JP6019918B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示素子によって形成された映像を観察者に提示する虚像表示装置に関し、特に観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに好適な虚像表示装置に関する。

観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも言う）等の虚像表示装置に組み込まれる光学系として様々なものが提案されている（特許文献１参照）。

ＨＭＤ等の虚像表示装置については、小型化及び軽量化を進展させることと、画質を低下させないで広画角化を達成することとが望まれている。また、観察者の視界を全て覆ってしまい、映像光のみが見える状態にしてしまうと、観察者に外界の状態が判らず、不安を与えてしまう。むしろ、外界と映像を重ねて見せることによって、仮想現実の様な新しい用途が生み出される。このため、外界の視界を妨げず、映像光を重ねて表示するディスプレイが望まれている。さらに、観察者の装着感を向上させ、見た目のフォルムを良くするためには、一般には眼鏡の形態に近づくことが望ましく、映像表示装置を眼の上方に置かないで顔の横側に離れて配置することが望ましくなる。

特許文献１では、画像表示素子に表示した画像を中間結像面に結像するリレー系を有し、特に、光束の一部を遮光する複数の絞りを有することで、ゴーストやフレアを少なくするものが提案されている。これらの絞りは、光軸に対して対称に配置されている。

ところで、虚像表示装置の小型化及び軽量化を図り、さらには画質を低下させることなく広画角化を達成するためには、例えば映像光を導波させるプリズム等の部材において、光学的機能を有する面の境界付近まで余すことなく使用したい場合がある。しかしながら、境界付近まで使用するような箇所は、映像光の一部が意図しない方向に導波されやすく、ゴーストが発生しやすい。

特許４９２６４３２号公報

本発明は、外界光と映像光とを重ねて表示させるシースルー機能を持ち、広画角かつ高性能でありながら、小型軽量であって、ゴーストの発生を抑制できる虚像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の虚像表示装置は、（ａ）映像光を生じさせる映像表示素子と、（ｂ）映像表示素子からの映像光を射出する投射レンズと、（ｃ）映像光のうち映像表示素子の所定箇所から生じる部分光束について所定方向に関して取り込める角度範囲に偏りを有するプリズムと、を備え、（ｄ）映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、（ｅ）投射レンズの射出瞳位置において光軸から離れた周辺側に配置され、所定箇所から生じる映像光の部分光束のうち所定方向に関して取り込める角度範囲が狭くなる側を予め遮光する遮光構造を備える。ここで、投射レンズの射出瞳位置は、投射レンズ内に又は隣接する位置であって、観察者の眼の配置される位置である本来の射出瞳位置と共役な関係にあるすなわち本来の射出瞳位置と等価な位置を意味する。射出瞳位置では、映像光の全ての光束を制御することが可能となる。

上記虚像表示装置において、例えばプリズムが非対称な形状の曲面を含むことで、画角や画質を確保しつつ薄型にして光学系全体を小型にすることが可能になるが、その反面、プリズムにおいて映像光を有効に取り込むことのできる角度範囲に制限（偏り）が生じる場合がある。このような場合に、当該角度範囲外を通過する成分が存在すると、この成分が意図しない反射をしてゴースト発生の原因となる可能性がある。これに対して、上記虚像表示装置では、遮光構造が投射レンズの射出瞳位置において、光軸から離れた周辺側に設けられている。これにより、例えば映像表示素子の周辺からの映像光のうち観察者の眼に近い側から射出される部分光束のように、プリズムで取り込める角度範囲が狭くなり角度範囲外を通過する成分を含むものに対して、遮光構造によって不要となる成分をプリズムへの入射前に予め遮断できる。この際、遮光構造が観察者の眼の瞳位置の共役位置において遮光を行うことで、映像光のうち遮光の対象でない他の光束についてムラを生じさせたり、必要な成分まで除去して輝度劣化を招いてしまったりすることなく、所望の成分除去ができる。つまり、映像光として有用な成分の遮断を回避しつつ、不要な成分に起因するゴーストの発生を抑制することができる。なお、外界光については、プリズムを透視可能にすることで観察可能にすることができる。

本発明の具体的な側面では、投射レンズを含む光学系が、プリズムの内部に中間像を形成するリレー光学系である。この場合、中間像を形成することで、映像表示素子の設置箇所を、例えば耳の近くのように観察者にとって邪魔とならない眼から離れた位置とする場合であっても、結像状態の良い画像を形成させることができる。

本発明の別の側面では、遮光構造が、円形開口の一部を遮蔽した開口形状を形成し、投射レンズを構成する一部のレンズの光路前段に配置され、当該一部のレンズへの映像光の入射範囲を規定する遮光部材である。この場合、遮光部材の形状を変えることで、偏光状態を調整できる。

本発明のさらに別の側面では、遮光構造が、投射レンズの光軸から離れた周辺領域のうちプリズムが観察者側に延びる部分領域の一部を遮光する。この場合、最もゴーストを発生させやすい成分を確実に遮光することができる。

本発明のさらに別の側面では、プリズムが、非対称な形状の曲面を３つ以上含み、プリズムを構成する複数面のうち第１面と第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、第１面と第３面とが、観察側に対し凹面形状を成しており、映像表示素子からの映像光が、第３面で全反射され、第１面で全反射され、第２面で反射された後、第１面を透過して、観察側に到達する。この場合、プリズムを薄型にして光学系全体を小型で軽量なものにできるため、重心を観察者に近づけて装着感を向上させることができる。

本発明のさらに別の側面では、遮光構造が、プリズムの第２面の外界側に隣接する面に向かう映像光を予め遮光する。この場合、プリズム内において最もゴースト発生の生じやすい映像光の成分を遮光構造において予め除去することができる。

