JPH11308640A - 虚像結像方法及び虚像結像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率を向上させると同時に戻り光を
防止して良好な虚像画像を結像させること。 【解決手段】 ＬＣＤ８から出射した所定の画像情報を
有する偏光性光束を、ｓ偏光を反射する偏光ビームスプ
リッタ９で反射させ、ｓ偏光を１／４波長板１１に導
き、これを非球面凹面ハーフミラー１２で反射させた
後、再び１／４波長板１１に導いてｐ偏光とし、さらに
このｐ偏光を偏光ビームスプリッタ９を透過させること
によって、観察側１３に導き、虚像画像を結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像出力装置から
出力された画像を虚像として結像する、虚像結像方法及
び虚像結像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光束分割素子を用いた虚像結像光
学系（虚像観察光学系）では、光束分割素子としてハー
フミラーなどの無偏光ビームスピリッタ、又は、１／４
波長板の使用を伴わない偏光ビームスプリッタが使用さ
れている。

【０００３】ここで、前記光束分割素子としてハーフミ
ラーが用いられている虚像結像光学系を図１０を参照に
説明する。

【０００４】この虚像結像光学系は、バックライト７か
ら出射した光束を液晶表示素子（ＬＣＤ）８で変調し、
バックライト７及びＬＣＤ８で構成される画像出力装置
から出力された光束をハーフミラー３１を介して非球面
凹面ハーフミラー１２に導き、さらに、非球面凹面ハー
フミラー１２で反射された光束がハーフミラー３１を介
して、瞳１３に導くように構成されている。

【０００５】このとき、表示像の明るさは、ＬＣＤ８か
ら出射される光束（例えばｐ偏光）の光量を１００％と
すると、表示光束がハーフミラー３１を２回経ることか
ら、瞳１３に入射する光束の光量は、１００％×０．５
×０．５＝２５％となる。

【０００６】また、非球面凹面ハーフミラー１２で反射
された光束がハーフミラー３１で反射され、再び画像出
力装置に戻って、ゴースト像の原因となったり、瞳１３
側から入射した光束が画像出力装置に戻ることがある。
さらに、ハーフミラー３１による反射により、外部の光
（迷光）３０が瞳１３に入射することがあり、その明る
さは、迷光３０の光量を１００％とすると、５０％の光
量を有する光束が瞳１３に入射してしまう。

【０００７】また、ハーフミラー３１の代わりに、例え
ば、ｐ偏光の透過率１００％、ｓ偏光の反射率５０％の
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用い、画像出力装置
から出射される光束がｓ偏光である場合、画像出力装置
から出射される光束の光量を１００％とすると、表示像
の明るさは１００％×０．５×０．５＝２５％となる。
また、迷光の明るさは、〔５０％（ｓ成分）×０．５〕
＋〔５０％（ｐ成分）×０〕＝２５％となる。このよう
に、ハーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッタを用
いる場合の方が、表示像の明るさと迷光の明るさとの比
（Ｓ／Ｎ比）が改善されるものの、未だ十分であるとは
言い難い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の虚
像結像光学系では、 （１）光源から射出した光束が、往路光及び復路光でビ
ームスプリッタを２回介するため、光利用効率が最大で
も２５％にしかならない。 （２）画像出力装置から射出した光が、ビームスプリッ
タの存在により再び画像出力装置に戻り、反射ミラー、
ビームスプリッタ、画像出力装置間での多重反射により
ゴースト像が発生する。 （３）太陽光などの強力な平行線が瞳側から入射する
と、その光が光の逆進性により画像出力装置上に結像
し、これによって発生する熱によって液晶表示パネル等
が損傷する危険性がある。 といった問題がある。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、光の利用効率を向上すると
同時に、より鮮明な虚像画像が得られる虚像結像方法及
び虚像結像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、画像出
力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束を偏
光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素
子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に
４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
程と、前記光学素子を通過することによってさらに偏光
状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介し
て、前記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の
光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力
装置から出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像
結像方法（以下、本発明の第１の虚像結像方法と称す
る。）に係るものである。

【００１１】本発明の第１の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型光学素子との
間に、前記偏光性光束（特に直線偏光）の直線偏光成分
間に４分の１波長の光路差を与える前記光学素子（例え
ば１／４波長板）を配して、前記画像出力装置から導か
れる光束（往路の光束）と、前記反射型光学素子にて反
射されて前記虚像を結像させる側に導かれる光束（復路
の光束）とのそれぞれの偏光状態（偏光方向）を互いに
異ならせるので、前記偏光性光束分割素子にて前記往路
の光束と前記復路の光束とを高い割合で分割して、光の
利用効率を高めることができる。また、これと同時に、
ゴースト像等を生じさせる戻り光（多重折り返し光）
が、前記画像出力装置等へ戻ることが抑制される。

【００１２】また、本発明は、本発明の第１の虚像結像
方法を再現性良く実施する装置として、画像出力装置か
ら出射された画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た
前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に４分の１
波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、この光学
素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反射型光学
素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過程と、前
記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が変
化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前記
画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路とは
異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置から
出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置で
あって、前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
と、前記光学素子と、少なくとも１つの前記反射型光学
素子とから構成され、前記光学素子が前記偏光性光束分
割素子と前記反射型光学素子との間に設けられている、
虚像結像装置（以下、本発明の第１の虚像結像装置と称
する。）を提供するものである。

【００１３】また、本発明は、画像出力装置から出射さ
れた画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子
に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光
性光束を、直交する直線偏光成分間に４分の１波長の光
路差を与える光学素子に導く過程と、この光学素子を通
過して偏光状態が変化した光束を、反射型回折光学素子
にて反射させて再び前記光学素子に導く過程と、前記光
学素子を通過することによってさらに偏光状態が変化し
た光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前記画像
出力装置から出射された前記偏光性光束の光路とは異な
る光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置から出射
された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方法（以
下、本発明の第２の虚像結像方法と称する。）に係るも
のである。

【００１４】本発明の第２の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素子
（例えば体積ホログラム）との間に、前記偏光性光束の
直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える前記光
学素子を配して、前記画像出力装置から導かれる光束
（往路の光束）と、前記反射型回折光学素子にて反射さ
れて前記虚像を結像させる側に導かれる光束（復路の光
束）とのそれぞれの偏光状態（偏光方向）を互いに異な
らせるので、前記偏光性光束分割素子にて前記往路の光
束と前記復路の光束とを高い割合で分割して、光の利用
効率を高めることができる。また、これと同時に、ゴー
スト像等を生じさせる戻り光（多重折り返し光）が、前
記画像出力装置等へ戻ることが抑制される。さらに、前
記反射型回折光学素子は波長選択性を有しているので、
前記虚像を結像させる側から太陽光等の強力な平行光の
全てが前記画像出力装置に戻ることがなく、この平行光
の戻りによる前記画像出力装置の損傷等が抑制される。

【００１５】また、本発明は、本発明の第２の虚像結像
方法を再現性良く実施する方法として、画像出力装置か
ら出射された画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た
前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に４分の１
波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、この光学
素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反射型回折
光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過程
と、前記光学素子を通過することによってさらに偏光状
態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介し
て、前記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の
光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力
装置から出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結
像装置であって、前記画像出力装置と、前記偏光性光束
分割素子と、前記光学素子と、少なくとも１つの前記反
射型回折光学素子とから構成され、前記光学素子が前記
偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素子との間に
設けられている、虚像結像装置（以下、本発明の第２の
虚像結像装置と称する。）を提供するものである。

【００１６】さらに、本発明は、光源から出射された光
束を偏光性光束分割素子に導く過程と、この偏光性光束
分割素子を経た偏光性光束を、直交する直線偏光成分間
に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光
束を反射型画像出力装置に導く過程と、前記反射型画像
出力装置にて反射された画像情報を有する偏光性光束
を、再び前記光学素子に導く過程と、この光学素子を通
過してさらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光
束分割素子を介して屈折光学素子に導く過程とを経て、
前記反射型画像出力装置から出射された出力画像の虚像
を結像させる、虚像結像方法（以下、本発明の第３の虚
像結像方法と称する。）に係るものである。

