ｂを支持するテンプル状の一対の支持装置１００Ｃとを備える。第１表示装置１００Ａは、上部に配置される表示駆動部１０２と、メガネレンズ状で眼前を覆う外観部材１０３とで構成される。第２表示装置１００Ｂも同様に、上部に配置される表示駆動部１０２と、メガネレンズ状で眼前を覆う外観部材１０３とで構成される。支持装置１００Ｃは、表示駆動部１０２を介して外観部材１０３の上端側を支持している。第１表示装置１００Ａと第２表示装置１００Ｂとは、光学的に左右を反転させたものであり、以後では、右眼用の第１表示装置１００Ａを代表の虚像表示装置１００として説明する。

図２は、右眼用の表示装置１００Ａである虚像表示装置１００を説明する斜視図であり、図３は、虚像表示装置１００の光学的構造を説明する図である。図３において、第１領域ＡＲ１は、画像光生成装置１１及び光学ユニット１２の側方断面図であり、第２領域ＡＲ２は、画像光生成装置１１及び光学ユニット１２の光路に沿った部分的な断面を示す平面図である。

図２に示すように、虚像表示装置１００は、画像光生成装置１１と光学ユニット１２と表示制御回路１３とを備える。ただし、本明細書において、表示制御回路１３を除いたものも、光学的機能を達成する観点で虚像表示装置１００と呼ぶ。画像光生成装置１１及び表示制御回路１３は、図１に示す表示駆動部１０２の外枠内に支持され、光学ユニット１２の一部も、表示駆動部１０２の外枠内に支持されている。

画像光生成装置１１は、自発光型の表示デバイスである。画像光生成装置１１は、例えばマイクロＬＥＤディスプレイであり、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。画像光生成装置１１は、表示制御回路１３に駆動されて表示動作を行う。画像光生成装置１１は、マイクロＬＥＤディスプレイに限らず、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）、無機ＥＬ、有機ＬＥＤ、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等を用いた表示デバイスに置き換えることができる。画像光生成装置１１は、自発光型の画像光生成装置に限らず、ＬＣＤ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。画像光生成装置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２及び３に示すように、光学ユニット１２は、投射光学系２１と、透過傾斜ミラー２３と、凹面透過ミラー２４とを備える。凹面透過ミラー２４における透過ミラーの語は、光を部分的に透過させるミラーであることを意味する。ここで、画像光生成装置１１から投射光学系２１にかけての光路は、透過傾斜ミラー２３の上側に配置されている。より具体的には、画像光生成装置１１や投射光学系２１は、透過傾斜ミラー２３を延長した傾斜平面と、凹面透過ミラー２４の上端を上方に延長した鉛直面との間に挟まれた空間に配置されている。

投射光学系２１は、画像光生成装置１１から射出された画像光ＭＬを投射する。投射光学系２１は、画像光生成装置１１から射出された画像光ＭＬを結像するように収束させた後に透過傾斜ミラー２３に入射させる。つまり、投射光学系２１は、光路上で画像光生成装置１１と透過傾斜ミラー２３との間に配置されている。投射光学系２１は、第１レンズ系２１ａと折り返しミラー２１ｂと第２レンズ系２１ｃとを有する。第１レンズ系２１ａは、図３に示す例では２つのレンズ２１ｆ，２１ｇを含むが、１又は３以上のレンズで構成することができる。第２レンズ系２１ｃは、図３に示す例では１つのレンズ２１ｉを含むが、２以上のレンズで構成することができる。レンズ２１ｆ，２１ｇ，２１ｉは、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ等のいずれであってもよい。折り返しミラー２１ｂは、平板状の光学部材であり、平面反射面ＭＳ１を有する。折り返しミラー２１ｂの平面反射面ＭＳ１は、金属膜又は誘電体多層膜からなる。平面反射面ＭＳ１は、平板面上に、例えばＡｌ、Ａｇのような金属その他の材料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形成することによって得られる。折り返しミラー２１ｂは、光軸ＡＸをＹＺ面内で９０°より少ない鋭角方向に折り曲げる。第１レンズ系２１ａを経て前方である＋Ｚ方向に進む画像光ＭＬは、折り返しミラー２１ｂによって斜め後下方向である－Ｙ方向及び－Ｚ方向の間の方向に折り曲げられ、第２レンズ系２１ｃを経て透過傾斜ミラー２３に入射する。

透過傾斜ミラー２３は、平板板状の光学部材であり、透過性を有する平面反射面ＭＳ２を有する。透過傾斜ミラー２３は、一様な厚さを有し透過性を有する平行平板２３ａの一方面２３ｆ上に透過反射膜として金属膜又は誘電体多層膜を形成したものであり、かかる透過反射膜は、平面反射面ＭＳ２として機能する。平面反射面ＭＳ２の反射率及び透過率は、例えば５０％程度に設定される。なお、平行平板２３ａの他方面２３ｒ上には、反射防止膜を形成することができる。透過傾斜ミラー２３は、光軸ＡＸをＹＺ面内で略直交する方向に折り曲げる。投射光学系２１の第１レンズ系２１ａを経て下方向である－Ｙ方向に対して若干後方に傾斜して進む画像光ＭＬは、透過傾斜ミラー２３によって前方である＋Ｚ方向に対して若干下方に傾斜した方向に折り曲げられ、凹面透過ミラー２４に入射する。透過傾斜ミラー２３は、凹面透過ミラー２４と眼ＥＹ又は瞳孔が配置される射出瞳ＥＰとの間に配置されて射出瞳ＥＰを覆っている。透過傾斜ミラー２３は、図１に示す表示駆動部１０２の外枠に対して直接又は間接的に固定することができ、凹面透過ミラー２４等に対する配置関係が適切に設定された状態とすることができる。