本発明のさらに別の側面では、第２面にハーフミラーを形成し、映像光を観察者に提示するとともに、第２面の外側に光透過部材を一体的に配置し、外界光に対する視度を略０にして、外界光と映像光とを重ねて観察者に提示する。この場合、第２面越しに観察する外界光のデフォーカスや歪みを低減できる。

本発明のさらに別の側面では、光透過部材が、観察者側に第１透過面と第２透過面とを有するとともに外界側に第３透過面を有し、プリズムの第２面と光透過部材の第２透過面とが、略同じ曲率の形状を有し、第２面と第２透過面とが、一体化されている。この場合、面同士を接合して一体化することができる。

本発明のさらに別の側面では、投射レンズが、軸対称なレンズによって構成されており、少なくとも１面以上の非球面を含んでいる。

本発明に係る第２の虚像表示装置は、（ａ）映像光を生じさせる映像表示素子と、（ｂ）映像表示素子からの映像光を射出する投射レンズと、（ｃ）映像光のうち映像表示素子の所定箇所から生じる部分光束について所定方向に関して取り込める角度範囲に偏りを生じさせる面形状を有するプリズムと、を備え、（ｄ）映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、（ｅ）投射レンズの射出瞳位置において光軸から離れた周辺側に配置され、所定箇所から生じる部分光束のうちプリズムの面形状の境界部分を越えて規定の光路外の部分に入射する映像光を予め遮光する遮光構造を備える。

上記虚像表示装置において、例えばプリズムが非対称な形状の曲面を上記面形状に含むことで、画角や画質を確保しつつ薄型にして光学系全体を小型にすることが可能になるが、その反面、プリズムにおいて映像光を有効に取り込むことのできる角度範囲に制限（偏り）が生じる場合がある。このような場合に、当該角度範囲外を通過する成分が存在すると、この成分が意図しない反射をしてゴースト発生の原因となる可能性がある。これに対して、上記虚像表示装置では、遮光構造が投射レンズの射出瞳位置において、光軸から離れた周辺側に設けられている。これにより、例えば映像表示素子の周辺からの映像光のうち観察者の眼に近い側から射出される部分光束のように、プリズムの面形状の境界部分を越えて規定の光路外の部分に入射する映像光の成分を、遮光構造によってプリズムへの入射前に予め遮断できる。この際、遮光構造が観察者の眼の瞳位置の共役位置において遮光を行うことで、映像光のうち遮光の対象でない他の光束についてムラを生じさせたり、必要な成分まで除去して輝度劣化を招いてしまったりすることなく、所望の成分除去ができる。つまり、映像光として有用な成分の遮断を回避しつつ、不要な成分に起因するゴーストの発生を抑制することができる。なお、外界光については、プリズムを透視可能にすることで観察可能にすることができる。

本発明の具体的な側面では、プリズムが、面形状を形成する非対称な形状の曲面を３つ以上含み、プリズムを構成する複数面のうち第１面と第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、第１面と第３面とは、観察側に対し凹面形状を成しており、映像表示素子からの映像光が、第３面で全反射され、第１面で全反射され、第２面で反射された後、第１面を透過して、観察側に到達し、遮光構造が、第２面での反射に際して、第２面と第３面とによる境界部分を越えて規定の光路外の部分である第３面に向かう映像光を予め遮光する。この場合、プリズムを薄型にして装着感を向上させるとともに、薄型化に伴って映像光の光路に制限が生じる場合にも、プリズム内において最もゴースト発生の生じやすい映像光の成分を遮光構造において予め除去することができる。

第１実施形態の虚像表示装置の外観を説明する斜視図である。 虚像表示装置の本体構造を説明する斜視図である。 （Ａ）は、虚像表示装置を構成する第１表示装置の本体部分の平面視の断面図であり、（Ｂ）は、本体部分の正面図である。 第１表示装置中のプリズムにおける光学面や光路を説明する断面図である。 比較例のプリズムにおける光学面や光路を説明する断面図である。 変形例の遮光構造について説明する図である。 第２実施形態の虚像表示装置について説明する図である。 第３実施形態の虚像表示装置について説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の虚像表示装置について詳細に説明する。

〔Ａ．虚像表示装置の外観〕
図１に示す本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であり、この虚像表示装置１００を装着した観察者に対して虚像による画像光を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を覆う透視部材１０１と、透視部材１０１を支持するフレーム１０２と、フレーム１０２の左右両端のカバー部から後方のつる部分（テンプル）にかけての部分に付加された第１及び第２内蔵装置部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、透視部材１０１は、観察者の眼前を覆う肉厚で湾曲した光学部材（透過アイカバー）であり、第１光学部分１０３ａと第２光学部分１０３ｂとに分かれている。図面上で左側の第１光学部分１０３ａと第１内蔵装置部１０５ａとを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第２光学部分１０３ｂと第２内蔵装置部１０５ｂとを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。

〔Ｂ．表示装置の構造〕
図２、図３（Ａ）、３（Ｂ）等に示すように、第１表示装置１００Ａは、投射透視装置７０と、画像表示装置８０とを備える。このうち、投射透視装置７０は、導光部材であるプリズム１０と、光透過部材５０と、結像用の投射レンズ３０と、映像光の一部を遮光する遮光構造である遮光部材４０とを備える。プリズム１０と光透過部材５０とは接合によって一体化され、プリズム１０の上面１０ｅとフレーム６１の下面６１ｅとが接するようにフレーム６１の下側にしっかりと固定されている。投射レンズ３０は、これを収納する鏡筒６２を介してプリズム１０の端部に固定されている。投射透視装置７０のうちプリズム１０と光透過部材５０とは、図１における第１光学部分１０３ａに相当し、投射透視装置７０の投射レンズ３０と、画像表示装置８０とは、図１における第１内蔵装置部１０５ａに相当する。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。