【００１７】本発明の第３の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型画像出力装置
（例えば反射型液晶表示素子）との間に、前記偏光性光
束の直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える前
記光学素子を配して、前記光源から前記画像出力装置へ
と導かれる光束（往路の光束）と、前記反射型画像出力
装置にて反射されて前記虚像を結像させる側に導かれる
光束（復路の光束）とのそれぞれの偏光状態（偏光方
向）を互いに異ならせるので、前記偏光性光束分割素子
にて前記往路の光束と前記復路の光束とを高い割合で分
割して、光の利用効率を高めることができる。また、こ
れと同時に、ゴースト像等を生じさせる戻り光（多重折
り返し光）が、前記画像出力装置等へ戻ることが最小限
に抑制される。

【００１８】また、本発明は、本発明の第３の虚像結像
方法を再現性良く実施する方法として、光源から出射さ
れた光束を偏光性光束分割素子に導く過程と、この偏光
性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する直線偏光
成分間に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く
過程と、この光学素子によって偏光状態が変化した偏光
性光束を反射型画像出力装置に導く過程と、前記反射型
画像出力装置にて反射された画像情報を有する偏光性光
束を、再び前記光学素子に導く過程と、この光学素子を
通過してさらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性
光束分割素子を介して屈折光学素子に導く過程とを経
て、前記反射型画像出力装置から出射された出力画像の
虚像を結像させる虚像結像装置であって、前記反射型画
像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記光学素
子と、少なくとも１つの前記屈折光学素子とから構成さ
れ、前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射
型画像出力装置との間に設置されている、虚像結像装置
（以下、本発明の第３の虚像結像装置と称する。）を提
供するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本発明の第１の虚像結像方
法及び本発明の第１の虚像結像装置について説明する。

【００２０】本発明の第１の虚像結像方法及び本発明の
第１の虚像結像装置において、液晶ディスプレイ等の前
記画像出力装置から出射された直線偏光成分（例えばｓ
偏光）を有する前記偏光性光束を、偏光ビームスプリッ
タ等の前記偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光
性光束分割素子（例えば、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透
過させる偏光ビームスプリッタ）にて反射された前記光
束を、その直交する直線偏光成分間に４分の１波長の光
路差（即ち９０°の位相差）を与える１／４波長板に導
く過程と、この１／４波長板を通過して偏光状態が変化
した光束（例えば右回りの円偏光）を、前記反射型光学
素子にて反射させて（例えば左回りの円偏光になる）、
再び前記１／４波長板に導く過程と、前記１／４波長板
を再び通過することによってさらに偏光状態が変化した
光束（例えばｐ偏光）を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させることができる（図１参
照）。

【００２１】ここで、前記１／４波長板（又はλ／４
板）は、その光軸が前記光束の偏光方向に対して４５°
傾くように設置することが望ましい。このように設置す
ることで、効率良く前記偏光性光束を所定の偏光方向に
偏光させることができる。

【００２２】また、前記反射型光学素子は、凹面鏡、凹
面半透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡
からなる群より選ばれる１種の光学素子であってよい。
特に、背景光束と前記画像情報を有する光束とを重ね合
わせる場合は、凹面又は非球面凹面の半透明鏡（ハーフ
ミラー）を用いることが望ましい。

【００２３】また、前記１／４波長板は、前記反射型光
学素子と一体に設けることができる。即ち、１／４波長
板と反射型光学素子とを一体化することによって、１／
４波長板と反射型光学素子との間の空間的変動（例えば
光の散乱）等を低減できる。特に、この１／４波長板と
反射型光学素子との間は、前記光束が往復するので、前
記空間的変動は少ないことが望ましい。

【００２４】また、前記画像出力装置は、液晶画像出力
装置（液晶表示素子又はＬＣＤ：Liquid Crystal Displ
ay）であってよい。この液晶画像出力装置には、例え
ば、冷陰極管や発光ダイオード等のバックライトを用い
ることができ、さらに、このバックライトと前記液晶表
示素子との間には、照明輝度を均一にし、拡散角度をコ
ントロールするための拡散板が設けられていることが望
ましい。

【００２５】また、前記画像出力装置から出射された画
像情報を有する偏光性光束がｓ偏光を有する光束であっ
て、前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率
（Ｔ_p）を９０％以上、ｓ偏光に対する反射率（Ｒ_S ）
を９０％以上とすることが望ましい。但し、前記偏光性
光束がｐ偏光であって、ｐ偏光に対する反射率を９０％
以上、ｓ偏光に対する透過率を９０％以上の偏光性光束
分割素子を用いてもよく、この他の偏光状態を利用する
ことも可能である。但し、前記偏光性光束分割素子は偏
光性光束を分割する作用を有するので、前記画像情報を
有する偏光性光束がｓ偏光及びｐ偏光などが混在する光
束であっても、前記偏光性光束分割素子を経た光束は所
望の偏光状態を有する光束になる。

【００２６】前記偏光性光束分割素子は、主として斜め
板ガラスから構成されるものであってよく、また、この
偏光性光束分割素子は、偏光ビームスプリッタと偏光性
光束分割膜とからなる光学素子であってよい。即ち、こ
の偏光性光束分割素子によって、偏光状態に応じた光束
の分割が行われる。

【００２７】また、前記１／４波長板は、広帯域１／４
波長板とすることが望ましい。この広帯域１／４波長板
は、例えば、２枚のポリカーボネートをその光軸を変え
て張り合わせたフィルム状のものであってよく、特に可
視光領域での波長依存性が少ないものが望ましい。

【００２８】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、前記反射型光学
素子の背景側から入射した背景光束と、前記画像出力装
置による所定画像とを重ね合わせることによって、立体
的画像が得られる。或いは、ビデオカメラのビューファ
インダーで実現されているように、前記背景光束を前記
画像出力装置による所定画像のバックライトとして利用
してもよい。前記背景光束は、いわゆるシースルーによ
る背景像（光学系を介して見える像）であってよい。な
お、本発明において「結像」とは、人の目に観察できる
ようにすることである（以下、同様）。

【００２９】次に、本発明の第２の虚像結像方法及び本
発明の第２の虚像結像装置について説明する。

【００３０】本発明の第２の虚像結像方法及び本発明の
第２の虚像結像装置においては、液晶ディスプレイ等の
前記画像出力装置から出射された直線偏光成分（例えば
ｓ偏光）を有する前記偏光性光束を、偏光ビームスプリ
ッタ等の前記偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏
光性光束分割素子（例えば、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を
透過させる偏光ビームスプリッタ）にて反射された前記
光束を、その直交する直線偏光成分間に４分の１波長の
光路差（即ち９０°の位相差）を与える１／４波長板に
導く過程と、この１／４波長板を通過して偏光状態が変
化した光束（例えば右回りの円偏光）を、体積ホログラ
ム等の前記反射型回折光学素子にて反射させて（ここで
例えば左回りの円偏光となる）、再び前記１／４波長板
に導く過程と、前記１／４波長板を再び通過することに
よってさらに偏光状態が変化した光束（例えばｐ偏光）
を、前記偏光性光束分割素子を透過させる過程とを経
て、前記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を
結像させることができる（図５参照）。

【００３１】前記１／４波長板は、その光軸が前記光束
の偏光方向に対して４５°傾くように設置することが望
ましい。このように設置することで、効率良く前記偏光
性光束を所定の偏光方向に偏光させることができる。

