(57)【要約】【課題】２つの回折素子によって適正に波長補償を行うことのできる表示装置を提供すること。【解決手段】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。第１光学部Ｌ１０と第３光学部Ｌ３０との間に画像光の第１中間像が形成され、第３光学部Ｌ３０近傍に瞳が形成され、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を形成する。第１回折素子５０と第２回折素子７０とは、共役または略共役の関係にある。【選択図】図３
2019133132.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回折素子を備え、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回折素子を備え、正のパワーを有する第４光学部と、
を有し、
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る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中間像は、前記第１光学部と前記第２光学部との間に形成される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、
前記第３光学部は、前記第２光学部から射出された画像光における画角の光を発散光として前記第４光学部に入射させることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の表示装置において、
前記第３光学部は、前記画像光生成装置が生成した画像の１点に相当する光については、前記第１回折素子により偏向されて特定波長の光からずれた光を第２回折素子の所定の範囲に入射させることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の表示装置において、
前記第２光学部は、前記第１光学部から射出された画像光を収束光として前記第３光学部に入射させることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項３から５の何れか一項に記載の表示装置において、
前記第２回折素子の入射面は、周辺部に対して中央部が凹んだ凹曲面であり、
前記第２回折素子は、前記第３光学部から射出された画像光を平行光化することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第１回折素子の前記第３光学部による前記第２回折素子上の射影の倍率の絶対値は０．５倍から１０倍までであることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の表示装置において、
前記倍率の絶対値は１倍から５倍までであることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第１回折素子と前記第３光学部との間の光学距離は、前記第３光学部と前記第２回折素子の光学距離よりも短いことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項１から９までの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第１回折素子と前記第２回折素子とは共役関係にあることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置において、
前記第１回折素子における第１の位置から出射した光は、前記第２回折素子における前記第１の位置に対応する第２の位置に対して±０．８ｍｍの範囲内に入射する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
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回折素子を備え、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回折素子を備え、正のパワーを有する第４光学部と、
を有し、
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ることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の表示装置において、
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】
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回折素子によって波長補償を行うことができ、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（特許文献１参照）。また、散布誤差を互いに補償するように設計された２つの回折素子を備えた表示装置が提案されている（特許文献２参照）。また、接眼光学系において、２つの回折素子を用いて収差の発生や色ずれを抑制する技術が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６７１８１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１８１４０号公報
【特許文献３】特開平０８−１８４７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、２、３に開示された技術では、２つの回折素子によって十分に波長補償できないおそれがあるため、さらなる改善が望まれていた。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、２つの回折素子によって適正に波長補償を行う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回折素子を備え、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回折素子を備え、正のパワーを有する第４光学部と、を有し、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、前記光路において前記第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ることを特徴とする。
【０００７】
第一態様に係る表示装置によれば、第１光学部と第３光学部との間に画像光の第１中間像を形成し、第３光学部と第４光学部との間に第２中間像を形成し、第３光学部近傍に瞳を形成する。このため、画像光生成装置の1つの点から出射した光線を網膜に1つの点として結像させることができるとともに、光学系の入射瞳と眼球の瞳とを共役とすることができ、さらに、２つの回折素子（第１回折素子と第２回折素子）を共役あるいは略共役とすることができる。従って、第１回折素子と第２回折素子とでは、同一の光線が入射する位置同士が対応するので、２つの回折素子によって波長補償を適正に行うことができる。
【０００８】
第一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光学部と前記第２光学部との間に形成される態様を採用することができる。かかる態様によれば、第１中間像を第２光学部と第３光学部との間に形成した場合より十分な波長補償を行うことができる。
【０００９】
第一態様に係る表示装置において、前記第３光学部は、前記第２光学部から射出された画像光を発散光、収束光あるいは平行光と自在に制御して前記第４光学部に入射させる態様を採用することができる。
【００１０】
第一態様に係る表示装置において、前記第３光学部は、前記画像光生成装置が生成した画像の１点に相当する光については、前記第１回折素子により偏向されて特定波長の光からずれた光を第２回折素子の所定の範囲に入射させる態様を採用することができる。本発明において、「前記画像光生成装置が生成した画像の１点に相当する光」とは、画像光生成装置がパネル状である場合には、パネル状の画像光生成装置の表示面の１点から出射される光に相当する。これに対して、画像光生成装置が、レーザー光をマイクロミラーデバイスで２次元的に走査して画像を生成する場合、マイクロミラーデバイスから１つの方向に出射される光に相当する。
【００１１】
第一態様に係る表示装置において、前記第２光学部は、前記第１光学部から射出された画像光を収束光として前記第３光学部に入射させる態様を採用することができる。