投射透視装置７０のうち、プリズム１０は、平面視において顔面に沿うように湾曲した円弧状の部材であり、鼻に近い中央側の第１プリズム部分１１と、鼻から離れた周辺側の第２プリズム部分１２とに分けて考えることができる。第１プリズム部分１１は、光射出側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第１面Ｓ１１と、第２面Ｓ１２と、第３面Ｓ１３とを有し、第２プリズム部分１２は、光入射側に配置され、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５と、第６面Ｓ１６とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが隣接し、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間に第２面Ｓ１２が配置され、第４面Ｓ１４と第５面Ｓ１５との間に第６面Ｓ１６が配置されている。また、プリズム１０は、第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６に隣接するとともに互いに対向する第１の側面１０ｅと第２の側面１０ｆとを有する。

プリズム１０において、第１面Ｓ１１は、Ｚ軸に平行な射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面であり、第２面Ｓ１２は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ１を中心軸とする自由曲面であり、第３面Ｓ１３は、射出側光軸ＡＸＯを中心軸とする自由曲面である。第４面Ｓ１４は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ３，ＡＸ４の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第５面Ｓ１５は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した一対の光軸ＡＸ４，ＡＸ５の２等分線を中心軸とする自由曲面であり、第６面Ｓ１６は、ＸＺ面に平行な基準面ＳＲに含まれＺ軸に対して傾斜した光軸ＡＸ４を中心軸とする自由曲面である。なお、以上の第１〜第６面Ｓ１１〜Ｓ１６は、水平（又は横）に延びＸＺ面に平行で光軸ＡＸ１〜ＡＸ５等が通る基準面ＳＲを挟んで、鉛直（又は縦）のＹ軸方向に関して対称な形状を有している。

プリズム１０は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されており、型内に熱可塑性樹脂を注入・固化させることにより、成形する。プリズム１０の本体部分１０ｓは、一体形成品とされているが、第１プリズム部分１１と第２プリズム部分１２とに分けて考えることができる。第１プリズム部分１１は、映像光ＧＬの導波及び射出を可能にするとともに、外界光ＨＬの透視を可能にする。第２プリズム部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１プリズム部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１プリズム部分１１外に射出させる屈折面として機能するとともに、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。第１面Ｓ１１は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、観察者に対し凹面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。このハードコート層は、本体部分１０ｓの下地面上に樹脂等からなるコート剤をディップ処理やスプレーコート処理によって成膜することによって形成される。

第２面Ｓ１２は、ハーフミラー層１５を有している。このハーフミラー層１５は、光透過性を有する反射膜（すなわち半透過反射膜）である。ハーフミラー層（半透過反射膜）１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、その部分領域ＰＡ上に形成されている。つまり、ハーフミラー層１５は、第２面Ｓ１２が広がる全体領域ＱＡを主に鉛直方向に関して狭めた部分領域ＰＡ上に形成されている。より詳細には、この部分領域ＰＡは、鉛直のＹ軸方向に関する中央側に配置されており、水平の基準面ＳＲに沿った方向に関して略全体に配置されている。ハーフミラー層１５は、本体部分１０ｓの下地面のうち部分領域ＰＡ上に、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成される。ハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、シースルーによる外界光ＨＬの観察を容易にする観点で、想定される映像光ＧＬの入射角範囲において１０％以上５０％以下とする。具体的な実施例のハーフミラー層１５の映像光ＧＬに対する反射率は、例えば２０％に設定され、映像光ＧＬに対する透過率は、例えば８０％に設定される。

第３面Ｓ１３は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能する。なお、第３面Ｓ１３は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に観察者に対し凹面形状を成しており、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて外界光ＨＬを見たときに、視度が略０になっている。

第２プリズム部分１２において、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、映像光ＧＬを内面側で全反射させる全反射面として機能し、或いはミラー層１７で被覆されて反射面として機能する。なお、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５を全反射面として機能させる場合、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできる。

第６面Ｓ１６は、映像光ＧＬを第２プリズム部分１２内に入射させる屈折面として機能する。なお、第６面Ｓ１６は、表面の損傷を防止し映像の解像度低下を防止する目的で、本体部分１０ｓをハードコート層で被覆することもできるが、ハードコート層に代えて、或いは、ハードコート層の上からさらに反射防止膜１７で被覆することもできる。

以上のように、第１面Ｓ１１から第６面Ｓ１６は、プリズム１０の表面の面形状を形成するものであって、特に、映像光ＧＬを導くものであるが、逆に言えば、第１面Ｓ１１から第６面Ｓ１６は、映像光ＧＬとして観察者に届けることのできる範囲すなわち許容できる入射光の角度範囲を規制し、結果として角度範囲に偏りを生じさせるものでもある。特に、本実施形態の場合、プリズム１０の各面Ｓ１１〜Ｓ１６が映像光ＧＬに対して非対称な形状の曲面であるため、映像光ＧＬが射出される位置によってプリズム１０での導波のされ方は、非対称なものとなっている。具体的に例えば、映像光ＧＬのうち、画像表示装置８０の中央側から射出される成分を第１部分光束ＧＬ１とし、周辺側から射出される成分であって観察者（又はハーフミラー層１５）から遠い側から射出されるものを第２部分光束ＧＬ２とし、観察者（又はハーフミラー層１５）から近い側から射出されるものを第３部分光束ＧＬ３とすると、これらの各部分光束ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３の間では、プリズム１０を伝搬できる角度範囲が異なっている。このため、例えば、第３部分光束ＧＬ３のうち一部の成分には、プリズム１０を伝搬できる角度範囲外のものが含まれている可能性があり、特に、第３部分光束ＧＬ３が第２面Ｓ１２と第３面Ｓ１３との境界部分Ｋを伝搬する際に、意図しない反射をする可能性が高いものとなっている。つまり、図示の場合、境界部分Ｋ付近が映像光ＧＬの角度範囲を最も制限するものとなっている。仮に、このような成分がプリズム１０を伝搬すると、ゴーストを発生させるおそれがある。

