(57)【要約】【課題】画像の解像度の低下を抑制することのできる表示装置を提供すること。【解決手段】本発明の表示装置は、画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部と、第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、光路において、第１光学部と第３光学部との間に画像光の第１中間像が形成され、第２光学部と第４光学部の間に瞳が形成され、第３光学部と第４光学部との間に画像光の第２中間像が形成され、第４光学部の第３光学部とは反対側に射出瞳が形成されており、第２光学部と第４光学部との間に、画像光の光線形状を補正するプリズム部材が設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
2020071417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
正のパワーを有する第１光学部と、
第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、
正のパワーを有する第３光学部と、
第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、
前記光路において、
前記第１光学部と前記第３光学部との間に前記画像光の第１中間像が形成され、
前記第２光学部と前記第４光学部の間に瞳が形成され、
前記第３光学部と前記第４光学部との間に前記画像光の第２中間像が形成され、
前記第４光学部の前記第３光学部とは反対側に射出瞳が形成されており、
前記第２光学部と前記第４光学部との間に、前記画像光の光線形状を補正するプリズム部材が設けられている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
正のパワーを有し、複数のレンズを含む第１光学部と、
第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、
正のパワーを有する第３光学部と、
第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、備え、
前記光路において、前記第１光学部における前記複数のレンズのうち最も前記画像光生成装置側に位置する第１レンズと前記第３光学部との間に前記画像光の第１中間像が形成され、
前記第２光学部と前記第４光学部の間に瞳が形成され、
前記第３光学部と前記第４光学部との間に前記画像光の第２中間像が形成され、
前記第４光学部の前記第３光学部とは反対側に射出瞳が形成されており、
前記第２光学部と前記第４光学部との間に、前記画像光の光線形状を補正するプリズム部材が設けられている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記第１中間像は、前記第１光学部の中に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記プリズム部材は、前記第３光学部と前記第４光学部との間に設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１光学部、前記第２光学部、前記第３光学部および前記第４光学部は所定の曲線の一方側に沿って配置されており、
前記曲線の前記一方側において該曲線から離れていく方向を外側とし、前記一方側において該曲線に近づいていく方向を内側としたとき、
前記プリズム部材は、前記第２中間像の前記第３光学部側に設けられ、前記外側の厚みが前記内側の厚みよりも大きい
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記プリズム部材は、前記第２回折素子と一体に設けられる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１光学部、前記第２光学部、前記第３光学部および前記第４光学部は所定の曲線の一方側に沿って配置されており、
前記曲線の前記一方側において該曲線から離れていく方向を外側とし、前記一方側において該曲線に近づいていく方向を内側としたとき、
前記プリズム部材は、前記内側の厚みが前記外側の厚みよりも大きい
ことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記プリズム部材は曲率を有する面を含む
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折素子を利用して画像を表示する表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィック素子等の回折素子を用いた表示装置として、画像光生成装置から出射された画像光を回折素子によって観察者の眼に向けて偏向するものが提案されている。回折素子では、特定波長で最適な回折角度と回折効率が得られるように干渉縞が最適化されている。しかしながら、画像光は、特定波長を中心にして所定のスペクトル幅を有していることから、特定波長からずれた周辺波長の光は、画像の解像度を低下させる原因となる。そこで、画像光生成装置から出射された画像光を反射型の第１回折素子によって、前方に配置された第２回折素子に向けて出射し、第１回折素子から出射された画像光を第２回折素子によって観察者の眼に向けて偏向する表示装置が提案されている。かかる構成によれば、第１回折素子によって周辺波長の光を補償して色収差をキャンセルすることができ、特定波長からずれた周辺波長の光に起因する画像の解像度の低下を抑制することができる（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記表示装置において、画像光は、観察者の眼の前に配置された第２回折素子に対して斜入射するため、第２回折素子における画像光の入射形状が歪な形となる。上記特許文献１には、第２回折素子に入射する画像光の形状を補正することについて開示も示唆もされないため、十分な波長補償を行うことができず、画像の解像度が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係る表示装置は、画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部と、第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、を備え、前記光路において、前記第１光学部と前記第３光学部との間に前記画像光の第１中間像が形成され、前記第２光学部と前記第４光学部の間に瞳が形成され、前記第３光学部と前記第４光学部との間に前記画像光の第２中間像が形成され、前記第４光学部の前記第３光学部とは反対側に射出瞳が形成されており、前記第２光学部と前記第４光学部との間に、前記画像光の光線形状を補正するプリズム部材が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の第二態様に係る表示装置は、画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有し、複数のレンズを含む第１光学部と、第１回折素子を含み、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、第２回折素子を含み、正のパワーを有する第４光学部と、備え、前記光路において、前記第１光学部における前記複数のレンズのうち最も前記画像光生成装置側に位置する第１レンズと前記第３光学部との間に前記画像光の第１中間像が形成され、前記第２光学部と前記第４光学部の間に瞳が形成され、前記第３光学部と前記第４光学部との間に前記画像光の第２中間像が形成され、前記第４光学部の前記第３光学部とは反対側に射出瞳が形成されており、前記第２光学部と前記第４光学部との間に、前記画像光の光線形状を補正するプリズム部材が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記第二態様に係る表示装置において、前記第１中間像は、前記第１光学部の中に形成されることが好ましい。
【０００８】
上記態様に係る表示装置において、前記プリズム部材は、前記第３光学部と前記第４光学部との間に設けられていることが好ましい。
【０００９】
上記態様に係る表示装置において、前記第１光学部、前記第２光学部、前記第３光学部および前記第４光学部は所定の曲線の一方側に沿って配置されており、前記曲線の前記一方側において該曲線から離れていく方向を外側とし、前記一方側において該曲線に近づいていく方向を内側としたとき、前記プリズム部材は、前記第２中間像の前記第３光学部側に設けられ、前記外側の厚みが前記内側の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００１０】
上記態様に係る表示装置において、前記プリズム部材は、前記第２回折素子と一体に設けられることが好ましい。
【００１１】
上記態様に係る表示装置において、前記第１光学部、前記第２光学部、前記第３光学部および前記第４光学部は所定の曲線の一方側に沿って配置されており、前記曲線の前記一方側において該曲線から離れていく方向を外側とし、前記一方側において該曲線に近づいていく方向を内側としたとき、前記プリズム部材は、前記内側の厚みが前記外側の厚みよりも大きいことが好ましい。
【００１２】
上記態様に係る表示装置において、前記プリズム部材は曲率を有する面を含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態の表示装置の外観の一態様を示す外観図。
【図２】表示装置の別の外観の一態様を示す外観図。
【図３】表示装置の光学系の一態様を示す説明図。
【図４Ａ】回折素子の干渉縞の説明図である。
【図４Ｂ】回折素子の干渉縞の別の形態の説明図。
【図５】第１、第２回折素子を構成する体積ホログラムにおける回折特性の説明図。
【図６】第２回折素子で発生する色収差をキャンセルする原理の説明図。
【図７Ａ】第１、第２回折素子が共役関係にある場合の説明図。
【図７Ｂ】第１、第２回折素子が共役関係にない場合の説明図。
【図７Ｃ】第１、第２回折素子が共役関係にない場合の説明図。
【図８Ａ】第１、第２回折素子の共役関係からのずれの許容差を示す説明図。
【図８Ｂ】第１、第２回折素子の共役関係からのずれの許容差を示す別形態の説明図。
【図９】光学系における光線図。
【図１０】斜入射を考慮した場合の画像光の光束形状の一例を示す図。
