(57)【要約】【課題】色ムラが発生することを防止しつつ画角を広くすること。【解決手段】虚像表示装置１００は、表示用導光部１３Ａと、画像光ＫＫを表示用導光部１３Ａに向けて射出する画像形成部１１Ａとを備え、表示用導光部１３Ａは、画像形成部１１Ａから射出される画像光ＫＫの画角のうち、第１画角ＶＡ１を担当する画像光Ｋ１を導光する第１導光部２１と、第２画角ＶＡ２を担当する画像光Ｋ２を導光する第２導光部２２とを有し、第１導光部２１と第２導光部２２とは、画像光Ｋ１，Ｋ２を内部に取り込むための入射側回折素子３１ｂ，３２ｂと、画像光Ｋ１，Ｋ２を外部に射出するための射出側回折素子３１ｃ，３２ｃとをそれぞれ有する。【選択図】図２
2018054978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用導光部と、
画像光を前記表示用導光部に向けて射出する画像形成部とを備え、
前記表示用導光部は、前記画像形成部から射出される画像光の画角のうち、第１画角を担当する画像光を導光する第１導光部と、第２画角を担当する画像光を導光する第２導光部とを有し、
前記第１導光部と前記第２導光部とは、画像光を内部に取り込むための入射側回折素子と、画像光を外部に射出するための射出側回折素子とをそれぞれ有する、虚像表示装置。
【請求項２】
前記表示用導光部は、単一の導光部材によって構成され、
前記単一の導光部材において、前記第１導光部の前記入射側回折素子及び前記射出側回折素子として透過型回折素子が観察者側に設けられ、前記第２導光部の前記入射側回折素子及び前記射出側回折素子として反射型回折素子が外界側に設けられる、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記表示用導光部は、前記第１導光部が設けられる第１導光部材と、前記第２導光部が設けられる第２導光部材とによって構成される、請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記第１導光部材と前記第２導光部材との表面には、空気層、低屈折率層、及びＡＲ層の少なくとも一つが設けられる、請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２導光部の双方に対して画像光を一括して入射させるため、前記画像形成部としての単一の画像形成部と、前記単一の画像形成部に対応する単一の投射光学系とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を個々に入射させるため、前記画像形成部としての一対の画像形成部と、前記一対の画像形成部に対応する一対の投射光学系とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を入射させるため、前記画像形成部としての一対の画像形成部と、前記一対の画像形成部に対応する単一の投射光学系とを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項８】
前記第１及び第２画角は、２０°から４５°の間でそれぞれ設定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項９】
前記第１及び第２導光部は、Ｒ、Ｇ、及びＢの３色のうち少なくとも１色の画像光の画角を前記第１画角と前記第２画角とに分割して導光する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１０】
前記入射側回折素子及び前記射出側回折素子は、ホログラムである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１１】
前記入射側回折素子及び前記射出側回折素子は、回折格子である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は前記第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、
前記共通領域における一対の回折素子の回折効率の加算値が、非共通領域における単独の回折素子の回折効率と略等しくするように調整される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を個々に入射させるため、前記画像形成部としての一対の画像形成部と、前記一対の画像形成部に対応する一対の投射光学系とを備え、
前記第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は前記第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、
前記画像光形成部において、前記共通領域の画像光の輝度が調整される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１４】
前記共通領域における両回折素子に対しては、略同一の入射角とする、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１５】
前記表示用導光部として、観察者の左右の眼に画像光を導光する左眼用導光部と右眼用導光部とを有し、
前記左眼用導光部と前記右眼用導光部とによって観察者に画像光が視認される場合の回折効率が略均一になるように回折効率が調整される、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
【請求項１６】
表示用導光部と、画像光を前記表示用導光部に向けて射出する画像形成部とを備える虚像表示装置の製造方法であって、
前記表示用導光部は、前記画像形成部から射出される画像光の画角のうち、第１画角を担当する画像光を導光する第１導光部と、第２画角を担当する画像光を導光する第２導光部とを有し、
前記第１導光部と前記第２導光部とは、画像光を内部に取り込むための入射側回折素子と、画像光を外部に射出するための射出側回折素子とをそれぞれ有し、
前記第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は前記第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、
前記共通領域における一対の回折素子の回折効率の加算値が、非共通領域における単独の回折素子の回折効率と略等しくするように調整する、虚像表示装置の製造方法。
【請求項１７】
前記入射側回折素子又は前記射出側回折素子は、ホログラムであり、
前記ホログラムの記録に際して、露光強度に勾配を持たせて回折効率を調整する、請求項１６に記載の虚像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイその他の虚像表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイのように虚像の形成及び観察を可能にする虚像表示装置として、様々なタイプのものが提案されている。
【０００３】
特許文献１において、入射用の第１回折格子と射出用の第２回折格子とを有する第１の導光板と、入射用の第３回折格子と射出用の第４回折格子とを有する第２の導光板と、を備えた光学装置であって、赤、青、及び緑のうちの２つの色の平行光を第１及び第２の導光板のいずれか一方の導光板で導光し、他の１つの色の平行光を他方の導光板で導光することが開示されている。
【０００４】
特許文献２では、複数の反射面を有する導光板において、高画角を実現するために複数の反射面の幅を広く設けた場合、複数の反射面の一部により画像光が遮断されて画像ムラが生じたり画像が暗くなったりする可能性があることに着目している。そのため、特許文献２において、２つの導光部に画像を分離し、各導光部にそれぞれ導かれた画像光を複数の反射面を有する各画像取出部によりつなぎ合わせて１つの虚像を形成させる虚像表示装置が開示されている。