【００３２】また、前記反射型回折光学素子はリップマ
ン体積ホログラムとすることが望ましい。リップマン体
積ホログラムは、干渉縞の３次元格子によるブラッグ反
射で像を作るホログラムであり、参照光（reference be
am）と物体光（object beam）とがホログラムの表側及
び裏側からそれぞれ入射するので、ホログラム内部に
は、表面にほぼ平行な干渉縞の層ができ、３次元の回折
格子となる。このリップマン体積ホログラムは、特に波
長選択性が高く、可視光領域で良好な波長選択性を示
す。但し、本発明においては、リップマン体積ホログラ
ム以外にもその他の体積ホログラムを使用しても構わな
い。

【００３３】また、前記１／４波長板は前記反射型回折
光学素子と一体に設けてもよい。即ち、１／４波長板と
反射型回折光学素子とを一体化することによって、１／
４波長板と反射型回折光学素子との間の空間的変動（例
えば光の散乱）等を低減できる。特に、この１／４波長
板と反射型回折光学素子との間は、前記光束が往復する
ので、前記空間的変動は少ないことが望ましい。

【００３４】また、前記画像出力装置は、液晶画像出力
装置（液晶表示素子又はＬＣＤ）であってよい。この液
晶画像出力装置には、例えば、冷陰極管や発光ダイオー
ド等のバックライトを用いることができ、さらに、この
バックライトと前記液晶表示素子との間には、照明輝度
を均一にし、拡散角度をコントロールするための拡散板
が設けられていることが望ましい。

【００３５】この画像出力装置から出射された画像情報
を有する偏光性光束をｓ偏光を有する光束とし、前記偏
光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率を９０％以
上、ｓ偏光に対する反射率を９０％以上とすることが望
ましい。但し、前記偏光性光束がｐ偏光であって、ｐ偏
光に対する反射率を９０％以上、ｓ偏光に対する透過率
を９０％以上の偏光性光束分割素子を用いてもよく、こ
の他の偏光状態を利用することも可能である。但し、前
記偏光性光束分割素子は偏光性光束を分割する作用を有
するので、前記画像情報を有する偏光性光束がｓ偏光及
びｐ偏光などが混在する光束であっても、前記偏光性光
束分割素子を経た光束は所望の偏光状態を有する光束に
なる。

【００３６】この偏光性光束分割素子は斜め板ガラスか
らなるものであってよく、また、この偏光性光束分割素
子は偏光ビームスプリッタと偏光性光束分割膜とからな
る光学素子であってよい。即ち、この偏光性光束分割素
子によって、偏光状態に応じた光束の分割が行われる。

【００３７】また、前記１／４波長板は、広帯域１／４
波長板とすることが望ましい。この広帯域１／４波長板
は、例えば、２枚のポリカーボネートをその光軸を変え
て張り合わせたフィルム状のものであってよく、特に可
視光領域での波長依存性が少ないものが望ましい。

【００３８】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、体積ホログラム
等の前記反射型回折光学素子の背景側から入射した背景
光束（参照光）と、前記画像出力装置による所定画像
（物体光）とを重ね合わせることによって、立体的ホロ
グラムが得られる。また、前記背景光束は、光学系を介
して見ることのできる周辺の景色であり、いわゆるシー
スルーによる背景像として利用してもよい。さらに、こ
の光束を、ビデオカメラのビューファインダーで実現さ
れているように、バックライトとして利用することも可
能である。

【００３９】次に、本発明の第３の虚像結像方法及び本
発明の第３の虚像結像装置について説明する。

【００４０】本発明の第３の虚像結像方法及び本発明の
第３の虚像結像装置においては、バックライトとしての
前記光源から出射された直線偏光成分を有する光束（こ
れはｓ偏光及びｐ偏光が混在する光束であってよい。）
を、偏光ビームスプリッタ等の前記偏光性光束分割素子
に導く過程と、この偏光性光束分割素子（例えば、ｓ偏
光を反射し、ｐ偏光を透過させる偏光ビームスプリッ
タ）を通過した前記光束（例えばｐ偏光）を、直交する
直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える１／４
波長板に導く過程と、この１／４波長板によって偏光状
態が変化した偏光性光束（例えば左回りの円偏光）を、
反射型液晶ディスプレイ等の反射型画像出力装置に導く
過程と、前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏
光成分を有する前記光束（例えば右回りの円偏光）を、
再び前記１／４波長板に導く過程と、この１／４波長板
を通過してさらに偏光状態が変化した光束（例えばｓ偏
光）を、前記偏光性光束分割素子を介して、レンズ等の
前記屈折光学素子に導く過程とを経て、前記反射型画像
出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させるこ
とができる（図９参照）。

【００４１】また、前記１／４波長板は、その光軸が前
記光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置するこ
とが望ましい。このように設置することで、効率良く前
記偏光性光束を所定の偏光方向に偏光させることができ
る。

【００４２】また、前記屈折光学素子はレンズ、特に接
眼レンズであってよい。但し、この他の所定の屈折率を
付与する光学素子を用いてもよい。

【００４３】また、前記１／４波長板は前記反射型画像
出力装置と一体に設けてもよい。即ち、１／４波長板と
反射型画像出力装置とを一体化することによって、１／
４波長板と反射型画像出力装置との間の空間的変動（例
えば光の散乱）等を低減できる。特に、この１／４波長
板と反射型画像出力装置との間は、前記光束が往復する
ので、前記空間的変動は少ないことが望ましい。

【００４４】この反射型画像出力装置は、レーザー光源
とデジタルマイクロミラー画像表示装置とで構成されて
いてよい。また、反射型の液晶表示素子（反射型ＬＣ
Ｄ）を使用することもできる。

【００４５】また、前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に
対する透過率を９０％以上、ｓ偏光に対する反射率を９
０％以上とすることが望ましい。但し、ｐ偏光に対する
反射率を９０％以上、ｓ偏光に対する透過率を９０％以
上の偏光性光束分割素子を用いてもよく、この他の偏光
状態を利用することも可能である。また、本発明におい
ては、前記偏光性光束分割素子において、所定の偏光状
態を有する光束のみが通過（又は反射）されるので、前
記光源から出射される光束が特定の偏光状態（偏光方
向）を有していなくても構わない。

【００４６】この偏光性光束分割素子は斜め板ガラスか
らなるものであってよく、また、この偏光性光束分割素
子は、偏光ビームスプリッタと偏光性光束分割膜とから
なる光学素子であってよい。即ち、この偏光性光束分割
素子によって、偏光状態に応じた光束の分割が行われ
る。

【００４７】また、前記１／４波長板は広帯域１／４波
長板であってよい。この広帯域１／４波長板は、例え
ば、２枚のポリカーボネートをその光軸を変えて張り合
わせたフィルム状のものであってよく、特に可視光領域
での波長依存性が少ないものが望ましい。

【００４８】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、前記反射型光学
素子の背景側から入射した背景光束と、前記画像出力装
置による所定画像とを重ね合わせることによって立体的
画像が得られる。或いは、ビデオカメラのビューファイ
ンダーで実現されているように、前記背景光束を前記画
像出力装置による所定画像のバックライトとして使用す
るものであってもよい。

【００４９】以下、本発明を望ましい実施の形態例に従
い説明する。

【００５０】〔第１の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第１の虚像結像方法及び第１の虚像結像
装置に基づくものである。

【００５１】図１に、本実施の形態による透過型液晶画
像出力装置（投射型液晶ディスプレイ）と、偏光性光束
分割素子としての偏光性光束分割膜１０を有する偏光ビ
ームスプリッタ９と、広帯域１／４波長板１１と、反射
型光学素子としての非球面凹面ハーフミラー１２とを用
いた虚像結像光学系の概略構成を示す。

【００５２】次に、この虚像結像光学系の動作を説明す
る。

【００５３】まず、ビデオ信号１が液晶ディスプレイ駆
動回路（ＬＣＤドライバ又はＬＣＤ駆動回路）２に入力
されると、ＬＣＤ駆動回路２からバックライト電圧（冷
陰極管電圧）４と液晶ディスプレイ駆動信号（ドライブ
信号）３とが出力され、それぞれバックライト７の冷陰
極管５と液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）８とに入力され
る。