投射レンズ３０は、鏡筒６２内に保持され、画像表示装置８０は、鏡筒６２の一端に固定されている。プリズム１０の第２プリズム部分１２は、投射レンズ３０を保持する鏡筒６２に連結され、投射レンズ３０及び画像表示装置８０を間接的に支持している。プリズム１０の光入射側は、投射レンズ３０等とともに、カバー部材６３に覆われ遮光されている。プリズム１０上端部又は下端部もカバー部材６３に覆われている。プリズム１０の周辺には、プリズム１０に外光が入射することを防止する追加の遮光部を設けることができる。遮光部は、例えば遮光性の塗装や光散乱層で構成することができる。

投射レンズ３０は、入射側光軸ＡＸＩに沿って例えば３つのレンズ３１，３２，３３を有している。各レンズ３１，３２，３３は、軸対称なレンズであり、少なくとも１つ以上が非球面を有するものとなっている。投射レンズ３０は、画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬを再結像させるためにプリズム１０の第６面Ｓ１６を介してプリズム１０内に入射させる。つまり、投射レンズ３０は、映像表示素子８２の像面ＯＩ上の各点から射出された映像光又は画像光をプリズム１０内に再結像させるためのリレー光学系である。なお、プリズム１０の各面は、投射レンズ３０と協働することでリレー光学系の一部として機能する。

ここで、投射レンズ３０において、光束を最も絞った状態とする射出瞳位置ＰＰが、３つのレンズ３１，３２，３３のうち、画像表示装置８０側に位置するレンズ３２とレンズ３３との間にあるものとなっている。つまり、図示のように、射出瞳位置ＰＰにおいて各部分光束ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬ３が略重畳した状態となっている。ここで、虚像表示装置１００における本来の射出瞳位置は、眼ＥＹの配置されるべき位置である。図中の射出瞳位置ＰＰは、観察者の眼ＥＹの射出瞳位置に対して共役な関係にある位置である。つまり、射出瞳位置ＰＰは、投射側の射出瞳位置であり、本来の射出瞳位置と等価な位置にあり、射出瞳位置ＰＰにおいて遮光による光の制御を行うことで、観察者の眼ＥＹに入射すべき映像光ＧＬの状態を制御することができる。

遮光部材４０は、例えば黒塗りされた光吸収性の板状部材であり、投射レンズ３０のうち、上述した射出瞳位置ＰＰに配置されている。さらに、遮光部材４０は、当該位置において、観察者の眼ＥＹに近い側（＋Ｘ側）から投射レンズ３０の光軸である光軸ＡＸＩに向かって延び、光軸ＡＸＩから離れた周辺領域のうちプリズム１０が観察者側に延びる部分領域の一部の成分を遮光している。つまり、遮光部材４０は、投射レンズ３０内に又は隣接して配置されることで、映像光ＧＬの一部を遮光する遮光構造としての機能を果たしている。より具体的には、遮光部材４０は、投射レンズ３０を通過する映像光ＧＬのうち、例えば第３部分光束ＧＬ３について、画像表示装置８０の周辺側である観察者に近い側を通過する、成分のみを遮光するものとなっている。これにより、遮光部材４０は、第３部分光束ＧＬ３に含まれるゴーストを発生する可能性のある成分を予め除去している。この際、遮光部材４０は、各光束が略重畳した状態となっている眼ＥＹの瞳位置に対して共役な関係にある射出瞳位置ＰＰに配置されていることで、映像光ＧＬの他の光束について不均一に遮光してムラを生じさせたり、必要な成分まで除去して輝度劣化を招いてしまったりすることなく、ゴーストに起因する成分の除去を効率的に行うことを可能にしている。

光透透過部材５０は、プリズム１０と一体的に固定されている。光透透過部材５０は、プリズム１０の透視機能を補助する部材（補助プリズム）であり、光学的な機能を有する側面として、第１透過面Ｓ５１と、第２透過面Ｓ５２と、第３透過面Ｓ５３とを有する。ここで、第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３との間に第２透過面Ｓ５２が配置されている。第１透過面Ｓ５１は、プリズム１０の第１面Ｓ１１を延長した曲面上にあり、第２透過面Ｓ５２は、当該第２面Ｓ１２に対して接着層ＣＣによって接合され一体化されている曲面であり、第３透過面Ｓ５３は、プリズム１０の第３面Ｓ１３を延長した曲面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２とプリズム１０の第２面Ｓ４２とは、接合によって一体化するため、略同じ曲率の形状を有する。

光透透過部材（補助プリズム）５０は、可視域で高い光透過性を示し、プリズム１０の本体部分１０ｓと略同一の屈折率を有する熱可塑性樹脂材料で形成されている。

画像表示装置８０は、２次元的な照明光ＳＬを射出する照明装置８１と、透過型の空間光変調装置である映像表示素子８２と、照明装置８１及び映像表示素子８２の動作を制御する駆動制御部８４とを有する。