【０００５】
ところで、ホログラム素子のような回折素子によって角度変換を行って導光部材中を導光させる光学系の場合、画角を広く取ろうとすると画面の隅である外側に向かうほど回折される波長が変化してしまい、色ムラが発生する可能性がある。また、回折素子によって角度変換を行って導光部材中を導光させる場合、例えば画像中心からの光の回折角に対してそれ以外の画像領域からの光が異なる回折角で反射されてしまい、全反射条件を満たせなくなってしまう可能性があり、結果的に画角が狭くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１８６７９４号公報
【特許文献２】特開２０１２−９８３２４号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、回折素子によって角度変換を行って導光系に導く虚像表示装置において、色ムラが発生することを防止しつつ画角を広くすることを目的とする。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置は、表示用導光部と、画像光を表示用導光部に向けて射出する画像形成部とを備え、表示用導光部は、画像形成部から射出される画像光の画角のうち、第１画角を担当する画像光を導光する第１導光部と、第２画角を担当する画像光を導光する第２導光部とを有し、第１導光部と第２導光部とは、画像光を内部に取り込むための入射側回折素子と、画像光を外部に射出するための射出側回折素子とをそれぞれ有する。
【０００９】
上記虚像表示装置では、表示用導光部が第１画角を担当して導光する第１導光部と第２画角を担当して導光する第２導光部とを有するので、全体の画角を複数の回折素子（複数の入射側回折素子、或いは複数の射出側回折素子）で分担することになり、全反射条件の確保が容易となって全体としての画角を広くすることができ、或いは、高画角化した場合にも色ムラの発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明の具体的な側面では、上記虚像表示装置において、表示用導光部は、単一の導光部材によって構成され、単一の導光部材において、第１導光部の入射側回折素子及び射出側回折素子として透過型回折素子が観察者側に設けられ、第２導光部の入射側回折素子及び射出側回折素子として反射型回折素子が外界側に設けられる。この場合、単一の導光部材を共通化して第１及び第２導光部として用いるので、虚像表示装置の光学系を簡素化することができる。
【００１１】
本発明の別の側面では、表示用導光部材は、第１導光部が設けられる第１導光部材と、第２導光部が設けられる第２導光部材とによって構成される。この場合、第１及び第２導光部が第１及び第２導光部材によって独立した構造となるので、第１画角の画像光と第２画角の画像光とが互いに影響することを防止しやすく、画質の確保が容易である。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、第１導光部と第２導光部との表面には、空気層、低屈折率層、及びＡＲ層の少なくとも一つが設けられる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部の双方に対して画像光を一括して入射させるため、画像形成部としての単一の画像形成部と、単一の画像形成部に対応する単一の投射光学系とを備える。この場合、画像形成部やこれに付随する投射光学系を簡潔な構成とすることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を個々に入射させるため、画像形成部としての一対の画像形成部と、一対の画像形成部に対応する一対の投射光学系とを備える。この場合、第１及び第２導光部に対して個別の画像形成部からの画像光を独立して入射させることができるので、画像形成部や投射光学系の配置の自由度が高まる。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を入射させるため、画像形成部としての一対の画像形成部と、一対の画像形成部に対応する単一の投射光学系とを備える。この場合、各画像形成部を比較的小面積とすることができる。
【００１６】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２画角は、２０°から４５°の間でそれぞれ設定される。第１及び第２画角を２０°以上とすることで、全体としての画角を比較的広く確保することができる。また、第１及び第２画角を４５°以下とすることで、各導光部での反射角又は伝搬角の範囲を比較的狭めて全反射条件を満たしやすくできる。
【００１７】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部は、Ｒ、Ｇ、及びＢの３色のうち少なくとも１色の画像光の画角を第１画角と第２画角とに分割して導光する。この場合、カラーの画像表示に際して少なくとも特定色の画角を広げて画質を高めることができる。
【００１８】
本発明のさらに別の側面では、入射側回折素子及び射出側回折素子は、ホログラムである。ホログラムには、一般的なホログラムの他、体積ホログラムが含まれる。
【００１９】
本発明のさらに別の側面では、入射側回折素子及び射出側回折素子は、回折格子である。回折格子には、表面レリーフ回折格子が含まれる。
【００２０】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、共通領域における一対の回折素子の回折効率の加算値が、非共通領域における単独の回折素子の回折効率と略等しくするように調整される。この場合、共通領域に対応する画像と非共通領域に対応する画像とを連続的で一様なものとして表示することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２導光部のそれぞれに対して画像光を個々に入射させるため、画像形成部としての一対の画像形成部と、一対の画像形成部に対応する一対の投射光学系とを備え、第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、画像光形成部において、共通領域の画像光の輝度が調整される。この場合、共通領域に対応する画像と非共通領域に対応する画像とを輝度的に連続させて全体で一様に表示することができる。
【００２２】
本発明のさらに別の側面では、共通領域における両回折素子に対しては、略同一の入射角とする。
【００２３】
本発明のさらに別の側面では、表示用導光部として、観察者の左右の眼に画像光を導光する左眼用導光部と右眼用導光部とを有し、左眼用導光部と右眼用導光部とによって観察者に画像光が視認される場合の回折効率が略均一になるように回折効率が調整される。
【００２４】
上記課題を解決するため、本発明に係る虚像表示装置の製造方法は、表示用導光部と、画像光を表示用導光部に向けて射出する画像形成部とを備える虚像表示装置の製造方法であって、表示用導光部は、画像形成部から射出される画像光の画角のうち、第１画角を担当する画像光を導光する第１導光部と、第２画角を担当する画像光を導光する第２導光部とを有し、第１導光部と第２導光部とは、画像光を内部に取り込むための入射側回折素子と、画像光を外部に射出するための射出側回折素子とをそれぞれ有し、第１及び第２導光部の一対の入射側回折素子、又は第１及び第２導光部の一対の射出側回折素子は、共通の画像光を回折する共通領域を有し、共通領域における一対の回折素子の回折効率の加算値が、非共通領域における単独の回折素子の回折効率と略等しくするように調整する。
