(57)【要約】【課題】第１回折素子および第２回折素子の回折特性を適正化することにより、回折効率が最大となる波長がずれた場合でも、品位の高い画像を表示することのできる表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置１００は、光源部５１から出射された光を観察者の眼前で観察者の眼に向かうように偏向する第１回折素子６１と、光源部５１から第１回折素子６１に向かう光路で光を第１回折素子６１に向かうように偏向する第２回折素子３５とを有している。第１回折素子６１は、第２回折素子３５より、第１波長域、第２波長域、および第３波長域の各光に対する回折効率の半値における波長幅が広い。このため、第１回折素子６１で回折効率が最大となる波長のシフトが発生しても、第２回折素子３５および第１回折素子６１によって偏向された光の強度の低下を抑制することができる。【選択図】図５
2018084725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から出射された光を、第１回折素子と、前記光源部から前記第１回折素子に向かう光路に設けられた第２回折素子とによって偏向する表示装置において、
前記第１回折素子および前記第２回折素子のうち、一方の回折素子は、他方の回折素子より、第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広いことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記第１回折素子は、前記第２回折素子より、前記第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広いことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表示装置において、
前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、厚さが薄いことを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置において、
前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、サイズが大きいことを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の表示装置において、
前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、前記第１波長域と異なる第２波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広いことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置において、
前記一方の回折素子および前記他方の回折素子の各々は、それぞれ互いにピッチの異なる複数の干渉縞を有することを特徴とする表示装置。
【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】
表示装置において、光源から出射された光を偏向するにあたって、回折素子が用いられる場合があり、かかる回折素子は、特定波長で最も高い回折効率が得られるように干渉縞のピッチが適正化されている。一方、表示装置においてカラー表示を行う場合に回折素子を用いた場合、回折素子は、赤色光、緑色光および青色光を回折する必要があるため、赤色光、緑色光および青色光の各々に対して最も高い回折効率が得られるように干渉縞のピッチが適正されている（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載の表示装置では、赤色光、緑色光および青色光に相当する各波長域において、光源から出射される光の光強度の半値における波長幅を、回折格子の回折効率の半値における波長幅より広くすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５２０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回折素子を用いた表示装置において、光源部から出射された光を、第１回折素子と、光源部と第１回折素子との間に設けられた第２回折素子とによって偏向する構成が採用される場合あり、この場合、第１回折素子と第２回折素子とにおいて、回折効率の最大となる波長が同一で、回折効率の半値における波長幅が同一とされる。しかしながら、回折素子を製造するための露光の際のホログラム材料の収縮率のバラつきや、表示装置を使用する環境温度の変化等の影響で、回折効率の最大となる波長がシフトした場合に、第１回折素子と第２回折素子とにおいて、回折効率の半値における波長幅が同一であると、第１回折素子および第２回折素子の双方において、回折効率が同様に低下し、画像が暗く等、画像の品位が大きく低下するという問題点がある。かかる問題点に関しては、特許文献１に記載の構成を採用しても解消することが困難である。