【図１１】第二実施形態の光学系の構成を示す図。
【図１２】第三実施形態の光学系の構成を示す図。
【図１３】第一変形例に係る光学系の光線図。
【図１４】第二変形例に係る光学系の光線図。
【図１５】第三変形例に係る光学系の光線図。
【図１６】第四変形例に係る光学系の光線図。
【図１７】本変形例に係る第１光学部の説明図。
【図１８】第五変形例に係る光学系の説明図。
【図１９】第六変形例に係る表示装置の説明図。
【図２０】第七変形例に係る表示装置の説明図。
【図２１】水平方向および垂直方向における中間像の位置が異なる場合の光線図。
【図２２】第八変形例に係る表示装置の説明図。
【図２３】第九変形例に係る表示装置の説明図。
【図２４】第十変形例に係る表示装置の説明図。
【図２５】第十変形例に係る第１、第２回折素子との略共役関係を示す説明図。
【図２６】略共役関係のときに第２回折素子から出射される光の説明図。
【図２７】光が眼に入射する様子を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度や角度を実際とは異ならせしめている。
【００１５】
図１は、本実施形態の表示装置１００の外観の一態様を示す外観図である。図２は、表示装置１００の別の外観の一態様を示す外観図である。図３は、図１に示す表示装置１００の光学系１０の一態様を示す説明図である。なお、以下に示す図面においては必要に応じて、表示装置を装着した観察者に対する前後方向をＺ軸に沿う方向とし、前後方向の一方側として表示装置を装着した観察者の前方を前側Ｚ１とし、前後方向の他方側として表示装置を装着した観察者の後方を後側Ｚ２としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する左右方向をＸ軸に沿う方向とし、左右方向の一方側として表示装置を装着した観察者の右方を右側Ｘ１とし、左右方向の他方側として表示装置を装着した観察者の左方を左側Ｘ２としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する上下方向をＹ軸方向に沿う方向とし、上下方向の一方側として表示装置を装着した観察者の上方を上側Ｙ１とし、上下方向の他方側として表示装置を装着した観察者の下方を下側Ｙ２としてある。
【００１６】
図１に示す表示装置１００は、頭部装着型の表示装置であり、画像光Ｌ０ａを右眼Ｅａに入射させる右眼用光学系１０ａと、画像光Ｌ０ｂを左眼Ｅｂに入射させる左眼用光学系１０ｂとを有している。表示装置１００は、例えば、眼鏡のような形状に形成される。具体的に、表示装置１００は、右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとを保持する筐体９０をさらに備えている。表示装置１００は、筐体９０によって観察者の頭部に装着される。
【００１７】
表示装置１００は、筐体９０として、フレーム９１と、フレーム９１の右側に設けられ、観察者の右耳に係止されるテンプル９２ａと、フレーム９１の左側に設けられ、観察者の左耳に係止されるテンプル９２ｂと、を備えている。フレーム９１は、両側部に収納空間９１ｓを有しており、収納空間９１ｓ内に、後述する光学系１０を構成する画像光投射装置等の各部品が収容されている。テンプル９２ａ，９２ｂは、ヒンジ９５によってフレーム９１に対して折り畳み可能に連結されている。
【００１８】
右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとは基本的な構成が同一である。従って、以下の説明では、右眼用光学系１０ａと左眼用光学系１０ｂとを区別せずに光学系１０として説明する。
【００１９】
また、図１に示す表示装置１００では、画像光Ｌ０をＸ軸に沿う左右方向に進行させたが、図２に示すように、画像光Ｌ０を上側Ｙ１から下側Ｙ２に進行させて観察者の眼Ｅに出射させる場合や、頭頂部から眼Ｅの前にわたって光学系１０が配置されるように構成される場合もある。
【００２０】
図３を参照して表示装置１００の光学系１０の基本的な構成を説明する。図３は、図１に示す表示装置１００の光学系１０の一態様を示す説明図である。
【００２１】
図３に示すように、光学系１０では、画像光生成装置３１から出射された画像光Ｌ０の光路方向に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが配置されている。
【００２２】
かかる光学系１０において、画像光Ｌ０の進行方向に着目すると、画像光生成装置３１は、投射光学系３２に向けて画像光Ｌ０を出射し、投射光学系３２は入射した画像光Ｌ０をミラー４０に向けて出射する。ミラー４０は反射面４０ａを有し、画像光Ｌ０を第１回折素子５０に向けて反射する。ミラー４０の反射面４０ａで反射された画像光Ｌ０は第１回折素子５０に入射する。第１回折素子５０で回折された画像光Ｌ０は導光系６０に向けて出射される。導光系６０は、入射した画像光Ｌ０を第２回折素子７０に出射し、第２回折素子７０は、入射した画像光Ｌ０を観察者の眼Ｅに向けて出射する。
【００２３】
本実施形態において、画像光生成装置３１は画像光Ｌ０を生成する。
画像光生成装置３１は、有機エレクトロルミネッセンス表示素子等の表示パネル３１０を備えている態様を採用することができる。かかる態様によれば、小型で高画質な画像表示が可能な表示装置１００を提供することができる。また、画像光生成装置３１は、照明光源（図示せず）と、照明光源から出射された照明光を変調する液晶表示素子等の表示パネル３１０とを備えている態様を採用してもよい。かかる態様によれば、照明光源の選択が可能なため、画像光Ｌ０の波長特性の自由度が広がるという利点がある。ここで、画像光生成装置３１は、カラー表示可能な１枚の表示パネル３１０を有する態様を採用することができる。また、画像光生成装置３１は、各色に対応する複数の表示パネル３１０と、複数の表示パネル３１０から出射された各色の画像光を合成する合成光学系とを有する態様を採用してもよい。さらに、画像光生成装置３１は、レーザー光をマイクロミラーデバイスで変調する態様を採用してもよい。
【００２４】
投射光学系３２は画像光生成装置３１が生成した画像光Ｌ０を投射する光学系であって、第１レンズ３０１、第２レンズ３０２および第３レンズ３０３によって構成されている。第１レンズ３０１、第２レンズ３０２および第３レンズ３０３は自由曲面レンズや回転対称のレンズで構成される。また、投射光学系３２は偏心光学系であってもよい。図３では、投射光学系３２におけるレンズの数を３枚とした場合を例に挙げたが、レンズの枚数はこれに限定されることはなく、投射光学系３２が５枚以上のレンズを備えていてもよい。また、各レンズは貼り合わせて投射光学系３２を構成してもよい。
【００２５】
導光系６０は、周辺部より中央が凹んだ反射面６２ａを有するミラー６２で構成されており、正のパワーを有している。ミラー６２は、前後方向に向けて斜めに傾いた反射面６２ａを有している。なお、反射面６２ａは球面、非球面、または自由曲面からなる。本実施形態において、ミラー６２は自由曲面からなる反射面６２ａを有した全反射ミラーである。但し、ミラー６２をハーフミラーとしてもよく、この場合、外光を視認できる範囲を広くすることができる。
【００２６】
続いて、第１回折素子５０および第２回折素子７０の構成について説明する。
本実施形態において、第１回折素子５０および第２回折素子７０は基本的な構成が同一である。以下では、第２回折素子７０の構成を例に挙げて説明する。
【００２７】
図４Ａは、図３に示す第２回折素子７０の干渉縞７５１の説明図である。図４Ａに示すように、第２回折素子７０は、反射型体積ホログラフィック素子７５を備えており、反射型体積ホログラフィック素子７５は部分反射型回折光学素子である。このため、第２回折素子７０は、部分透過反射性のコンバイナーを構成している。従って、外光も第２回折素子７０を介して眼Ｅに入射するため、観察者は、画像光生成装置３１で形成した画像光Ｌ０と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。
【００２８】
第２回折素子７０は、観察者の眼Ｅと対向しており、画像光Ｌ０が入射する第２回折素子７０の入射面７１は、眼Ｅから離れる方向に凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面７１は、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。このため、画像光Ｌ０を観察者の眼Ｅに向けて効率良く集光させることができる。
【００２９】
第２回折素子７０は、特定波長に対応するピッチを有した干渉縞７５１を有している。干渉縞７５１は屈折率等の差としてホログラム感光層に記録されており、干渉縞７５１は特定の入射角度に対応するように、第２回折素子７０の入射面７１に対して一方方向に傾いている。従って、第２回折素子７０は、画像光Ｌ０を所定の方向に回折して偏向する。特定波長および特定の入射角度とは、画像光Ｌ０の波長と入射角度に対応する。かかる構成の干渉縞７５１は、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｓを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。
【００３０】
本実施形態では、画像光Ｌ０がカラー表示用であるため、後述する赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含む。このため、第２回折素子７０は、特定波長に対応するピッチで形成された干渉縞７５１Ｒ、７５１Ｇ、７５１Ｂを有している。例えば、干渉縞７５１Ｒは、５８０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長６１５ｎｍの赤色光ＬＲに対応するピッチで形成される。干渉縞７５１Ｇは、５００ｎｍから５８０ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長５３５ｎｍの緑色光ＬＧに対応するピッチで形成される。干渉縞７５１Ｂは、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲のうち、例えば、波長４６０ｎｍの青色光ＬＢに対応するピッチで形成される。かかる構成は、各波長に対応する感度を有するホログラフィック感光層を形成した状態で、各波長の参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢ、および物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。