【００２５】
上記製造方法による虚像表示装置では、画像光の画角を複数の回折素子で分担することになり、全体としての画角を広くすることができ、或いは、色ムラの発生を抑制することができる。さらに、本製造方法では、共通領域における一対の回折素子の回折効率の加算値が非共通領域における単独の回折素子の回折効率と略等しくするように調整するので、共通領域に対応する画像の輝度と非共通領域に対応する画像の輝度とを滑らかに連続させて全体で一様に表示することができる。
【００２６】
本発明の具体的な側面では、上記虚像表示装置の製造方法において、入射側回折素子又は射出側回折素子は、ホログラムであり、ホログラムの記録に際して、露光強度に勾配を持たせて回折効率を調整する。この場合、共通領域に対応する画像と非共通領域に対応する画像とを簡易に輝度的に滑らかに連続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る虚像表示装置を示す平面図である。
【図２】虚像表示装置のうち片側の虚像表示部を説明する平面断面図である。
【図３】図２に示す光学系における画像光の伝搬状態について説明する拡大図である。
【図４】図２に示す光学系の変形例を説明する図である。
【図５Ａ】図２等に示す光学系のうち回折素子の製造方法を説明する図である。
【図５Ｂ】図２等に示す光学系のうち回折素子の製造方法を説明する図である。
【図６Ａ】第１及び第２導光部によって合成された画像の輝度を説明する図である。
【図６Ｂ】第１及び第２導光部による個々の画像の輝度を説明する図である。
【図７】第２実施形態に係る虚像表示装置を説明する平面断面図である。
【図８】第３実施形態に係る虚像表示装置を説明する平面断面図である。
【図９】図８に示す光学系の変形例を説明する平面図である。
【図１０】図８に示す光学系の別の変形例を説明する平面図である。
【図１１】第４実施形態に係る虚像表示装置を説明する平面図である。
【図１２】第５実施形態に係る虚像表示装置を説明する平面図である。
【図１３】図１２に示す光学系の変形例を説明する平面図である。
【図１４】変形例を説明する図である。
【図１５】変形例を説明する図である。
【図１６】変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態の虚像表示装置について説明する。
【００２９】
図１に示す虚像表示装置１００は、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイであり、左右一対の虚像表示部１００Ａ，１００Ｂを備える。虚像表示装置１００は、装着者である観察者ＫＡの両眼ＥＹの位置に虚像を構成する画像光ＫＫを入射させることで観察者ＫＡに動画、静止画等の各種画像を認識させるとともに、観察者ＫＡの眼ＥＹに外界像からの外界光ＧＫが入射することを許容することで観察者ＫＡに外界像又はシースルー画像を観察させる。両虚像表示部１００Ａ，１００Ｂは、共通する保持部であるフレーム１００Ｃに支持されており、このフレーム１００Ｃによって、両虚像表示部１００Ａ，１００Ｂ相互の配置関係が維持されるとともに、各虚像表示部１００Ａ，１００Ｂを構成する複数の光学部品の相対的な配置関係が維持される。なお、図１及び以下で説明する図２〜において、ｘ、ｙ、及びｚは、直交座標系の３軸を意味する。
【００３０】
右側の虚像表示部１００Ａは、表示デバイス１１Ａと、投影光学系１２Ａと、表示用導光部１３Ａとを備える。ここで、表示用導光部１３Ａは、右眼用導光部とも呼ぶ。左側の虚像表示部１００Ｂは、表示デバイス１１Ｂと、投影光学系１２Ｂと、表示用導光部１３Ｂとを備える。ここで、表示用導光部１３Ｂは、左眼用導光部とも呼ぶ。以下では、主に右側の虚像表示部１００Ａの構造及び機能を説明し、左側の虚像表示部１００Ｂの構造及び機については、右側の虚像表示部１００Ａの構造等と同様であるので重複説明を省略する。
【００３１】
図２を参照して、右側の虚像表示部１００Ａのうち表示デバイス１１Ａは、画像光ＫＫを投影光学系１２Ａに向けて射出する画像形成部である。表示デバイス１１Ａは、表示用導光部１３Ａを構成する第１及び第２導光部２１，２２に共通する単一の画像形成部となっている。表示デバイス（画像形成部）１１Ａは、不図示の制御装置の制御下で動作する駆動回路１９に駆動されて表示動作を行う。表示デバイス１１Ａは、例えば照明装置１１ａと光変調パネル１１ｂとを組み合わせたものである。照明装置１１ａは、ＲＧＢの３色に対応した狭帯域の光源と、光源からの３色の照明光をコリメートしたり均一化したりする照明光学系とを有する。３色の光源として、例えばＬＥＤ、ＬＤ等を用いることができる。光変調パネル１１ｂとしては、例えば液晶表示パネルを用いることができる。なお、表示デバイス（画像形成部）１１Ａは、照明装置１１ａ及び光変調パネル１１ｂで構成されるものに限らず、自発光型の表示パネルとすることもでき、具体的には有機ＥＬ表示パネル等を用いることができる。
【００３２】
投影光学系１２Ａは、表示デバイス（画像形成部）１１Ａに対応する単一の投射光学系である。投影光学系１２Ａは、表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄに形成された画像の各点から射出された画像光ＫＫを平行光線とする観点でコリメーターといえる。投影光学系１２Ａにより、表示デバイス１１Ａから射出された画像光ＫＫは、表示面１１ｄ上の位置に応じた角度情報を持つ平行光線に変換される。見方を変えれば、投影光学系１２Ａは、表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄに形成された画像を無限遠の虚像に変換する再結像系と捉えることもできる。投影光学系１２Ａは、複数のレンズ１４〜１６を含む。これらのレンズ１４〜１６の光学面は、自由曲面、非球面、球面等のいずれかで構成することができる。
【００３３】
表示用導光部（右眼用導光部）１３Ａは、投影光学系１２Ａによって形成された画像光ＫＫを眼ＥＹで観察するための光学系である。表示用導光部１３Ａは、表示デバイス（画像形成部）１１Ａから射出される画像光ＫＫの画角のうち、第１画角ＶＡ１を担当する画像光Ｋ１を導光する第１導光部材である第１導光部２１と、第２画角ＶＡ２を担当する画像光Ｋ２を導光する第２導光部材である第２導光部２２とを有する。第１画角ＶＡ１は、例えば２０°〜４５°の範囲に設定され、第２画角ＶＡ２も、例えば２０°〜４５°の範囲に設定され全体で４０°〜９０°の画角が確保される。図面では、第１導光部２１を眼ＥＹのある内側に配置するとともに第２導光部２２を外界側に配置しているが、第２導光部２２を内側に配置するとともに第１導光部２１を外界側に配置することもできる。
【００３４】
第１導光部（第１導光部材）２１と第２導光部（第２導光部材）２２とは、平板状であり、不図示の支持体に支持されて互いに平行に配置されている。
【００３５】
第１導光部（第１導光部材）２１は、眼ＥＹから見て左半分側の第１画角ＶＡ１を受け持っており、平行平板である導光板３１ａと、画像光Ｋ１を導光板３１ａの内部に取り込むための入射側回折素子３１ｂと、画像光Ｋ１を導光板３１ａの外部に射出するための射出側回折素子３１ｃとをそれぞれ有する。
【００３６】
これらのうち導光板３１ａは、ガラス、樹脂材料等の光透過性材料で形成され、第１画角ＶＡ１に対応する画像光Ｋ１を主にｙ方向に内部伝搬又は導光させる。導光板３１ａは、その主面又は表面として、内側面３３ａと外側面３３ｂとを有し、内側面３３ａと外側面３３ｂとは、鏡面に加工されている。内側面３３ａと外側面３３ｂは、互いに平行な導光面として、導光板３１ａ内を伝搬する画像光Ｋ１の伝搬角又は反射角を維持する働きを有する。図中に拡大して示すように、導光板３１ａの表面、つまり内側面３３ａと外側面３３ｂとには、臨界角以上の全反射角を確保すべく空気層ＡＲが設けられている。