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１回折素子および第２回折素子の回折特性を適正化することにより、回折効率が最大となる波長がずれた場合でも、品位の高い画像を表示することのできる表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置の一態様は、光源部から出射された光を、第１回折素子と、前記光源部から前記第１回折素子に向かう光路に設けられた第２回折素子とによって偏向する表示装置において、前記第１回折素子および前記第２回折素子のうち、一方の回折素子は、他方の回折素子より、第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広いことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、第１回折素子と第２回折素子とでは、第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が異なる。このため、第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広い方の回折素子において、第１波長域の光に対する回折効率が最大となる波長がシフトした場合でも、第２回折素子および第１回折素子によって偏向された光の第１波長域の強度の低下を抑制することができる。それ故、画像が暗くなることを抑制することができるので、品位の高い画像を表示することができる。
【０００８】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記第１回折素子は、前記第２回折素子より、前記第１波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広い構成を採用することができる。かかる構成によれば、光源から観察者の眼に到る光路上において、観察者の眼に近い位置に配置される第１回折素子が第２回折素子より回折効率が最大となる波長がシフトしやすい場合でも、第２回折素子および第１回折素子によって偏向された光の第１波長域の強度が低下しにくい。従って、画像が暗くなることを抑制することができるので、品位の高い画像を表示することができる。
【０００９】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、厚さが薄い構成を採用することができる。かかる構成によれば、厚さが薄いことが原因で一方の回折素子が第１波長域の光に対する回折効率が最大となる波長がシフトしやすい場合でも、画像が暗くなることを抑制することができるので、品位の高い画像を表示することができる。
【００１０】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、サイズが大きい構成を採用することができる。かかる構成によれば、サイズが大きいことが原因で一方の回折素子が第１波長域の光に対する回折効率が最大となる波長がシフトしやすい場合でも、画像が暗くなることを抑制することができるので、品位の高い画像を表示することができる。
【００１１】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記一方の回折素子は、前記他方の回折素子より、前記第１波長域と異なる第２波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅が広い構成を採用することができる。
【００１２】
本発明に係る表示装置の別態様において、前記一方の回折素子および前記他方の回折素子の各々は、それぞれ互いにピッチの異なる複数の干渉縞を有する構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した表示装置の外観の一態様を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した表示装置の光学系の一態様を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した表示装置で用いた第１回折素子および第２回折素子の説明図である。
【図４】球面波対応の第１回折素子および第２回折素子の説明図である。
【図５】本発明を適用した表示装置の第１回折素子および第２回折素子の説明図である。
【図６】本発明を適用した表示装置に用いた第１回折素子および第２回折素子の回折特性を示す説明図である。
【図７】図５等に示す第１回折素子において波長シフトが発生した場合の説明図である。
【図８】図５等に示す第１回折素子において波長シフトが発生した場合の別の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、第１回折素子および第２回折素子を用いた表示装置として、光源部から出射された光を観察者の眼前で観察者の眼に向かうように偏向する第１回折素子と、光源部から第１回素子に向かう光路で光を第１回折素子に向かうように偏向する第２回折素子とが用いられている場合を中心に説明する。
【００１５】
また、以下の説明においては、上下方向をＸ方向とし、横方向をＹ方向とし、前後方向をＺ方向とし、上下方向、横方向、および前後方向にＸ、ＹおよびＺを付して説明する。また、以下の説明において、回折素子において、入射した光が偏向されて出射される際、入射面と反射面とが同一の面である場合に「反射」として説明する。
【００１６】
（表示装置の構成例）