透過傾斜ミラー２３又は平面反射面ＭＳ２は、鉛直方向に延びるＸＹ面を基準とした場合、－Ｘ側から見てＸ軸の周りに反時計方向に角度θ＝２０～４０°程度傾いた状態となっている（図３の横断面図参照）。以上のように、透過傾斜ミラー２３は、鉛直軸であるＹ軸と透過傾斜ミラー２３とがなす角度が４５°未満となるように配置されている。Ｙ軸と透過傾斜ミラー２３とがなす角度が仮に４５°よりも大きくなると、透過傾斜ミラー２３が標準より倒れた状態となって、透過ミラーのＺ軸方向における厚みが増えてしまうが、Ｙ軸と透過傾斜ミラー２３とがなす角度が４５°よりも小さくなると、透過傾斜ミラー２３が標準よりも立ち上がった状態となって、透過ミラーのＺ軸方向における厚みが減る。つまり、本実施形態のようにＹ軸と透過傾斜ミラー２３とがなす角度を４５°未満とすることで、凹面透過ミラー２４を基準として透過傾斜ミラー２３が背面の－Ｚ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、虚像表示装置１００又は光学ユニット１２の前後のＺ方向に関する厚みが増すことを回避することができる。

凹面透過ミラー２４は、射出瞳ＥＰに向かって凹形状を有する光学部材であり、透過性を有する部分反射面ＭＣを有する。凹面透過ミラー２４は、光収束機能を有し、透過傾斜ミラー２３で反射され発散する画像光ＭＬをコリメートし、透過傾斜ミラー２３を介して射出瞳ＥＰに入射させる。凹面透過ミラー２４は、射出瞳ＥＰに向かって凹面を有し、外界に向かって凹面を反転させた凸面を有する結果として、湾曲しながらも一様な厚さを有する。凹面透過ミラー２４の板状体２４ａは、凹面透過ミラー２４の外形を決定づける基材である。板状体２４ａは、光を実質的に損失なく透過させる透過性を有する。板状体２４ａの一方面２４ｒ上には、部分反射膜として金属膜又は誘電体多層膜が形成され、かかる部分反射膜は、凹の部分反射面ＭＣとして機能する。部分反射面ＭＣは、球面に限らず、非球面その他の軸対称な曲面とすることができる。凹面透過ミラー２４は、透過傾斜ミラー２３で反射されて前方に進む画像光ＭＬを反射して透過傾斜ミラー２３に戻しつつ透過傾斜ミラー２３を部分的に透過させ射出瞳ＥＰに集める。透過傾斜ミラー２３から凹面透過ミラー２４に向かう射出光軸ＡＸＥは、凹面透過ミラー２４で折り返されて射出瞳ＥＰに向かう光軸ＡＸと一致している。画像光ＭＬは、凹面透過ミラー２４の部分反射面ＭＣの全体に対して垂直に近い方向から入射し、光学的な対称性が高いものとなっている。凹面透過ミラー２４は、透過傾斜ミラー２３を外界側において覆っている。透過傾斜ミラー２３は、凹面透過ミラー２４と眼ＥＹ又は瞳孔が配置される射出瞳ＥＰとの間に配置されて射出瞳ＥＰを覆っている。図示の光学系において、透過傾斜ミラー２３から凹面透過ミラー２４に向かう軸線であり凹面ミラー２４から射出瞳ＥＰの中心に向かう軸線でもある射出光軸ＡＸＥは、前方の＋Ｚ方向に対して１０°程度下向きに傾いて延びている。射出光軸ＡＸＥを水平軸であるＺ軸に対して前方側で１０°程度下向きにすることにより、虚像を観察する装着者ＵＳの眼ＥＹの疲れを低減することができる。

部分反射面ＭＣは、自由曲面であってもよいが、軸対称な曲面とすることで、部分反射面ＭＣに目的とする反射特性を持たせることが容易になる。

凹面透過ミラー２４は、図１に示す透過性の外観部材１０３の一部を構成するように組み込まれている。つまり、凹面透過ミラー２４の周囲に透過性を有し或いは透過性を有しない板状部材を拡張するように設けることで、凹面透過ミラー２４を含む外観部材１０３とすることができる。外観部材１０３は、メガネレンズ状のものに限らず、様々な輪郭又は外観とすることができる。

光路について説明すると、画像光生成装置１１からの画像光ＭＬは、投射光学系２１によって結像されるように集光されつつ折り曲げられ、透過傾斜ミラー２３に入射する。透過傾斜ミラー２３で例えば５０％程度反射された画像光ＭＬは、凹面透過ミラー２４に入射して部分反射面ＭＣによって殆ど反射される。凹面透過ミラー２４で反射された画像光ＭＬは、透過傾斜ミラー２３を通過し、装着者ＵＳの眼ＥＹ又は瞳孔が配置される射出瞳ＥＰに入射する。ここで、射出瞳ＥＰは、眼ＥＹが配置されることを想定した光学ユニット１２のアイポイントであり、画像光生成装置１１の表示面１１ａの各点からの光が虚像の観察を可能にする角度で一か所に集まるように入射する。透過傾斜ミラー２３と投射光学系２１と間には、中間像ＩＩが形成されている。中間像ＩＩは、画像光生成装置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。射出瞳ＥＰには、凹面透過ミラー２４を通過した外界光ＯＬも入射する。つまり、ＨＭＤ２００を装着した装着者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。

なお、凹面透過ミラー２４は、外界光ＯＬを通過させるが画像光ＭＬも僅かながら通過させるので、凹面透過ミラー２４の正面に漏れ光ＬＥを生じさせる。仮に漏れ光ＬＥの強度が高いとすると、装着者ＵＳの周囲に存在する第三者ＯＳが画像光生成装置１１の表示面１１ａに表示された画像の一部ＰＩを観察できるようになる（図１参照）。これに対し、本実施形態では、後述するように凹面透過ミラー２４において部分反射面ＭＣが漏れ光ＬＥを抑制するものとなっており、画像の一部ＰＩが第三者ＯＳによって観察可能になることを回避している。