【００５４】ここで、バックライト７は、光源としての
冷陰極管５と、ＬＣＤ８側に設けられた照射輝度を均一
にして拡散角度を制御するための拡散板６とからなるも
のである。また、画像出力装置である液晶ディスプレイ
８には、例えば０．５５インチの透過型液晶ディスプレ
イを用い、ここで電気的画像信号が実際の画像に変換さ
れ、バックライト７から出射した光が変調される。

【００５５】周知のように、液晶画像出力装置としての
ＬＣＤ８から出射する光束は、その光出射側に設けられ
た偏光板（図示省略）によって直線偏光になっている。
ここでは、ＬＣＤ８から出射する光束の偏光方向は、紙
面に垂直に設定する。

【００５６】この偏光性光束が続いて入射する偏光性光
束分割素子は、偏光性光束分割膜１０を有する偏光ビー
ムスプリッタ９であり、偏光ビームスプリッタ９は、そ
の偏光性光束分割膜１０において、入射光束の偏光方向
が入射面（入射光と反射光とを含む面）に平行な偏光成
分（ｐ偏光）は１００％近く透過し（Ｔ_p ≒１００
％）、垂直な偏光成分（ｓ偏光）は１００％近く反射す
る（Ｒ_S ≒１００％）といった特性を有している。つま
り、ＬＣＤ８から出射する光束（偏光ビームスプリッタ
９の偏光性光束分割膜１０に対してｓ偏光）は、この偏
光ビームスプリッタ９の偏光性光束分割膜１０において
ほとんどが反射される。

【００５７】次に、前記偏光性光束分割膜１０で反射さ
れた光束は、この光束の偏光方向に対して光軸が４５°
傾いた１／４波長板１１に入射する。

【００５８】この１／４波長板１１は、１軸性複屈折物
質（水晶、方解石など）によって作られており、入射す
る光束の偏光方向に依存して屈折率が異なる性質を持
つ。本実施の形態のように、１／４波長板１１の結晶の
光軸に対して入射光束の直線偏光方向が４５°傾いて入
射した場合、入射偏光の光軸に平行な成分と垂直な成分
との間にπ／２（光路長でλ／４）の位相差が発生す
る。

【００５９】いま、１／４波長板に入射する直線偏光
（振幅Ａ、周期Ｔ）を Ｅ＝Ａｓｉｎ〔２πｔ／Ｔ〕 とし、光軸に垂直な偏光成分Ｅ_o が、光軸に平行な偏光
成分Ｅ_e に比べてλ／４進むとすると（即ち、常光線屈
折率ｎ_o と異常光線屈折率ｎ_e との大小関係により、位
相が進むか或いは遅れるかが決まる。）、光軸に平行な
偏光成分Ｅ_e 、光軸に垂直な偏光成分Ｅ_o はそれぞれ、 Ｅ_e ＝（Ａ√２）ｓｉｎ〔２πｔ／Ｔ〕 Ｅ_o ＝（Ａ√２）ｓｉｎ２π〔ｔ／Ｔ＋（λ／４）／λ〕 ＝（Ａ√２）ｃｏｓ〔２πｔ／Ｔ〕 となり、右回りの円偏光が得られる（図２参照）。

【００６０】なお、本実施の形態で用いた１／４波長板
１１は、２枚の厚さ６０μｍ程度のポリカーボネートを
光軸を変えて張り合わせたフィルム状のもの（１／４波
長フィルム）で、可視光領域での波長依存性が非常に少
ない。

【００６１】ここで、図３に、従来タイプの１／４波長
板と、本実施の形態で使用した１／４波長フィルム１１
の位相差の波長依存性を示す。即ち、本実施の形態で使
用した１／４波長フィルム（図中黒丸で示す）は、従来
タイプの１／４波長板（図中白丸で示す）に比べて、比
較的広い波長範囲で位相差が安定しており、特に可視光
領域での位相差の波長依存性が非常に少なくなってい
る。

【００６２】次に、右回りの円偏光に変換された光束
は、反射型光学素子としての非球面凹面ハーフミラー１
２に入射する。ここで、光束の一部は、非球面凹面ハー
フミラー１２を透過し、また、他の一部は反射される。
ここで、この反射光束は、画像出力装置の出力画像の虚
像を結像するための屈折力を与えられることになる。ま
た、進行方向が１８０°変化しているので、左回りの円
偏光になっている。

【００６３】次に、非球面凹面ハーフミラー１２で反射
された光束は、左回りの円偏光となっているので、再び
１／４波長板１１を通過することによって、先の偏光ビ
ームスプリッタ出射直後の直線偏光の偏光方向と直交す
る直線偏光、即ちｐ偏光となる（図２参照）。即ち、こ
の直線偏光を持った光束（ｐ偏光）は、続いて偏光ビー
ムスプリッタ９に再入射するが、今回は偏光ビームスプ
リッタ９の偏光性光束分割膜１０にとってｐ偏光となる
ため、ほとんどの光束が通過する。

【００６４】従って、本実施の形態によれば、ＬＣＤ８
やバックライト７で構成される画像出力装置への戻り光
量が非常に少なく、ＬＣＤパネル８、偏光性光束分割膜
１０、非球面凹面ハーフミラー１２の間での多重反射光
が、瞳１３に入射して起こるゴーストの発生を防止でき
る。それと同時に、１／４波長板の使用を伴わずに偏光
ビームスプリッタを用いた場合、又は、ハーフミラーの
反射率を５０％とした場合に比べて、約４倍の光利用効
率を達成できる。

【００６５】次いで、偏光ビームスプリッタ９を透過し
た光束は結像され、虚像として瞳１３に導かれる。そし
て、非球面凹面ハーフミラー１２の背面側から入射する
背景光束Ａと、画像出力装置から出射された出力画像
（虚像）との重ね合わせによって、所定の重ね合わせ画
像（特にホログラム）が得られる。

【００６６】また、本実施の形態は、図４に示すように
して利用することもできる。即ち、図１に示した実施の
形態では、１／４波長板を別部品として偏光ビームスプ
リッタ９と非球面凹面ハーフミラー１２との間に設けて
いるが、図４に示すように、非球面凹面ハーフミラー１
５のミラー面に沿って、１／４波長板（１／４波長フィ
ルム）１４を一体化することもできる。

【００６７】即ち、非球面凹面ハーフミラー１５のミラ
ー面に沿って、１／４フィルム１４を一体化しているの
で、１／４波長フィルム１４と非球面凹面ハーフミラー
１５との間での前記光束の散乱等を防止できる。勿論、
図１に示した実施の形態と同様に、ＬＣＤ８やバックラ
イト７で構成される画像出力装置への戻り光量が非常に
少なく、ＬＣＤパネル８、偏光性光束分割膜１０、非球
面凹面ハーフミラー１２の間での多重反射光が、瞳１３
に入射して起こるゴーストの発生を防止できる。それと
同時に、１／４波長板の使用を伴わずに偏光ビームスプ
リッタを用いた場合、又は、ハーフミラーの反射率を５
０％とした場合に比べて、約４倍の光利用効率を達成で
きる。

【００６８】〔第２の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第２の虚像結像方法及び第２の虚像結像
装置に基づくものである。

【００６９】図５に、本実施の形態による透過型液晶画
像出力装置（投射型液晶ディスプレイ）と、偏光性光束
分割素子としての偏光性光束分割膜１０を有する偏光ビ
ームスプリッタ９と、広帯域１／４波長板１１と、反射
型回折光学素子としてのリップマン体積ホログラム１９
とを用いた虚像結像光学系の概略構成を示す。