図１は、本発明を適用した表示装置１００の外観の一態様を示す説明図である。図２は、本発明を適用した表示装置１００の光学系の一態様を示す説明図である。
【００１７】
図１において、表示装置１００は、頭部装着型の表示装置である。表示装置１００は、レーザー光を光源とする右眼用画像光生成装置５６ａと、右眼用画像光生成装置５６ａから出射された画像光を偏向して観察者Ｍの右眼Ｅａに入射させる右眼用回折素子６１ａと、レーザー光を光源とする左眼用画像光生成装置５６ｂと、左眼用画像光生成装置５６ｂから出射された画像光を偏向して観察者Ｍの左眼Ｅｂに入射させる左眼用回折素子６１ｂ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。具体的には、表示装置１００は、右眼用画像光生成装置５６ａ、右眼用回折素子６１ａ、左眼用画像光生成装置５６ｂ、および左眼用回折素子６１ｂを保持するフレーム６０を有しており、フレーム６０は観察者の頭部に装着される。フレーム６０は、右眼用回折素子６１ａおよび左眼用回折素子６１ｂを支持する前部分６５を有しており、フレーム６０の右側のテンプル６２ａ、および左側のテンプル６２ｂの各々に、右眼用画像光生成装置５６ａおよび左眼用画像光生成装置５６ｂが設けられる。
【００１８】
右眼用画像光生成装置５６ａおよび左眼用画像光生成装置５６ｂは基本的な構成が同一であるため、図２には、左眼用画像光生成装置５６ｂの構成のみを説明し、右眼用画像光生成装置５６ａの説明を省略する。図２に示すように、左眼用画像光生成装置５６ｂは、画像を表示するための光束を出射する光源部５１と、光源部５１から出射された光束を走査して画像とする走査ミラー２１を備えた走査光学系２０と、走査光学系２０により走査された光束Ｌ０を左眼用回折素子６１ｂに出射する光学系５２とを有している。本形態において、光学系５２では、走査光学系２０から左眼用回折素子６１ｂに向けて、レンズ５４１、５４２等を備えたリレーレンズ系５４と、投射レンズ系５５とが順に配置されている。また、光学系５２には光束径拡大素子５８が配置されている。光束径拡大素子５８は、走査光学系２０から出射された光束を第１走査方向Ａ１（第１入射方向Ｃ１）に対応する第１拡大方向Ｂ１、および第２走査方向Ａ２（第２入射方向Ｃ２）に対応する第２拡大方向Ｂ２のうちの少なくとも一方に拡大する。
【００１９】
光源部５１は、光変調前の光源光または光変調した変調光を出射する。本形態において、光源部５１は、光変調した変調光を出射する変調光出射部として構成されている。より具体的には、光源部５１は、光源として、赤色光（Ｒ）を出射する赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色光（Ｇ）を出射する緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色光（Ｂ）を出射する青色用レーザー素子５１１（Ｂ）を有しているとともに、これらのレーザー素子の光路を合成する２つのハーフミラー５１２、５１３と、コリメートレンズ５１４とを有している。赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）は、半導体レーザーであり、制御部（図示せず）による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度や色相に変調した光束を出射する。
【００２０】
走査光学系２０は、入射光を第１走査方向Ａ１、および第１走査方向Ａ１に交差する第２走査方向Ａ２に走査し、画像光Ｌ０ｂを生成する。従って、本形態では、光源部５１と走査光学系２０によって、画像光生成装置７０が構成されている。また、走査光学系２０および左眼用回折素子６１ｂは、導光装置５７として構成されている。なお、走査光学系２０の動作は、制御部（図示せず）による制御の下、実施される。走査光学系２０は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。
【００２１】
画像光生成装置７０の走査光学系２０から出射された画像光Ｌ０ｂは、リレーレンズ系５４および投射レンズ系５５を介して、眼の前に配置された左眼用回折素子６１ｂに投射される。本形態において、表示装置１００は、網膜走査方式の投射型表示装置であり、走査光学系２０によって、第１走査方向Ａ１、および第１走査方向Ａ１に対して交差する第２走査方向Ａ２に走査された画像光Ｌ０ｂは、左眼用回折素子６１ｂ（回折素子６１）によって第１走査方向Ａ１に対応する第１入射方向Ｃ１、および第２走査方向Ａ２に対応する第２入射方向Ｃ２に偏向される。そして、画像光Ｌ０ｂは、左眼Ｅｂの瞳孔Ｅ１を介して網膜Ｅ２に到達することにより、観察者Ｍに画像を認識させる。
【００２２】
本形態において、左眼用回折素子６１ｂには、反射型体積ホログラフィック素子６１０からなる第１回折素子６１が用いられている。反射型体積ホログラフィック素子６１０は部分反射型回折光学素子であり、右眼用回折素子６１ａおよび左眼用回折素子６１ｂは、部分透過性のコンバイナーである。このため、外光も左眼用回折素子６１ｂ（コンバイナー）を介して左眼Ｅｂに入射するため、利用者は、表示装置１００で形成した画像光Ｌ０ａと外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。ここで、第１回折素子６１は、観察者の眼Ｅとは反対側に凹んだ凹曲面になっており、画像光Ｌ０ａ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。
