JP6582481B2 - 虚像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置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（例えば、特許文献１参照）。

このような虚像表示装置として、例えば、画像光を形成するパネルから射出される各射出光について主光線の射出角度が部分的に異なり、光軸と平行でないものとする（すなわち指向性を変化させて非一様な分布を形成する）ことにより、輝度斑を低減する技術が知られている（特許文献１参照）。

上記特許文献１等に示す構成として、例えば、指向性を変化させてパネルの周辺部より射出される光の主光線がパネルよりも外側に向くようにした場合、当該パネルの光路後段に配置される導光装置や接眼系光学系等の各光学系のサイズを大きくする必要性が生じ得る。

また、上記のように主光線の射出角度が部分的に異なる非テレセントリックな光学系では、パネルの位置を光軸方向に沿って動かすと最終的に視認される虚像のアスペクト比が元となるパネルの位置に形成される画像光の面（以下、画像面とも言うものとする。）のアスペクト比とは異なるものに変わってしまう可能性が高い。このため、例えば製造誤差の補正や虚像の想定位置の設定等に応じて光軸方向に沿ってパネルを動かして結像位置が所望の範囲内になるように調整することが困難となる可能性がある。

特開２０１３−３７２６０号公報

本発明は、光学系を小型化することができ延いては装置全体の小型化を図ることができ、また、輝度ムラや色ムラの発生を抑制でき、さらに、構成部材の位置調整に対応可能な虚像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る虚像表示装置は、光源からの光により視認されるべき虚像に対応する画像面を光学系全体の中心光軸を基準にして生成する画像生成部と、画像面の各位置から射出された射出光の配光を制御して、画像面の周辺側から射出される成分光の主光線を画像面の中心側から射出される成分光の主光線よりも中心光軸側に大きく傾けて射出させる配光制御部とを有する画像表示装置と、画像表示装置から射出された光を虚像として視認させる虚像光学系とを備える。

上記虚像表示装置では、画像表示装置を構成する画像生成部において生成された画像面の各位置のうち周辺側から射出される成分光の主光線が、中心側から射出される成分光の主光線よりも中心光軸側に大きく傾くように配光制御部において制御されて射出されるので、画像表示装置の光路後段に配置される虚像光学系を小型化することができ、延いては装置全体の小型化を図ることができる。さらに、画像表示装置において例えば配光制御部によって射出光の射出状態を制御することで、輝度ムラや色ムラの発生を抑制でき、また、画像表示装置と虚像光学系との相対的な位置調整に対応可能となる。

本発明の具体的な側面では、配光制御部は、画像面に平行な面内の方向に関して、水平方向及び垂直方向の少なくとも一方向について周辺側の射出光の主光線の射出角度を傾けて虚像光学系に向けて射出している。この場合、水平方向及び垂直方向の少なくとも一方向について主光線の射出角度を調整することで、装置全体の小型化を図ることができる。

本発明の具体的な側面では、配光制御部は、水平方向についての主光線の射出角度を垂直方向についての主光線の射出角度と異なる角度で傾けて虚像光学系に向けて射出している。この場合、水平方向と垂直方向とで必要に足る調整をそれぞれ行うことができる。

本発明の別の側面では、配光制御部は、水平方向についての主光線の射出角度に対する垂直方向についての主光線の射出角度を画像面の形状に応じて調整している。この場合、例えば画像面のアスペクト比に対応して水平方向についての主光線の射出角度と垂直方向についての主光線の射出角度とを調整することで、画像表示装置を中心光軸に沿って動かしても視認される虚像のアスペクト比が変わらないように保つことができる。

本発明のさらに別の側面では、配光制御部は、画像表示装置を中心光軸に沿って移動させた場合において視認されるべき虚像のアスペクト比と画像面のアスペクト比との関係に応じて射出角度を調整する。

本発明のさらに別の側面では、画像表示装置において、画像生成部は、画像面の各位置から射出する成分の主光線の軸方向について最も強くなる強度分布で光を射出する。この場合、光の利用効率を高めるとともに、画像面の位置ごとに光の最大強度が異なることを回避し、輝度ムラや色ムラの発生を抑制できる。

本発明のさらに別の側面では、画像表示装置において、画像面の各位置から射出された射出光の射出角度は、中心光軸を基準として対称につけられており、画像面の各位置から射出された射出光の主光線は、中心光軸で交差する。この場合、画像の歪み等の発生を回避しつつ光学系の小型化を図ることができる。また、画像面から射出される映像光全体の輝度ムラや色ムラを抑制することが可能となる。

本発明のさらに別の側面では、配光制御部は、画像面において中心光軸との交点の位置から射出する成分の主光線を画像面に対して垂直に射出させ、中心光軸からの距離に応じて徐々に中心光軸に対する主光線の射出角度を大きくする。この場合、バランスのとれた傾斜具合で配光制御ができる。

本発明のさらに別の側面では、画像表示装置において、画像面の各位置から射出される主光線の中心光軸に対する射出角度の正接は、画像面の中心から各主光線の射出位置までの距離に比例している。この場合、画像面の中心から離れた位置から射出される光ほど中心側に向かわせるように射出角度をもたせるにあたって、適切な傾斜をつけることができ、バランスされた集光度合いの光線束を形成することができる。

本発明のさらに別の側面では、画像表示装置は、光源として画像面を構成する画素ごとに発光素子を形成する有機ＥＬを含む。この場合、自発光型素子である有機ＥＬを用いることで、装置の小型化及び軽量化を図りつつ高効率に高精細な画像形成を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、画像生成部は、画像面をマトリクス状に画素を配置させることで形成する画素マトリクスであり、配光制御部は、画像面を構成するマトリクス状の画素のピッチに対して画像面の位置ごとに異なる形状を有している。この場合、配光制御部が画像面の位置ごとに異なる形状を有することで、画像面の位置ごとに適した光の制御を行うことができる。