【００７０】次に、この虚像結像光学系の動作を説明す
る。

【００７１】まず、ビデオ信号１が液晶ディスプレイ駆
動回路（ＬＣＤドライバ、ＬＣＤ駆動回路）２に入力さ
れると、ＬＣＤ駆動回路２からは、ＬＥＤ（発光ダイオ
ード：light emitting diode）点灯電流（ＬＥＤ電流）
１６と液晶ディスプレイ駆動信号（ドライブ信号）３が
出力され、それぞれバックライト７を構成するＬＥＤア
レイ１７と液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）８とに入力され
る。

【００７２】ここで、バックライト７としては、光源と
して例えば５３５ｎｍの中心波長を持つチップサイズの
ＬＥＤを横２列、縦４列の計８個を平面上マウントした
ＬＥＤアレイ１７を使用し、ＬＣＤ８側には、照射輝度
を均一にし、拡散角度を制御するために拡散板６が設け
られている。この場合、拡散板６は半値角で約１０°と
なっている。

【００７３】画像出力装置である液晶ディスプレイ８と
しては、例えば０．５５インチの透過型液晶ディスプレ
イを用い、ここで電気的画像信号が実際の画像に変換さ
れ、バックライト７から出射した光束が変調される。

【００７４】周知のように、画像出力装置としてのＬＣ
Ｄ８から出射される光束は、ＬＣＤ８の表面に設けられ
た偏光板（図示省略）によって直線偏光になっており、
ここでは、ＬＣＤ８から出射する光束の偏光方向は紙面
に垂直になっている。

【００７５】ＬＣＤ８から出射された画像情報を有する
偏光性光束が続いて入射する偏光ビームスプリッタ９
は、その偏光性光束分割膜１０において、入射光束の偏
光方向が入射面（入射光と反射光を含む面）に平行なｐ
偏光は１００％近く透過し、垂直なｓ偏光は１００％近
く反射する特性を有している。つまり、ＬＣＤ８から出
射する光束（偏光ビームスプリッタ９の偏光性光束分割
膜１０に対してｓ偏光）は、この偏光ビームスプリッタ
９の偏光性光束分割膜１０においてほとんどが反射され
る。

【００７６】次に、この光束は、リップマン体積ホログ
ラム基板（ホログラム基板又はＨＯＥ基板：Holographi
c Optical Elemant ）１８に一体化して設けられた１／
４波長板（１／４波長フィルム）２０に入射し、ここで
前述のように直線偏光から円偏光への変換が行われる。
この光束は、リップマン体積ホログラム基板１８を透過
し、この基板１８のもう一方の面に備えられたリップマ
ン体積ホログラム１９に入射する。

【００７７】ここで、リップマン体積ホログラム１９の
構造及び機能を説明する。

【００７８】図６にリップマン体積ホログラムの概略断
面構造を示す。ホログラム材料としては、フォトポリマ
ー、ダイクロメートゼラチンなどが挙げられる。図中縞
模様は干渉縞を表しており、実際にはここで屈折率が変
調される。典型的なフォトポリマーをホログラム材料と
した場合、その熱処理後の中心屈折率ｎと屈折率変調度
Δｎは、それぞれｎ＝１．５２、Δｎ＝０．０６とな
る。

【００７９】図６より、リップマン体積ホログラムの干
渉縞は、材料の厚さ方向に入っていることが分かる。こ
れは、ホログラムの焼き付けを行う際、２つの光束をホ
ログラム面の裏表からそれぞれ入射させることで実現で
きる。

【００８０】続いて、このリップマン体積ホログラムの
再生原理を説明する。リップマン体積ホログラムの再生
原理には、次の２つの条件がある。

【００８１】１つは、図７に示すように、ある層上の異
なる２点の散乱成分が互いに強め合うことが必要にな
る。その条件は、この２点間の距離をＬとすれば、Ｌｓ
ｉｎ〔θ₁ 〕−Ｌｓｉｎ〔θ₂ 〕＝ｍλとなる。これが
任意のＬについて成り立つためには、Ｌについての恒等
式になればよい。即ち、 θ₁ ＝θ₂ ・・・（１） が成り立てばよい。

【００８２】もう１つは、図８に示すように、異なる２
層間の散乱成分が互いに強め合うことが必要になる。即
ち、異なる２層の散乱成分が互いに強め合うためには、 ｄｃｏｓ〔θ₁ 〕−ｄｃｏｓ〔θ₂ 〕＝ｍλ・・・（２） が成り立てばよい。但し、ｄは、異なる２層間の距離で
ある。

【００８３】従って、前記（１）及び前記（２）より、 ２ｄｃｏｓ〔θ₁ 〕＝ｍλ・・・ブラッグ回折条件 であって、ｍ＝１（first order ）の場合、 ２ｄｃｏｓ〔θ₁ 〕＝λ が成り立てばよい。つまり、ブラッグ（Bragg ）回折
は、波長選択性又は角度選択性をもった鏡面反射である
ということができる。

【００８４】本実施の形態では、この干渉縞を適当に形
成することにより、リップマン体積ホログラムに画像出
力装置からの出力画像の虚像を結像する屈折力をもたせ
ている。

【００８５】次に、リップマン体積ホログラム１９に入
射する光束は、リップマン体積ホログラム１９により、
特定の波長域（この場合は光源の波長である５２５ｎｍ
を中心として半値全巾で１０ｎｍ程度）の光線のみ選択
的に屈折力を与えられて反射し、再びホログラム基板１
８を通過後、１／４波長板２０を通過する。

【００８６】この１／４波長板２０で、前述のように、
偏光ビームスプリッタ出射直後の偏光方向と直交する直
線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ９に入射
する。この際には、ほぼ１００％の光束が偏光ビームス
プリッタ９を通過し、瞳１３に導かれる。

【００８７】一方、リップマン体積ホログラム１８の左
側より進行してくる背景光束Ａは、リップマン体積ホロ
グラム１９、ＨＯＥ基板（ホログラム基板）１８、１／
４波長板２０、偏光ビームスプリッタ９を通って同じく
瞳１３に入射する。

【００８８】この時、背景から瞳１３に到達するスペク
トルの波長５２５ｎｍ付近の強度はリップマン体積ホロ
グラム１９で反射されるため、回折効率にほぼ逆比例し
て小さくなる。また、偏光ビームスプリッタ９を通過す
ることにより、瞳１３に入射する光量は減少する。

【００８９】このように、本実施の形態による光学系に
よれば、前述の第１の実施の形態と同様に、画像出力装
置への戻り光量が非常に少なく、ＬＣＤパネル８、偏光
ビームスプリッタ９、リップマン体積ホログラム１９間
での多重反射光が瞳１３に入射して起こるゴーストの発
生を防止できる。また、１／４波長板を使用せずに偏光
ビームスプリッタを用いる場合や、ハーフミラーの反射
率を５０％とした場合に比べて、約４倍の光利用効率を
達成できる。

【００９０】さらに、太陽光など比較的強い平行光が瞳
側から入射することがあり、この光束がＬＣＤ上で焦点
を結び、この熱によりＬＣＤパネルが損傷する問題が知
られているが、本実施の形態によれば、リップマン体積
ホログラム１９の波長選択性により、この場合波長５２
５ｎｍを中心として半値全巾で１０ｎｍ程度の光しか反
射されないため、ＬＣＤ８への戻り光量も少なく抑えら
れ、ＬＣＤパネル等の損傷が抑制される。

【００９１】なお、本実施の形態では、緑色（５２５ｎ
ｍ付近）のみを回折するリップマン体積ホログラムを使
用しており、表示像が緑単色の例を説明したが、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の３原色それぞれについ
て回折するリップマン体積ホログラムを使用し、バック
ライトとして前記の３原色スペクトルを含む光源を使用
することにより、フルカラー化可能である。また、リッ
プマン体積ホログラム１９と１／４波長板２０とをホロ
グラム基板１８を介して一体に設けたが、リップマン体
積ホログラム、１／４波長板は、独立に設けてもよい。