以下、図４を参照して、凹面透過ミラー２４の構造について説明する。凹面透過ミラー２４は、全体の形状を維持する支持体である板状体２４ａと、板状体２４ａの内側（図３における射出瞳ＥＰ側）に形成された部分反射膜２４ｂと、板状体２４ａの外界側に形成された反射防止膜２４ｃとを含む。

凹面透過ミラー２４又は板状体２４ａは、形状的な強度を確保する観点で１ｍｍ以上の厚みを有するが、軽量化の観点で２ｍｍ以下の厚みを有することが好ましい。板状体２４ａは、光透過性を有する樹脂材料から、例えば射出成形によって形成される。

部分反射膜２４ｂは、部分反射面ＭＣとして機能し、画像光ＭＬを所期の反射率で反射する。部分反射膜２４ｂは、バンド反射フィルター又はノッチフィルタと呼ばれるものであり、複数の波長帯域で反射率が高められている。部分反射膜２４ｂは、誘電体多層膜で形成することができる。具体的には、板状体２４ａの第１面２ａ上に、複数種類の金属酸化膜を光学設計に基づいた膜厚で積層する。これにより、画像光ＭＬの波長的な広がりに相当するＲＧＢの表示波長領域において部分反射膜２４ｂの反射率を１００％に近くすることができ、部分反射膜２４ｂによって画像光ＭＬを無駄なく反射することができる。一方、画像光ＭＬの波長的な欠落に相当する可視域の他波長領域において部分反射膜２４ｂの反射率を０％に略等しくすることができ、部分反射膜２４ｂによって外界光ＯＬが遮られることを可能な限り回避することができる。なお、部分反射膜２４ｂは、板状体２４ａ上に直接形成されるものである必要はなく、例えば板状体２４ａをハードコート膜で被覆し、その上に部分反射膜２４ｂを形成してもよい。

部分反射膜２４ｂは、上記のような誘電体多層膜に限らず、金属膜と複合した多層膜によって形成することもできる。

図５は、画像光生成装置１１から射出される画像光ＭＬの波長特性と、部分反射膜２４ｂの反射特性とを説明するチャートである。このチャートにおいて、横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、反射率（％）又は光強度（任意単位）を示す。なお、説明の便宜上、各色の光強度のピーク値を等しくしているが、各色の実際の光強度が等しいことを示すものではない。つまり、ＲＧＢの実際の光強度は、互いに異なるピーク値を有するものとなっている。

画像光生成装置１１から射出される画像光ＭＬは、画像光生成装置１１を構成するマイクロＬＥＤの発光特性に依存した波長分布特性を有する。画像光ＭＬは、ＲＧＢの各色の表示波長領域ＲＩにおいて、所定以上の強度を有する。一方、画像光生成装置１１から射出される画像光ＭＬは、表示波長領域ＲＩを除いた可視域の他波長領域ＲＪにおいて、所定以下の強度を有する。具体的には、画像光ＭＬの青成分ＢＬの表示波長領域ＲＩは、波長４２７～４７２ｎｍであり、画像光ＭＬの緑成分ＧＬの表示波長領域ＲＩは、波長５１２～５５７ｎｍであり、画像光ＭＬの赤成分ＲＬの表示波長領域ＲＩは、波長５９４～６３８ｎｍである。表示波長領域ＲＩは、例えば画像光ＭＬのピーク値の半値を基準として定義することができるが、これに限らず、ピーク値の例えば３０％を基準とするといったことも可能である。

部分反射膜２４ｂの反射特性は、ＲＧＢの各表示波長領域ＲＩにおいて、反射率の最大値を含み反射膜としての機能を発揮する反射特性部分ＲＡを有する。部分反射膜２４ｂの反射率は、各表示波長領域ＲＩにおいて、反射特性部分ＲＡで８０～９０％程度の反射率に設定され、ＲＧＢ間又はその外側の他波長領域ＲＪにおいて、０％～数％に設定されている。このことは、部分反射膜２４ｂが波長分布を有することを意味し、画像光ＭＬに対応する表示波長領域ＲＩにおける反射率が表示波長領域ＲＩを除いた可視域の他波長領域ＲＪにおける反射率よりも高くなっている。図示の例では、反射特性部分ＲＡでの反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。また、反射特性部分ＲＡを除いた反射特性部分ＲＢでの反射率は、０％に近い一様なものである必要はなく、反射率が０％に近い範囲で波長に伴って変動するものであってもよい。部分反射膜２４ｂの反射率や透過率を調整する手法として、例えば部分反射膜２４ｂを構成する誘電体多層膜の層数を増減調整すること、誘電体多層膜の膜厚をその設計上の適正値が波長λに対して例えばλ／４であるとしてこのような適正値から若干シフトさせること、成膜方法や成膜条件の調整等を挙げることができる。