画像表示装置８０の照明装置８１は、赤、緑、青の３色を含む光を発生する光源８１ａと、光源８１ａからの光を拡散させて矩形断面の光束にするバックライト導光部８１ｂとを有する。映像表示素子８２は、例えば液晶表示デバイスで形成され、照明装置８１からの照明光ＳＬを空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光を形成する。駆動制御部８４は、光源駆動回路８４ａと、液晶駆動回路８４ｂとを備える。光源駆動回路８４ａは、照明装置８１の光源８１ａに電力を供給して安定した輝度の照明光ＳＬを射出させる。液晶駆動回路８４ｂは、映像表示素子８２に対して画像信号又は駆動信号を出力することにより、透過率パターンとして動画や静止画の元になるカラーの画像光を形成する。なお、液晶駆動回路８４ｂに画像処理機能を持たせることができるが、外付けの制御回路に画像処理機能を持たせることもできる。

〔Ｃ．映像光等の光路〕
以下、虚像表示装置１００における映像光ＧＬ等の光路について説明する。

映像表示素子８２から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０によって収束されつつ、プリズム１０に設けた比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６に入射する。

プリズム１０の第６面Ｓ１６を通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２プリズム部分１２を通過する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４で反射される。

第２プリズム部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１プリズム部分１１において、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３に入射して全反射され、比較的弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１に入射して全反射される。なお、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を通過する前後において、プリズム１０中に中間像を形成する。この中間像の像面ＩＩは、映像表示素子８２の像面ＯＩに対応するものであるが、第３面Ｓ１３で折り返されたものとなっている。

第１面Ｓ１１で全反射された映像光ＧＬは、第２面Ｓ１２に入射するが、特にハーフミラー層１５に入射した映像光ＧＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。なお、ハーフミラー層１５は、ここで反射される映像光ＧＬに対して比較的強い正の屈折力を有するものとして作用する。また、第１面Ｓ１１は、これを通過する映像光ＧＬに対して負の屈折力を有するものとして作用する。

第１面Ｓ１１を通過した映像光ＧＬは、観察者の眼ＥＹの瞳に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光ＧＬにより、映像表示素子８２上に形成された画像を観察することになる。

一方、外界光ＨＬのうち、プリズム１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１プリズム部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、プリズム１０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。同様に、外界光ＨＬのうち、プリズム１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透透過部材５０に入射したものは、これに設けた第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。さらに、外界光ＨＬのうち、プリズム１０の第２面Ｓ１２に対応する光透透過部材５０に入射するものは、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とを通過する際に、正負の屈折力が相殺されるとともに収差が補正される。つまり、観察者は、光透透過部材５０越しに歪みの少ない外界像を観察することになる。なお、プリズム１０の第２面Ｓ１２と光透透過部材５０の第２透過面Ｓ５２とは、略同一の曲面形状をともに有し、略同一の屈折率をともに有し、両者の隙間が略同一の屈折率の接着層ＣＣで充填されている。つまり、プリズム１０の第２面Ｓ１２や光透透過部材５０の第２透過面Ｓ５２は、外界光ＨＬに対して屈折面として作用しない。

ただし、ハーフミラー層１５に入射した外界光ＨＬは、このハーフミラー層１５を部分的に透過しつつも部分的に反射されるので、ハーフミラー層１５に対応する方向からの外界光ＨＬは、ハーフミラー層１５の透過率に弱められる。その一方で、ハーフミラー層１５に対応する方向からは、映像光ＧＬが入射するので、観察者は、ハーフミラー層１５の方向に映像表示素子８２上に形成された画像とともに外界像を観察することになる。

プリズム１０内で伝搬されて第２面Ｓ１２に入射した映像光ＧＬのうち、ハーフミラー層１５で反射されなかったものは、光透透過部材５０内に入射するが、光透透過部材５０に設けた不図示の反射防止部によってプリズム１０に戻ることが防止される。つまり、第２面Ｓ１２を通過した映像光ＧＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。また、光透透過部材５０側から入射してハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬは、光透透過部材５０に戻されるが、光透透過部材５０に設けた上述の不図示の反射防止部によってプリズム１０に射出されることが防止される。つまり、ハーフミラー層１５で反射された外界光ＨＬが光路上に戻されて迷光となることが防止される。

ここで、図４に示すように、映像光ＧＬの各部分光束のうち、例えば画像表示装置８０の中心から離れた周辺側から生じる第３部分光束ＧＬ３について、ＸＺ面に平行（すなわち基準面ＳＲに平行）で、かつ、光軸ＡＸＩに垂直な方向に関して光軸ＡＸＩから離れた側から射出される成分については、遮光部材４０によって一部が予め遮光された状態となってプリズム１０の内部を伝搬する。このような光の調整により、第３部分光束ＧＬ３は、プリズム１０内において意図しない方向に反射してゴースト発生の原因となることなく、有効に利用されるべき成分のみが射出されるものとなる。図４に示すように、第３部分光束ＧＬ３は、プリズム１０での導波において、第６面Ｓ１６から入射し、第５面Ｓ１５、第４面Ｓ１４、第３面Ｓ１３を経て、さらに第１面Ｓ１１で全反射された後、第１面Ｓ１１から第２面Ｓ１２に入射するが、この際、第２面Ｓ１２のうち第３面Ｓ１３との境界付近まで使用するものとなっている。つまり、第２面Ｓ１２の範囲を制限する結果、第３部分光束ＧＬ３について取り込める角度範囲が狭くなっている。この第２面Ｓ１２への入射に際して、仮に、境界部分Ｋを越えて規定の光路外の部分である第３面Ｓ１３に入射する成分が存在すると、当該成分が意図しない方向に反射し、ゴースト光として認識されてしまう可能性がある。本実施形態では、遮光部材４０によって第３部分光束ＧＬ３のうち取り込める角度範囲が狭くなる側の成分を予め除去することで、ゴーストの発生を抑制している。言い換えると、遮光部材４０は、プリズム１０において入射光である映像光ＧＬを取り込める角度範囲に偏りを生じさせる面の１つである第２面Ｓ１２（ハーフミラー層１５を含む）に対して、第２面Ｓ１２へ入射されるべき成分が境界部分Ｋを越えて第３面Ｓ１３に入射することを予め防止する遮光構造となっている。