【００３１】
なお、各波長に対応する感度を有する感光材料をホログラフィック感光層に分散させておき、各波長の参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢおよび物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことによって、図４Ｂに示すように１つの層に干渉縞７５１Ｒ、７５１Ｇ、７５１Ｂを重畳した干渉縞７５１を形成してもよい。また、参照光ＬｒＲ、ＬｒＧ、ＬｒＢおよび物体光ＬｓＲ、ＬｓＧ、ＬｓＢとして球面波の光を用いてもよい。
【００３２】
第２回折素子７０と基本的な構成が同一である第１回折素子５０は、反射型体積ホログラフィック素子５５を備えている。第１回折素子５０は、画像光Ｌ０が入射する入射面５１が、凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面５１は、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。そのため、画像光Ｌ０を導光系６０に向けて効率良く偏向させることができる。
【００３３】
図５は、図３に示す第１回折素子５０および第２回折素子７０を構成する体積ホログラムにおける回折特性を説明した図である。図５は、体積ホログラム上の１点に光線が入射したときの、特定波長と周辺波長の回折角の差を示したものである。図５には、特定波長を５３１ｎｍとしたとき、波長が５２６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを実線Ｌ５２６で示し、波長が５３６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを点線Ｌ５３６で示してある。図５に示すように、ホログラムに記録された同じ干渉縞に光線が入射した場合でも、長波長の光線程、大きく回折し、短波長の光線程、回折しにくい。そのため、本実施形態のように２つの回折素子、すなわち第１回折素子５０および第２回折素子７０を用いた際、特定波長に対する長波長の光および短波長の光における光線角度をそれぞれ考慮して入射させないと適正に波長補償できない。すなわち第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルできなくなる。また、干渉縞の本数によって回折角が異なるので、干渉縞を考慮する必要がある。
【００３４】
図３に示す光学系１０では、特開２０１７−１６７１８１号公報に記載されているように、第１回折素子５０と第２回折素子７０との間での中間像の形成回数と、ミラー６２での反射回数の和が奇数か偶数かに対応して、第２回折素子７０への入射方向等を適正化してあるため、波長補償、すなわち色収差をキャンセル可能である。
【００３５】
図６は第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルする原理について説明した図である。なお、図６には、画像光Ｌ０の特定波長の光Ｌ１（実線）に加えて、長波長側の光Ｌ２（一点鎖線）、および特定波長に対して短波長側の光Ｌ３（点線）も図示してある。
【００３６】
具体的に、第１回折素子５０に入射した画像光Ｌ０は、図６に示すように、第１回折素子５０によって回折されることで偏向する。このとき、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度θ２は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ１より大きくなる。また、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度θ３は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ１より小さくなる。従って、第１回折素子５０を出射した画像光Ｌ０は、波長毎に偏向されて分散することとなる。
【００３７】
第１回折素子５０を出射した画像光Ｌ０は、導光系６０を介して第２回折素子７０に入射し、第２回折素子７０によって回折されることで偏向する。その際、第１回折素子５０から第２回折素子７０までの光路において、中間像の形成が１回行われるとともに、ミラー６２での反射が１回行われる。従って、画像光Ｌ０と第２回折素子７０の入射面法線との間の角度を入射角とすると、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２は、特定波長の光Ｌ１における入射角θ１１よりも大きな入射角θ１２となり、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３は、特定波長の光Ｌ１における入射角θ１１よりも小さな入射角θ１３となる。また、上述したように特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度θ２は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ１よりも大きくなり、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度θ３は、特定波長の光Ｌ１の回折角度θ１よりも小さくなる。
【００３８】
従って、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２は、特定波長の光Ｌ１よりも大きな入射角で第１回折素子５０に入射するが、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２の回折角度が、特定波長の光Ｌ１の回折角度よりも大きいため、結果として第２回折素子７０から出射するときには、特定波長に対して長波長側の光Ｌ２と特定波長の光Ｌ１は略平行な光となる。これに対して、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３は、特定波長の光Ｌ１よりも小さな入射角で第１回折素子５０に入射するが、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３の回折角度が、特定波長の光Ｌ１の回折角度よりも小さいため、結果として第２回折素子７０から出射するときには、特定波長に対して短波長側の光Ｌ３と特定波長の光Ｌ１は略平行な光となる。このようにして、図６に示すように、第２回折素子７０を出射した画像光Ｌ０は、略平行な光として観察者の眼Ｅに入射するので、波長毎の網膜Ｅ０での結像位置ずれが抑制される。従って、第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセルできる。
【００３９】
続いて、第１回折素子５０と第２回折素子７０との共役関係について説明する。
図７Ａは、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係にある場合の説明図である。図７Ｂおよび図７Ｃは第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係にない場合の説明図である。図８Ａおよび図８Ｂは、図７Ｂおよび図７Ｃに示す第１回折素子５０と第２回折素子７０との共役関係からのずれの許容差を示す説明図である。図８Ａおよび図８Ｂには、特定波長の光を実線Ｌｅで示し、波長が特定波長−１０ｎｍの光を一点鎖線Ｌｆで示し、波長が特定波長＋１０ｎｍの光を二点鎖線Ｌｇで示してある。なお、図７Ａ〜Ｃおよび図８Ａおよび図８Ｂでは、光の進行が分かりやすいように、第１回折素子５０、第２回折素子７０および導光系６０を透過型として示し、第１回折素子５０、第２回折素子７０および導光系６０を矢印で示してある。
【００４０】
図７Ａに示すように、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを共役の関係とした場合、第１回折素子５０のＡ点（第１の位置）から出射した発散光は正パワーを持つ導光系６０（レンズ）によって集光され、第２回折素子７０のＢ点（第１の位置に対応する第２の位置）に入射する。従って、Ｂ点で発生する回折による色収差をＡ点で補償することができる。
【００４１】
これに対して、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役の関係にない場合、第１回折素子５０のＡ点から出射した発散光は、中央の正パワーを持つ導光系６０によって集光されるが、第２回折素子７０上のＢ点よりも遠い位置、あるいは近い位置で交わって入射する。このため、Ａ点とＢ点とが１対１の関係になっていない。ここで、領域内の干渉縞が一様の場合に補償効果が高まることから、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役の関係にない場合、補償効果が弱くなる。一方、第１回折素子５０によって、第２回折素子７０の投影領域全体を補償することは困難である。それ故、図７Ｂおよび図７Ｃに示す態様の場合、十分な波長補償を行うことができないので、解像度の劣化が発生する。
【００４２】
なお、特定波長に対して±１０ｎｍの波長の光では、特定波長の光が到達するＢ点から±０．４ｍｍ程度の誤差が存在するが、解像度の低下は目立たない。かかる許容範囲を検討した結果、図８Ａに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第２回折素子７０上のＢ点よりも手前で交わり±０．８ｍｍの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。また、図８Ｂに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第２回折素子７０上のＢ点よりも後方で交わり±０．８ｍｍの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。従って、第１回折素子５０と第２回折素子７０とにおいては、完全な共役関係になくても、略共役関係にあって、理想的なＢ点から±０．８ｍｍの範囲内に到達する場合には、解像度の低下を許容することができる。すなわち、本実施形態において、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役関係を有するとは、特定波長の光の入射位置が理想的な入射点から±０．８ｍｍの誤差範囲に収まることをいう。