本発明のさらに別の側面では、配光制御部は、画像面を構成するマトリクス状の画素のピッチよりもピッチを狭めて配列されるカラーフィルター層である。この場合、カラーフィルター層の配列によって光を画素ごとに制御することで、通過させる光の範囲や角度を調整しつつ、各画素において輝度ムラや色ムラを抑制して高品質な画像を形成できる。

本発明のさらに別の側面では、配光制御部は、画像面を構成するマトリクス状の画素の位置に応じて当該画素の配列に対して非一様に配置されているマイクロレンズアレイである。この場合、例えばマイクロレンズアレイの形状を調整することによって画素の配列に対して非一様に配置された状態とすることで、通過させる光の範囲や角度を画素の位置に応じて調整しつつ、例えば光を画素ごとに制御することで、各画素において輝度ムラや色ムラを抑制して高品質な画像を形成できる。

本発明のさらに別の側面では、配光制御部は、画像面を構成するマトリクス状の画素の位置に応じて形状の異なるブラックマトリクスである。この場合、ブラックマトリクスのサイズや形状によって、通過させる光の範囲や角度を調整しつつ、各画素において輝度ムラや色ムラを抑制して高品質な画像を形成できる。

本発明のさらに別の側面では、画像表示装置を移動させることで虚像の表示位置を調整する虚像表示位置調整部をさらに備える。この場合、虚像表示位置調整部により虚像の見え方を変化させることができる。

実施形態に係る虚像表示装置の一例の外観を簡単に説明する斜視図である。 虚像表示装置を構成する本体部分の光路を示す図である。 図２の一部拡大図である。 （Ａ）は、画像表示装置の一構成例について装置の周辺側の様子を示す概念図であり、（Ｂ）は、装置の中心側の様子を示す概念図である。 主光線の射出角度について説明するための概念図である。 画像表示装置の一変形例について説明するための概念図である。 画像表示装置の他の一変形例について説明するための概念図である。 虚像表示装置の他の一例について説明するための部分拡大図である。 虚像表示装置の別の一例について説明するための概念図である。 （Ａ）は、虚像表示位置調整部の一例について説明するための図であり、（Ｂ）は、虚像の見え方についての変化の様子を概念的に示す図である。

以下、図１等を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。

図１に示すように、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を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光（映像光）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である。虚像表示装置１００は、観察者の眼前を透視可能に覆う第１及び第２光学部材１０１ａ，１０１ｂと、両光学部材１０１ａ，１０１ｂを支持する枠部１０２と、枠部１０２の左右両端から後方のつる部分（テンプル）１０４にかけての部分に付加された第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂとを備える。ここで、図面上で左側の第１光学部材１０１ａと第１像形成本体部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光学部材１０１ｂと第２像形成本体部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。なお、図２を図１と比較することで、例えば第１及び第２像形成本体部１０５ａ，１０５ｂは、投射レンズ３０や、画像生成部（映像素子）８１を含む画像表示装置８０でそれぞれ構成されることが分かる。図２は、左眼用の表示装置について図示したものであり、右眼用の表示装置については省略しているが、右眼用の表示装置についても同様の構造を有している。

また、図１に示すように、虚像表示装置１００に設けた枠部１０２は、上端側に配置されるフレーム１０７と、フレーム１０７に沿ってその裏側に配置される樹脂部１０８とを備える。なお、虚像表示装置１００は、下側に枠状の部分のない構成となっている。枠部１０２を構成するフレーム１０７は、Ｕ字状に折れ曲がった細長い板状の部材であり、観察者にとっての眼の並びに対応する方向である左右の横方向（ここでは水平方向とも言うものとする。）に延びる正面部１０７ａと、観察者にとっての前後に対応する方向である奥行き方向に延びる一対の側面部１０７ｂ，１０７ｃとを備える。フレーム１０７、すなわち正面部１０７ａと側面部１０７ｂ，１０７ｃとは、アルミダイカストその他の各種金属材料で形成された金属製の一体部品である。樹脂部１０８は、フレーム１０７に沿って配置され、フレーム１０７と嵌合することでこれと協働して例えば画像形成のための各種ケーブル等を収納可能にしている。なお、枠部１０２に付随して、鼻受部４０が設けられている。

図２に示すように、第１表示装置１００Ｂは、投影用の光学系である投射透視装置７０と、映像光を形成する画像表示装置８０とを備えるものと見ることができる。投射透視装置７０は、第２光学部材１０１ｂ又は導光装置２０と、結像用の投射レンズ３０とを備え、画像表示装置８０によって形成された画像を虚像として観察者の眼に投射する役割を有する。言い換えると、投射透視装置７０は、画像表示装置８０に形成される画像光（映像光）の面である画像面ＯＩ（画像表示装置８０を構成するパネルのパネル位置を示すパネル面でもある）からの光を導光して観察者に虚像を視認させる虚像光学系であり、観察者の網膜において再結像させる結像光学系でもある。第２光学部材１０１ｂ又は導光装置２０は、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。なお、第２像形成本体部１０５ｂは、画像表示装置８０と投射レンズ３０とで構成される。また、上記の光学系の光軸基準となる中心光軸ＡＸに対して、画像面ＯＩは、中心光軸ＡＸに対して垂直な面であり、また、中心光軸ＡＸを通過する位置が形成される画像の中心となるように構成されるものとする。すなわち、画像面ＯＩは、光学系全体の基準軸である中心光軸ＡＸを基準にして生成される。