【００２３】
（第１回折素子６１の構成）
図３は、本発明を適用した表示装置１００で用いた第１回折素子６１および第２回折素子３５の説明図である。図４は、球面波対応の第１回折素子６１および第２回折素子３５の説明図である。本形態では、第１回折素子６１は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、および青色光（Ｂ）が入射し、これらの色光を所定の方向に回折して出射する。従って、第１回折素子６１では、図３に模式的に示すように、赤色光（Ｒ）の波長に対応するピッチを有する第１干渉縞６１１（Ｒ）、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチを有する第２干渉縞６１１（Ｇ）、青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチを有する第３干渉縞６１１（Ｂ）が厚さ方向に積層されている。ここで、赤色光（Ｒ）の波長に対応するピッチは、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチ、および青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチより長く、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチは、青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチより長い。かかる干渉縞６１１（第１干渉縞６１１（Ｒ）、第２干渉縞６１１（Ｇ）および第３干渉縞６１１（Ｂ））は各々、屈折率の変化、透過率の変化、凹凸パターン等の形状変化として各ホログラム感光層に記録されており、干渉縞６１１は、第１回折素子６１の入射面に対して一方方向に傾いている。従って、第１回折素子６１は、法線方向から単一波長の光線Ｌ１が入射したときに、１つの方向に回折効率が最も高い回折光Ｌ２を出射する。
【００２４】
かかる構成の干渉縞６１１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。その際、物体光Ｌｓが平面波であれば、複数の干渉縞６１１が直線的に並列した状態に形成される。なお、図３では、第１干渉縞６１１（Ｒ）、第２干渉縞６１１（Ｇ）、および第３干渉縞６１１（Ｂ）が異なる層に形成される場合を示してあるが、１つの層に複数種類の干渉縞が形成される場合があり、この場合、複数種類の干渉縞が互いに交差するように記録される。
【００２５】
第１回折素子６１に入射する光が球面波である場合、干渉露光時に、例えば物体光Ｌｓとして球面波を用いる。その結果、図４に模式的に示すように、湾曲した複数の干渉縞６１１が並列した状態に形成される。ここで、干渉縞６１１は湾曲した状態で第１回折素子６１の入射面に対して一方方向に傾いている。従って、法線方向から単一波長の球面波からなる光線Ｌ１が入射したときに、１つの方向に回折効率が最も高い球面波からなる回折光Ｌ２を出射する。
【００２６】
（波長変動補正用の第２回折素子３５の構成）
本形態の表示装置１００（左眼用画像光生成装置５６ｂ）において、第１回折素子６１においては、特定波長の光線が入射した際、入射光線を特定方向に回折して出射する。但し、赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）等の半導体レーザーでは、単一モードで発振している場合でも、ある程度のスペクトル幅を有しており、特定波長からずれた波長の光を含んでいる。また、赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）半導体レーザーでは、環境温度等の影響を受けて出射光の波長が変動することがある。その場合、第１回折素子６１では、入射光線のうち、特定波長から波長が変動した光線については回折方向（出射方向）がずれて解像度が低下することになる。
【００２７】
そこで、本形態の表示装置１００および導光装置５７では、画像光生成装置７０の光源部５１から第１回折素子６１までの光路に第２回折素子３５が設けられている。本形態において、第２回折素子６２は、反射型体積ホログラフィック素子３５０からなる。
【００２８】
第２回折素子３５は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、および青色光（Ｂ）が入射し、これらの色光を所定の方向に回折して出射する。従って、第２回折素子３５では、図３に模式的に示すように、第１回折素子６１と同様、赤色光（Ｒ）の波長に対応するピッチを有する第１干渉縞３５１（Ｒ）、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチを有する第２干渉縞３５１（Ｇ）、青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチを有する第３干渉縞３５１（Ｂ）が厚さ方向に積層されている。