【００９２】〔第３の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第３の虚像結像方法及び第３の虚像結像
装置に基づくものである。

【００９３】図９に、本実施の形態による反射型液晶画
像出力装置（反射型液晶ディスプレイ）２２と、広帯域
１／４波長板２３と、偏光性光束分割素子としての偏光
性光束分割膜１０を有する偏光ビームスプリッタ９と、
屈折光学素子としての接眼レンズ２４とを用いた虚像結
像光学系の概略構成を示す。

【００９４】この虚像結像光学系の動作は次の通りであ
る。

【００９５】まず、ビデオ信号１が反射型液晶ディスプ
レイ駆動回路（ＬＣＤドライバ又は反射型ＬＣＤ駆動回
路）２に入力される。すると、反射型ＬＣＤ駆動回路２
からは、光源電流（ＬＥＤ電流）１６と反射型液晶ディ
スプレイ駆動信号（ドライブ信号）３とが出力され、そ
れぞれ光源（バックライト）７の３原色発光ダイオード
２１と反射型高分子分散液晶ディスプレイ２２とに入力
される。

【００９６】ここで、バックライト（光源）７は赤色
（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３原色を発光可能
なＬＥＤとし、さらに、ＬＥＤ２１表面には、照射輝度
を均一にし、反射型ＬＣＤ２２に対しておおよそ平行な
光束を照射するための光学素子として拡散板６が設けら
れている。

【００９７】また、画像出力装置としての反射型高分子
分散液晶ディスプレイ２２として、例えば０．５５イン
チの反射型高分子分散液晶ディスプレイを用い、ここで
電気的画像信号が実際の画像に変換され、光源から出射
した光束が変調、反射される。

【００９８】周知のように、反射型高分子分散液晶画像
出力装置２２は、各画素における電界の強さにより入射
光の反射率を各画素ごとに変えることによって画像を出
力するもので、入射光束の偏光状態をあまり変えること
なく反射光束が得られる。なお、この反射型高分子分散
液晶画像出力装置以外にも、例えば、相変化型ゲストホ
ストディスプレイや、ディジタルマイクロミラーデバイ
スなどを使用できる（他の実施の形態も同様）。

【００９９】バックライト７から出射された光束はｓ偏
光やｐ偏光が混じり合った光束であるが、この光束が入
射する偏光ビームスプリッタ９は、その偏光性光束分割
膜１０において、入射光束の偏光方向が入射面（入射光
と反射光とを含む面）に平行偏光成分（ｐ偏光）は１０
０％近く透過し、垂直な偏光成分（ｓ成分）は１００％
近く反射する特性を有しているので、ｐ偏光のみが通過
し、１／４波長板２３及び反射型高分子分散ＬＣＤ２２
に導かれる。

【０１００】次に、この光束は、この光束の偏光方向に
対して光軸が４５°傾いた１／４波長板（１／４波長フ
ィルタ）２３に入射する。１／４波長板２３を透過した
光束は円偏光（仮に右回り円偏光とする）に変換され、
反射型高分子分散液晶画像出力装置２２に入射して変調
される。

【０１０１】次に、反射型高分子分散液晶画像出力装置
２２にて反射された画像情報を有する光束は、再び１／
４波長板２３を通過する。このとき反射型高分子分散液
晶画像出力装置２２にて反射された光束の偏光状態はほ
とんど変わらない。しかしながら、光束の進行方向が逆
向きであるため、入射時に右回り円偏光であった偏光光
束は、反射後は、座標のとり方が変わるために左回り円
偏光となる。この左回り円偏光が１／４波長板を通過す
ると、偏光ビームスプリッタ出射直後の偏光方向と直交
する直線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ９
に入射する。この際、偏光ビームスプリッタ９に入射す
る入射光はｓ偏光となっているため、ほぼ１００％の割
合で偏光ビームスプリッタ９にて反射され、レンズ（接
眼レンズ）２４に導かれる。このレンズ２４により、虚
像結像のための屈折力が波面に付加され、レンズ２４を
透過した光束が瞳２３に導かれる。

【０１０２】従って、本実施の形態においても、１／４
波長板の使用を伴わずに偏光ビームスプリッタを用いた
場合や、ハーフミラーの反射率を５０％とした場合に比
べて、約２倍の光利用効率を達成できる。また、本実施
の形態による光学系は、用いる各光学素子の配置が容易
である。

【０１０３】以上、本発明による第１、第２及び第３の
実施の形態によれば、１／４波長板（特に１／４波長フ
ィルタ）と、偏光性光束分割膜を有する偏光ビームスプ
リッタとを光路中に使用することにより、偏光ビームス
プリッタにて偏光状態の違いによるビームスプリット
（光束分割）が行われ、光の利用効率が大幅に向上し、
無偏光ビームスプリッタや、１／４波長板の使用を伴わ
ない偏光ビームスプリッタを使用した場合に比べて、光
利用効率が約４倍向上（第３の実施の形態では約２倍）
する。

【０１０４】また、１／４波長板と、偏光性光束分割膜
を有する偏光ビームスプリッタとを光路中に使用するこ
とにより、画像出力装置（特に液晶ディスプレイ）への
戻り光束のアイソレーションが実現でき、光路内での多
重反射によるゴースト像の発生を防止できる。この多重
反射によるゴースト像の発生は、画像表示装置の高画素
化に伴い開口率が低下するほど顕著になるため、特に高
解像度虚像結像光学系において有効である。

【０１０５】さらに、特に第２の実施の形態において、
太陽光などの強力な平行光が瞳側より入射しても、その
スペクトルのほとんどは、反射型回折光学素子の波長選
択性によって画像出力装置に入射することがないので、
この光の逆進性により画像出力装置上に結像し、これに
よって生じる熱によってＬＣＤパネル等が損傷する危険
性を低減できる。また、同時に、外部からの光（迷光）
が瞳に入射することが少ないので、所望の表示光束に対
する迷光の割合（即ち、Ｓ／Ｎ比）が改善される。

【０１０６】以上、本発明を望ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定さ
れるものではない。

【０１０７】例えば、上述した第１及び第２の実施の形
態では、画像出力装置として液晶画像出力装置を採用し
ているが、この他の直線偏光を出射する画像出力装置と
して、例えば、半導体レーザーディスプレイなどを使用
できる。

【０１０８】また、本実施の形態による虚像結像光学系
は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ（立体表示も
可能）、携帯用情報端末機器のビューアー、ビデオカメ
ラのファインダーなど、種々の用途に適用できる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明の第１の虚像結像方法によれば、
画像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光
束を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束
分割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成
分間に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過
程と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に
導く過程と、前記光学素子を通過することによってさら
に偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子
を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏光性
光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画
像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させる
ので、前記反射型光学素子に関して、前記偏光性光束の
往路と復路とでその偏光状態が互いに異なることにな
り、前記偏光性光束分割素子によって、前記の往路の光
束と前記の復路の光束とが互いに分離され、光の利用効
率が向上すると同時に、前記画像出力装置への戻り光が
少なくなる。

【０１１０】本発明の第１の虚像結像装置によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に
導く過程と、前記光学素子を通過することによってさら
に偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子
を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏光性
光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画
像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させる
虚像結像装置であって、前記画像出力装置と、前記偏光
性光束分割素子と、前記光学素子と、少なくとも１つの
前記反射型光学素子とから構成され、前記光学素子が前
記偏光性光束分割素子と前記反射型光学素子との間に設
けられているので、本発明の第１の虚像結像方法が、簡
易な構成で再現性良く実施される。