なお、部分反射膜２４ｂの反射率は、ＲＧＢの表示波長領域ＲＩの全体で８０～９０％程度以上に設定されることが望ましいが、表示波長領域ＲＩの端部で低下してもよい。図示の実施例でも、表示波長領域ＲＩの両端で部分反射膜２４ｂの反射率がゼロに低下している。つまり、反射特性部分ＲＡの波長幅Δλは、画像光ＭＬの漏れを抑制する観点で表示波長領域ＲＩの波長幅に近いことが望ましいが、外界光ＯＬの減衰を低減する観点でＲＧＢの各色の表示波長領域ＲＩの波長幅よりも若干狭くしている。表示波長領域ＲＩの波長幅は、画像光生成装置１１を構成する発光素子の発光特性に依存するが、具体的には例えば３０ｎｍ～５０ｎｍに調整され、反射特性部分ＲＡの波長幅Δλは、部分反射膜２４ｂの性能にもよるが、具体的には例えば１０ｎｍ～３０ｎｍに設定されている。各色の画像光ＭＬの反射率は、反射特性部分ＲＡの反射率と反射特性部分ＲＢの反射率とを考慮する必要がある。本実施形態のように、反射特性部分ＲＡの波長幅Δλが表示波長領域ＲＩよりも狭く、かつ、反射特性部分ＲＢで反射率が実質的にゼロである場合、波長幅Δλが表示面１１ａすなわち光源の実効的な波長範囲になる。一方、反射特性部分ＲＡの波長幅Δλが表示波長領域ＲＩよりも広く、かつ、反射特性部分ＲＢで反射率が実質的にゼロである場合、表示面１１ａすなわち光源からの光が略すべて活用される。外界光の平均的な透過率は、３つの反射特性部分ＲＡでの反射率をα_Ｂ、α_Ｇ、α_Ｒとし、これらの波長幅をΔλ_Ｂ、Δλ_Ｇ、Δλ_Ｒとし、これらを除いた４つの反射特性部分ＲＢでの反射率をα_１、α_２、α_３、α_４とし、これらの波長幅をδλ_１、δλ_２、δλ_３、δλ_４として、
｛（１００－α_Ｂ）×Δλ_Ｂ＋（１００－α_Ｇ）×Δλ_Ｇ＋（１００－α_Ｒ）Δλ_Ｒ｝÷
（Δλ_Ｂ＋Δλ_Ｇ＋Δλ_Ｒ）＋
｛（１００－α_１）×δλ_１＋（１００－α_２）×δλ_２＋
（１００－α_３）×δλ_３＋（１００－α_４）×λ_４｝÷
（δλ_１＋δλ_２＋δλ_３＋δλ_４）
で与えられる。

表示波長領域ＲＩの波長幅は、画像光生成装置１１がレーザーアレイで構成される場合、ダイオードアレイの場合に比較して狭くなる。また、表示波長領域ＲＩの波長幅は、画像光生成装置１１が有機ＥＬアレイで構成される場合、ダイオードアレイの場合に比較して広くなる傾向がある。有機ＥＬアレイを用いた画像光生成装置１１であっても、画素に付随するカラーフィルターの波長特性を調整することによって波長幅の自在な調整が可能になる。

部分反射膜２４ｂの反射率が表示波長領域ＲＩにおいて最大で８０～９０％程度以上に設定されること、或いは反射特性部分ＲＡが８０～９０％程度以上の反射率に設定されることにより、画像光ＭＬが略無駄なく実質的に反射され、凹面透過ミラー２４の画像光ＭＬに対する反射効率が高められる。また、部分反射膜２４ｂの反射率がＲＧＢ間の他波長領域ＲＪにおいて略０％に設定されることにより、画像光ＭＬ以外の光、例えば外界光ＯＬが少ない損失で透過し、凹面透過ミラー２４のシースルー性が高められる。なお、部分反射膜２４ｂの反射率が他波長領域ＲＪで例えば１０％～２０％程度以下である低反射率の場合も、画像光ＭＬ以外の光を実質的に透過させているとみなす。

図４に戻って、反射防止膜２４ｃは、部分反射膜２４ｂを部分的に通過した画像光ＭＬが逆進してゴーストを形成することを防止している。反射防止膜２４ｃは、誘電体多層膜である。反射防止膜２４ｃは、板状体２４ａの第２面２ｂ上に、複数種類の金属酸化膜を光学設計に基づいた膜厚で積層することによって形成される。なお、反射防止膜２４ｃは、板状体２４ａ上に直接形成されるものである必要はなく、例えば板状体２４ａをハードコート膜で被覆し、その上に反射防止膜２４ｃを形成してもよい。

以上で説明した、第１実施形態の虚像表示装置１００では、凹面透過ミラー２４が透過傾斜ミラー２３に対向する内側に波長分布を有する部分反射膜２４ｂを有するので、部分反射膜２４ｂを透過して外界側に射出される画像光ＭＬを抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜２４ｂが波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラー２３の使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置１００の光学系の軽量化を図ることができる。

特に第１実施形態では、部分反射膜２４ｂが画像光ＭＬに対応する表示波長領域ＲＩにおける反射率が他波長領域ＲＪにおける反射率よりも高い特性を有するので、部分反射膜２４ｂでの反射によって画像光ＭＬの観察を容易にしつつ、部分反射膜２４ｂでの透過によって外界光ＯＬの観察を容易にすることができる。また、本実施形態では、部分反射膜２４ｂが他波長領域ＲＪの光を実質的に透過させるので、部分反射膜２４ｂにおける外界光ＯＬの透過率を、画像光ＭＬに影響しない波長域で可能な限り高めることができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の虚像表示装置について説明する。第２実施形態の虚像表示装置等は、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６は、第２実施形態の特徴を説明する図であり、第１実施形態の図５に示す部分反射膜２４ｂの反射率に変更を加えたものである。部分反射膜２４ｂの反射特性は、ＲＧＢの各表示波長領域ＲＩにおいて、反射率の最大値を含み反射膜としての機能を発揮する反射特性部分ＲＡを有し、ＲＧＢ間又はその外側の他波長領域ＲＪにおいて、透過膜としての機能を発揮する透過特性部分ＲＢを有する。部分反射膜２４ｂの反射率は、各色の表示波長領域ＲＩにおいて、８０～９０％程度（反射特性部分ＲＡ参照）に設定され、ＲＧＢ間又はその外側の他波長領域ＲＪにおいて、２０～７０％程度（透過特性部分ＲＢ参照）に設定されている。

図示の例では、反射特性部分ＲＡで反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。また、透過特性部分ＲＢでも反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。

部分反射膜２４ｂの反射率が他波長領域ＲＪにおいて２０～７０％程度に設定されること、或いは透過特性部分ＲＢが２０～７０％程度に設定されることは、部分反射膜２４ｂが、他波長領域ＲＪの光を部分的に透過させ部分的に遮断することを意味する。この場合、部分反射膜における外界光ＯＬの透過率を、画像光ＭＬに影響しない波長域で確保することになり、凹面透過ミラー２４のシースルー性を確保した構成となっている。