【００４３】
図９は、本実施形態の光学系１０における光線図である。図９、および後で参照する図では、光軸に沿って配置された各光学部を太い矢印で示してある。また、画像光生成装置３１の１つの画素から出射した光線を実線Ｌａで示し、画像光生成装置３１の端部から出射される主光線を一点鎖線Ｌｂで示し、第１回折素子５０と共役関係となる位置を長い破線Ｌｃで示してある。ここで、「中間像」とは、１画素から出射された光線（実線Ｌａ）が集まる個所であり、「瞳」とは、各画角の主光線（一点鎖線Ｌｂ）が集まる個所である。また、図９は、画像光生成装置３１から出射された光の進行を示すものである。なお、図９においては、図を簡略化するため、すべての光学部を透過型として図示している。
【００４４】
図９に示すように、本実施形態の光学系１０では、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０と、第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。
【００４５】
第１光学部Ｌ１０の焦点距離はＬ／２であり、第２光学部Ｌ２０、第３光学部Ｌ３０、および第４光学部Ｌ４０の焦点距離はいずれもＬである。従って、第２光学部Ｌ２０から第３光学部Ｌ３０までの光学距離と第３光学部Ｌ３０から第４光学部Ｌ４０までの光学距離とが等しい。
【００４６】
かかる光学系１０では、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。その際、第３光学部Ｌ３０は、第２光学部Ｌ２０から射出された画像光を発散光あるいは収束光あるいは平行光と自在に制御して第４光学部Ｌ４０に入射させる。第２光学部Ｌ２０は、第１光学部Ｌ１０から射出された画像光を収束光として第３光学部Ｌ３０に入射させる。本実施形態の光学系１０において、瞳Ｒ１は、第２光学部Ｌ２と第４光学部Ｌ４０との間のうち、第３光学部Ｌ３０の近傍に形成される。第３光学部Ｌ３０の近傍とは、第２光学部Ｌ２０と第３光学部Ｌ３０の間のうち、第２光学部Ｌ２０より第３光学部Ｌ３０に近い位置、または第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０の間のうち、第４光学部Ｌ４０より第３光学部Ｌ３０に近い位置を意味する。
【００４７】
また、第３光学部Ｌ３０は、画像光生成装置３１の１点からの画像光について、第１回折素子５０により偏向されて特定波長からずれた周辺波長の光を第２回折素子７０の所定の範囲に入射させる。すなわち、第１回折素子５０と第２回折素子７０は共役あるいは略共役の関係にある。ここで、第１回折素子５０の第３光学部Ｌ３０による第２回折素子７０上の射影の倍率の絶対値は０．５倍から１０倍までであり、かかる倍率の絶対値は１倍から５倍までであることが好ましい。
【００４８】
従って、本実施形態の光学系１０によれば、投射光学系３２と導光系６０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、導光系６０の近傍に瞳Ｒ１が形成され、導光系６０と第２回折素子７０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第２回折素子７０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。
【００４９】
本実施形態の光学系１０において、第１中間像Ｐ１は、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）との間に形成される。
【００５０】
ここで、上述のように第１回折素子５０および第２回折素子７０が共役関係或いは略共役関係を満たすためには、第１回折素子５０における画像光の入射状態と第２回折素子７０における画像光の入射状態とを同じにする必要がある。つまり、観察者の眼Ｅに入射する画像光の光線形状が例えば円形である場合、第１回折素子５０および第２回折素子７０に入射する画像光の結像光線も円形にする必要がある。
【００５１】
図３に示したように、本実施形態の光学系１０では、第２回折素子７０を観察者の眼Ｅの前に配置する構造を採用するため、画像光Ｌ０が第２回折素子７０に対して斜め方向から入射する。以下、画像光Ｌ０が斜め方向から入射する状態を単に「斜入射」と呼ぶ。
【００５２】
図３に示される画像光は、主光線および光軸を含む面であるメリジオナル平面内を通過するメリジオナル光線である。
【００５３】
以下、図３の説明において、画像光の主光線に直交し観察者の顔の輪郭から離間する方向をｙ軸とし、該ｙ方向および図３の紙面に直交する方向をｘ軸とするｘｙ座標系を用いる。
【００５４】
図３において画像光を示す複数のメリジオナル光線のうち、画像形成装置３１から右側Ｘ１に出射され、第２中間像Ｐ２の形成位置を通過して第２回折素子７０に入射する光線を「マイナス側光線ＭＫ」と呼ぶ。
【００５５】
また、図３において画像光を示す複数のメリジオナル光線のうち、画像形成装置３１から左側Ｘ２側に出射され、第２中間像Ｐ２の形成位置を通過して第２回折素子７０に入射するメリジオナル光線を「プラス側光線ＰＫ」と呼ぶ。
【００５６】
図３に示されるように、マイナス側光線ＭＫは第２中間像Ｐ２の形成位置に対してより＋ｙ側から入射する光線ほど第２中間像Ｐ２から第２回折素子７０までの光路長が長くなる。すなわち、マイナス側光線ＭＫは第２回折素子７０に対する入射角度が相対的に大きくなる。
【００５７】
一方、図３に示されるように、プラス側光線ＰＫは第２中間像Ｐ２の形成位置に対してより−ｙ側から入射する光線ほど第２中間像Ｐ２から第２回折素子７０までの光路長が短くなる。すなわち、プラス側光線ＰＫは第２回折素子７０に対する入射角度が相対的に小さくなる。
【００５８】
このように画像光が第２回折素子７０に対して斜入射する場合、第２回折素子７０上における画像光の光線形状が歪な形状となって円形と異なる形状にならなくなる。すると、観察者の眼Ｅに入射する画像光の光線形状と、第１回折素子５０および第２回折素子７０に入射する画像光の結像光線の形状とが異なってしまう。よって、第１回折素子５０と第２回折素子７０とは共役関係或いは略共役関係を満たすことができず、波長補償を適正に行うことができなくなる。
【００５９】
そのため、第２回折素子７０に対して画像光を斜入射させる場合において、上述したように第２回折素子７０上における画像光の光線形状が円形となるように、斜入射によって生じる歪みを考慮して予め画像光の光束形状を所望の形に補正する必要がある。
ここで、斜入射によって生じる歪みを考慮して予め画像光の光束形状を補正するとは、斜入射する画像光の光線形状が第２回折素子７０上において例えば円形等の所望形状となるように画像光の光線形状を補正することを意味する。
【００６０】
図１０は斜入射を考慮した場合の画像光の光束形状の一例を示す図である。図１０は図３の符号Ａで示した位置における画像光のｘｙ平面に沿う断面に相当し、第２中間像Ｐ２の近傍における画像光の光束断面形状を示す。
【００６１】
図１０に示すように、画像光における光線形状の＋ｙ側はマイナス側光線ＭＫで形成され、画像光における光線形状の−ｙ側はプラス側光線ＰＫで形成される。
ここで、マイナス側光線ＭＫは第２回折素子７０に対する入射角度が相対的に大きい、つまり中間像位置から対象物までの距離が長いことから、第２回折素子７０上に形成する照明領域の面積が拡がる。一方、プラス側光線ＰＫは第２回折素子７０に対する入射角度が相対的に小さい、つまり中間像位置から対象物までの距離が短いことから、第２回折素子７０上に形成する照明領域の面積がマイナス側光線ＭＫよりも拡がらない。
【００６２】
このような理由から、斜入射を考慮した場合における画像光の光線形状は、第２回折素子７０上で照明領域が大きく拡がるマイナス側光線ＭＫを含む＋ｙ側ほど光線を細くし、第２回折素子７０上で照明領域が拡がり難いプラス側光線ＰＫを含む−ｙ側ほど光線を太くしている。従って、図１０に示すように斜入射を考慮した場合における画像光の光線形状は、ｘ方向における幅が＋ｙ側ほど狭くなったいびつな形状となる。このように斜入射を考慮した場合の画像光の光束形状はマイナス側光線ＭＫおよびプラス側光線ＰＫの入射状況に応じて決まる。
【００６３】
ところで、第２回折素子７０上における画像光の光線形状の補正は、第１光学部Ｌ１０から第３光学部Ｌ３０までの間で行う必要がある。上述のように第１回折素子５０および第２回折素子７０が共役関係或いは略共役関係を満たすためには、第１回折素子５０および第２回折素子７０は画像光の入射形状を一致させる必要がある。そのため、画像光の光線形状の補正に第１回折素子５０および第２回折素子７０を利用することはできない。そこで、第３光学部Ｌ３０を用いることで画像光の光線形状を図１０に示した形状に補正することも考えられる。
【００６４】
しかしながら、第３光学部Ｌ３０を用いて画像光の光線形状を補正する場合、瞳径が大きくなったり、画面サイズが大きくなることで収差の増大へと繋がる。その結果、画像の解像度の低下という新たな問題が生じてしまう。
【００６５】
これに対し、本実施形態の光学系１０では、図３に示したように、第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間に、画像光Ｌ０の光線形状を補正するプリズム部材４５を設けている。本実施形態において、プリズム部材４５は、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に設けられており、第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正することで、画像光Ｌ０が第２回折素子７０上において例えば円形等といった所望の光線形状に形成することができる。
【００６６】
図３に示したように、本実施形態の光学系１０において、第１光学部Ｌ１０、第２光学部Ｌ２０、第３光学部Ｌ３０および第４光学部Ｌ４０は観察者の輪郭の曲線ＭＣ（所定の曲線）の一方側に沿って配置されている。
【００６７】
本実施形態のプリズム部材４５は、第２中間像Ｐ２の第３光学部Ｌ３０側に設けられている。プリズム部材４５における入射面および出射面は曲率を有する曲面を含んでいる。曲面としては、例えば、球面、非球面、シリンドリカル面あるいは自由曲面のいずれでもよい。このように入射面および出射面を曲面で構成することで画像光の補正自由度を向上させることができる。なお、プリズム部材４５における入射面および出射面は平面で構成されていてもよい。