これに対して、図５に示す比較例のように、遮光部材４０を設置しないものとすると、映像表示素子８２において第３部分光束ＧＬ３のうち最も外側の成分ＧＧがプリズム１０内を導波することになる。この成分ＧＧは、図示のように、他の成分と異なり、意図しない反射をする結果、ゴースト発生の要因となる。具体的に光路を辿ると、成分ＧＧは、プリズム１０での導波において、第６面Ｓ１６から入射し、第５面Ｓ１５、第４面Ｓ１４、第３面Ｓ１３を経て、さらに第１面Ｓ１１で全反射された後、第１面Ｓ１１から第２面Ｓ１２へ向かうべき際に、第２面Ｓ１２に入射せず、境界部分Ｋを越えて第２面Ｓ１２の外界側に隣接する面、すなわち規定の光路外の部分である第３面Ｓ１３のうち第２面Ｓ１２に近い面部分ＳＡに入射し意図しない方向に反射してしまう。このため、成分ＧＧは、面部分ＳＡで反射した後、再度第１面Ｓ１１で全反射してから第２面Ｓ１２に向かい反射され、第１面Ｓ１１から射出されるものとなる。以上により、成分ＧＧは、第３部分光束ＧＬ３の本来の射出角度とは異なる射出角度で観察者の眼ＥＹに到達するものとなり、ゴースト光として認識されることになる。これに対して、本実施形態では、上述のように遮光部材４０を有することによって、成分ＧＧのようなものを、プリズム１０へ入射する前の段階で除去している。つまり、図４に示すように、遮光部材４０での事前の遮光によって、プリズム１０からの射出前の段階において第２面Ｓ１２で最終の反射がなされ取り出されるべき成分が境界部分Ｋを越えて規定の光路外の部分である第３面Ｓ１３に入射し意図しない反射をしてゴーストとなるという事態が回避されている。

以上のように、本実施形態の虚像表示装置１００では、映像光の成分のうち、上記のように意図しない反射をする成分ＧＧを射出瞳位置ＰＰにおいて光軸ＡＸＩから離れた周辺側に配置された遮光部材４０によって予め除去することができる。これにより、ゴーストの発生を抑制して、良質な画像を形成することが可能となっている。また、虚像表示装置１００では、投射レンズ３０等によってプリズム１０の内部に中間像が形成されるとともに、第３面Ｓ１３、第１面Ｓ１１、及び第２面Ｓ１２の順に２面以上で全反射された映像光ＧＬが、第１面Ｓ１１を透過して観察者の眼ＥＹに到達するので、プリズム１０を薄型にして光学系全体を小型で軽量なものにしつつ、広画角で明るい高性能の表示を実現することができる。また、外界光ＨＬについては、例えば第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とを通過させて観察することができ、その際の視度を略０とするので、シースルーで外界光ＨＬを観察する際の外界光ＨＬのデフォーカスや歪みを低減できる。また、プリズム１０の形状が、観察者の顔に沿う形となっており、重心も顔に近く、デザインにも優れたものとできる。なお、左右を逆転させた左目用の第２表示装置１００Ｂ（図１参照）の場合には、逆の向きにゴーストが生じる可能性があるが、上記と同様にして予め除去することができる。

なお、プリズム１０の第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３との間隔は５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となっている。また、第１面Ｓ１１に対する第２面Ｓ１２の傾斜角が２０°以上４０°以下となっている。

また、プリズム１０の第１面Ｓ１２は、Ｘ方向についての幅が、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下となっている。また、第３面Ｓ１３に対する第２面Ｓ１２の傾斜角が、例えば１４０°以上１６０°以下となっている。

また、プリズム１０の第４面Ｓ１４又は第５面Ｓ１５ついては、光路の調整や収差のより精密な補正のために設けられたものであり、投射透視装置７０の仕様等を考慮して省略することができる。

また、上記では、第２面Ｓ１２においてハーフミラー層１５を有する構成としているが、このハーフミラー層１５に代えて、ホログラムを成膜することによって画像形成をするものとしてもよい。この場合においても、遮光部材４０によって、ホログラムを有する第２面Ｓ１２に入射すべき成分が境界部分Ｋを越えて規定の光路外の部分である第３面Ｓ１３に入射しゴーストを発生させることを予め防止できる。

図６は、変形例の遮光部材４０について説明するための図である。上記では、遮光構造である遮光部材４０を１つの板状部材としているが、本実施形態の遮光構造である遮光部材４０は、これに限られず、図２等に示す鏡筒６２の一部として設けられ、光を通過させるための開口形状を円筒の対称な形状から変形させたような部材であってもよい。具体的には、図６に示すように、遮光部材４０は、開口絞り位置に設けた円形の開口形状である丸孔の一部を埋めるように形成される鏡筒６２の一部として設けられたものであってもよい。この場合、鏡筒６２の一部として設けた輪帯状の開口絞りＩＲのうち一部を塞ぐように遮光部材４０が取り付けられていることで、結果として形成される開口部ＯＰは、光軸ＡＸＩに関して対称な円形の一部を必要な遮光領域に応じて埋めた形状となり、光軸ＡＸＩに関して水平方向（Ｘ方向）について非対称な形状の孔になる。この場合、遮光部材４０は、投射レンズ３０を構成する一部のレンズであるレンズ３３の光路前段に配置され、レンズ３３への映像光ＧＬの入射範囲を規定するものとなり、遮光構造としての機能を果たす。