第２回折素子３５でも、第１回折素子６１と同等、赤色光（Ｒ）の波長に対応するピッチは、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチ、および青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチより長く、緑色光（Ｇ）の波長に対応するピッチは、青色光（Ｂ）の波長に対応するピッチより長い。かかる干渉縞３５１（第１干渉縞３５１（Ｒ）、第２干渉縞３５１（Ｇ）および第３干渉縞３５１（Ｂ））は各々、干渉縞６１１と同様、屈折率の変化、透過率の変化、凹凸パターン等の形状変化として各ホログラム感光層に記録されており、干渉縞３５１は、第１回折素子６１の入射面に対して一方方向に傾いている。従って、第２回折素子３５は、第１回折素子６１と同様、法線方向から単一波長の光線Ｌ１が入射したときに、１つの方向に回折効率が最も高い回折光Ｌ２を出射する。かかる構成の干渉縞３５１は、干渉縞６１１と同様、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。その際、物体光Ｌｓが平面波であれば、複数の干渉縞３５１が直線的に並列した状態に形成される。なお、第２回折素子３５においても、第１回折素子６１と同様、１つの層に複数種類の干渉縞が形成される場合がある。
【００２９】
第２回折素子３５に入射する光が球面波である場合、干渉露光時に物体光Ｌｓとして球面波を用いる。その結果、図４に模式的に示すように、湾曲した干渉縞３５１が形成される。この場合、干渉縞３５１は湾曲した状態で第２回折素子３５の入射面に対して一方方向に傾いている。
【００３０】
ここで、第２回折素子３５は、第１回折素子６１での波長変動を防止する機能を担うことから、第２回折素子３５の干渉縞３５１（第１干渉縞３５１（Ｒ）、第２干渉縞３５１（Ｇ）および第３干渉縞３５１（Ｂ））のピッチは各々、第１回折素子６１の干渉縞６１１（第１干渉縞６１１（Ｒ）、第２干渉縞６１１（Ｇ）および第３干渉縞６１１（Ｂ））のピッチと同じである。また、第１回折素子６１および第２回折素子３５では、干渉縞３５１、６１１のピッチが面内方向で等しい。但し、第１回折素子６１では、干渉縞６１１のピッチが面内方向で異なる態様を採用することがある。例えば、第１回折素子６１では、中心部と端部とでは、観察者の眼に入射するように画像光Ｌ０ｂを回折させるときの角度が異なるため、それに応じて干渉縞６１１のピッチを相違させてもよい。この場合でも、第１回折素子６１の干渉縞６１１のピッチは、第２回折素子３５の干渉縞３５１の１／２倍から２倍までの範囲であることが好ましい。
【００３１】
（導光装置５７の説明）
図５は、本発明を適用した表示装置１００の第１回折素子６１および第２回折素子３５の説明図である。なお、図５では、第１回折素子６１および第２回折素子６２の干渉縞ピッチに最適な波長の光を実線で示し、最適な波長より長波長側に波長変動した光線については点線で示してある。また、図５では、干渉縞３５１、６１１の傾き方向を模式的に示してある。
【００３２】
図５に示すように、本形態では、第２回折素子３５から第１回折素子６１までの間には、走査ミラー２１および中間像生成レンズ５４５が配置されており、第２回折素子３５から第１回折素子６１までの間では、走査ミラー２１による反射と、中間像生成レンズ５４５による中間像の生成とが行われる。本形態では、図５に一点鎖線Ｌ１１で示すように、第１回折素子６１の第１入射面６１５に対して法線方向から光線が入射した際、回折効率が最も高い回折光（一点鎖線Ｌ１２）は、第１入射面６１５の法線方向を基準にしたときに時計周りＣＷの側に傾いた方向に出射される。また、図５に一点鎖線Ｌ２１で示すように、第２回折素子３５の第２入射面３５５に対して法線方向から光線が入射した際、回折効率が最も高い回折光（一点鎖線Ｌ２２）は、第２入射面３５５の法線方向を基準にしたときに時計周りＣＷの側に傾いた方向に出射される。かかる構成は、図３を参照して説明した干渉縞６１１の傾き方向と、干渉縞３５１の傾き方向とを同じとすることにより実現される。
【００３３】
かかる構成によれば、第２回折素子３５の第２入射面３５５の法線方向から最適波長の光線（実線Ｌ１）が入射した場合を基準とすると、最適波長より長波長の光線が入射した際の回折光（点線Ｌ２）は、時計周りＣＷの側に傾く。従って、最適波長より長波長の光線の回折光は、走査ミラー２１および中間像生成レンズ５４５を経由して第１回折素子６１の第１入射面６１５に入射する際、最適波長の光線より時計周りＣＷに傾いた側から入射する。このため、最適波長の光線と最適波長より長波長の光線は、第１回折素子６１から同一方向に向けて出射されるので、解像度の低下が発生しにくい。
【００３４】
（第１回折素子６１および第２回折素子３５の回折特性）
図６は、本発明を適用した表示装置１００に用いた第１回折素子６１および第２回折素子３５の回折特性を示す説明図であり、図６において、上段には第１回折素子６１の回折特性を示し、下段には第２回折素子３５の回折特性を示してある。図７は、図５等に示す第１回折素子６１において波長シフトが発生した場合の説明図であり、回折効率の半値における波長幅が第１回折素子６１で広い場合の説明図である。図８は、図５等に示す第１回折素子６１において波長シフトが発生した場合の別の説明図であり、回折効率の半値における波長幅が第１回折素子６１で狭い場合の説明図である。
【００３５】