【００６８】
図１０に示した斜入射を考慮した場合の画像光の光束形状はマイナス側光線ＭＫおよびプラス側光線ＰＫの入射状況に応じて変化する。つまり、プリズム部材４５の形状はマイナス側光線ＭＫおよびプラス側光線ＰＫの入射状況によって一意に決まる。
【００６９】
本実施形態のプリズム部材４５は、第２回折素子７０に対して大きい入射角度で入射するマイナス側光線ＭＫにおける補正力を相対的に強め、第２回折素子７０に対して小さい入射角度で入射するプラス側光線ＰＫにおける補正力を相対的に弱める形状を有する。
【００７０】
より具体的に、本実施形態のプリズム部材４５は、図３に示したように、プラス側光線ＰＫが通過する−ｙ側の厚みよりもマイナス側光線ＭＫが通過する＋ｙ側の厚みを厚くなる形状を有している。プリズム部材４５は、マイナス側光線ＭＫが通過する領域の厚みが大きいため、マイナス側光線ＭＫを強く曲げることができる。よって、マイナス側光線ＭＫをプラス側光線ＰＫよりも細くすることで画像光の光線形状を図１０に示した形状に予め補正することができる。
【００７１】
図３に示すように本実施形態のプリズム部材４５は、輪郭の曲線ＭＣから離れるにつれて厚みを増す形状を有する。ここで、曲線ＭＣの一方側、つまり曲線ＭＣにおける光学系１０が配置される側において該曲線ＭＣから離れていく方向を外側とし、曲線ＭＣに近づいていく方向を内側とする。すなわち、プリズム部材４５は、観察者の顔に近い側である曲線ＭＣの内側における厚みよりも観察者の顔から遠い側である曲線ＭＣの外側における厚みが大きくなる形状を有すると換言できる。
【００７２】
なお、プリズム部材４５の形状は、該プリズム部材４５を配置する位置によっても変化する。例えば、図３において、第２中間像Ｐ２の形成位置よりも第３光学部Ｌ３０側にプリズム部材４５を配置したが、プリズム部材４５は第２中間像Ｐ２の形成位置よりも第４光学部Ｌ４０側に配置してもよい。この場合、プリズム部材４５に対するマイナス側光線ＭＫおよびプラス側光線ＰＫの入射位置の関係が図３に示した場合と逆になるため、プリズム部材４５における形状は＋ｙ側よりも−ｙ側を厚くした形状となる。
【００７３】
本実施形態の光学系１０によれば、以下に示す４つの条件（条件１、２、３、４）を満たすことができる。
条件１：画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像される。
条件２：光学系の入射瞳と眼球の瞳が共役である。
条件３：周辺波長を補償するように第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置する。
条件４：第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にある。
【００７４】
より具体的には、図９に示した実線Ｌａから分かるように、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たすので、観察者は１画素を視認することができる。また、図９に示した実線Ｌａから分かるように、光学系１０の入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たすので、画像光生成装置３１で生成した画像の全域を視認することができる。また、周辺波長を補償するように第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たすため、波長補償を行うことによって第２回折素子７０で発生する色収差をキャンセル可能である。
【００７５】
本実施形態の光学系１０によれば、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に設けられたプリズム部材４５によって第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正することで、第１回折素子５０における画像光の入射状態と第２回折素子７０における画像光の入射状態とを同じにすることができる。よって、本実施形態の光学系１０によれば、画像光が第２回折素子７０に対して斜入射する場合であっても、図９の長い破線Ｌｃで示される第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすことができる。よって、第１回折素子５０および第２回折素子７０は、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能となるので、上述の波長補償を適正に行うことができる。よって、画像光の解像度の劣化を良好に抑えることができる。
【００７６】
本実施形態の光学系１０は、第２光学部Ｌ２０および第３光学部Ｌ３０を覆うカバー部材を設けてもよい。この場合において、プリズム部材４５をカバー部材の一部で形成しても良い。このようにすれば、プリズム部材４５とカバー部材とを一体化することで、組立公差の低減を図ることができる。
【００７７】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る光学系について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いはプリズム部材を配置する位置であり、それ以外の構成を共通する。そのため、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
【００７８】
図１１は本実施形態の光学系の構成を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態の光学系１１は、第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間にプリズム部材１４５を設けている。プリズム部材１４５は、光入射側と反対の裏面にミラー６２を設けることで、第３光学部Ｌ３０を構成する導光系６０の役割を兼ねている。
【００７９】
プリズム部材１４５は第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正することで、第２回折素子７０上において画像光Ｌ０を所望の光線形状とすることができる。
プリズム部材１４５は、第２回折素子７０に対して大きい入射角度で入射するマイナス側光線ＭＫにおける補正力を相対的に強め、第２回折素子７０に対して小さい入射角度で入射するプラス側光線ＰＫにおける補正力を相対的に弱める形状を有する。
具体的に、本実施形態のプリズム部材１４５は、図１１に示すように、プラス側光線ＰＫが通過するミラー６２の後側Ｚ２における厚みよりもマイナス側光線ＭＫが通過するミラー６２の前側Ｚ１における厚みを大きくした形状を有する。これにより、プリズム部材１４５は、マイナス側光線ＭＫが通過する領域の厚みが大きいため、マイナス側光線ＭＫを強く曲げることができる。よって、マイナス側光線ＭＫをプラス側光線ＰＫよりも細くすることで画像光の光線形状を図１０に示した形状に予め補正することができる。
【００８０】
本実施形態の光学系１１においても、上述した４つの条件を満たすことができる。
また、本実施形態の光学系１１によれば、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に設けられたプリズム部材１４５によって第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正することで、第１回折素子５０における画像光の入射状態と第２回折素子７０における画像光の入射状態とを同じにすることができる。よって、本実施形態の光学系１１によれば、画像光が第２回折素子７０に対して斜入射する場合であっても、上述の波長補償を適正に行うことで、画像光の解像度の劣化を良好に抑えることができる。
また、本実施形態の光学系１１では、プリズム部材１４５がミラー６２を有することで第３光学部Ｌ３０の役割を兼ねるので、組立公差を低減するとともに部品点数の増加を抑えることができる。
【００８１】
（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る光学系について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いはプリズム部材を配置する位置であり、それ以外の構成を共通する。そのため、上記実施形態と共通の部材については同じ符号を付し、その詳細については説明を省略する。
【００８２】
図１２は本実施形態の光学系の構成を示す図である。図１２では、画像光生成装置３１の３つの画素から出射した光線を示しており、各光線をそれぞれ３本の線で図示した。
図１２に示すように、本実施形態の光学系１２は、画像光Ｌ０の光路上における第２光学部Ｌ２０と第４光学部Ｌ４０との間にプリズム部材２４５を設けている。また、本実施形態の光学系１２において、プリズム部材２４５は、画像光Ｌ０の光路上における第１光学部Ｌ１０と第２光学部Ｌ２０との間に設けられていると換言できる。より具体的に、プリズム部材２４５は、第２光学部Ｌ２０を構成する第１回折素子５０の光入射面側に設けられている。
【００８３】
プリズム部材２４５は第２光学部Ｌ２と第３光学部Ｌ３０との間に設けられることで、第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正して、第２回折素子７０上において画像光Ｌ０を所望の光線形状とする機能を有している。プリズム部材２４５は、第２回折素子７０に対して大きい入射角度で入射するマイナス側光線ＭＫに対する補正力を相対的に強くし、第２回折素子７０に対して小さい入射角度で入射するプラス側光線ＰＫに対する補正力を相対的に弱くした形状を有する。
【００８４】
本実施形態の光学系１２において、第１光学部Ｌ１０、第２光学部Ｌ２０、第３光学部Ｌ３０および第４光学部Ｌ４０は観察者の輪郭の曲線ＭＣ（所定の曲線）の一方側に沿って配置されている。
【００８５】
具体的に本実施形態のプリズム部材２４５は、図１２に示すように、点線で示されるプラス側光線ＰＫに相当する光線が通過する第１回折素子５０の投射光学系３２側における厚みよりも一点鎖線で示されるマイナス側光線ＭＫに相当する光線が通過する第１回折素子５０の投射光学系３２と反対側における厚みを大きくした形状を有する。
【００８６】