画像表示装置８０は、有機ＥＬを光源として含む自発光型の照明によりマトリクス状の画素で構成される画像面ＯＩを形成する画像生成部（映像素子）８１や、画像生成部８１の直近後段に配置されて画像生成部８１の画像面ＯＩから射出される映像光ＧＬの各成分について配光の制御を行う配光制御部８２のほか、画像生成部８１等の動作を制御する駆動制御部８４を有する。なお、詳しくは図４を参照して後述するが、ここでは、画像生成部８１の直近後段に配置されるカラーフィルター層ＣＦが、配光制御部８２として機能することで、映像光ＧＬについて画像面ＯＩの周辺側から射出される成分光ほど内側に傾斜した角度で射出されるものとなっている。なお、上記のような自発光型の照明の場合、画像面ＯＩは、発光面であるとも言える。

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を導光装置２０向けて投射する投射光学系である。本実施形態では、画像表示装置８０において射出光である映像光ＧＬの各成分の配光や射出角度が制御されていることで、投射レンズ３０の小型化が図られている。

導光装置２０は、既述のように、導光及び透視用の導光部材１０と、透視用の光透過部材５０とで構成されている。導光部材１０は、プリズム型の導光装置２０の一部であり、一体の部材であるが、光射出側の第１導光部分１１と光入射側の第２導光部分１２とに分けて捉えることができる。光透過部材５０は、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）であり、導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっている。なお、上記のような構成を有する導光装置２０のうち、光源側（根元側）に位置する先端部が鏡筒部の端部に嵌合することで、投射レンズ３０に精度よく位置決め固定されている。

ここで、上記のような構成の虚像表示装置１００では、更なる小型化を図るために、画像表示装置８０の画像面ＯＩの周辺側から射出される映像光ＧＬの成分光ほど、内側すなわち中心光軸ＡＸ側に傾くように構成されている。より具体的に説明すると、図３に一部拡大図で示すように、画像表示装置８０の画像面ＯＩの各位置から射出される射出光である映像光ＧＬを構成する成分光（部分光線束）について、各成分光について配光が制御されて射出されている。この配光制御について、各成分光（部分光線束）の主光線ＰＲに着目して説明すると、まず、画像面ＯＩの中心から射出される成分光（部分光線束）の主光線ＰＲｃは、画像面ＯＩに対して垂直（すなわち中心光軸ＡＸに対して平行）となっている。これに対して、画像面ＯＩの中心から離れた周辺側に向かって徐々に成分光（部分光線束）の主光線ＰＲｐは、中心光軸ＡＸ側に対して内側に傾くようになっている。すなわち、画像表示装置８０は、画像面ＯＩの周辺側から射出される成分光の主光線ＰＲｐを画像面ＯＩの中心側から射出される成分光の主光線ＰＲｃよりも中心光軸ＡＸ側に大きく傾けた状態で射出させている。これにより、本実施形態の虚像表示装置１００では、映像光ＧＬが全体として矢印Ａ１，Ａ２に示すように、光線束の広がりを抑えるように射出されることで、画像表示装置８０の光路後段に配置される光学素子であり虚像光学系を構成する投射レンズ３０の小型化を図っている。

以下、図４を参照して、虚像表示装置１００のうち、画像表示装置８０に関して、光学的構成のより具体的な一例について詳細に説明する。

まず、画像表示装置８０は、上述したように、画像生成部８１や配光制御部８２として画像生成部８１の直近後段に配置されるカラーフィルター層ＣＦの他に、画像生成部８１の動作を制御する駆動制御部８４とを有する自発光型の画像表示装置である。画像表示装置８０の一構成例について図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照してより具体的に説明すると、画像表示装置８０のうち画像生成部８１は、画素電極である複数の透明電極（陽極）７１ａと、対向電極（陰極）７２ａと、透明電極７１ａと対向電極７２ａとの間に配置された発光機能層としての有機ＥＬ層７３ａと、保護層７４ａとを備える。配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、保護層７４ａ上に形成される。カラーフィルター層ＣＦは、赤色、緑色及び青色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂで構成され、各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂは、画素電極である複数の透明電極（陽極）７１ａにそれぞれ対応してマトリクス状に配列されている。以上のような構成により、画像表示装置８０は、電極７１ａ，７２ａを適宜動作させて有機ＥＬ層７３ａを発光させることで、画像生成部８１は、画像面ＯＩから映像光ＧＬを射出するものとなっている。すなわち、画像表示装置８０は、光源として有機ＥＬを含むことで、画像面ＯＩを構成する画素ごとに映像光ＧＬを発光するものとなっている。また、映像光ＧＬとして画像生成部８１で発光した光がカラーフィルター層ＣＦを映像光ＧＬが通過することで、画像表示装置８０からカラーの映像光（画像光）ＧＬが射出される。ここで、本実施形態では、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦにおいて、画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素のピッチすなわちマトリクス状に配置される複数の透明電極７１ａ，７１ａ，７１ａのピッチよりも狭めたピッチで各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂを配列させている。これにより、図４（Ａ）に示すように、画像表示装置８０の中心光軸ＡＸから離れた周辺側では、各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの位置が対応する各電極７１ａ，７１ａ，７１ａに対してずれている（図示の場合各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの位置が右側にずれている又は外縁の位置がずれている）ことで、カラーフィルター層ＣＦを経て射出される成分光の配光状態が斜め方向（図示の場合、右斜め方向）に傾き、当該成分光は、中心光軸ＡＸ側に近づくように射出される。一方、図４（Ｂ）に示すように、画像表示装置８０の中心光軸ＡＸの付近すなわち中心側では、上記のようなずれが生じないか生じてもわずかであることで、射出される成分光の配光状態は傾くことなく、当該成分光は垂直にあるいは略垂直に射出される。