【００１２】
第一態様に係る表示装置において、前記第２回折素子の入射面は、周辺部に対して中央部が凹んだ凹曲面であり、前記第２回折素子は、前記第３光学部から射出された画像光を平行光化する態様を採用することができる。
【００１３】
第一態様に係る表示装置において、前記第１回折素子の前記第３光学部による前記第２回折素子上の射影の倍率の絶対値は０．５倍から１０倍までである態様を採用することができる。この場合、前記倍率の絶対値は１倍から５倍までであることが好ましい。
【００１４】
第一態様に係る表示装置において、前記第１回折素子と前記第３光学部との間の光学距離は、前記第３光学部と前記第２回折素子の光学距離よりも短い態様を採用することができる。
【００１５】
第一態様に係る表示装置において、前記第１回折素子と前記第２回折素子とは共役関係にある態様を採用することができる。さらに、前記第１回折素子における第１の位置から出射した光は、前記第２回折素子における前記第１の位置に対応する第２の位置に対して±０．８ｍｍの範囲内に入射する態様を採用することができる。
【００１６】
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回折素子を備え、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回折素子を備え、正のパワーを有する第４光学部と、を有し、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ることを特徴とする。
【００１７】
第二態様に係る表示装置によれば、第１レンズと第３光学部との間に画像光の第１中間像を形成し、第３光学部と第４光学部との間に第２中間像を形成し、第３光学部近傍に瞳を形成する。このため、画像光生成装置の１つの点から出射した光線を網膜に１つの点として結像させることができるとともに、光学系の入射瞳と眼球の瞳とを共役とすることができ、さらに、２つの回折素子（第１回折素子と第２回折素子）を共役あるいは略共役とすることができる。従って、第１回折素子と第２回折素子とでは、同一の光線が入射する位置同士が対応するので、２つの回折素子によって波長補償を適正に行うことができる。
【００１８】
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態様を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一実施形態に係る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。
【図４Ｂ】回折素子の干渉縞の別の形態の説明図。
【図５】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。
【図６Ａ】第１回折素子と第２回折素子とが共役関係にある場合の説明図。
【図６Ｂ】第１回折素子と第２回折素子とが共役関係にない場合の説明図。
【図６Ｃ】第１回折素子と第２回折素子とが共役関係にない場合の説明図。
【図７Ａ】第１回折素子と第２回折素子との共役関係からのずれの許容差を示す説明図。
【図７Ｂ】共役関係からのずれの許容差を示す別の形態の説明図。
【図８】光学系の光線図。
【図９】第一変形例に係る光学系の光線図。
【図１０】第二変形例に係る光学系の光線図。
【図１１】第三変形例に係る光学系の光線図。
【図１２】第四変形例に係る光学系の光線図。
【図１３】第四変形例の光学系における第１光学部の説明図。
【図１４】第二実施形態に係る光学系の説明図。
【図１５】第三実施形態に係る光学系の説明図。
【図１６】第四実施形態に係る光学系の説明図。
【図１７】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図。
【図１８】第五実施形態に係る光学系の説明図。
【図１９】第六実施形態に係る光学系の説明図。
【図２０】第七実施形態に係る光学系の説明図。
【図２１】第八実施形態に係る光学系における第１回折素子と第２回折素子との略共役関係を示す図。
【図２２】図２１に示す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２３】図２２に示す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】
【００２０】
（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。
【００２１】
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、図１から図３においては、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。なお、図３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。
【００２７】
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の進行方向に沿って、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。
【００２８】
本実施形態において、正のパワーを有する第１光学部Ｌ１０は、投射光学系３２によって構成されている。正のパワーを有する第２光学部Ｌ２０は、反射型の第１回折素子５０によって構成されている。正のパワーを有する第３光学部Ｌ３０は、導光系６０によって構成されている。正のパワーを有する第４光学部Ｌ４０は、反射型の第２回折素子７０によって構成されている。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、反射型の回折素子である。
【００２９】
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を第１回折素子５０に向けて出射し、第１回折素子５０は入射した画像光Ｌ０を導光系６０に向けて出射する。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、複数のレンズ３２１によって構成されている。図３では、投射光学系３２におけるレンズ３２１を３枚とした場合を例に挙げたが、レンズ３２１の枚数はこれに限定されることはなく、投射光学系３２が４枚以上のレンズ３２１を備えていてもよい。また、各レンズ３２１は貼り合わせて投射光学系３２を構成してもよい。また、レンズ３２１は自由曲面のレンズで構成されていてもよい。
【００３２】
導光系６０は、第１回折素子５０から出射された画像光Ｌ０が入射するレンズ系６１と、レンズ系６１から出射された画像光Ｌ０を斜めに傾いた方向に出射するミラー６２とを有している。レンズ系６１は、Ｚ軸に沿う前後方向に配置された複数のレンズ６１１からなる。ミラー６２は、前後方向に向けて斜めに傾いた反射面６２０を有している。本実施形態において、ミラー６２は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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施形態では、画像光Ｌ０がカラー表示用である。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の赤色画像光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の緑色画像光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の青色画像光ＬＢ３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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の回折特性を示す説明図である。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。
【００４１】
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。
【００４２】
具体的に、第１回折素子５０に入射した画像光Ｌ０は、図３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。
【００４３】
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。
【００４４】