本実施形態のプリズム部材２４５は、マイナス側光線ＭＫが通過する領域の厚みが大きいため、マイナス側光線ＭＫを強く曲げることができる。よって、マイナス側光線ＭＫをプラス側光線ＰＫよりも細くすることで画像光の光線形状を図１０に示した形状に予め補正することができる。
【００８７】
また、本実施形態のプリズム部材２４５は、観察者の顔における輪郭の曲線ＭＣから離れる外側の厚みが曲線ＭＣに近づく内側における厚みよりも小さい。すなわち、本実施形態のプリズム部材２４５は、観察者の顔に近い側である曲線ＭＣの内側の厚みよりも観察者の顔から遠い側である曲線ＭＣの外側の厚みを小さくした形状を有すると換言できる。
【００８８】
本実施形態の光学系１２においても、上述した４つの条件を満たすことができる。
また、本実施形態の光学系１２によれば、第１回折素子５０と一体に設けられたプリズム部材２４５によって第２回折素子７０に斜入射する画像光Ｌ０の光線形状を予め補正することで、第１回折素子５０における画像光の入射状態と第２回折素子７０における画像光の入射状態とを同じにすることができる。よって、本実施形態の光学系１２によれば、画像光が第２回折素子７０に対して斜入射する場合であっても、上述の波長補償を適正に行うことで、画像光の解像度の劣化を良好に抑えることができる。
【００８９】
ところで、本実施形態の光学系１２は、例えば、第１回折素子５０における干渉縞を形成する際の物体光の照射位置および参照光の集光位置を概ね瞳位置に対応させるように設計している。これにより、画像光の画角を決める瞳位置の効率を高くすることで観察者の眼に均一な光を入射させるようにしている。
【００９０】
第１回折素子５０はブラッグの回折条件を満たす場合、第２回折素子７０に向けて画像光を最も効率よく回折可能である。ここで、ブラッグの回折条件を満たすには、第１回折素子５０の物体点に相当する瞳Ｒと画像光の中間像とを一致させるように配置すればよい。
【００９１】
しかしながら、本実施形態の光学系１２では、図１２に示すように、画像光の中間像Ｐ１，Ｐ２の位置と瞳Ｒ，Ｒ１の位置とが異なっている。具体的に、第１回折素子５０の物体点に相当する瞳Ｒに対して、画像光の第１中間像Ｐ１は第１回折素子５０の近くに位置する。そのため、本実施形態の光学系１２において、第１回折素子５０はブラッグの回折条件から外れるため、所謂ブラッグのミスマッチ光が発生することで回折効率が低下してしまう。
【００９２】
そこで本実施形態の光学系１２では、上述のようにプリズム部材２４５を第１回折素子５０の光入射面側に一体に設けることで、プリズム部材２４５を第１光学部Ｌ１０と第２光学部Ｌ２０との間に配置している。これにより、プリズム部材２４５は、後述のように第１回折素子５０の回折効率を向上させる機能を有する。
【００９３】
本実施形態の光学系１２において、ミラー４０で反射された画像光はプリズム部材２４５を介して第１回折素子５０に入射する。画像光はプリズム部材２４５に入射する際に屈折される。
【００９４】
ここで、第１回折素子５０から見て、第１回折素子５０に対する画像光の入射角度がプリズム形状によって補正されることから、より物体点に近い位置から画像光が出射されたとみなせる。そのため、画像光がプリズム部材２４５を透過することで、画像光は見掛け上、物体点に近い位置から出射されるというよりブラッグの回折条件を満たす状態で第１回折素子５０に入射するので、ブラッグのミスマッチ光が低減される。
【００９５】
従って、本実施形態の光学系１２によれば、プリズム部材２４５を第１回折素子５０と一体に設けることで部品点数を増やすことなく、上述した第２回折素子７０に斜入射する場合における画像光の解像度の劣化の抑制と第１回折素子５０の回折効率の向上とを両立させることができる。また、本実施形態の光学系１２では、プリズム部材２４５と第１回折素子５０と一体化することで、組立公差を低減するとともに部品点数の増加を抑えることができる。
【００９６】
（第一変形例）
図１３は、第一変形例に係る光学系１０Ａの光線図である。図１３に示すように、本変形例の光学系１０Ａでは、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。
【００９７】
第１光学部Ｌ１０の焦点距離は４Ｌ／１１であり、第２光学部Ｌ２０の焦点距離は６Ｌ／１１であり、第３光学部Ｌ３０の焦点距離は３Ｌ／４であり、第４光学部Ｌ４０の焦点距離はＬである。従って、第２光学部Ｌ２０から第３光学部Ｌ３０までの光学距離と第３光学部Ｌ３０から第４光学部Ｌ４０までの光学距離との比は１：２であり、第２光学部Ｌ２０から第３光学部Ｌ３０までの光学距離は、第３光学部Ｌ３０から第４光学部Ｌ４０までの光学距離より短い。従って、光学系１０を小型化した場合でも、視界が第３光学部Ｌ３０によって遮られにくい。
【００９８】
本変形例でも、図９を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。本変形例において、第一実施形態の構成と同様、第１中間像Ｐ１は、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）との間に形成される。
【００９９】
また、本変形例の光学系１０Ａにおいても、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たす。また、光学系１０Ａの入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすため、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。
【０１００】
本変形例の光学系１０Ａにおいても、上述した実施形態に係る光学系１０，１１，１２と同様、プリズム部材４５，１４５，２４５のいずれかを備えることで、画像光Ｌ０における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正できる。よって、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制できる。従って、本変形例の光学系１０Ａによれば、高い画質を得ることができる。
【０１０１】
（第二変形例）
図１４は、第二変形例に係る光学系１０Ｂの光線図である。図１４に示すように、本変形例の光学系１０Ｂでは、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。本変形例では、画像光生成装置３１と投射光学系３２との間に第５光学部Ｌ５０が設けられている。
【０１０２】
本変形例でも、図９を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。本変形例においても、第一実施形態の構成と同様、第１中間像Ｐ１は、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）との間に形成される。すなわち、図９を参照して説明した第一実施形態の構成において、画像光生成装置３１が配置されていた位置を仮想パネル位置とした場合、図１４に示す構成では、画像光生成装置３１を仮想パネル位置より第１光学部Ｌ１０とは反対側に配置されており、画像光生成装置３１と第１光学部Ｌ１０との距離は、図９を参照して説明した第一実施形態の構成における画像光生成装置３１と第１光学部Ｌ１０との距離より長い。このような場合でも、画像光生成装置３１と投射光学系３２との間に第５光学部Ｌ５０が設けられているため、画像光生成装置３１から出射された光線は、第１光学部Ｌ１０に到達した以降、図９を参照して説明した第一実施形態の構成と同様となる。
【０１０３】
それ故、本変形例の光学系１０Ｂにおいても、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たす。また、光学系１０Ｂの入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすため、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。
【０１０４】
本変形例の光学系１０Ｂにおいても、上述した実施形態に係る光学系１０，１１，１２と同様、プリズム部材４５，１４５，２４５のいずれかを備えることで、画像光Ｌ０における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正できる。よって、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制できる。従って、本変形例の光学系１０Ｂによれば、高い画質を得ることができる。
【０１０５】
（第三変形例）
図１５は、第三変形例に係る光学系１０Ｃの光線図である。図１５に示すように、本変形例の光学系１０Ｃでは、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。
【０１０６】
本変形例でも、第一実施形態、第一変形例および第二変形例の構成と同様、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。
【０１０７】
本変形例では、第一実施形態、第一変形例および第二変形例の構成と異なり、第１中間像Ｐ１は、第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）と第３光学部Ｌ３０（導光系６０）との間に形成される。
【０１０８】
かかる光学系１０Ｃでも、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たす。また、光学系１０Ｃの入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たす。なお、本変形例の光学系１０Ｃでは、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たさない。この場合でも、第３光学部Ｌ３０は、画像光生成装置３１の１点からの画像光について、第１回折素子５０により偏向されて特定波長からずれた光を第２回折素子７０の所定の範囲に入射させることができる。このため、干渉縞が異なる場所に入射するという問題は、第３光学部Ｌ３０によって補償される。従って、波長が特定波長の周辺波長の光も特定波長の光の近傍に入射可能となり、波長補償を行うことで色収差を概ねキャンセルできる。よって、解像度の劣化を抑えることができる。すなわち、本変形例の光学系１０Ｃによれば、第一実施形態の構成等と比較して、波長補償効果は弱いが、開口率が小さい場合は一定の波長補償効果が得られる。