以上で説明した、第２実施形態の虚像表示装置１００では、部分反射膜２４ｂが他波長領域ＲＪの光を部分的に遮断するので、部分反射膜２４ｂにおける外界光ＯＬの透過率を画像光ＭＬに影響しない波長域で確保することができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の虚像表示装置について説明する。第３実施形態の虚像表示装置等は、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は、第３実施形態の虚像表示装置に組み込まれる凹面透過ミラーの構造について説明する図である。図７において、第１領域ＢＲ１は、第３実施形態の虚像表示装置に組み込まれる第１例の凹面透過ミラー１２４の構造について説明する拡大断面図であり、第２領域ＢＲ２は、第２例の凹面透過ミラー２２４の構造について説明する拡大断面図である。

図７の第１領域ＢＲ１に示す第１例において、板状体１２４ａは、射出光吸収部材４２であり、部分反射膜２４ｂを通過した射出光が外界側に射出することを抑制する。板状体１２４ａすなわち射出光吸収部材４２により、透過率を例えば１／２にするといった任意の減光が可能になる。射出光吸収部材４２は、樹脂の基材中に吸収剤を分散させた材料からなり、具体的には、約１０～１００ｎｍのサイズを有し金属等からなるナノ粒子を樹脂に含有させることによって形成される。ここで、射出光吸収部材４２中に分散させたナノ粒子が、ＲＧＢの３色でバランスよく光を吸収するものであれば、透過光の色調を維持した減光が可能になる。射出光吸収部材４２中のナノ粒子の密度等の調整によって、射出光吸収部材４２の透過率を調整することができる。金属ナノ粒子は単体金属に限らず合金等であってもよい。射出光吸収部材４２は、樹脂の基材中にナノ粒子を分散させたものに限らず、樹脂中に無機顔料や有機顔料を混入させたものを用いることができ、この場合、顔料の選択や配合によって調色が可能になる。その他、カーボンファイバーを練り込んだ樹脂を用いることもできる。

図８は、第３実施形態の虚像表示装置に組み込まれる凹面透過ミラー１２４の特性を説明する図であり、第１実施形態の図５に示す部分反射膜２４ｂの反射率に変更を加えたものになっている。第３実施形態の場合、部分反射膜２４ｂの反射特性は、ＲＧＢの各表示波長領域ＲＩにおいて、反射膜としての機能を発揮する反射特性部分ＲＡが２０～７０％程度の反射率に設定されている。この場合、凹面透過ミラー１２４が各表示波長領域ＲＩの外界光ＯＬを部分的に透過させ、全波長域に亘って外界光ＯＬの観察が可能になる。その一方で、部分反射膜２４ｂを透過して外側に射出される画像光ＭＬの強度も相対的に大きくなる。このため、射出光吸収部材４２において、部分反射膜２４ｂの外側に配置される板状体１２４ａを射出光吸収部材４２として機能させる。この射出光吸収部材４２により、部分反射面ＭＣを透過して外界側に射出された画像光ＭＬが減光され、表示中の映像が外部から見えにくくなる。

図８では、ＲＧＢの各表示波長領域ＲＩにおける反射率を一致させているが、ＲＧＢ間で相対的に反射率に差を持たせることもできる。

図７の第２領域ＢＲ２に示す第２例において、凹面透過ミラー２２４は、支持体である板状体２４ａと、板状体２４ａの内側に形成された部分反射膜２４ｂと、板状体２４ａの外界側に形成された射出光吸収膜４５と、射出光吸収膜４５の外界側に形成された反射防止膜２４ｃとを備える。

射出光吸収膜４５は、部分反射膜２４ｂを通過した射出光が外界側に射出することを抑制する吸収膜として機能する。射出光吸収膜４５により、透過率を例えば１／２にするといった任意の減光が可能になる。射出光吸収膜４５は、例えば板状体２４ａを構成する樹脂の外界側表面上に金属薄膜を形成することによって形成することができる。金属薄膜は、例えばＡｇ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属や誘電体材料を素材として、蒸着やスパッタリングによって多層膜として形成される。射出光吸収膜４５は、例えば板状体２４ａを構成する樹脂の外界側表面に染料を含浸させることによって形成することもできる。複数種類の染料を含浸させることによって透過光の色調を維持した減光が可能になる。さらに、射出光吸収膜４５は、グレーに着色された有機材料をコーティングすることによって形成することができ、グレーに着色されたポリエステルその他の樹脂フィルムを張り付けることによっても形成することができる。

なお、射出光吸収膜４５の外界側面４５ａ上には反射防止膜２４ｃが形成されている。反射防止膜２４ｃは、射出光吸収膜４５をハードコート膜で被覆した上に形成することができる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の虚像表示装置について説明する。第４実施形態の虚像表示装置等は、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９は、第４実施形態の虚像表示装置に組み込まれる画像光生成装置１１から射出される画像光ＭＬの波長特性と、凹面透過ミラー２４の反射特性を説明する図である。画像光生成装置１１から射出される画像光ＭＬの波長は、青色については、４２６ｎｍ～４７２ｎｍの範囲に亘り、緑色については、５２２ｎｍ～５６８ｎｍの範囲に亘り、赤色については、６５０ｎｍ～７０４ｎｍの範囲に亘るものとなっている。つまり、各色の表示波長領域ＲＩは、波長４２６ｎｍ～４７２ｎｍ、波長５２２ｎｍ～５６８ｎｍ、及び波長６５０ｎｍ～７０４ｎｍに設定されている。第１実施形態と比較すると、青色の中心波長を元のままに維持し、緑色の中心波長を約１０ｎｍのシフト量で長波長側にシフトさせ、赤色の中心波長を約６０ｎｍのシフト量で長波長側にシフトさせている。これに対応して、凹面透過ミラー２４の部分反射膜２４ｂは、青の波長４３２ｎｍ～４６８ｎｍ、緑の波長５２６ｎｍ～５６４ｎｍ、及び赤の波長６５４ｎｍ～７００ｎｍにおいて反射特性部分ＲＡを有する。