図６に示すように、本形態の表示装置１００に用いた第１回折素子６１および第２回折素子３５の光は、４００〜５００ｎｍを含む青色波長域の光、５００〜５８０ｎｍを含む緑色波長域、および５８０〜７００ｎｍを含む赤色波長域の光に回折作用を有している。ここで、青色波長域、緑色波長域、および赤色波長域の波長域のいずれか１つの波長域が本発明における「第１波長域」に相当し、他の１つの波長域が本発明における「第２波長域」に相当し、残り１つの波長域が「第３波長域」に相当する。本形態では、便宜上、緑色波長域を第１波長域λＧとし、青色波長域を第２波長域λＢとし、赤色波長域を第３波長域λＲとして説明する。
【００３６】
このように構成した第１回折素子６１と第２回折素子３５とにおいて、本形態では、第１回折素子６１と第２回折素子３５とでは、第１波長域λＧの光に対する回折効率が最大となる波長は同一であるが、第１波長域λＧの光に対する回折効率の半値における波長幅が異なっている。また、第１回折素子６１と第２回折素子３５とでは、第２波長域λＢの光に対する回折効率が最大となる波長は同一であるが、第２波長域λＢの光に対する回折効率の半値における波長幅が異なっている。さらに、第１回折素子６１と第２回折素子３５とでは、第３波長域λＲの光に対する回折効率が最大となる波長は同一であるが、第３波長域λＲの光に対する回折効率の半値における波長幅が異なっている。
【００３７】
本形態では、第１回折素子６１は、第２回折素子３４より厚さが薄く、サイズが大きい。このため、第１回折素子６１は、回折素子を製造するための露光の際のホログラム材料の収縮率のバラつき等の影響で、第２回折素子３４より回折効率の最大となる波長がシフトしやすい。特に、第１回折素子６１は、表示画角を確保するために、サイズが第２回折素子３５より大きいため、第１回折素子６１は、第２回折素子３５より環境(温度)変化の影響を受けやすく、環境(温度)変化によって波長シフトが生じやすい。また、第１回折素子６１は、外部に露出しているため、第２回折素子３５より環境(温度)変化の影響を受けやすく、環境(温度)変化によって波長シフトが生じやすい。従って、第１回折素子６１は、第２回折素子３５より、第１波長域λＧ、第２波長域λＢ、および第３波長域λＲのいずれにおいても、各波長域の光に対する回折効率の半値における波長幅を広く設定されている。それ故、以下に評価結果を説明するように、波長のシフトが発生しても、第２回折素子３５および第１回折素子６１によって偏向された光の強度低下を抑制することができる。
【００３８】
以下の説明する評価では、まず、波長が４６０ｎｍ、５３２ｎｍ、６４７ｎｍのレーザーで厚さが８μｍの第１回折素子６１を形成し、波長が４６０ｎｍ、５３２ｎｍ、６４７ｎｍのレーザーで厚さが１５μｍの第２回折素子３５を形成した。その結果、図６に示すように、第１回折素子６１は、第１波長域λＧの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｇが１１ｎｍになっているのに対して、第２回折素子３５は、第１波長域λＧの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｇが７ｎｍになっている。また、第１回折素子６１は、第２波長域λＢの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｂが７ｎｍになっているのに対して、第２回折素子３５は、第２波長域λＢの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｂが５ｎｍになっている。また、第１回折素子６１は、第３波長域λＲの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｒが１５ｎｍになっているのに対して、第２回折素子３５は、第３波長域λＲの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｒが９ｎｍになっている。
【００３９】
この状態から、第２回折素子３５の第１波長域λＧの光に対する回折効率が最大となる波長は変動せず、第１回折素子６１の第１波長域λＧの光に対する回折効率が最大となる波長が５ｎｍシフト様子を図７の上段および下段に示してある。この場合、波長のシフトが発生しない場合（図７の上段に示す状態）に第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率（図７に斜線で示す領域の面積に相当）を１００％としたとき、波長のシフトが発生した場合（図７の下段に示す状態）に第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率（図７に斜線で示す領域の面積に相当）は６８％である。
【００４０】
これに対して、例えば、図８の下段に示すように、第１回折素子６１は、第１波長域λＧの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｇが７ｎｍになっているのに対して、第２回折素子３５は、第１波長域λＧの光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｇが５ｎｍになっている場合、波長のシフトが発生した後の強度が大きく低下する。より具体的には、波長のシフトが発生しない場合（図８の上段に示す状態）に第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率（図８に斜線で示す領域の面積に相当）を１００％としたとき、波長のシフトが発生した場合（図８の下段に示す状態）に第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率（図６に斜線で示す領域の面積に相当）は３８％まで低下してしまう。