また、遮光部材４０のような遮光構造については、種々のものや方法が可能であり、例えば、遮光すべき光が通過するレンズ部分をカットするものとしてもよい。また、遮光部材４０は、黒塗りして光吸収性とするものに限らず、新たな迷光を生じる等の問題がなければ、例えば光拡散性のものとしてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、投射透視装置７０の構造を除いて、虚像表示装置１００と同様であるため、全体の説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る虚像表示装置を構成する投射透視装置７０の断面図である。図示のように、投射透視装置７０のうちプリズム１０は、弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１と、比較的強い正の屈折力を有する第２面Ｓ１２と、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３と、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４と、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５と、比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６とを有する。投射レンズ３０は、正の屈折力を有するレンズ３１と、負の屈折力を有するレンズ３２と、正の屈折力を有するレンズ３３とを有している。

ここで、遮光部材４０は、投射レンズ３０を構成するレンズのうち、レンズ３２とレンズ３３との間の射出瞳位置ＰＰにおいて光軸ＡＸＩから離れた周辺側に配置されている。つまり、プリズム１０の各面Ｓ１１〜Ｓ１６や投射レンズ３０を構成するレンズ３１〜３３の形状やパワーが第１実施形態とは異なる場合であっても、遮光部材４０を射出瞳位置ＰＰにおいて光軸ＡＸＩから離れた周辺側に配置することにより、本実施形態の場合も、プリズム１０において第２面Ｓ１２に入射すべき成分が第３面Ｓ１３に入射し意図しない反射をする成分を予め除去し、ゴーストの発生を抑制して、良質な画像を形成することが可能にしている。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態に係る虚像表示装置１００の変形例であり、投射透視装置７０の構造を除いて、虚像表示装置１００と同様であるため、全体の説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る虚像表示装置を構成する投射透視装置７０の断面図である。図示のように、投射透視装置７０のうちプリズム１０は、弱い負の屈折力を有する第１面Ｓ１１と、比較的強い正の屈折力を有する第２面Ｓ１２と、比較的弱い正の屈折力を有する第３面Ｓ１３と、比較的弱い負の屈折力を有する第４面Ｓ１４と、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５と、比較的強い正の屈折力を有する第６面Ｓ１６とを有する。投射レンズ３０は、負の屈折力を有するレンズ３１と、正の屈折力を有するレンズ３２とを有している。つまり、投射レンズ３０は、２つのレンズで構成されている。

ここで、遮光部材４０は、投射レンズ３０を構成するレンズのうち、レンズ３１とレンズ３２との間の射出瞳位置ＰＰにおいて光軸ＡＸＩから離れた周辺側に配置されている。つまり、プリズム１０の各面の形状や投射レンズ３０を構成するレンズの枚数が第１実施形態等とは異なる場合であっても、遮光部材４０を射出瞳位置ＰＰにおいて光軸ＡＸＩから離れた周辺側に配置することにより、本実施形態の場合も、プリズム１０において第２面Ｓ１２に入射すべき成分が第３面Ｓ１３に入射し意図しない反射をする成分を予め除去し、ゴーストの発生を抑制して、良質な画像を形成することが可能にしている。

〔その他〕
以上各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。

上記の説明では、遮光部材４０は、投射レンズ３０の射出瞳位置ＰＰ上に配置されるものとしているが、遮光すべき成分の除去ができ、かつ、他の有用な成分に大きな影響を及ぼさなければ必ずしも射出瞳位置ＰＰに正確に配置するものに限らず、例えばこれに略近い位置であってやや映像表示素子８２に近い側に配置することも可能である。ただし、この場合、例えば映像光ＧＬのうち第３部分光束ＧＬ３よりもやや光軸ＡＸＩに近い中心側から射出される成分を必要以上に遮光しないこと等が条件となる。

上記の説明では、ハーフミラー層（半透過反射膜）１５が横長の矩形領域に形成されるとしたが、ハーフミラー層１５の輪郭は用途その他の使用に応じて適宜変更することができる。また、ハーフミラー層１５の透過率や反射率も用途その他に応じて変更することができる。

上記の説明では、映像表示素子８２における表示輝度の分布を特に調整していないが、位置によって輝度差が生じる場合等においては、表示輝度の分布を不均等に調整することができる。

上記の説明では、画像表示装置８０として、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２を用いているが、画像表示装置８０としては、透過型の液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に限らず種々のものを利用可能である。例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子８２に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。また、画像表示装置８０として、ＬＥＤアレイやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などに代表される自発光型素子を用いることもできる。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００Ｂを備える虚像表示装置１００について説明しているが、単一の表示装置とできる。つまり、右眼及び左眼の双方に対応して、一組ずつ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設けるのではなく、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ投射透視装置７０及び画像表示装置８０を設け、画像を片眼視する構成にしてもよい。

上記の説明では、一対の表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔について説明していないが、両表示装置１００Ａ，１００Ｂの間隔は固定に限らず、機械機構等によって間隔の調整が可能である。つまり、両表示装置１００Ａ，１００ＢのＸ方向の間隔は、着用者の眼幅等に応じて調整することができる。

上記の説明では、虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、虚像表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイに改変することもできる。さらに、虚像表示装置１００をファインダー光学系に応用することもできる。