信号機において、青灯は波長５０３ｎｍを主波長とし、黄灯は波長５９２ｎｍを主波長とし、赤灯は波長６３０ｎｍを主波長としている。一方、各色の波長は、規格によって多少の差異はあるが、紫が３８０～４３０ｎｍ、藍が波長４３０～４６０ｎｍ、青が波長４６０～５００ｎｍ、緑が波長５００～５７０ｎｍ、黄が波長５９０～６１０ｎｍ、橙が波長５９０～６１０ｎｍ、赤が波長６１０～７８０ｎｍといわれている。信号機の表示を見逃さないためには、凹面透過ミラー２４が、灯色すなわちシースルー確保波長である、波長６３０ｎｍ、波長５９２ｎｍ、及び波長５０３ｎｍの光を十分な透過率で透過させるものである必要がある。このため、本実施形態では、部分反射膜２４ｂをシースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めたものとする。図９に示す反射特性の凹面透過ミラー２４であれば、赤灯、黄灯、及び青灯の光を効率的に透過させつつも、波長４３２ｎｍ～４６８ｎｍの青又は藍色を反射し、波長５２６ｎｍ～５６４ｎｍの緑色を反射し、波長６５４ｎｍ～７００ｎｍの赤色を反射することが分かる。図示の例において、画像光生成装置１１の表示波長領域ＲＩ又は凹面透過ミラー２４の反射特性部分ＲＡの波長域は、信号機の表示波長に対して２０ｎｍ程度の差を有するものとなっており、画像光の表示色と信号機の灯色とを反射に関して仕分け可能なものとなっている。画像光生成装置１１の表示波長領域ＲＩ又は凹面透過ミラー２４の反射特性部分ＲＡの波長域は、信号機の灯色の主波長から１０ｎｍ～３０ｎｍ程度のシフト量でシフトさせたものに設定されることが望ましい。

以上では、凹面透過ミラー２４の反射特性を信号機について配慮したものとしたが、その他の警報等に関連する特定色の光を透過させる機能を凹面透過ミラー２４に持たせることができる。

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の虚像表示装置について説明する。第５実施形態の虚像表示装置等は、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１０を参照して、第５実施形態の虚像表示装置に組み込まれた光学ユニット５１２について説明する。図１０は、光学ユニット５１２のうち凹面透過ミラー２４の周辺を説明する拡大断面図である。

凹面透過ミラー２４の外界側には、シェード５１が配置されている。シェード５１は、図１に示す表示駆動部１０２に設けたメガネフレーム状の部分に対して着脱可能に固定されて凹面透過ミラー２４から離間して対向した状態で配置されている。凹面透過ミラー２４は、第１実施形態又は第３実施形態で説明したものと同様の構造を有する。

凹面透過ミラー２４の構造は、図４に示すものと同様となっており、例えば図６に示すような反射特性を有する。

シェード５１は、支持体である板状体５１ａと、板状体５１ａの内側に形成された反射防止膜５１ｂと、板状体５１ａの外界側に形成された部分反射膜５１ｃとを備える。部分反射膜５１ｃは、外界光ＯＬのうち画像光ＭＬと同一の波長を有するものが凹面透過ミラー２４に入射することを抑制する。部分反射膜５１ｃの反射率の波長特性は、凹面透過ミラー２４の部分反射膜２４ｂの反射率の波長特性と同様のものとなっている。具体的には、部分反射膜２４ｂは、ＲＧＢの各表示波長領域ＲＩにおいて、７０％を超えるような高い反射率を有し、ＲＧＢ間又はその外側の他波長領域ＲＪにおいて、２０～７０％程度の透過性の反射率を有するように設定されている。部分反射膜２４ｂは、各表示波長領域ＲＩで外界光ＯＬを完全には遮光せず若干の漏れ光が生じる。部分反射膜５１ｃは、表示波長領域ＲＩの外界光ＯＬが部分反射膜２４ｂに入射しこれを透過することを抑制する。部分反射膜５１ｃによって、外界光ＯＬが画像光ＭＬの観察を妨げる現象をより確実に防止することができる。部分反射膜５１ｃは、部分反射膜２４ｂを通過した画像光ＭＬを減衰させ、画像光ＭＬの外界への漏れを抑制している。

シェード５１において、板状体５１ａは、図７に示す板状体１２４ａのように、射出光吸収部材４２として機能するものであってもよい。射出光吸収部材４２として機能する板状体５１ａにより、外界光ＯＬや画像光ＭＬの通過をより制限することができる。

シェード５１において、板状体５１ａの外界側に、図７に示す凹面透過ミラー２２４と同様に、射出光吸収膜４５を設けることができる。射出光吸収膜４５により、外界光ＯＬの通過をより制限することができる。

図１１に示すように、シェード５１は、表示駆動部１０２に設けたフレーム状の部分に対して着脱可能に固定されている。シェード５１は、凹面透過ミラー２４を含む外観部材１０３を全体的に覆っている。結果的に、シェード５１は、凹面透過ミラー２４の内側に形成された部分反射膜２４ｂ又は板状体２４ａを覆う領域に設けられている。シェード５１は、凹面透過ミラー２４に部分反射膜２４ｂが設けられている場合、かかる部分反射膜２４ｂを覆う領域に設けられることになる。このように、シェード５１によって部分反射膜２４ｂを完全に覆うことで、画像光ＭＬが外部からより見えにくくなる。なお、部分反射膜２４ｂが凹面透過ミラー２４の全領域に形成されていない場合、シェード５１も、部分反射膜２４ｂに対向する狭い領域を覆うようなものとすることができる。

〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態の虚像表示装置について説明する。第６実施形態の虚像表示装置等は、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１２及び１３を参照して、第６実施形態の虚像表示装置について説明する。図１２は、虚像表示装置１００の構造を説明する模式的な斜視図である。図１３において、第１領域ＣＲ１は、画像光生成装置１１及び光学ユニット６１２の側面図であり、第２領域ＣＲ２は、画像光生成装置１１及び光学ユニット６１２の光路に沿った部分的な断面を示す平面図である。

光学ユニット６１２は、透過傾斜ミラー２３と、凹面透過ミラー２４とを備える。つまり、第６実施形態の虚像表示装置では、中間像を形成することなく凹面透過ミラー２４に画像光ＭＬを入射させる。

光路について説明すると、画像光生成装置１１からの画像光ＭＬは、透過傾斜ミラー２３に入射する。透過傾斜ミラー２３で例えば５０％程度反射された画像光ＭＬは、凹面透過ミラー２４に入射して部分反射面ＭＣによって殆ど反射される。凹面透過ミラー２４で反射された画像光ＭＬは、装着者ＵＳの眼ＥＹ又は瞳孔が配置される射出瞳ＥＰに入射する。射出瞳ＥＰには、凹面透過ミラー２４を通過した外界光ＯＬも入射する。つまり、ＨＭＤ２００を装着した装着者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。

光学ユニット６１２において、凹面透過ミラー２４の断面構造は、図４、７等に示すものと同じものとなっており、画像光ＭＬの波長域で反射率が高くなっている。また、凹面透過ミラー２４の外界側には、図１０に示すシェード５１を着脱可能に配置することができる。

〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態の虚像表示装置について説明する。第７実施形態の虚像表示装置等は、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１４を参照して、第７実施形態の虚像表示装置について説明する。光学ユニット７１２は、投射光学系７２１と、折り返しミラー２２と、透過傾斜ミラー２３と、凹面透過ミラー２４とを備える。つまり、投射光学系７２１と透過傾斜ミラー２３の間に折り返しミラー２２が配置されている。

折り返しミラー２２は、画像光生成装置１１からの光路順で、第１ミラー２２ａと第２ミラー２２ｂとを含む。折り返しミラー２２は、投射光学系７２１からの画像光ＭＬを交差方向に反射する。第２ミラー２２ｂの光射出側には、透過傾斜ミラー２３が配置されている。投射光学系７２１の光軸である投射光軸ＡＸ０は、横のＸ軸方向に平行に延びている。第１ミラー２２ａによって投射光軸ＡＸ０から反射光軸ＡＸ１に沿って光路が折り曲げられ、第２ミラー２２ｂによって反射光軸ＡＸ１から反射光軸ＡＸ２に沿って光路が折り曲げられる。結果的に、投射光学系７２１の射出側において略水平方向に延びていた光軸が透過傾斜ミラー２３の入射側において鉛直に近い方向に延びる。

透過傾斜ミラー２３は、鉛直方向に延びるＸＹ面を基準とした場合、－Ｘ側から見てＸ軸の周りに反時計方向に角度θ＝２０～４０°程度傾いた状態となっている。画像光生成装置１１から折り返しミラー２２にかけての光路は、透過傾斜ミラー２３の上側に配置されている。より具体的には、画像光生成装置１１、投射光学系２１、及び折り返しミラー２２は、透過傾斜ミラー２３を延長した傾斜平面と、凹面透過ミラー２４の上端を上方に延長した鉛直面との間に挟まれた空間に配置されている。

光学ユニット７１２において、凹面透過ミラー２４の断面構造は、図４、７等に示すものと同じものとなっており、画像光ＭＬの波長域で反射率が高くなっている。また、凹面透過ミラー２４の外界側には、図１０に示すシェード５１を着脱可能に配置することができる。

〔第８実施形態〕
以下、第８実施形態の虚像表示装置について説明する。第８実施形態の虚像表示装置等は、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１５を参照して、第８実施形態の虚像表示装置について説明する。本実施形態では、凹面透過ミラー２４のうち、透過傾斜ミラー２３に対向する領域Ａ１において、部分反射面ＭＣを形成することができる。領域Ａ１の周囲の領域Ａ２，Ａ３については、部分反射面ＭＣに対して徐々に画像光ＭＬの反射率を減少させた反射率遷移領域を形成することができる。

〔変形例その他〕
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、画像光生成装置１１としてマイクロＬＥＤディスプレイで等の自発光型の表示デバイスやＬＣＤ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。

凹面透過ミラー２４の部分反射膜２４ｂについては、回折格子によって形成することもできる。この場合も、画像光ＭＬに対応する表示波長領域ＲＩにおける反射率が他波長領域ＲＪにおける反射率よりも高くなる。

凹面透過ミラー２４を構成する板状体２４ａについては、樹脂材に限らず、ガラスや合成石英で形成することもできる。

光学ユニット１２は、透過傾斜ミラー２３の前段に、導光体、プリズム、プリズムとミラーの複合体等を含む光学系であってもよい。

具体的な態様における虚像表示装置は、画像光生成装置と、画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。

上記虚像表示装置では、凹面透過ミラーが透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有するので、部分反射膜を透過して外界側に射出される画像光を抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜が波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラーの使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。

具体的な側面において、部分反射膜は、画像光に対応する表示波長領域における反射率が表示波長領域を除いた可視域の他波長領域における反射率よりも高い特性を有する。この場合、部分反射膜での反射によって画像光の観察を容易にしつつ、部分反射膜での透過によって外界光の観察を容易にすることができる。

別の側面において、部分反射膜は、他波長領域の光を実質的に透過させる。この場合、部分反射膜における外界光の透過率を、画像光に影響しない波長域で可能な限り高めることができる。

さらに別の側面において、部分反射膜は、他波長領域の光を部分的に遮断する。この場合、部分反射膜における外界光の透過率を、画像光に影響しない波長域で確保することができる。