以上をまとめて言い換えると、画像表示装置８０において、画像生成部８１は、画素電極である複数の透明電極７１ａによって画像面ＯＩをマトリクス状に画素を配置させることで形成する画素マトリクスであり、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、中心側から周辺側に向かって画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素のピッチ（透明電極７１ａのピッチ）に対するずれが大きくなるように画像面ＯＩの位置ごとに異なる形状を有するものとなっている。これにより、画像面ＯＩの位置ごとに光の配光状態が適したものとなるように制御している。すなわち、各位置で射出される光の主光線となるべき角度の光が最も強くなるようにしており、結果的に、配光制御部８２としてのカラーフィルター層ＣＦは、画像面ＯＩの各位置から射出する成分の主光線の軸方向について最も強くなる強度分布で光を射出するように制御を行っている。以上のように、本実施形態では、カラーフィルター層ＣＦが、射出光である映像光ＧＬの配光を制御する配光制御部８２として機能するものとなっている。

以下、図２に戻って、虚像光学系である投射透視装置７０の役割について、すなわち導光装置２０と投射レンズ３０とについて詳細に説明する。

投射レンズ３０は、画像表示装置８０からの映像光ＧＬを入射させて投射を行う光学系であり、構成要素として、中心光軸ＡＸに沿って２つの光学素子（レンズ）３１，３２を備える投射光学系である。光学素子３１,３２は、例えば非軸対称な非球面（非軸対称非球面）と軸対称な非球面（軸対称非球面）との双方を含む非球面レンズで構成され、導光部材１０の一部と協働して導光部材１０の内部に画像生成部８１の表示像に対応する中間像を形成する。なお、投射レンズ３０を構成する光学素子３１,３２は、例えば鏡筒部（不図示）によって第２像形成本体部１０５ｂ内に収納・支持されている。

導光装置２０は、上述のように、導光部材１０と光透過部材５０とで構成されている。このうち、導光部材１０は、平面視において、鼻に近い中央側（眼前側）の部分が直線状に延びている。導光部材１０のうち、鼻に近い中央側つまり光射出側に配置されている第１導光部分１１は、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、鼻から離れた周辺側つまり光入射側に配置されている第２導光部分１２は、光学的な機能を有する側面として、第４面Ｓ１４と、第５面Ｓ１５とを有する。このうち、第１面Ｓ１１と第４面Ｓ１４とが連続的に隣接し、第３面Ｓ１３と第５面Ｓ１５とが連続的に隣接する。また、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とは大きな角度を成して隣接している。さらに、ここでは、対向した配置となっている第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに略平行な平面形状となっている。一方、光学的な機能を有する他の面、すなわち第２面Ｓ１２、第４面Ｓ１４及び第５面Ｓ１５は、非軸対称な曲面（自由曲面）となっている。

光透過部材５０は、既述のように導光部材１０と一体的に固定され１つの導光装置２０となっており、導光部材１０の透視機能を補助する部材（補助光学ブロック）である。光透過部材５０は、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、導光部材１０の第１面Ｓ１１を延長した面上にあり、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、導光部材１０の第３面Ｓ１３を延長した面上にある。このうち第２透過面Ｓ５２と導光部材１０の第２面Ｓ１２とは、薄い接着層ＣＣを介しての接合によって一体化されるため、略同じ曲率の形状を有する。

なお、導光部材１０を構成する複数の面のうち、第１面Ｓ１１から第３面Ｓ１３までの面以外の面Ｓ１４，Ｓ１５については、少なくとも１つの自由曲面について、方向によって曲率の符号が異なっている点を少なくとも１つ含むものとなっている。これにより、映像光の導光を精密に制御しつつ、導光部材１０の小型化を可能にしている。

導光部材１０のうち本体１０ｓ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、例えば金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。なお、本体１０ｓの材料としては、例えばシクロオレフィンポリマー等を用いることができる。本体１０ｓは、一体形成品とされているが、導光部材１０は、既に説明したように機能的に第１導光部分１１と第２導光部分１２とに分けて考えることができる。第１導光部分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導光部分１２は、映像光ＧＬの入射及び導波を可能にする。

第１導光部分１１において、第１面Ｓ１１は、映像光ＧＬを第１導光部分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、眼の位置として想定される眼想定位置ＥＹ（以下、実際に眼想定位置ＥＹに眼が置かれた場合も含めるために単に眼ＥＹとも記載する。）の正面に配されるものであり、既述のように、平面形状を成している。なお、第１面Ｓ１１は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２面Ｓ１２は、本体１０ｓの表面にハーフミラー層１５が付随している。このハーフミラー層１５は、第２面Ｓ１２の全体ではなく、第２面Ｓ１２を主にＹ軸に沿った鉛直方向に関して狭めた部分領域（図示省略）上に形成されている。

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。第３面Ｓ１３は、眼ＥＹの略正面に配されるものであり、第１面Ｓ１１と同様に、平面形状を成しており、かつ、第１面Ｓ１１と第３面Ｓ１３とが互いに平行な面であることにより、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０になっており、特に、変倍も生じさせないものとなっている。なお、第３面Ｓ１３は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第４面Ｓ１４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。第４面Ｓ１４は、映像光ＧＬを第２導光部分１２内に入射させる屈折面としても機能する。すなわち、第４面Ｓ１４は、外部から導光部材１０に映像光ＧＬを入射させる光入射面と、導光部材１０の内部において映像光ＧＬを伝搬させる反射面としての機能を兼用している。なお、第４面Ｓ１４は、本体１０ｓの表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

第２導光部分１２において、第５面Ｓ１５は、本体１０ｓの表面上に無機材料で形成される光反射膜ＲＭを成膜することで形成され、反射面として機能する。

光透過部材５０は、可視域で高い光透過性を示し、光透過部材５０の本体部分は、導光部材１０の本体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。なお、光透過部材５０は、本体部分を導光部材１０の本体１０ｓに接合した後、接合された状態で本体１０ｓとともにハードコートによる成膜がなされて形成されるものである。つまり、光透過部材５０は、導光部材１０と同様、本体部分の表面にハードコート層２７が施されたものとなっている。第１透過面Ｓ５１と第３透過面Ｓ５３とは、本体部分の表面に施されたハードコート層２７によって形成される面である。