【００３７】
入射側回折素子３１ｂは、投影光学系１２Ａ及び導光板３１ａを経て入射した第１画角ＶＡ１の画像光Ｋ１を導光板３１ａ内に結合して導光板３１ａ内を伝搬させるものであり、画像光Ｋ１を回折してその入射角を所望の回折角に変換する。これにより、導光板３１ａを通過して入射側回折素子３１ｂで反射された画像光Ｋ１は、導光板３１ａ内での全反射条件を満たすようになる。つまり、入射側回折素子３１ｂで回折されて反射された画像光Ｋ１の内側面３３ａへの入射角は、導光板３１ａ内での伝搬の臨界角よりも大きくなっている。入射側回折素子３１ｂは、等価的には傾斜したミラーとして機能し、画像光Ｋ１の光路を導光板３１ａ内で伝搬可能な方向に折り曲げる働きを有する。
【００３８】
入射側回折素子３１ｂは、反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。入射側回折素子３１ｂがホログラムである場合、体積ホログラムとすることが色分離を低減する観点で好ましく、特に体積位相型ホログラムとすること好ましい。入射側回折素子３１ｂが表面レリーフ回折格子である場合、ブレーズド格子とすることが光利用効率の観点で好ましい。ここで、体積ホログラムとは、比較的厚い記録媒体中に格子としてホログラムデータを記録したものであり、特に体積位相型ホログラムは、屈折率格子としてホログラムデータを記録して透過率を高めたものである。表面レリーフ回折格子は、薄膜表面に干渉パターンに対応する凹凸レリーフを形成したものであり、特にブレーズド格子は、断面形状が鋸歯状の凹凸レリーフを形成して回折効率を高めたものである。なお、入射側回折素子３１ｂは、単独で各色の回折を一括して行う回折素子とすることもできるが、各色用の回折素子を積層したものとすることができる。具体的には、例えばＲ、Ｇ、及びＢの各色用のホログラムを貼り合わせて入射側回折素子３１ｂとすることもできる。
【００３９】
射出側回折素子３１ｃは、入射側回折素子３１ｂによって導光板３１ａに結合されて導光板３１ａ内を伝搬して来た画像光Ｋ１を導光板３１ａ外に取り出すものであり、画像光Ｋ１を回折してその伝搬角を所望の回折角に変換する。これにより、導光板３１ａ内から射出側回折素子３１ｃに入射した画像光Ｋ１は、元の入射側回折素子３１ｂに入射する前の入射角と等しい射出角に復元される。射出側回折素子３１ｃは、等価的には傾斜したミラーとして機能し、導光板３１ａ内を伝搬した画像光Ｋ１を内側面３３ａを介して眼ＥＹ側に射出させて、眼ＥＹの前方において表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄ上の画像に対応する拡大された虚像を再現又は投影する働きを有する。なお、射出側回折素子３１ｃも、入射側回折素子３１ｂと同様に反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。つまり、射出側回折素子３１ｃは、例えば体積位相型ホログラム、ブレーズド格子等で構成することができる。
【００４０】
以上から明らかなように、入射側回折素子３１ｂと射出側回折素子３１ｃとは、互いに対称性を有しており、入射側回折素子３１ｂで発生した色分離を射出側回折素子３１ｃで発生する色分離で補償することになる。これにより、入射側回折素子３１ｂを構成するホログラム又は表面レリーフ回折格子が色分離を生じさせるようなものであっても、全体としての第１導光部２１で発生する色分離を低減できる。ここで、色分離とは、各回折素子３１ｂ，３１ｃによって発生する色分散であり、波長の差に伴って生じる回折角の差を意味する。
【００４１】
第２導光部（第２導光部材）２２は、眼ＥＹから見て右半分側の第２画角ＶＡ２を受け持っており、平行平板である導光板３２ａと、画像光Ｋ２を導光板３２ａの内部に取り込むための入射側回折素子３２ｂと、画像光Ｋ２を導光板３２ｂの外部に射出するための射出側回折素子３２ｃとをそれぞれ有する。
【００４２】
第２導光部２２を構成する導光板３２ａ、入射側回折素子３２ｂ、及び射出側回折素子３２ｃは、第１導光部２１を構成する導光板３１ａ、入射側回折素子３１ｂ、及び射出側回折素子３１ｃと基本的に同様の働きを有するが、第２画角ＶＡ２を担当する画像光Ｋ２を扱う点で具体的な配置や動作が異なる。
【００４３】
導光板３２ａは、第１導光部２１の導光板３１ａと同様のものであり、ガラス、樹脂材料等の光透過性材料で形成され、画像光Ｋ２を主にｙ方向に内部伝搬させる。導光板３１ａは、その主面又は表面として、内側面３３ａと外側面３３ｂとを有し、内側面３３ａと外側面３３ｂとは、鏡面に加工されている。内側面３３ａと外側面３３ｂは、互いに平行な導光面として、導光板３１ａ内を伝搬する画像光Ｋ２の伝搬角又は反射角を維持する働きを有する。導光板３１ａの表面、つまり内側面３３ａと外側面３３ｂとには空気層が設けられている。
【００４４】
入射側回折素子３２ｂは、投影光学系１２Ａを経て入射した第２画角ＶＡ２の画像光Ｋ２を導光板３２ａ内に結合して導光板３２ａ内を伝搬させるものであり、画像光Ｋ２を回折してその入射角を所望の回折角に変換する。これにより、導光板３１ａを通過して入射側回折素子３２ｂで反射された画像光Ｋ２は、導光板３１ａ内での全反射条件を満たすようになる。つまり、入射側回折素子３２ｂで回折されて反射された画像光Ｋ２の内側面３３ａへの入射角は、導光板３２ａの臨界角よりも大きくなっている。入射側回折素子３２ｂは、等価的には傾斜したミラーとして機能し、画像光Ｋ２の光路を導光板３２ａ内で伝搬可能な方向に折り曲げる働きを有する。
【００４５】
入射側回折素子３２ｂは、反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。つまり、入射側回折素子３２ｂは、例えば体積位相型ホログラム、ブレーズド格子等で構成することができる。
【００４６】
射出側回折素子３２ｃは、入射側回折素子３２ｂによって導光板３２ａに結合されて導光板３２ａ内を伝搬して来た画像光Ｋ２を導光板３２ａ外に取り出すものであり、画像光Ｋ２を回折してその伝搬角を所望の回折角に変換する。これにより、導光板３２ａ内から射出側回折素子３２ｃに入射した画像光Ｋ２は、元の入射側回折素子３２ｂに入射する前の入射角と等しい射出角に復元される。射出側回折素子３２ｃは、等価的には傾斜したミラーとして機能し、導光板３２ａ内を伝搬した画像光Ｋ２を内側面３３ａを介して眼ＥＹ側に射出させて、眼ＥＹの前方において表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄ上の画像に対応する拡大された虚像を再現又は投影する働きを有する。
【００４７】
射出側回折素子３２ｃは、反射型の回折素子であり、ホログラム及び表面レリーフ回折格子のいずれか一方である。つまり、入射側回折素子３２ｂは、例えば体積位相型ホログラム、ブレーズド格子等で構成することができる。
【００４８】
以上から明らかなように、入射側回折素子３２ｂと射出側回折素子３２ｃとは、互いに対称性を有しており、入射側回折素子３２ｂで発生した色分離を射出側回折素子３２ｃで発生する色分離で補償することになる。これにより、入射側回折素子３２ｂを構成するホログラム又は表面レリーフ回折格子が色分離を生じさせるようなものであっても、全体としての第２導光部２２で発生する色分離を低減できる。
【００４９】