【０１１１】本発明の第２の虚像結像方法によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素
子に導く過程と、前記光学素子を通過することによって
さらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割
素子を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏
光性光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前
記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像さ
せるので、前記反射型回折光学素子に関して、前記偏光
性光束の往路と復路とでその偏光状態が互いに異なるこ
とになり、前記偏光性光束分割素子によって、前記の往
路の光束と前記の復路の光束とが互いに分離され、光の
利用効率が向上すると同時に、前記画像出力装置への戻
り光が少なくなる。さらに、前記反射型回折光学素子の
波長選択性によって、前記虚像の結像側から逆進してく
る光が前記画像出力装置に照射されることなく、この画
像出力装置の損傷等を防止できる。

【０１１２】本発明の第２の虚像結像装置によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に４分の１波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素
子に導く過程と、前記光学素子を通過することによって
さらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割
素子を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏
光性光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前
記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像さ
せる虚像結像装置であって、前記画像出力装置と、前記
偏光性光束分割素子と、前記光学素子と、少なくとも１
つの前記反射型回折光学素子とから構成され、前記光学
素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素
子との間に設けられているので、前記第２の虚像結像方
法が簡易な構成で実現され、かつ、再現性良く実施され
る。

【０１１３】本発明の第３の虚像結像方法によれば、光
源から出射された光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、この光学素子によって偏光状態が
変化した偏光性光束を反射型画像出力装置に導く過程
と、前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を
有する偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させているので、前記反射型画
像出力装置に関する前記偏光性光束の往路と復路とで、
その偏光状態が互いに異なることになり、前記偏光性光
束分割素子によって、前記の往路の光束と前記の復路の
光束とが互いに分離され、光の利用効率が向上すると同
時に、前記画像出力装置への戻り光が少なくなる。

【０１１４】本発明の第３の虚像結像装置によれば、光
源から出射された光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、この光学素子によって偏光状態が
変化した偏光性光束を反射型画像出力装置に導く過程
と、前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を
有する偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置であって、
前記反射型画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
と、前記光学素子と、少なくとも１つの前記屈折光学素
子とから構成され、前記光学素子が前記偏光性光束分割
素子と前記反射型画像出力装置との間に設置されている
ので、前記第３の虚像結像方法が簡易な構成で実現され
ると同時に、再現性良く実施される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。

【図２】１／４波長板における偏光状態の変化を説明す
るための模式図である。

【図３】一般的な１／４波長板における位相差の波長依
存性、及び、第１の実施の形態で用いた１／４波長板に
おける位相差の波長依存性を示すグラフである。

【図４】本発明の第１の実施の形態による他の虚像結像
装置の要部概略図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。

【図６】同、虚像結像装置に用いたリップマン体積ホロ
グラムを説明するための概略図である。

【図７】同、リップマン体積ホログラムを説明するため
の他の概略図である。

【図８】同、リップマン体積ホログラムを説明するため
の他の概略図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。

【図１０】従来の虚像結像装置の要部概略図である。

【符号の説明】

１…ビデオ信号、２…ＬＣＤドライバ、３…ドライブ信
号、４…冷陰極管電圧、５…冷陰極管、６…拡散板、７
…バックライト、８…ＬＣＤ（液晶表示素子）、９…偏
光ビームスプリッタ、１０…偏光性光束分割膜、１１、
１４、２０、２３…１／４波長板、１２、１５…非球面
凹面ハーフミラー、１３…瞳、１６…ＬＥＤ電流、１７
…ＬＥＤアレイ、１８…ホログラム基板、１９…リップ
マン体積ホログラム、２１…３原色発光ダイオード、２
２…反射型液晶画像出力装置、３０…迷光、３１…ハー
フミラー