なお、導光装置２０は、導光部材１０及び光透過部材５０となるべき基材が接合された上で、接合された基材をディップ処理によってコーティングされることで形成されている。つまり、導光部材１０のハードコート層２７は、光透過部材５０とともに導光装置２０全体に設けられている。

以上のように、導光部材１０の内部において、画像生成部８１からの映像光を、少なくとも２回の全反射を含む第１面Ｓ１１から第５面Ｓ１５までにおける５回の反射によって導光している。これにより、映像光ＧＬの表示と外界光ＨＬの視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光ＧＬの収差の補正を行うことが可能になる。

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。画像表示装置８０から射出された映像光ＧＬは、投射レンズ３０を構成する各レンズ３１，３２を通過することによって、収束されつつ、所期の非点収差が与えられ導光部材１０に設けた正の屈折力を有する第４面Ｓ１４に入射する。なお、この非点収差は、導光部材１０の各面を経る間に相殺されるものとなっており、最終的に初期の状態で観察者の眼に向けて映像光が射出される。

導光部材１０の第４面Ｓ１４に入射してこれを通過した映像光ＧＬは、収束しつつ進み、第２導光部分１２を経由する際に、比較的弱い正の屈折力を有する第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して反射される。

第２導光部分１２の第４面Ｓ１４で反射された映像光ＧＬは、第１導光部分１１において、実質的に屈折力を有しない第３面Ｓ１３に入射して全反射され、実質的に屈折力を有しない第１面Ｓ１１に入射して全反射される。

ここで、映像光ＧＬは、第３面Ｓ１３を経由する前後において、導光部材１０中に中間像を形成する。この中間像の像面は、画像生成部８１の画像面ＯＩに対応するものである。

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に対して屈折力を有しない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の瞳又はその等価位置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、画像生成部（映像素子）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、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも＋Ｘ側に入射するものは、第１導光部分１１の第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とを通過するが、この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。つまり、観察者は、導光部材１０越しに歪みの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、導光部材１０の第２面Ｓ１２よりも−Ｘ側に入射するもの、つまり、光透過部材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、第３透過面Ｓ５３と第１透過面Ｓ５１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等を生じない。つまり、観察者は、光透過部材５０越しに歪みの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、導光部材１０の第２面Ｓ１２に対応する光透過部材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、第３透過面Ｓ５３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。つまり、観察者は、光透過部材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、導光部材１０の第２面Ｓ１２と光透過部材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、導光部材１０の第２面Ｓ１２や光透過部材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。

以上のような構成において、本実施形態の虚像表示装置１００では、上記のように、画像表示装置８０における配光制御によって虚像光学系である投射透視装置７０を構成する投射レンズ３０の小型化が図られていることで、装置全体としての小型化が図られるとともに、輝度ムラや色ムラの抑制が図られている。なお、投射レンズ３０が小型化されることで、例えば図１の外観において横方向に出っ張ることを抑えてすっきりコンパクトな構成とすることができる。

以下、図５を参照して、画像表示装置８０における映像光ＧＬの各成分についての射出角度の調整具合の一具体例について説明する。

図５は、調整された映像光ＧＬの主光線ＰＲの射出角度についての一例を説明するための概念図である。図５は、光源側からパネルである画像生成部８１の画像面ＯＩから見た映像光ＧＬの傾き（偏り）の様子を概念的に示すものである。なお、この図では、映像光ＧＬの各成分光の主光線ＰＲについての射出角度を矢印Ｄ１〜Ｄ９で示している。この例の場合、図示のように、画像面ＯＩに平行な面内の方向に関して、水平方向（ｘ方向）及び垂直方向（ｙ方向）の双方について射出光である映像光ＧＬの各成分光の射出角度が徐々に傾くように調整されていることが分かる。すなわち、図示のように、画像面ＯＩにおいて中心光軸ＡＸとの交点の位置から射出する成分の主光線ＰＲｃを画像面ＯＩに対して垂直に射出させ、中心光軸ＡＸからの距離に応じて徐々に中心光軸に対する主光線の射出角度を大きくするように調整されている。特に、ここでは、視認されるべき虚像のアスペクト比と画像面ＯＩのアスペクト比とが一定に保たれるように射出角度が調整されている。

一般に、上記のように主光線の射出角度が部分的に異なる非テレセントリックな光学系で虚像光学系が構成される場合においては、画像面ＯＩの位置すなわち画像生成部８１を含む画像表示装置８０の位置を調整のために中心光軸ＡＸの方向に沿って動かすと、水平方向と垂直方向とで投射距離に対する変化倍率が異なるため、画像面ＯＩでのアスペクト比と最終的に観察者に視認される虚像のアスペクト比とが異なるものとなる。

これに対して、本実施形態では、水平方向における射出角度の調整と垂直方向における射出角度の調整とを、視認されるべき虚像のアスペクト比と画像面ＯＩのアスペクト比とに関連付けることで、上記のような非テレセントリックな光学系においてアスペクト比が変わらず保たれるようにしている。

なお、上記は一例であり、設定されるアスペクト比すなわち画像面の形状等に応じて種々の傾斜のつけ方が可能であり、水平方向及び垂直方向の少なくとも一方向について周辺側の射出光の主光線の射出角度を傾けて射出させることができる。また、この際、水平方向と垂直方向とで、主光線の射出角度が異なる角度で傾けられるものとすることができる。