第２導光部２２からの画像光Ｋ２は、第１導光部２１の導光板３１ａを通過することになる。このため、特に導光板３１ａの表面３３ａ，３３ｂのうち画像光Ｋ２の通過領域Ｒ１２については、空気層ではなく、低屈折率層及びＡＲ層のいずれかを形成している。なお、第２導光部２２の通過領域Ｒ１２以外においても、画像光Ｋ２に関して全反射条件を満たす限り、低屈折率層ＡＲ層等を形成することができる。同様に、第１導光部２１の表面３３ａ，３３ｂにおいても、画像光Ｋ１に関して全反射条件を満たす限り、低屈折率層ＡＲ層等を形成することができる。
【００５０】
第１導光部２１における射出側回折素子３１ｃは、導光板３１ａを伝搬した画像光Ｋ１を平行光として眼ＥＹの瞳ＰＵに集めるように入射させる。この際、表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄ上の一方の隅（図面左側の隅）からの主光線は、瞳ＰＵに対して右側前方から入射する。一方、第２導光部２２における射出側回折素子３２ｃは、導光板３２ａを伝搬した画像光Ｋ２を平行光として眼ＥＹの瞳ＰＵに集めるように入射させる。この際、表示デバイス１１Ａの表示面１１ｄ上の他方の隅（図面右側の隅）からの主光線は、瞳ＰＵに対して左側前方から入射する。つまり、両射出側回折素子３１ｃ，３２ｃからの画像光Ｋ１，Ｋ２を合成することで、表示面１１ｄに形成された全体画像を左右途切れの無い状態で観察することができるようになる。この際、第１導光部２１の入射側回折素子３１ｂと第２導光部２２の入射側回折素子３２ｂとが、導光板３１ａの内側面３３ａの法線方向から見て分離して隙間が形成されることを防止すれば、画像の欠けや劣化は生じにくくなる。図示の例では、両入射側回折素子３１ｂ，３２ｂに互いに重なる共通領域ＣＲ１を設けて、眼ＥＹから見た全体の画像光ＫＫによる画像において欠けや劣化が生じることを確実に回避している。この共通領域ＣＲ１の詳細については後に詳述する。
【００５１】
同上の理由で、第１導光部２１の射出側回折素子３１ｃと第２導光部２２の射出側回折素子３２ｃとの間にも、互いに重なる共通領域ＣＲ２を設けている。これにより、眼ＥＹから見た全体の画像光ＫＫによる画像において欠けや劣化が生じることを確実に回避できる。
【００５２】
図３を参照して、画像光ＫＫの伝搬角等について説明する。第１導光部２１には、半画角を２０°として、画角θ１０，θ１１，θ１２に対応する入射角が０°から２０°の画像光Ｋ１が入射する。ここで、入射角は時計回りを正とし、最大の入射角は、８０インチの画面を２．５ｍ先に見ると仮定している。導光板３１ａの屈折率が約１．６４（臨界角約３７．６°）であるとして、最大の屈折角ε１２は、１２°程度になり、中間の屈折角ε１１は、６°程度になる。屈折角ε１１，ε１２は、入射側回折素子３１ｂへの入射角に相当する。最小の画角θ１０の画像光Ｋ１は、入射側回折素子３１ｂで回折され、反射角又は伝搬角φ１０で導光板３１ａ内を伝搬する。同様に、絶対値で最大の画角θ１２の画像光Ｋ１は、伝搬角φ１２で導光板３１ａ内を伝搬し、中間の画角θ１１の画像光Ｋ１は、伝搬角φ１１で導光板３１ａ内を伝搬する。ここで、中間の伝搬角φ１１（画像光Ｋ１側の画面中心に対応するもの）を例えば５５°とすることを目標とする。このため、回折角が図面右側（光軸ＡＸ側）の光線から７９．５°、６１°（δ１１）、及び５１°であるとすれば、伝搬角φ１０，φ１１，φ１２は、７９．５°、５５°、及び３９°となって、全ての伝搬角φ１０〜φ１２が、臨界角約３７．６°よりも大きくなるとともに８０°以下の実用的な範囲となるので、伝搬ロスが無くなる。第２導光部２２も同様であり、画角θ２０，θ２１，θ２２に対応する入射角が０°から−２０°の画像光Ｋ２が入射する。絶対値で最大の屈折角ε２２は、−１２°程度になり、中間の屈折角ε２１は、−６°程度になる。中間の伝搬角φ２１（画像光Ｋ２側の画面中心に対応するもの）を例えば５５°とすることを目標とする。このため、回折角が図面左側（光軸ＡＸ側）の光線から４０．５°、４９°（δ２１）、及び５９°であるとすれば、伝搬角φ２０，φ２１，φ２２は、４０．５°、５５°、及び７１°となっ、全ての伝搬角φ２０〜φ２２が、臨界角約３７．６°よりも大きくなるとともに８０°以下の実用的な範囲となるので、伝搬ロスが無くなる。つまり、第１導光部２１と第２導光部２２とによって広い画角±２０°又は４０°をカバーできることが分かる。なお、図示を省略するが、仮に従来型の単一導光部によって半画角±２０°を確保しようとした場合、この導光部の導光板内での画像光の反射角又は伝搬角は、一方の画角の端では導光板入射角が臨界角より小さくなり、伝搬ロスが発生し、もう一方の画角の端では、導光板入射角が90度を越えてしまうため、伝搬できなくなる。なお、以上では、理解を簡単にするために具体的な数値を挙げて説明したが、本発明に係る装置は、このような数値に限定されるものではなく、仕様や用途に応じて伝搬の角度条件を設定できる。
【００５３】
図２に戻って、表示デバイス１１Ａと、投影光学系１２Ａと、第１導光部２１の入射側回折素子３１ｂと、第２導光部２２の入射側回折素子３２ｂとについては、表裏を反転させて外側に配置することができる。つまり、導光板３１ａ，３２ａの中間においてｙｚ面に平行に延びる対称面で折り返すように表示デバイス１１Ａ及び投影光学系１２Ａを配置し、入射側回折素子３１ｂを導光板３１ａの内側面３３ａ上に配置し、入射側回折素子３２ｂを導光板３２ａの内側面３３ａ上に配置しても、同様の結像が可能になる。
【００５４】
第１導光部２１と第２導光部２２とは、一対の保護カバー２５ａ，２５ｂに挟まれて保護されている。保護カバー２５ａ，２５ｂは、光透過性を有する樹脂材料で形成された平行平板であり、表面に反射防止コート等を施すことができる。
【００５５】
図１等に戻って、フレーム１００Ｃは、虚像表示部１００Ａ，１００Ｂを上部から支持する金属その他の剛体製の本体７１と、本体の両端から延びる弾性体製のテンプル部７２とを有する。本体７１の中央には、一対のノーズパッド７４が取り付けられている。
【００５６】
図２を参照して、導光板３１ａ，３２ａ内での画像光Ｋ１，Ｋ２の光路等について説明する。導光板３１ａ，３２ａ内での画像光Ｋ１，Ｋ２の反射回数は、導光板３１ａ，３２ａの厚み等の条件設定により、一致させることも相違させることもできる。例えば両導光板３１ａ，３２ａの厚みが等しく、光軸ＡＸに沿った光線の入射側回折素子３１ｂ，３２ｂによる回折角が等しいとするとともに、光変調パネル１１ｂのｙ軸に沿った横の各点からの主光線が交わる点を基準として入射側回折素子３１ｂ，３２ｂと射出側回折素子３１ｃ，３２ｃとが左右対称に配置される場合、画像光Ｋ１，Ｋ２の反射回数を一致させて入射側回折素子３１ｂ，３２ｂからの画像光Ｋ１，Ｋ２をロス無く射出側回折素子３１ｃ，３２ｃに入射させることができる。導光板３１ａ，３２ａ内での画像光Ｋ１，Ｋ２の反射回数を一致させる場合であっても、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ等での回折角の調整により、両導光板３１ａ，３２ａの厚みを互いに異なるものとすることができる。一方、導光板３１ａ，３２ａ内での画像光Ｋ１，Ｋ２の反射回数を相違させる場合、導光板３１ａ，３２ａの厚みを互いに適宜に異なるものとし、或いは入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ等での回折角を互いに適宜異なるものとする。この場合、両入射側回折素子３１ｂ，３２ｂからの回折光の伝搬角を比較的自由に設定でき、全体での画角を広げやすい。なお、光変調パネル１１ｂの各点からの光束が入射側回折素子３２ｂに形成するスポットのサイズに比較して両導光板３１ａ，３２ａの厚みを十分薄くすることによって内外面３３ａ，３３ｂで光線の飛びが生じないようにし、導光板３１ａ，３２ａのどの位置でも画像光Ｋ１，Ｋ２を取り出せるようにすることもできる。
【００５７】