上記の説明では、プリズム１０の第１面Ｓ１１及び第３面Ｓ１３において、表面上にミラーやハーフミラー等を施すことなく空気との界面により映像光を全反射させて導くものとしているが、本願発明の虚像表示装置１００における全反射については、第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３上の全体又は一部にミラーコートや、ハーフミラー膜が形成されてなされる反射も含むものとする。例えば、画像光の入射角度が全反射条件を満たした上で、上記第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部にミラーコート等が施され、実質的に全ての画像光を反射する場合も含まれる。また、十分な明るさの画像光を得られるのであれば、多少透過性のあるミラーによって第１面Ｓ１１又は第３面Ｓ１３の全体又は一部がコートされていてもよい。

上記の説明では、プリズム１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、プリズム１０を縦方向に延びるように配置することもできる。この場合、光学部材１１０は、直列的ではなく並列的に平行配置された構造を有することになる。

ＡＸ１−ＡＸ５…光軸、 ＡＸＩ…入射側光軸、 ＡＸＯ…射出側光軸、 ＥＹ…眼、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＩＩ…中間像の像面、 ＰＡ…部分領域、 Ｓ１１−Ｓ１６…第１−第６面、 Ｓ５１−Ｓ５３…第１−第３透過面、 ＳＬ…照明光、 ＳＲ…基準面、 １０…プリズム、 １０ｓ…本体部分、 １１，１２…プリズム部分、 １５…ハーフミラー層、 ３０…投射レンズ、 ３１，３２，３３…レンズ、 ４０…遮光部材（遮光構造）、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ８０…画像表示装置、 ８１…照明装置、 ８２…映像表示素子、 ８４…駆動制御部、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １０３ａ，１０３ｂ…光学部分、 １０１…透視部材、 １０２…フレーム、 １５…ミラー面、 ＣＣ…接着層、 ＰＰ…射出瞳位置

Claims (10)

1. 映像光を生じさせる映像表示素子と、
   前記映像表示素子からの映像光を射出する投射レンズと、
   非対称な形状の曲面を含む複数の面を有し、映像光のうち前記映像表示素子の所定箇所から生じる部分光束について前記非対称な形状の曲面により所定方向に関して映像光を取り込める角度範囲に偏りを有するプリズムと、を備え、
   映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、
   前記投射レンズの射出瞳位置において光軸から離れた周辺側に配置され、前記所定箇所から生じる映像光の部分光束のうち前記所定方向に関して映像光を取り込める角度範囲が狭くなる観察者側を予め遮光する遮光構造を備え、
   前記遮光構造は、前記投射レンズの射出瞳位置に設けられた開口絞りであり、
   前記開口絞りは、前記光軸に対して前記所定方向について観察者側の開口の一部を遮蔽した非対称形状を有する、虚像表示装置。
2. 前記投射レンズを含む光学系は、前記プリズムの内部に中間像を形成するリレー光学系である、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記開口絞りは、前記投射レンズを構成する一部のレンズの光路前段に配置され、当該一部のレンズへの映像光の入射範囲を規定する、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. 前記プリズムは、非対称な形状の曲面を３つ以上含み、
   前記プリズムを構成する複数面のうち第１面と第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、
   前記第１面と前記第３面とは、観察側に対し凹面形状を成しており、
   前記映像表示素子からの映像光は、前記第３面で全反射され、前記第１面で全反射され、前記第２面で反射された後、前記第１面を透過して、観察側に到達する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記開口絞りは、前記プリズムの前記第２面の外界側に隣接する面に向かう映像光を予め遮光する、請求項４に記載の虚像表示装置。
6. 前記第２面にハーフミラーを形成し、映像光を観察者に提示するとともに、前記第２面の外側に光透過部材を一体的に配置し、外界光に対する視度を略０にして、外界光と映像光とを重ねて観察者に提示する、請求項４及び５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記光透過部材は、観察者側に第１透過面と第２透過面とを有するとともに外界側に第３透過面を有し、前記プリズムの第２面と前記光透過部材の第２透過面とは、略同じ曲率の形状を有し、前記第２面と前記第２透過面とは、一体化されている、請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 前記投射レンズは、軸対称なレンズによって構成されており、少なくとも１面以上の非球面を含んでいる、請求項１から７までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
9. 映像光を生じさせる映像表示素子と、
   前記映像表示素子からの映像光を射出する投射レンズと、
   非対称な形状の曲面を含む複数の面を有し、映像光のうち前記映像表示素子の所定箇所から生じる部分光束について前記非対称な形状の曲面により所定方向に関して映像光を取り込める角度範囲に偏りを生じさせる面形状を有するプリズムと、を備え、
   映像光と外界光とを同時に視認させる虚像表示装置であって、
   前記投射レンズの射出瞳位置において光軸から離れた周辺側に配置され、前記所定箇所から生じる部分光束のうち前記プリズムの前記面形状の境界部分を越えて規定の光路外の部分に入射する映像光を予め遮光する遮光構造を備え、
   前記プリズムは、前記映像光を全反射により導光する第１面及び第３面と、前記第１面及び前記第３面と隣接し前記映像光を観察者側に射出する第２面と、を有し、
   前記映像表示素子からの映像光は、前記第３面で全反射され、前記第１面で全反射され、前記第２面で反射された後、前記第１面を透過して、観察側に到達し、
   前記遮光構造は、前記第２面での反射に際して、前記第２面と前記第３面とによる前記境界部分を越えて規定の光路外の部分である前記第３面に向かう映像光を予め遮光する遮光部材である、虚像表示装置。
10. 前記プリズムは、前記面形状を形成する非対称な形状の曲面を３つ以上含み、
    前記プリズムを構成する複数面のうち前記第１面と前記第３面とを通過させて外界を視認したときに、視度が略０になっており、
    前記第１面と前記第３面とは、観察側に対し凹面形状を成している、請求項９に記載の虚像表示装置。

Images