角度設定についてのさらに具体的な一例としては、各主光線ＰＲの中心光軸ＡＸに対する射出角度の正接（ｔａｎθ）が、画像面ＯＩの中心から各主光線ＰＲの射出位置までの距離に比例するものとすることが考えられる。つまり、ｔａｎθの値は矢印Ｄ５に対応する主光線ではゼロであり、中心光軸ＡＸから離れるほど大きくなり、矢印Ｄ１，Ｄ３，Ｄ７，Ｄ９に対応する中心光軸ＡＸから最も遠い主光線で最大となる。なお、図示のように、射出光の射出角度を示す各主光線ＰＲの角度は、中心光軸ＡＸを基準として水平方向及び垂直方向について対称につけられ（又は設定され）ており、画像面ＯＩの各位置から射出された主光線ＰＲは、中心光軸ＡＸで交差するものとなる。上記のように対称性をもち、特に正接について規則性のある傾き角度がついていることにより、バランスされた集光度合いの光線束を形成することができる。

以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置１００では、画像表示装置８０を構成する画像生成部８１において生成された画像面ＯＩの各位置のうち周辺側から射出される成分光の主光線ＰＲｐが、中心側から射出される成分光の主光線ＰＲｃよりも中心光軸側に大きく傾くように配光制御部８２において制御されて射出されるので、画像表示装置８０の光路後段に配置される虚像光学系を構成する投射レンズ３０の小型化を図ることができ、延いては装置全体の小型化を図ることができる。さらに、画像表示装置８０において、例えば配光制御部８２によって射出光の射出状態を制御することで、例えば各位置で射出される映像光ＧＬの各成分光の主光線ＰＲの軸方向について最も強くなる強度分布で光を射出するように制御を行うことで輝度ムラや色ムラの発生を抑制できる。また、画像面ＯＩのアスペクト比に応じて各成分光の射出角度を調整することで、画像表示装置８０と虚像光学系との相対的な位置調整に対応可能な構成とすることができる。

図６は、画像表示装置８０の一変形例について説明するための概念図であり、図４（Ａ）に対応する図である。図６に示す一変形例では、カラーフィルター層ＣＦ上にマイクロレンズアレイＭＬＡが配置されている。本変形例では、このマイクロレンズアレイＭＬＡ、あるいはマイクロレンズアレイＭＬＡとカラーフィルター層ＣＦとが協働して配光制御部８２として機能する。具体的には、マイクロレンズアレイＭＬＡを構成する複数の要素レンズＥＬが、カラーフィルター層ＣＦを構成する各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂに対応してマトリクス状に配置されており、各要素レンズＥＬの形状が各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの配置される位置、すなわち画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素の位置（電極７１ａの位置）に応じて、画素の配列に対して非一様に配置されている。具体的には、例えば、外形形状の異なるものとなっていたり、各画素に対して対応する各要素レンズＥＬの位置がずらして配置されていたり、あるいは、画素ピッチよりもピッチを狭めてマイクロレンズアレイＭＬＡが配列されていたりするものとなっている。これにより、マイクロレンズアレイＭＬＡは単独で、もしくはカラーフィルター層ＣＦと協働して映像光ＧＬを構成する各成分光の調整を行う配光制御部８２として機能する。

図７は、画像表示装置８０の他の一変形例について説明するための概念図であり、図４（Ａ）に対応する図である。図７に示す一変形例では、カラーフィルター層ＣＦを構成する各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの間にブラックマトリクスＢＭを設けている。本変形例では、このブラックマトリクスＢＭの形状を各色用カラーフィルター部ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂの配置される位置、すなわち画像面ＯＩを構成するマトリクス状の画素の位置（電極７１ａの位置）に応じて変えることで、映像光ＧＬを構成する各成分光の調整を行う配光制御部８２として機能させている。

図８は、虚像表示装置１００の他の一例について説明するための概念図であり、図３の一部拡大図に対応する図である。この例では、投射レンズ３０を構成するレンズのうち画像表示装置８０の直近後段に配置される第１レンズ３１を正のパワーを有する凸レンズで構成するものとしている。この場合、映像光ＧＬを構成する各部分光線束をさらに集光させることができるので、虚像光学系を構成する投射レンズ３０のさらなる小型化を図ることができる。

〔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る。例えば、上記ではシースルーの虚像表示装置について説明しているが、シースルーでないタイプの虚像表示装置においても、本実施形態に示す構造を適用することができる。

図９は、虚像表示装置１００の別の一例について説明するための概念図であり、シースルーでない視界の遮られたタイプのＨＭＤに適用可能なものについて示すものである。この例では、画像表示装置８０が観察者の眼ＥＹの視線の先に設置され、画像表示装置８０と観察者の眼ＥＹとの間に虚像光学系あるいは接眼光学系としての投射レンズ３０が設置さるものとなっている。このような場合においても、上記のような画像面ＯＩを生成する画像生成部８１と配光制御を行う配光制御部８２とを有する画像表示装置８０を適用することで、虚像光学系を構成する投射レンズ３０の小型化を図ることができる。

また、虚像表示装置１００において、画像表示装置８０を移動させることで虚像の表示位置を調整する虚像表示位置調整部を有するものとしてもよい。図１０は、虚像表示位置調整部を有する虚像表示装置の一例について説明するための図であり、図１０（Ａ）は、虚像表示位置調整部の一例として、光軸ＡＸすなわち図中に示すｚ方向について画像表示装置８０を移動させるためのアクチュエーターＡＣを備えるものについて概念的に示すものである。また、図１０（Ｂ）は、アクチュエーターＡＣ等により構成される虚像表示位置調整部での調整による虚像ＩＭの見え方についての変化の様子を概念的に示す図である。ここでは、例えば図１０（Ａ）に示す構成において、画像表示装置８０の上下面に凸部が設け、一方で画像表示装置８０や投射レンズ３０（図２参照）を収納する鏡筒内に上記凸部に対応する凹部を有するガイド溝を光軸ＡＸに沿って延びるように設けて上記凸部と凹部とを係合させてアクチュエーターＡＣにより移動可能にすることができる。上記の場合、図１０（Ｂ）に示すように、物体位置すなわち画像表示装置８０のパネル面の位置を投射レンズ３０（図２参照）のレンズ面に近づけると、虚像ＩＭが観察者側（眼ＥＹ）から見た時に、より近い位置に見え、画像表示装置８０を遠ざけると虚像ＩＭがより遠い位置に見える。