なお、導光板３１ａ，３２ａ間又は入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ間の干渉を避ける観点でも、導光板３１ａ，３２ａの厚みに適宜の差を設けることができ、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ等での回折角に適宜の差を設けることができる。
【００５８】
図４は、図２に示す第１及び第２導光部２１，２２の変形例である。この場合、導光板３１ａ，３２ａの外側面３３ｂ上に一様な厚みの被覆層１３１ｅ，１３２ｅが形成され、第１導光部２１側の被覆層１３１ｅに入射側回折素子３１ｂと射出側回折素子３１ｃとが埋め込むように形成され、第２導光部２２側の被覆層１３２ｅに入射側回折素子３２ｂと射出側回折素子３２ｃとが埋め込むように形成されている。この場合、被覆層１３１ｅ，１３２ｅは、屈折率が均一な媒体であり、被覆層１３１ｅ，１３２ｅの表面は、全反射条件を満たすような平滑面となっている。
【００５９】
図５Ａ及び５Ｂは、第１及び第２導光部２１，２２の製造方法を説明する図である。図５Ａに示すように、第２導光部２２となるべき導光板３２ａを準備し、外側面３３ｂの所定領域にホログラム感光材料８２を貼り付け或いは塗布する。その後、内側面３３ａに垂直な方向から平行光線である物体光Ｌ１をホログラム感光材料８２に照射しつつ、回折光の方向に対応する方向から平行光線である参照光Ｌ２をホログラム感光材料８２に照射することで、ホログラム感光材料８２中に屈折率パターンが形成される露光が行われ、入射側回折素子３２ｂが完成する。また、図５Ｂに示すように、第１導光部２１となるべき導光板３１ａを準備し、外側面３３ｂの所定領域にホログラム感光材料８１を貼り付け或いは塗布する。その後、内側面３３ａに垂直な方向から平行光線である物体光Ｌ１をホログラム感光材料８１に照射しつつ、回折光の方向に対応する方向から平行光線である参照光Ｌ２をホログラム感光材料８１に照射することで、ホログラム感光材料８１中に屈折率パターンが形成される露光が行われ、入射側回折素子３１ｂが完成する。
【００６０】
ホログラム感光材料８１，８２の露光に際しては、フィルターＦＬ１，ＦＬ２等を利用して物体光Ｌ１又は参照光Ｌ２に照度又は露光強度の分布を持たせることで、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの互いに重なる共通領域ＣＲ１での影響を相殺する。具体的には、一方の入射側回折素子３２ｂに対応するホログラム感光材料８２の露光時には、他方の入射側回折素子３１ｂのエッジＥ１から一方の入射側回折素子３２ｂのエッジＥ２にかけての領域で照度又は露光強度を漸減させ、回折効率を同様のパターンで漸減させる。また、他方の入射側回折素子３１ｂに対応するホログラム感光材料８１の露光時には、一方の入射側回折素子３２ｂのエッジＥ２から一方の入射側回折素子３１ｂのエッジＥ１にかけての領域で照度又は露光強度を漸減させ、回折効率を同様のパターンで漸減させる。結果的に、入射側回折素子３１ｂの回折効率と、入射側回折素子３２ｂの回折効率とを加算した加算値は、共通領域ＣＲ１においてフラットであり、共通領域ＣＲ１を除いた非共通領域における回折効率を基準として１００％の状態となっている。つまり、共通領域ＣＲ１での入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの回折効率の加算値が、非共通領域での単独の入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの回折効率と等しくなっている。
【００６１】
図６Ａは、第１及び第２導光部２１，２２によって合成された画像の輝度を説明する図である。なお、画像は説明の便宜上輝度パターンがないものとしている。図６Ｂは、第１及び第２導光部２１，２２による個々の画像の輝度を説明する図である。この場合、共通領域ＣＲ１に対応する画像と非共通領域に対応する画像とが輝度的に滑らかに連続するものとなっている。
【００６２】
詳細は省略するが、左眼用の表示用導光部１３Ｂを構成する入射側回折素子も、表示用導光部（右眼用導光部）１３Ａを構成する入射側回折素子３１ｂ，３２ｂと同様に作製される。結果的に、表示用導光部（右眼用導光部）１３Ａと表示用導光部（左眼用導光部）１３Ｂとによって観察者ＫＡに画像光ＫＫが視認される場合の回折効率が略均一になるように回折効率が調整される。
【００６３】
以上は、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂが共通領域ＣＲ１を有する場合の説明であったが、射出側回折素子３１ｃ，３２ｃが共通領域ＣＲ２を有する場合、例えば入射側回折素子３１ｂ，３２ｂに代えて射出側回折素子３１ｃ，３２ｃ側において、共通領域ＣＲ２での射出側回折素子３１ｂ，３２ｂの回折効率の加算値が非共通領域での単独の射出側回折素子３１ｃ，３２ｃの回折効率と等しくなるようにできる。この場合も、図５Ａ及び５Ｂに示すと同様の手法を用いることができる。
【００６４】
第１実施形態の虚像表示装置１００では、表示用導光部１３Ａ，１３Ｂが第１画角ＶＡ１を担当して導光する第１導光部２１と第２画角ＶＡ２を担当して導光する第２導光部２２とを有するので、全体の画角を複数の回折素子（複数の入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ、或いは複数の射出側回折素子３１ｃ，３２ｃ）で分担することになり、全反射条件の確保が容易となって全体としての画角を広くすることができ、或いは、高画角化した場合にも色ムラの発生を抑制することができる。
【００６５】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の虚像表示装置ついて説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００６６】
図７は、第２実施形態の虚像表示装置のうち虚像表示部１００Ａの光学的な構成を説明する図である。この場合、表示用導光部１３Ａは、単一の導光部材１２１によって構成され、単一の導光部材１２１は、第１実施形態で別体であった第１及び第２導光部２１，２２を複合して一体化したものである。この単一の導光部材１２１において、第１導光部２１を構成する入射側回折素子３１ｂ及び射出側回折素子３１ｃとして一対の透過型回折素子１３１ｂ，１３１ｃが導光板１３１ａの観察者側（−ｘ側）に設けられ、第２導光部２２を構成する入射側回折素子３２ｂ及び射出側回折素子３２ｃとして一対の反射型回折素子１３２ｂ，１３２ｃが導光板１３１ａの外界側（＋ｘ側）に設けられている。
【００６７】
ここで、入射側回折素子３２ｂ又は反射型回折素子１３２ｂからの画像光Ｋ２が入射側回折素子３１ｂで影響を受けることを防止するため、画像光Ｋ２が入射側回折素子３１ｂに入射させないことが望ましい。そのため、入射側回折素子３２ｂによる画像光Ｋ２の回折角を相対的に大きくして入射側回折素子３１ｂに入射しないようにしている。  
【００６８】
第２実施形態の虚像表示装置によれば、単一の導光部材１２１を共通化して第１及び第２導光部２１，２２として用いており、虚像表示装置の光学系を簡素化することができる。
【００６９】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の虚像表示装置ついて説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００７０】