【０１０９】
本変形例の光学系１０Ｃにおいても、上述した実施形態に係る光学系１０，１１，１２と同様、プリズム部材４５，１４５，２４５のいずれかを備えることで、画像光Ｌ０における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正できる。よって、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制できる。従って、本変形例の光学系１０Ｃによれば、高い画質を得ることができる。
【０１１０】
（第四変形例）
図１６は、第四変形例に係る光学系１０Ｄの光線図である。図１７は、本変形例に係る第１光学部Ｌ１０の説明図である。図１６に示すように、本変形例の光学系１０Ｄでは、図９を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。ここで、画像光生成装置３１は、レーザー光源３１６と、コリメートレンズ３１７と、マイクロミラーデバイス３１８とを有しており、マイクロミラーデバイス３１８を駆動することによりレーザー光源３１６を走査することにより、画像を生成する。従って、画像光生成装置３１自身が画角の光を形成する。
【０１１１】
このため、図１７に示すように、図９を参照して説明した第一実施形態の構成において、第１光学部Ｌ１０に用いたレンズＬ１１、Ｌ１２の間に瞳を形成する場合と比較すると、画像光生成装置３１とレンズＬ１１とが上述したレーザー光源３１６、コリメートレンズ３１７およびマイクロミラーデバイス３１８で置き換えられる。
【０１１２】
かかる光学系１０Ｄによれば、表示装置１００を装着した際、体温や表示装置１００自身の熱によって温度変化が発生してレーザー光のスペクトラム幅等が変動した場合でも、波長補償によって画像の画質を向上させることができる。
【０１１３】
本変形例の光学系１０Ｄにおいても、上述した実施形態に係る光学系１０，１１，１２と同様、プリズム部材４５，１４５，２４５のいずれかを備えることで、画像光Ｌ０における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正できる。よって、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制できる。従って、本変形例の光学系１０Ｄによれば、高い画質を得ることができる。
【０１１４】
（第五変形例）
図１８は、第五変形例に係る光学系１０Ｅの説明図である。図１８に示す光学系１０Ｅは、図２に示したように上下方向に沿って配置されており、頭頂部に配置された画像光生成装置３１から眼Ｅの前の第２回折素子７０までの間に投射光学系３２、第１回折素子５０、および導光系６０が配置されている。本変形例において、導光系６０は、周辺部より中央が凹んだ反射面６２０を有するミラー６２によって構成されており、正のパワーを有している。反射面６２０は、球面、非球面、または自由曲面からなる。本変形例において、反射面６２０は自由曲面からなる。第１回折素子５０は、透過型体積ホログラフィック素子とレンズとが一体化されており、正のパワーを有している。なお、第１回折素子５０自身が正のパワーを有するように構成されることもある。
【０１１５】
本変形例の光学系１０Ｅでは、図１３を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０のミラー６２）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。従って、第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像Ｐ１が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。
【０１１６】
また、本変形例の光学系１０Ｅでは、第一実施形態に係る光学系１０と同様、プリズム部材４５を第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に設けている。これにより、画像光Ｌ０における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正することができる。
【０１１７】
ここで、第３光学部Ｌ３０は、正のパワーを有するミラー６２によって構成されている。従って、第２光学部Ｌ２０で回折した発散光は、ミラー６２によって集光される。また、集光された光は、第４光学部Ｌ４０（第２回折素子７０）の特定波長の光が入射する点および近傍に入射する。
【０１１８】
本変形例の光学系１０Ｅでも、図１３を参照して説明した第一変形例１と同様、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たす。また、光学系１０Ｅの入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすため、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。
【０１１９】
また、本変形例の光学系１０Ｅによれば、プリズム部材４５を備えるため、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制することで、より高い画質を得ることができる。
なお、本変形例では、プリズム部材４５を備える場合を例に挙げたが、プリズム部材１４５，２４５を組み合わせてもよい。
【０１２０】
（第六変形例）
図１９は、第六変形例に係る表示装置の説明図である。図１８に示した光学系１０Ｅは、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）とが別体であったが、本変形例の光学系１０Ｆは、図１９に示すように、第１光学部Ｌ１０（投射光学系）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）とが一体である。より具体的には、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）は、複数の反射面１８５ａ、１８５ｂを備えたプリズム１８５によって構成されており、プリズム１８５の出射面１８５ｃに第２光学部Ｌ２０（透過型の第１回折素子５０）が構成されている。
【０１２１】
その他の構成は、図１８を参照して説明した第五変形例と共通である。従って、図１８に示す態様と同様、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。また、プリズム１８５を用いることにより、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と第２光学部Ｌ２０（第１回折素子５０）とを一体化したため、組立公差の低減や頭部前後方向の小型化等を図ることができる。また、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制できる。よって、より高い画質を得ることができる。
【０１２２】
（第七変形例）
図２０は、第七変形例に係る表示装置の説明図である。図２０に示す光学系１０Ｇは、図１および図３を参照して説明した態様と同様、側頭部に配置された画像光生成装置３１から眼Ｅの前の第２回折素子７０までの間に、投射光学系３２、第１回折素子５０、および導光系６０が配置されている。本変形例において、投射光学系３２は、回転対称のレンズ３２６と、自由曲面のレンズ３２７とを有している。導光系６０は、周辺部より中央が凹んだ反射面６２０を有するミラー６２によって構成されており、正のパワーを有している。反射面６２０は、球面、非球面、または自由曲面からなる。本変形例において、反射面６２０は自由曲面からなる。第１回折素子５０は、反射型体積ホログラムからなる。投射光学系３２から第１回折素子５０に到る光路の途中位置にミラー４０が配置されており、投射光学系３２は、ミラー４０の反射面またはその近傍に中間像（第１中間像Ｐ１）を形成する。ミラー４０は、反射面４００が凹曲面になっており、正のパワーを有している。ミラー４０の反射面４００が正のパワーを有する場合、ミラー４０を投射光学系３２の構成要素に含めるようにしてもよい。すなわち、ミラー４０が正のパワーを有する場合、第１光学部Ｌ１０がミラー４０を含むようにしてもよい。なお、ミラー４０の反射面４００が、平面になっており、パワーを有しないように構成してもよい。
【０１２３】
このように構成した光学系１０Ｇでは、図１３を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置３１から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）と、第１回折素子５０を備え、正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０と、正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０（導光系６０のミラー６２）と、反射型の第２回折素子７０を備え、正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０とが設けられている。
【０１２４】
また、本変形例の光学系１０Ｇでは、第一実施形態に係る光学系１０と同様、プリズム部材４５を第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に設けている。これにより、画像光における光線形状を斜入射を考慮した形状に補正することができる。
【０１２５】
本変形例の光学系１０Ｇにおいて、第１光学部Ｌ１０は複数のレンズ３２６，３２７を含む。複数のレンズ３２６，３２７のうちレンズ３２６は、最も画像光生成装置３１側に位置するレンズである。
本変形例の光学系１０Ｇにおいて、第１光学部Ｌ１０におけるレンズ３２６とレンズ３２７との間に瞳Ｒ０が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳Ｒ１が形成され、第３光学部Ｌ３０と第４光学部Ｌ４０との間に画像光の第２中間像Ｐ２が形成され、第４光学部Ｌ４０は、画像光を平行光化して射出瞳Ｒ２を形成する。
【０１２６】