さらに別の側面において、部分反射膜は、シースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている。この場合、画像光を一般的な波長域からシフトさせ、凹面透過ミラーにおいて一般的な画像光と重なる波長域の外界光を透過させることができ、重要と認められる情報の取り込みが妨げられることを防止することができる。

さらに別の側面において、部分反射膜は、シースルー確保波長に対して３０ｎｍ以下のシフト量でシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている。

さらに別の側面において、凹面透過ミラーは、部分反射膜を支持する支持体を介して部分反射膜の反対側に反射防止膜を有する。この場合、部分反射膜を通過した画像光が支持体の反対側で反射されることを防止することができ、ゴーストの発生を抑制することができる。

さらに別の側面において、凹面透過ミラーは、画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射し射出瞳を形成する。

さらに別の側面において、凹面透過ミラーの外界側に凹面透過ミラーから離間したシェードを有する。シェードによって、外界側に射出される画像光を抑制することができる。

さらに別の側面において、シェードは、凹面透過ミラー内側に設けられた部分反射膜を覆う領域に設けられる。

さらに別の側面において、シェードは、波長分布を有する部分反射膜を有する。部分反射膜によって、外界側に射出される画像光を抑制することができる。

さらに別の側面において、凹面透過ミラーの厚みは２ｍｍ以下である。この場合、ミラー部材を軽量にするこができ、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。

さらに別の側面において、透過傾斜ミラーから凹面透過ミラーに向かう射出光軸は、水平軸に対して前方で下向きに設定されている。

さらに別の側面において、画像光生成装置からの画像光を交差方向に反射する折り返しミラーをさらに備える。この場合、画像光生成装置やこれに付随する光学素子が透過傾斜ミラーの上方や後方に大きく出っ張ることを防止しやすくなりでき、虚像表示装置を小型化することによって、スマートな外観を達成することができる。

さらに別の側面において、画像光生成装置と透過傾斜ミラーとの間に配置され中間像を形成する投射光学系をさらに備える。この場合、投射光学系によって画像光生成装置を小型化しつつ画質を高めることができる。

さらに別の側面において、中間像を形成することなく凹面透過ミラーに画像光を入射させる。

具体的な態様における光学ユニットは、画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。

上記光学ユニットでは、凹面透過ミラーが透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有するので、部分反射膜を透過して外界側に射出される画像光を抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜が波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラーの使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。

１１…画像光生成装置、１２…光学ユニット、１３…表示制御回路、２１…投射光学系、２２…折り返しミラー、２３…透過傾斜ミラー、２４，１２４，２２４…凹面透過ミラー、２４ａ，１２４ａ…板状体、２４ｂ…部分反射膜、２４ｃ…反射防止膜、４２…射出光吸収部材、４５…射出光吸収膜、５１…シェード、５１ｃ…部分反射膜、１００…虚像表示装置、１００Ａ，１００Ｂ…表示装置、１００Ｃ…支持装置、１０２…表示駆動部、１０３…外観部材、ＡＸ…光軸、ＡＸＥ…射出光軸、ＢＬ…青成分、ＧＬ…緑成分、ＲＬ…赤成分、ＥＰ…射出瞳、ＥＹ…眼、ＩＩ…中間像、ＬＥ…漏れ光、ＭＣ…部分反射面、ＭＬ…画像光、ＯＬ…外界光、ＯＳ…第三者、ＲＡ…反射特性部分、ＲＢ…透過特性部分、ＲＩ…表示波長領域、ＲＪ…他波長領域、ＵＳ…装着者

Claims (17)

1. 画像光生成装置と、
   前記画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、
   前記透過傾斜ミラーで反射された画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射する凹面透過ミラーとを備え、
   前記凹面透過ミラーは、前記透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する、虚像表示装置。
2. 前記部分反射膜は、前記画像光に対応する表示波長領域における反射率が前記表示波長領域を除いた可視域の他波長領域における反射率よりも高い特性を有する、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記部分反射膜は、前記他波長領域の光を実質的に透過させる、請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記部分反射膜は、前記他波長領域の光を部分的に透過させる、請求項２に記載の虚像表示装置。
5. 前記部分反射膜は、シースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている、請求項１～３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記部分反射膜は、前記シースルー確保波長に対して３０ｎｍ以下のシフト量でシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている、請求項５に記載の虚像表示装置。
7. 前記凹面透過ミラーは、前記部分反射膜を支持する支持体を介して前記部分反射膜の反対側に反射防止膜を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記凹面透過ミラーは、前記画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射し射出瞳を形成する、請求項１～７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 前記凹面透過ミラーの外界側に前記凹面透過ミラーから離間したシェードを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記シェードは、前記凹面透過ミラーの内側に設けられた前記部分反射膜を覆う領域に設けられる、請求項９に記載の虚像表示装置。
11. 前記シェードは、波長分布を有する部分反射膜を有する、請求項９及び１０のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
12. 前記凹面透過ミラーの厚みは２ｍｍ以下である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
13. 前記透過傾斜ミラーから前記凹面透過ミラーに向かう射出光軸は、水平軸に対して前方で下向きに設定されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
14. 前記画像光生成装置からの画像光を交差方向に反射する折り返しミラーをさらに備える、請求項１～１３のいずれか一項記載の虚像表示装置。
15. 前記画像光生成装置と前記透過傾斜ミラーとの間に配置され中間像を形成する投射光学系をさらに備える、請求項１～１４のいずれか一項記載の虚像表示装置。
16. 中間像を形成することなく前記凹面透過ミラーに画像光を入射させる、請求項１～１４のいずれか一項記載の虚像表示装置。
17. 画像光を反射する透過傾斜ミラーと、
    前記透過傾斜ミラーで反射された画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射する凹面透過ミラーとを備え、
    前記凹面透過ミラーは、前記透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する、光学ユニット。

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