図８は、第３実施形態の虚像表示装置のうち虚像表示部１００Ａの光学的な構成を説明する図である。この場合、表示デバイス（画像形成部）１１Ａとしての一対の画像形成部１１ｉ，１１ｊと、一対の表示デバイス（画像形成部）１１ｉ，１１ｊに対応する一対の投射光学系１２ｉ，１２ｊとを備える。図面左側の画像形成部１１ｉからの画像光Ｋ１は、投射光学系１２ｉを介して第１導光部２１の入射側回折素子３１ｂに入射し、図面右側の画像形成部１１ｊからの画像光Ｋ２は、投射光学系１２ｊを介して第２導光部２２の入射側回折素子３２ｂに入射する。この場合、画像光Ｋ１による画像と、画像光Ｋ２による画像との間に重複があり、このように重なる光線部分３ａ，３ｂは、互いに平行になっている。これらの光線部分３ａ，３ｂは、一対の入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの共通領域ＣＲ１に入射する。この場合、共通領域ＣＲ１は離間しているが、同一画像の表示に関わる部分となっており、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの共通領域ＣＲ１には、同一の入射角の画像光Ｋ１，Ｋ２が入射する。光線部分３ａ，３ｂを平行にすることで、画像光Ｋ１による画像と、画像光Ｋ２による画像との位置ずれを防止できる。また、この場合、画像形成部１１ｉ，１１ｊが独立しているので、共通領域ＣＲ１の画像光Ｋ１，Ｋ２の輝度を個別に調整することができる。つまり、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂ等の回折効率を調整することなく、共通領域ＣＲ１に対応する画像と非共通領域に対応する画像とを輝度的に滑らかに連続させて全体で一様に表示することができる。すなわち、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの回折効率を均一にした場合に、共通領域ＣＲ１を除いた非共通領域の画像光の輝度に対して共通領域ＣＲ１の画像光の輝度を表示デバイス（画像形成部）１１ｉ，１１ｊ側で調整（例えば、５０％）することで、最終的に観察者ＫＡの眼ＥＹに入る共通領域ＣＲ１の画像光Ｋ１，Ｋ２の輝度を非共通領域の画像光Ｋ１，Ｋ２の輝度と合わせることができる。なお、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂの共通領域ＣＲ１の回折効率の調整と、表示デバイス（画像形成部）１１ｉ，１１ｊからの画像光の輝度の調整とを組み合わせてもよい。
【００７１】
図８の例では、重なる光線部分３ａ，３ｂが互いに平行になっており、共通領域ＣＲ１に略同一の入射角の画像光Ｋ１，Ｋ２が入射する。しかしながら、共通領域ＣＲ１に入射させる画像光Ｋ１，Ｋ２の入射角には、臨界角その他の伝搬条件を考慮して若干の差を持たせることもできる。実際、全色に対する臨界角が３７．６°であるとして緑色の臨界角が４０．５°程度である場合、その差分に対応する２，３°だけ緑色の回折角を増減させる設計の自由度が増す。また、緑色以外の他の色（具体的には例えば赤色）であっても、全色に対する臨界角よりも大きいものがあれば、この色については回折角を増減させることができる。つまり、全色に対する臨界角よりも大きい範囲であれば、各色単位で回折角又は伝搬角を調整できるとともに、全色について一括して一様に回折角又は伝搬角を調整することもできる。なお、色ごとに又は全色で回折角を異ならせる入射側回折素子３１ｂ，３２ｂは、同時露光するタイプのホログラム素子に限らず、Ｒ、Ｇ、及びＢの各色用のホログラムを貼り合わせる複合タイプのホログラム素子であってもよい。
【００７２】
本実施形態の虚像表示装置では、一対の表示デバイス（画像形成部）１１ｉ，１１ｊからの画像光Ｋ１，Ｋ２を一対の投射光学系１２ｉ，１２ｊを介して入射側回折素子３１ｂ，３２ｂに個々に入射させる。つまり、第１及び第２導光部２１，２２に対して個別の画像形成部１１ｉ，１１ｊからの画像光Ｋ１，Ｋ２を独立して処理することになる。これにより、画像形成部１１ｉ，１１ｊや投射光学系１２ｉ，１２ｊの配置の自由度が高まる。
【００７３】
図９は、図８に示す虚像表示装置の変形例を説明する図である。この場合、第２導光部２２側において、画像形成部１１ｊ及び投射光学系１２ｊが外側に配置されている。
【００７４】
図１０は、図８に示す虚像表示装置の別の変形例を説明する図である。この場合、第１導光部２１側の画像形成部１１ｉ及び投射光学系１２ｉと、第２導光部２２側の画像形成部１１ｊ及び投射光学系１２ｊとに共通な光軸ＡＸが導光板３１ａ，３２ａの傾きを補償するように、導光板３１ａ，３２ａの内側面３３ａに対して角度κで傾斜している。
【００７５】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の虚像表示装置ついて説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００７６】
図１１は、第４実施形態の虚像表示装置のうち虚像表示部１００Ａの光学的な構成を説明する図である。この場合、表示デバイス１１Ａにおいて、一対の光変調パネル１１ｂａ，１１ｂｂが用いられている。この場合、一対の光変調パネル１１ｂａ，１１ｂｂが一対の画像形成部となっている。一方の光変調パネル１１ｂａからの画像光Ｋ１は、単一共通の投影光学系１２Ａを経て第１導光部２１の入射側回折素子３１ｂに入射し、他方の光変調パネル１１ｂｂからの画像光Ｋ２は、単一で共通の投影光学系１２Ａを経て第２導光部２２の入射側回折素子３２ｂに入射する。
【００７７】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の虚像表示装置ついて説明する。本実施形態に係る虚像表示装置は、第１実施形態の虚像表示装置を変形したものであり、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００７８】
図１２は、第５実施形態の虚像表示装置のうち虚像表示部１００Ａの光学的な構成を説明する図である。この場合、表示用導光部１３Ａが第１色部材５ａと第２色部材５ｂとを備える。第１色部材５ａは、図２等に示す表示用導光部１３Ａと略同様の構造を有し、第１導光部（第１導光部材）２１と第２導光部（第２導光部材）２２とを有する。ただし、第１色部材５ａは、２色用となっており、例えば緑及び青色の画像に対応する画像光Ｋ１ａ，Ｋ２ａを第１導光部２１と第２導光部２２とに分割して導光する。このため、入射側回折素子３１ｂ，３２ｂは、緑及び青色の画像光Ｋ１ａ，Ｋ２ａを所期の回折角の方向に回折しつつ反射する。ここで、画像光Ｋ１ａは、第１画角ＶＡ１に対応し、画像光Ｋ２ａは、第２画角ＶＡ２に対応する。また、射出側回折素子３１ｃ，３２ｃも、緑及び青色の画像光Ｋ１ａ，Ｋ２ａを元の方向に戻すように回折しつつ反射する。第２色部材５ｂも、図２等に示す表示用導光部１３Ａと略同様の構造を有し、第１導光部５２１と第２導光部５２２とを有する。第２色部材５ｂは、第１色部材５ａとは異なる単色用となっており、例えば赤色の画像に対応する画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂを第１導光部５２１と第２導光部５２２とに分割して導光する。ここで、画像光Ｋ１ｂは、第１画角ＶＡ１に対応し、画像光Ｋ２ｂは、第２画角ＶＡ２に対応する。入射側回折素子５３１ｂ，５３２ｂは、赤色の画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂを伝搬のため回折する。また、射出側回折素子５３１ｃ，５３２ｃも、赤色の画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂを元の方向に戻すように回折する。この虚像表示部１００Ａでは、緑及び青色の光学系が回折角等の条件で近くなるので、両色を共通の光学系としているが、緑及び青色の光学系をさらに独立させて、表示用導光部１３Ａを３色用の光学系とすることもできる。