ここで、一般の非テレセントリック光学系の場合、画像表示装置すなわちパネル面の位置を設計位置から動かすと、光線の縦方向の変化率と横方向の変化率が異なるため、視認される虚像の形状は、変化することになる。例えば、仮に画像表示装置からの映像光が左右で異なる角度で射出されるものであるとすると、パネル面の移動とともに虚像が左右で異なった形状となってしまう。

これに対して、上記実施形態では、図５を参照して説明したように、映像光ＧＬが中心対称で内側を向いている非テレセントリックな光学系で構成される場合において、アスペクト比が変わらず保たれるようにしている。これにより、虚像表示位置調整部による調整における画像歪みの発生を抑えつつ、虚像位置を自由に設定することが可能となっている。例えば、画像表示装置８０をｚ方向について移動させることで、虚像ＩＭの位置を無限遠〜数十センチ程度に調整できる。

なお、上述した虚像表示位置調整部は、一例であり、画像表示装置のｚ方向（光軸ＡＸに沿った方向）についての位置調整が可能であれば、上記以外の構成でもよい。上記ではアクチュエーターＡＣにより自動的に移動可能とすることができるが、例えば、観察者が画像表示装置８０の位置を動かすために装置側面に把持部を設け手動で調整可能であるものとしてもよい。また、製造段階において虚像表示位置調整部による調整を可能にするものとしてもよい。すなわち、虚像表示装置の使用用途に応じて虚像位置を変更できるものとしてもよい。

また、上記では、導光部材１０の内部に画像生成部８１の表示像に対応する中間像を形成するものとしているが、中間像を形成せずに導光を行う虚像表示装置においても適用可能である。

また、上記の説明では、投射レンズ等の光学系が非軸対称非球面を有しないものとすることも可能である。

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仕様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、画像表示装置８０として、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含む画像生成部８１を用いているが、これに限らず、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画像生成部８１等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画像生成部８１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、自発光型素子として、ＬＥＤアレイ等を用いることもできる。

上記実施形態では、ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）を含むパネル型の画像表示装置８０を用いているが、これに代えて走査型の画像表示装置を用いることもできる。具体的には、例えば画像面ＯＩに光拡散素子を配置し、走査型の照明光学系によって画像面ＯＩの位置において光を走査させ画像を形成させるとともに当該光拡散素子の拡散作用によって、映像光を射出させることで、上記と同様の構成を適用させることができる。

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、ハーフミラー層１５が単なる半透過性の膜（誘電体多層膜）であるとしたが、ハーフミラー層１５は、平面又は曲面のホログラム素子に置き換えることができる。

上記の説明では、導光部材１０等が眼ＥＹの並ぶ横方向に延びているが、導光部材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、導光部材１０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。

また、導光路中に遮光構造を設けて映像光の成分に起因するゴースト光の発生を抑えるものとしてもよい。本実施形態のように画像表示装置８０からの射出される映像光ＧＬを傾けると、これに伴って、所定の範囲外から入射した映像光ＧＬの成分がゴースト光を発生させる可能性がある。これに対して遮光構造を設けることでゴースト光の発生を抑制することができる。遮光構造は、例えば図２の投射レンズ３０を構成するレンズ３１の光学面のうち画像表示装置８０側の面（光入射面）のように、映像光ＧＬの光線束断面が狭くなる部分に絞り等で構成することが考えられる。光線束断面が狭くなる部分言い換えると多くの成分が重畳して通過する部分において遮光を行うことで、ゴースト光を抑制しつつ、虚像の一部だけが極端に暗くなってしまうといったことを回避できる。また、図１０に例示した虚像表示位置調整部により画像表示装置８０のｚ方向の位置が変わる場合、これに応じて遮光する位置も変化させるものとしてもよい。

また、映像光ＧＬの各成分光（部分光線束）の主光線ＰＲが、光軸ＡＸにおいて交わる交差箇所（あるいは交差点）を設定する場合、例えば当該交差箇所を、例えば投射レンズ３０や導光部材１０の光入射部の略中心位置に配置するものとすることができる。この場合、投射レンズ３０や導光部材１０の光入射部の光軸回りの大きさ、すなわちｘｙ面に平行な面内の方向に関する大きさを極小化できる。つまり、投射レンズ３０や導光部材１０の幅や高さを抑えてサイズを装置全体の小さくすることができる。また、上記交差箇所（あるいは交差点）を、投射レンズ３０を構成する複数のレンズのうちの一のレンズに配置する場合、投射レンズ３０を構成するレンズの中で光軸ＡＸの方向について一番厚いものに配置することで、投射レンズ３０を小型化できる。