【００４１】
また、本形態においては、第１回折素子６１は、第２回折素子３５より、第２波長域λＢおよび第３波長域λＲの光に対する光に対する回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｂ、Δλ２Ｒが広い。このため、第１回折素子６１において、第２波長域λＢおよび第３波長域λＲの光に対する光に対する回折効率が最大の波長がシフトしても、第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率の低下を抑制することができる。
【００４２】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の表示装置１００に用いた第１回折素子６１と第２回折素子３５において、第１回折素子６１の第１波長域λＧにおける回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｇは、第２回折素子３５の第１波長域λＧにおける回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｇより広い。このため、第１回折素子６１の第１波長域λＧの光に対する回折効率が最大となる波長がシフトした場合でも、第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率の低下を抑制することができる。また、第１回折素子６１の第２波長域λＢおよび第３波長域λＲにおける回折効率の半値における波長幅Δλ１Ｂ、Δλ１Ｒは、第２回折素子６１の第２波長域λＢおよび第３波長域λＲにおける回折効率の半値における波長幅Δλ２Ｂ、Δλ２Ｒより広い。このため、第１回折素子６１の第２波長域λＢおよび第３波長域λＲに対する回折効率が最大となる波長がシフトした場合でも、第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率の低下を抑制することができ、画像が暗くなることを抑制することができる。
【００４３】
また、本形態では、第１回折素子６１は、第２回折素子３４より厚さが薄く、サイズが大きい。このため、第１回折素子６１は、厚さが薄いことやサイズが大きいことに起因して、第２回折素子３４より、回折素子を製造するための露光の際のホログラム材料の収縮率のバラつきや、表示装置１００を使用する環境温度の変化等の影響で、回折効率の最大となる波長がシフトしやすいが、本形態によれば、上記のシフトが発生しても、第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率の低下を抑制することができ、画像が暗くなることを抑制することができる。
【００４４】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第１回折素子６１および第２回折素子３５が偏向部材として設けられている場合を例示したが、第１回折素子６１および第２回折素子３５が設けられている表示装置１００であれば適用可能である。この場合でも、厚さが薄いことやサイズが大きいことに起因して、回折効率の最大となる波長がシフトしやすい方の回折素子において、回折効率の半値における波長幅を広くすれば、第２回折素子３５および第１回折素子６１の組み合わせによって得られる回折効率の低下を抑制することができ、画像が暗くなることを抑制することができる。また、上記の実施形態では、左眼用画像光生成装置５６ｂとして光源部５１と走査光学系２０とを備えた構成を例示したが、液晶パネル、有機エレクトロルミネッセンス表示パネル及びマイクロミラーを用いた表示パネルを左眼用画像光生成装置５６ｂとしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
２０…走査光学系、２１…走査ミラー、３５…第２回折素子、５１…光源部、５２…光学系、５４…リレーレンズ系、５５…投射レンズ系、５６ａ…右眼用画像光生成装置、５６ｂ…左眼用画像光生成装置、６１…第１回折素子、６１ａ…右眼用回折素子（第１回折素子）、６１ｂ…左眼用回折素子（第１回折素子）、５７…導光装置、５８…光束径拡大素子、６０…フレーム、７０…画像光生成装置、１００…表示装置、３５０、６１０…反射型体積ホログラフィック素子、λＧ…第１波長域、λＢ…第２波長域、λＲ…第３波長域、Δλ１Ｇ、Δλ２Ｇ、Δλ１Ｂ、Δλ２Ｂ、Δλ１Ｒ、Δλ２Ｒ…波長幅、Ｅ…眼
【図１】
2018084725.tif 000003
【図２】
2018084725.tif 000004
【図３】
2018084725.tif 000005
【図４】
2018084725.tif 000006
【図５】
2018084725.tif 000007
【図６】
2018084725.tif 000008
【図７】
2018084725.tif 000009
【図８】
2018084725.tif 000010