【００７９】
図１３は、図１２の虚像表示装置を一部変更したものである。この場合、第２色部材５ｂが単一の導光部６２１を有する。つまり、導光部６２１は、単独で全画角をカバーするものとなっている。導光部６２１において、入射側回折素子６３１ｂは、画像光ＫＫのうち例えば赤及び青色の画像光ＫＫａを所期の回折角の方向に回折しつつ反射し、射出側回折素子６３１ｃも、赤及び青色の画像光ＫＫａを元の方向に戻すように回折しつつ反射する。第１色部材５ａは、この場合単色用となっており、画像光ＫＫのうち例えば緑色の画像に対応する画像光Ｋ１ａ，Ｋ２ａを第１導光部（第１導光部材）２１と第２導光部（第２導光部材）２２とに分割して導光する。
【００８０】
〔その他の変形例等〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８１】
表示デバイス１１Ａは、光変調パネル１１ｂ等を備えるものに限らず、レーザー光源と、レーザー光源からのレーザー光を走査するＭＥＭＳその他の走査部とを組み合わせたものとすることができる。
【００８２】
第１導光部２１の導光板３１ａの導光領域８８における表面３３ａ，３３ｂと、第２導光部２２の導光板３２ａの導光領域８８における表面３３ａ，３３ｂとは、屈折率差を利用した全反射によって導光を行うものに限らない。具体的には、例えば図１４に示すように、表面３３ａ，３３ｂ上に金属や誘電体で形成された薄い反射面８９を形成することができる。図示のものに限らず、例えば導光板３１ａの外側面３３ｂと導光板３２ａの内側面３３ａとにのみ、反射膜８９を形成することもできる。この際、反射膜８９を挟んで両導光板３１ａ，３２ａを接合することもできる。
【００８３】
表示用導光部（右眼用導光部）１３Ａは、画像光ＫＫを第１及び第２導光部２１，２２の２つに分割するものに限らず、画像光ＫＫを３つ以上に分割することもできる。
【００８４】
入射側回折素子３１ｂ，３２ｂが対象とする画像光Ｋ１，Ｋ２の波長に差を設けることによっても両画像光Ｋ１，Ｋ２が影響し合うことを防止できる。例えば図１５に示すように、画像光Ｋ１の波長と画像光Ｋ２の波長との間に視覚的には色の区別が生じないような差があるものとし、第１導光部２１の入射側回折素子３１ｂと第２導光部２２の入射側回折素子３１ｂとの間で反射効率の波長特性に差を設けておけば、両画像光Ｋ１，Ｋ２が相互に影響し合うこと又は干渉することを防止できる。具体的には、例えば図１２の第５実施形態において、第１色部材５ａで導光させる画像光Ｋ１ａ，Ｋ２ａを赤及び青色とし、第２色部材５ｂで導光させる画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂを緑色とした場合、第２色部材５ｂに入射させる画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂに若干の波長差を設け、第２色部材５ｂを構成する入射側回折素子５３１ｂの画像光Ｋ２ｂに対する反射効率を画像光Ｋ１ｂに対する反射効率よりも十分低くしつつ、第２色部材５ｂを構成する入射側回折素子５３２ｂの画像光Ｋ１ｂに対する反射効率を画像光Ｋ２ｂに対する反射効率よりも十分低くする。これにより、画像光Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂが相互に影響して画像が劣化することを防止できる。
【００８５】
以上の各実施形態において、画像光ＫＫの各色ごとに回折素子であるホログラム素子による回折角又は導光板内での伝搬角を適宜異なるものに設定することができる。
【００８６】
以上では、投影光学系１２Ａによって任意の画素からの画像光ＫＫを構成する各色の光が略同一の角度で第１及び第２導光部２１，２２に入射することを前提としているが、画像光ＫＫの導光部２１，２２又は導光板３１ａ，３２ａへの入射角を各色ごとに異なるものに調整できる。この場合、回折素子である各色のホログラム素子が、例えばＲＧＢ同時露光によって作製される場合であっても、各色のホログラム素子からの回折光又は伝搬角を簡易に一致させることができる。また、導光板３１ａ，３２ａでの各色の臨界角に合わせて回折光又は伝搬角を調整することも可能であり、この場合も、画像光ＫＫの導光部２１，２２又は導光板３１ａ，３２ａへの入射角を各色ごとに異なるものに調整することになる。
【００８７】
以上では、第１及び第２導光部２１，２２によって画像を左右の横方向に分割したが、表示デバイス１１Ａに対して表示用導光部１３Ａが上下となって上下に延びるように配置すれば、画像を上下の縦方向に分割して合成することができる。この場合、第１及び第２導光部２１，２２をｘ軸の周りに９０°回転させると考えることができる。
【００８８】
以上では、シースルー型の虚像表示装置について説明しているが、外界像を観察させる必要がない場合、表示用導光部１３Ａの外側を遮光体で覆うこともできる。
【００８９】
以上の実施形態において、導光部（導光部材）２１，２２を構成する導光板３１ａ，３２ｂ等を相互に固定する支持体として、例えば導光板３１ａ，３２ｂの±ｙ方向の左右両端を支持するものが考えられる。その際に、各導光板３１ａ，３２ｂの両端に入射した画像光が意図しない角度で元の導光板側に戻る、又は他方の虚像表示部１００Ｂに設けた導光板に画像光が再入射してしまうことが考えられる。図１６は、このような迷光を防止するため、導光板３１ａ，３２ｂを両端で固定する支持体８６を遮光体とした例を示す。支持体８６は、画像光Ｋ１，Ｋ２を吸収する光吸収体であり、表面に光吸収層を設けたものであってもよい。
【００９０】
上記の説明では、実施形態の虚像表示装置１００がヘッドマウントディスプレイであるとして具体的な説明を行ったが、虚像表示装置１００は、観察者ＫＡが装着する眼鏡型のものに限らず、ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display）に応用することもできる。
【００９１】
上記の説明では、虚像表示装置１００は、右眼及び左眼の双方に対応して、一対の虚像表示部１００Ａ，１００Ｂを備えるとしているが、右眼又は左眼のいずれか一方に対してのみ虚像表示部を設け画像を片眼視する構成にしてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１１Ａ，１１Ｂ…表示デバイス（画像形成部）、１１ａ…照明装置、１１ｂ，１１ｂａ，１１ｂｂ…光変調パネル、１２Ａ，１２Ｂ…投影光学系、１２ｉ，１２ｊ…投射光学系、１３Ａ，１３Ｂ…表示用導光部、１９…駆動回路、２１，２２…導光部、３１ａ，３２ａ…導光板、３１ｂ，３２ｂ…入射側回折素子、３１ｃ，３２ｃ…射出側回折素子、８１，８２…ホログラム感光材料、１００…虚像表示装置、１００Ａ，１００Ｂ…虚像表示部、１００Ｃ…フレーム、１３１ｂ，１３１ｃ…透過型回折素子、１３２ｂ，１３２ｃ…反射型回折素子、ＡＸ…光軸、ＣＲ１，ＣＲ２…共通領域、ＥＹ…眼、ＦＬ１，ＦＬ２…フィルター、ＧＫ…外界光、ＫＫ…画像光、Ｋ１，Ｋ２…画像光、Ｋ１ａ，Ｋ２ａ，Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂ…画像光、Ｋ２ａ，Ｋ２ｂ…画像光、ＫＡ…観察者、ＰＵ…瞳、ＶＡ１…第１画角、ＶＡ２…第２画角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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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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