本変形例の光学系１０Ｇにおいて、第１中間像Ｐ１は、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）の中に形成される。図２０に示す第１中間像Ｐ１および第２中間像Ｐ２は、紙面に沿う水平方向に拡がった画像光における中間像である。画像光生成装置３１から出射された画像光は、水平方向のみならず図２０の紙面に直交する垂直方向にも拡がることから、垂直方向に拡がった画像光の中間像も存在する。本変形例において、垂直方向の中間像が水平方向の中間像の近傍に存在している。
なお、本実施形態の光学系１４において、第１中間像Ｐ１はミラー４０の近傍に形成されるが、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）の中に形成されても良い。
【０１２７】
また、水平方向の中間像と垂直方向の中間像とは異なる位置に存在していてもよい。図２１は水平方向および垂直方向における中間像の位置が異なる場合の光線図であり、図２１は水平方向および垂直方向の画像光における光線図である。図２１において、符号ＬＨは水平方向の画像光を示し、符号Ｐ１Ｈは水平方向の画像光ＬＨにおける第１中間像を示し、符号ＬＶは垂直方向の画像光を示し、符号Ｐ１Ｖは垂直方向の画像光ＬＶにおける第１中間像を示す。また、図２１では、光軸に沿って配置される、画像光生成装置３１、第１光学部Ｌ１０（投射光学系３２）およびミラー４０を模式化して示している。また、図２１では、投射光学系３２を構成するレンズ３２６，３２７の形状も簡略化している。
【０１２８】
図２１に示すように、水平方向の第１中間像Ｐ１Ｈはミラー４０の近傍に位置しており、垂直方向の第１中間像Ｐ１Ｖは水平方向の第１中間像Ｐ１Ｈよりも第１光学部Ｌ１０の近傍に位置している。
【０１２９】
図２１では、第１中間像Ｐ１において水平方向と垂直方向とで中間像の位置が異なる場合を示したが、第２中間像においても水平方向と垂直方向とで位置が異なっていてもよい。また、第１中間像Ｐ１において水平方向と垂直方向とで中間像の位置が異なる場合において、第１中間像Ｐ１Ｈおよび第１中間像Ｐ１Ｖの一方が第１光学部Ｌ１０の中に形成され、第１中間像Ｐ１Ｈおよび第１中間像Ｐ１Ｖの他方が第１光学部Ｌ１０の外側に形成されてもよい。
【０１３０】
本変形例の光学系１０Ｇにおいても、図１３を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置３１の１つの点から出射した光線は、網膜Ｅ０に１つの点として結像されるという条件１を満たす。また、光学系１０の入射瞳と眼Ｅの瞳Ｅ１とが共役（瞳の共役）の関係にあるという条件２を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを適正に配置するという条件３を満たす。また、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが共役または略共役の関係にあるという条件４を満たすため、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。
【０１３１】
また、本変形例の光学系１０Ｇによれば、プリズム部材４５を備えるため、第２回折素子７０に対して画像光が斜入射することに起因する解像度の低下を抑制することで、より高い画質を得ることができる。
なお、本変形例では、プリズム部材４５を備える場合を例に挙げたが、プリズム部材１４５，２４５を組み合わせてもよい。
【０１３２】
また、図２０に示す部材のうち、透光性部材を構成するプラスチック、ガラス等には、高分散と低分散を組合せた光学部材を使用している。また、第３光学部Ｌ３０にミラー６２を用いているため、第１光学部Ｌ１０で色消し状態としている。このため、光学系１０Ｇの重心位置が後側Ｚ２に移るため、使用者の鼻への負担を軽減できる等の利点がある。また、ミラー６２については、透明樹脂もしくはガラスなどの透明部材にスパッター法等により半透過型ミラー層や角度選択性のミラー層を形成すれば、ミラー６２を介して外界を視認することができる。
【０１３３】
（第八変形例）
図２２は、第八変形例に係る表示装置の説明図である。図２２に示す光学系１０Ｈは、図２０を参照して説明した第七変形例と同様、側頭部に配置された画像光生成装置３１から眼Ｅの前の第２回折素子７０（第４光学部Ｌ４０）までの間に投射光学系３２（第１光学部Ｌ１０）、ミラー４０、第１回折素子５０（第２光学部Ｌ２０）、および導光系６０のミラー６２（第３光学部Ｌ３０）が配置されている。
【０１３４】
本変形例では、ミラー４０とミラー６２とが、共通の部材１８１の異なる面に構成されている。その他の構成は、図２０に示す第七変形例と共通である。従って、図２０に示す第七変形例と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー４０とミラー６２とが、共通の部材１８１に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。
【０１３５】
（第九変形例）
図２３は、第九変形例に係る表示装置の説明図である。図２３に示す光学系１０Ｉは、図１６を参照して説明した第七変形例と同様、側頭部に配置された画像光生成装置３１から眼Ｅの前の第２回折素子７０（第４光学部Ｌ４０）までの間に投射光学系３２（第１光学部Ｌ１０）、ミラー４０、第１回折素子５０（第２光学部Ｌ２０）、および導光系６０のミラー６２（第３光学部Ｌ３０）が配置されている。
【０１３６】
本変形例では、ミラー６２と第２回折素子７０とが、共通の部材１８２の異なる面に構成されている。その他の構成は、図２０に示す第七変形例と共通である。従って、図２０に示す第七変形例と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー６２と第２回折素子７０とが、共通の部材１８２に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。
なお、本変形例において、プリズム部材４５が部材１８２と一体に形成されていてもよい。これにより、組立公差の低減等を図ることができる。
【０１３７】
（第十変形例）
図２４は、第十変形例に係る表示装置の説明図である。図２４に示す光学系１０Ｊは、図２０を参照して説明した第七変形例と同様、側頭部に配置された画像光生成装置３１から眼Ｅの前の第２回折素子７０（第４光学部Ｌ４０）までの間に投射光学系３２（第１光学部Ｌ１０）、ミラー４０、第１回折素子５０（第２光学部Ｌ２０）、および導光系６０のミラー６２（第３光学部Ｌ３０）が配置されている。
【０１３８】
本変形例では、ミラー４０、ミラー６２、および第２回折素子７０が、共通の部材１８３の異なる面に構成されている。その他の構成は、図２０に示す第七変形例と共通である。従って、図２０に示す第七変形例と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー４０、ミラー６２、および第２回折素子７０が共通の部材１８３に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。
なお、本変形例において、プリズム部材４５が部材１８３と一体に形成されていてもよい。これにより、組立公差の低減等を図ることができる。
【０１３９】
（第十一変形例）
続いて、第十一変形例に係る光学系について説明する。本変形例の光学系では、第１回折素子５０と第２回折素子７０とが略共役関係となっている。以下、第１回折素子５０と第２回折素子７０との略共役関係について説明する。
【０１４０】
図２５は、本変形例の光学系１０Ｋにおける第１回折素子５０と第２回折素子７０との略共役関係を示す説明図である。図２６は、図２５に示す略共役関係のときに第２回折素子７０から出射される光の説明図である。図２７は、図２６に示す光が眼Ｅに入射する様子を示す説明図である。なお、図２１には、特定波長の光を実線Ｌｅで示し、波長が特定波長−１０ｎｍの光を一点鎖線Ｌｆで示し、波長が特定波長＋１０ｎｍの光を二点鎖線Ｌｇで示してある。図２７には、図面に向かって最も左側に、波長が特定波長−１０ｎｍの光（図２６に一点鎖線Ｌｆで示す光）が眼Ｅに入射する様子を示し、図面に向かって最も右側に、波長が特定波長＋１０ｎｍの光（図２６に二点鎖線Ｌｇで示す光）が眼Ｅに入射する様子を示し、その間には、特定波長−１０ｎｍから特定波長＋１０ｎｍまで波長を変化させた光が眼Ｅに入射する様子を示してある。なお、図２７には、特定波長の光が眼Ｅに入射する様子を示していないが、特定波長の光が眼Ｅに入射する様子は、左から３番目に示す様子と左から４番目に示す様子との中間の様子となる。
【０１４１】
上記実施形態および変形例等では、第１回折素子５０と第２回折素子７０とを共役関係にすることが好ましかったが、本変形例では、上述したように第１回折素子５０と第２回折素子７０とを略共役の関係としている。この場合、図２５に示すように、特定波長からずれた周辺波長の光では、第２回折素子７０に入射する状態が異なる。ここで、第２回折素子７０では、光軸に近づくほど干渉縞数が少なくなり、光を曲げる力が弱い。このため、長波長側の光を光軸側に入射させ、短波長側の光を端の方に入射させれば、特定波長の光、および周辺波長の光は平行光化されるため、波長補償と同様な効果を得ることができる。
【０１４２】
この場合、波長によって光線位置がずれるため、図２６に示すように、瞳に入射する光線径が径φａから径φｂへと大きくなる。その時の瞳孔に入射する光線強度の様子を示したのが図２７である。図２７から分かるように、特定波長近傍では瞳孔を満たす事ができないが、周辺波長の光は、特定波長の光とずれた位置に入射するため、瞳孔径を満たすことができる。その結果、観察者は画像を見やすくなる等の利点を得ることができる。
【０１４３】
［他の表示装置への適用］
上記実施形態および変形例では、頭部装着型の表示装置１００を例示したが、ヘッドアップディスプレイやハンドヘルドディスプレイやプロジェクター用光学系等に対して本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
３１…画像光生成装置、４５，１４５，２４５…プリズム部材、５０…第１回折素子、７０…第２回折素子、１００…表示装置、Ｒ１…瞳、Ｌ０…画像光、Ｌ１０…第１光学部、Ｌ２０…第２光学部、Ｌ３０…第３光学部、Ｌ４０…第４光学部、ＭＣ…曲線、Ｐ１…第１中間像、Ｐ２…第２中間像、Ｒ２…射出瞳。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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