１０…導光部材、 １０ｓ…本体、 １１…導光部分、 １２…導光部分、 １５…ハーフミラー層、 ２０…導光装置、 ２７…ハードコート層、 ３０…投射レンズ、 ３１，３２…レンズ、 ４０…鼻受部、 ５０…光透過部材、 ７０…投射透視装置、 ７１ａ…電極、 ７２ａ…対向電極、 ７３ａ…有機ＥＬ層、 ７４ａ…保護層、 ８０…画像表示装置、 ８１…画像生成部、 ８２…配光制御部、 ８４…駆動制御部、 １００…虚像表示装置、 １００Ａ，１００Ｂ…表示装置、 １０１ａ，１０１ｂ…光学部材、 １０２…枠部、 １０５ａ，１０５ｂ…像形成本体部、 １０７…フレーム、 １０７ａ…正面部、 １０７ｂ，１０７ｃ…側面部、 １０８…樹脂部、 Ａ１，Ａ２…矢印、 ＡＸ…中心光軸、 ＢＭ…ブラックマトリクス、 ＣＣ…接着層、 ＣＦ…カラーフィルター層、 ＣＦｒ，ＣＦｇ，ＣＦｂ…各色用カラーフィルター部、 Ｄ１-Ｄ９…矢印、 ＥＬ…要素レンズ、 ＥＹ…眼（眼想定位置）、 ＧＬ…映像光、 ＨＬ…外界光、 ＭＬＡ…マイクロレンズアレイ、 ＯＩ…画像面、 ＰＲ，ＰＲｃ，ＰＲｐ…主光線、 ＲＭ…光反射膜、 Ｓ１１−Ｓ１５…面、 Ｓ５１−Ｓ５３…透過面

Claims (15)

1. 光源からの光により視認されるべき虚像に対応する画像面を光学系全体の中心光軸を基準にして生成する画像生成部と、前記画像面の各位置から射出された射出光の配光を制御して前記画像面の周辺側から射出される成分光の主光線を前記画像面の中心側から射出される成分光の主光線よりも前記中心光軸側に大きく傾けて射出させる配光制御部とを有する画像表示装置と、
   前記画像表示装置から射出された光を虚像として視認させる虚像光学系と
   を備え、
   前記配光制御部は、前記画像面に平行な面内の方向に関して、水平方向及び垂直方向の少なくとも一方向について周辺側の射出光の主光線の射出角度を傾けて前記虚像光学系に向けて射出し、
   前記配光制御部は、前記水平方向についての主光線の射出角度を前記垂直方向についての主光線の射出角度と異なる角度で傾けて前記虚像光学系に向けて射出している虚像表示装置。
2. 前記配光制御部は、前記水平方向についての主光線の射出角度に対する前記垂直方向についての主光線の射出角度を前記画像面の形状に応じて調整している、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 光源からの光により視認されるべき虚像に対応する画像面を光学系全体の中心光軸を基準にして生成する画像生成部と、前記画像面の各位置から射出された射出光の配光を制御して前記画像面の周辺側から射出される成分光の主光線を前記画像面の中心側から射出される成分光の主光線よりも前記中心光軸側に大きく傾けて射出させる配光制御部とを有する画像表示装置と、
   前記画像表示装置から射出された光を虚像として視認させる虚像光学系と
   を備え、
   前記配光制御部は、前記画像面に平行な面内の方向に関して、水平方向及び垂直方向の少なくとも一方向について周辺側の射出光の主光線の射出角度を傾けて前記虚像光学系に向けて射出し、
   前記配光制御部は、前記水平方向についての主光線の射出角度に対する前記垂直方向についての主光線の射出角度を前記画像面の形状に応じて調整している虚像表示装置。
4. 前記配光制御部は、前記画像表示装置を前記中心光軸に沿って移動させた場合において視認されるべき虚像のアスペクト比と前記画像面のアスペクト比との関係に応じて射出角度を調整する、請求項２及び３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記画像生成部は、前記画像面の各位置から射出する成分の主光線の軸方向について最も強くなる強度分布で光を射出する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記画像表示装置において、前記画像面の各位置から射出された射出光の射出角度は、前記中心光軸を基準として対称につけられており、前記画像面の各位置から射出された射出光の主光線は、前記中心光軸で交差する、請求項１から５までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
7. 前記配光制御部は、前記画像面において前記中心光軸との交点の位置から射出する成分の主光線を前記画像面に対して垂直に射出させ、前記中心光軸からの距離に応じて徐々に前記中心光軸に対する主光線の射出角度を大きくする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
8. 前記画像表示装置において、前記画像面の各位置から射出される主光線の前記中心光軸に対する射出角度の正接は、前記画像面の中心から各主光線の射出位置までの距離に比例している、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. 前記画像表示装置は、前記光源として前記画像面を構成する画素ごとに光を発光する有機ＥＬを含む、請求項１から８までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
10. 前記画像生成部は、前記画像面をマトリクス状に画素を配置させることで形成する画素マトリクスであり、前記配光制御部は、前記画像面を構成するマトリクス状の画素のピッチに対して前記画像面の位置ごとに異なる形状を有している、請求項１から９までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
11. 前記配光制御部は、前記画像面を構成するマトリクス状の画素のピッチよりもピッチを狭めて配列されるカラーフィルター層である、請求項１０に記載の虚像表示装置。
12. 前記配光制御部は、前記画像面を構成するマトリクス状の画素の位置に応じて当該画素の配列に対して非一様に配置されているマイクロレンズアレイである、請求項１０に記載の虚像表示装置。
13. 前記配光制御部は、前記画像面を構成するマトリクス状の画素の位置に応じて形状の異なるブラックマトリクスである、請求項１０に記載の虚像表示装置。
14. 光源からの光により視認されるべき虚像に対応する画像面を光学系全体の中心光軸を基準にして生成する画像生成部と、前記画像面の各位置から射出された射出光の配光を制御して前記画像面の周辺側から射出される成分光の主光線を前記画像面の中心側から射出される成分光の主光線よりも前記中心光軸側に大きく傾けて射出させる配光制御部とを有する画像表示装置と、
    前記画像表示装置から射出された光を虚像として視認させる虚像光学系と
    を備え、
    前記画像生成部は、前記画像面をマトリクス状に画素を配置させることで形成する画素マトリクスであり、
    前記配光制御部は、前記画像面を構成するマトリクス状の画素のピッチよりもピッチを狭めて配列されるカラーフィルター層である虚像表示装置。
15. 前記画像表示装置を移動させることで虚像の表示位置を調整する虚像表示位置調整部をさらに備える、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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