Claims (66)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像出力装置から出射された画像情報を
   有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
   する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
   学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
   射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
   程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
   変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
   記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
   は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
   ら出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方
   法。
2. 【請求項２】 前記画像出力装置から出射された直線偏
   光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割素
   子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
   交する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える
   １／４波長板に導く過程と、 この１／４波長板を通過して偏光状態が変化した光束
   を、前記反射型光学素子にて反射させて再び前記１／４
   波長板に導く過程と、 前記１／４波長板を再び通過することによってさらに偏
   光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
   過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
   た出力画像の虚像を結像させる、請求項１に記載した虚
   像結像方法。
3. 【請求項３】 前記１／４波長板を、その光軸が前記光
   束の偏光方向に対して４５°傾くように設置する、請求
   項２に記載した虚像結像方法。
4. 【請求項４】 前記反射型光学素子を、凹面鏡、凹面半
   透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡から
   なる群より選ばれる１種の光学素子とする、請求項１に
   記載した虚像結像方法。
5. 【請求項５】 前記１／４波長板と前記反射型光学素子
   とを一体に設ける、請求項２に記載した虚像結像方法。
6. 【請求項６】 前記画像出力装置を液晶画像出力装置と
   する、請求項１に記載した虚像結像方法。
7. 【請求項７】 前記画像出力装置から出射された画像情
   報を有する偏光性光束をｓ偏光を有する光束とし、前記
   偏光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率を９０％以
   上、ｓ偏光に対する反射率を９０％以上とする、請求項
   １に記載した虚像結像方法。
8. 【請求項８】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラス
   とする、請求項７に記載した虚像結像方法。
9. 【請求項９】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビームス
   プリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
   る、請求項７に記載した虚像結像方法。
10. 【請求項１０】 前記１／４波長板を広帯域１／４波長
    板とする、請求項２に記載した虚像結像方法。
11. 【請求項１１】 結像した前記虚像を観察する、請求項
    １に記載した虚像結像方法。
12. 【請求項１２】 画像出力装置から出射された画像情報
    を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
    と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
    する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
    学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
    射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
    程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
    変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
    記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
    は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
    ら出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置
    であって、 前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記
    光学素子と、少なくとも１つの前記反射型光学素子とか
    ら構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型光
    学素子との間に設けられている、虚像結像装置。
13. 【請求項１３】 前記画像出力装置から出射された直線
    偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
    素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
    交する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える
    １／４波長板に導く過程と、 この１／４波長板を通過して偏光状態が変化した光束
    を、前記反射型光学素子にて反射させて再び前記１／４
    波長板に導く過程と、 前記１／４波長板を再び通過することによってさらに偏
    光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
    過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
    た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、請
    求項１２に記載した虚像結像装置。
14. 【請求項１４】 前記１／４波長板が、その光軸が前記
    光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置されてい
    る、請求項１３に記載した虚像結像装置。
15. 【請求項１５】 前記反射型光学素子が、凹面鏡、凹面
    半透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡か
    らなる群より選ばれる１種の光学素子である、請求項１
    ２に記載した虚像結像装置。
16. 【請求項１６】 前記１／４波長板と前記反射型光学素
    子とが一体に設けられている、請求項１３に記載した虚
    像結像装置。
17. 【請求項１７】 前記画像出力装置が液晶画像出力装置
    である、請求項１２に記載した虚像結像装置。
18. 【請求項１８】 前記画像出力装置から出射された画像
    情報を有する偏光性光束がｓ偏光を有する光束であり、
    前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率が９０
    ％以上、ｓ偏光に対する反射率が９０％以上である、請
    求項１２に記載した虚像結像装置。
19. 【請求項１９】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
    スである、請求項１８に記載した虚像結像装置。
20. 【請求項２０】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
    スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
    る、請求項１８に記載した虚像結像装置。
21. 【請求項２１】 前記１／４波長板が広帯域１／４波長
    板である、請求項１３に記載した虚像結像装置。
22. 【請求項２２】 結像した前記虚像が観察される、請求
    項１２に記載した虚像結像装置。
23. 【請求項２３】 画像出力装置から出射された画像情報
    を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
    と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
    する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
    学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
    射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導
    く過程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
    変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
    記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
    は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
    ら出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方
    法。
24. 【請求項２４】 前記画像出力装置から出射された直線
    偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
    素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
    交する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える
    １／４波長板に導く過程と、 この１／４波長板を通過して偏光状態が変化した光束
    を、前記反射型回折光学素子にて反射させて再び前記１
    ／４波長板に導く過程と、 前記１／４波長板を再び通過することによってさらに偏
    光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
    過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
    た出力画像の虚像を結像させる、請求項２３に記載した
    虚像結像方法。
25. 【請求項２５】 前記１／４波長板を、その光軸が前記
    光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置する、請
    求項２４に記載した虚像結像方法。
26. 【請求項２６】 前記反射型回折光学素子をリップマン
    体積ホログラムとする、請求項２３に記載した虚像結像
    方法。
27. 【請求項２７】 前記１／４波長板と前記反射型回折光
    学素子とを一体に設ける、請求項２４に記載した虚像結
    像方法。
28. 【請求項２８】 前記画像出力装置を液晶画像出力装置
    とする、請求項２３に記載した虚像結像方法。
29. 【請求項２９】 前記画像出力装置から出射された画像
    情報を有する偏光性光束をｓ偏光を有する光束とし、前
    記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率を９０％
    以上、ｓ偏光に対する反射率を９０％以上とする、請求
    項２３に記載した虚像結像方法。
30. 【請求項３０】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラ
    スとする、請求項２９に記載した虚像結像方法。
31. 【請求項３１】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビーム
    スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
    る、請求項２９に記載した虚像結像方法。
32. 【請求項３２】 前記１／４波長板を広帯域１／４波長
    板とする、請求項２４に記載した虚像結像方法。
33. 【請求項３３】 結像した前記虚像を観察する、請求項
    ２３に記載した虚像結像方法。
34. 【請求項３４】 画像出力装置から出射された画像情報
    を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
    と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
    する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光
    学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
    射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導
    く過程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
    変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
    記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
    は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
    ら出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置
    であって、 前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記
    光学素子と、少なくとも１つの前記反射型回折光学素子
    とから構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型回
    折光学素子との間に設けられている、虚像結像装置。
35. 【請求項３５】 前記画像出力装置から出射された直線
    偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
    素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
    交する直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える
    １／４波長板に導く過程と、 この１／４波長板を通過して偏光状態が変化した光束
    を、前記反射型回折光学素子にて反射させて再び前記１
    ／４波長板に導く過程と、 前記１／４波長板を再び通過することによってさらに偏
    光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
    過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
    た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、請
    求項３４に記載した虚像結像装置。
36. 【請求項３６】 前記１／４波長板が、その光軸が前記
    光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置されてい
    る、請求項３５に記載した虚像結像装置。
37. 【請求項３７】 前記反射型回折光学素子がリップマン
    体積ホログラムである、請求項３４に記載した虚像結像
    装置。
38. 【請求項３８】 前記１／４波長板と前記反射型回折光
    学素子とが一体に設けられている、請求項３５に記載し
    た虚像結像装置。
39. 【請求項３９】 前記画像出力装置が液晶画像出力装置
    である、請求項３４に記載した虚像結像装置。
40. 【請求項４０】 前記画像出力装置から出射された画像
    情報を有する偏光性光束がｓ偏光を有する光束であり、
    前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対する透過率が９０
    ％以上、ｓ偏光に対する反射率が９０％以上である、請
    求項３４に記載した虚像結像方法。
41. 【請求項４１】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
    スである、請求項４０に記載した虚像結像装置。
42. 【請求項４２】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
    スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
    る、請求項４０に記載した虚像結像装置。
43. 【請求項４３】 前記１／４波長板が広帯域１／４波長
    板である、請求項３５に記載した虚像結像装置
44. 【請求項４４】 結像した前記虚像が観察される、請求
    項３４に記載した虚像結像装置。
45. 【請求項４５】 光源から出射された光束を偏光性光束
    分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する
    直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光学素
    子に導く過程と、 この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光束を
    反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を有す
    る偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、 この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
    を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
    く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
    た出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方法。
46. 【請求項４６】 前記光源から出射された直線偏光成分
    を有する光束を前記偏光性光束分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た前記光束を、直交する直
    線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える１／４波
    長板に導く過程と、 この１／４波長板によって偏光状態が変化した偏光性光
    束を反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏光成分を
    有する前記光束を、再び前記１／４波長板に導く過程
    と、 この１／４波長板を通過してさらに偏光状態が変化した
    光束を、前記偏光性光束分割素子を介して前記屈折光学
    素子に導く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から
    出射された出力画像の虚像を結像させる、請求項４５に
    記載した虚像結像方法。
47. 【請求項４７】 前記１／４波長板を、その光軸が前記
    光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置する、請
    求項４６に記載した虚像結像方法。
48. 【請求項４８】 前記屈折光学素子を接眼レンズとす
    る、請求項４５に記載した虚像結像方法。
49. 【請求項４９】 前記１／４波長板と前記反射型画像出
    力装置とを一体に設ける、請求項４６に記載した虚像結
    像方法。
50. 【請求項５０】 前記反射型画像出力装置をデジタルマ
    イクロミラー画像表示装置とする、請求項４５に記載し
    た虚像結像方法。
51. 【請求項５１】 前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対
    する透過率を９０％以上、ｓ偏光に対する反射率を９０
    ％以上とする、請求項４５に記載した虚像結像方法。
52. 【請求項５２】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラ
    スとする、請求項５１に記載した虚像結像方法。
53. 【請求項５３】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビーム
    スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
    る、請求項５１に記載した虚像結像方法。
54. 【請求項５４】 前記１／４波長板を広帯域１／４波長
    板とする、請求項４６に記載した虚像結像方法。
55. 【請求項５５】 結像した前記虚像を観察する、請求項
    ４５に記載した虚像結像方法。
56. 【請求項５６】 光源から出射された光束を偏光性光束
    分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する
    直線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える光学素
    子に導く過程と、 この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光束を
    反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を有す
    る偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、 この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
    を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
    く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
    た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置であって、 前記反射型画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
    と、前記光学素子と、少なくとも１つの前記屈折光学素
    子とから構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型画
    像出力装置との間に設置されている、虚像結像装置。
57. 【請求項５７】 前記光源から出射された直線偏光成分
    を有する光束を前記偏光性光束分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た前記光束を、直交する直
    線偏光成分間に４分の１波長の光路差を与える１／４波
    長板に導く過程と、 この１／４波長板によって偏光状態が変化した偏光性光
    束を反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏光成分を
    有する前記光束を、再び前記１／４波長板に導く過程
    と、 この１／４波長板を通過してさらに偏光状態が変化した
    光束を、前記偏光性光束分割素子を介して前記屈折光学
    素子に導く過程とを経て、前記画像出力装置から出射さ
    れた出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、
    請求項５６に記載した虚像結像装置。
58. 【請求項５８】 前記１／４波長板が、その光軸が前記
    光束の偏光方向に対して４５°傾くように設置されてい
    る、請求項５７に記載した虚像結像装置。
59. 【請求項５９】 前記屈折光学素子が接眼レンズであ
    る、請求項５６に記載した虚像結像装置。
60. 【請求項６０】 前記１／４波長板と前記反射型画像出
    力装置とが一体に設けられている、請求項５７に記載し
    た虚像結像装置。
61. 【請求項６１】 前記反射型画像出力装置がデジタルマ
    イクロミラー画像表示装置から構成されている、請求項
    ５６に記載した虚像結像装置。
62. 【請求項６２】 前記偏光性光束分割素子のｐ偏光に対
    する透過率が９０％以上、ｓ偏光に対する反射率が９０
    ％以上である、請求項５６に記載した虚像結像装置。
63. 【請求項６３】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
    スである、請求項６２に記載した虚像結像装置。
64. 【請求項６４】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
    スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
    る、請求項６２に記載した虚像結像装置。
65. 【請求項６５】 前記１／４波長板が広帯域１／４波長
    板である、請求項５７に記載した虚像結像装置。
66. 【請求項６６】 結像した前記虚像が観察される、請求
    項５６に記載した虚像結像装置。