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３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。
【００４５】
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６Ａ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６Ｂおよび図６Ｃ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７Ａおよび図７Ｂは、図６Ｂおよび図６Ｃ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７Ａおよび図７Ｂ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６Ａ〜Ｃ、図７Ａおよび図７Ｂ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。
【００４６】
図６Ａ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。
【００４７】
これに対して、図６Ｂおよび図６Ｃ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６Ｂおよび図６Ｃ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。
【００４８】
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７Ａ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７Ｂ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。
【００４９】
図８は、本実施形態の光学系１０における光線図である。図８、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８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８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。
【００５０】
図８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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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）を満たしている。
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。
【００５７】
より具体的には、図８に示す実線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８に示す実線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。また、図８に示す長い破線Ｌｃから分かるように、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ができる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。
【００５８】
（第一変形例）
図９は、第一変形例に係る光学系１０Ａの光線図である。図９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。
【００５９】
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。
【００６０】
本変形例でも、図８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。
【００６１】
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。
【００６２】
（第二変形例）
図１０は、第二変形例に係る光学系１０Ｂの光線図である。図１０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。
【００６３】
本変形例でも、図８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８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１０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８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８を参照して説明した第一実施形態の構成と同様となる。
【００６４】
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。
【００６５】
（第三変形例）
図１１は、第三変形例に係る光学系１０Ｃの光線図である。図１１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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（第四変形例）
図１２は、第四変形例に係る光学系１０Ｄの光線図である。図１３は、本変形例に係る第１光学部Ｌ１０の説明図である。図１２に示すように、本変形例の光学系１０Ｄでは、図８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。
【００７０】
このため、図１３に示すように、図８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。
【００７１】
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、波長補償によって品位の高い画像を表示することができる。
【００７２】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００７３】
図１４は、第二実施形態に係る表示装置の説明図である。図１４に示す光学系１２は、図２に示す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。本実施形態において、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。本実施形態において、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。
【００７４】
本実施形態の光学系１２では、図９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。
【００７５】
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。
【００７６】
本実施形態の光学系１２でも、図９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１２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。
【００７７】
（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００７８】
図１５は、第三実施形態に係る表示装置の説明図である。図１４に示す光学系１２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、本実施形態の光学系１３は、図１５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８５１、８５２を備えたプリズム８５によって構成されており、プリズム８５の出射面８５３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。
【００７９】
その他の構成は、図１４を参照して説明した第二実施態様と共通である。従って、図１４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８５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。
【００８０】
（第四実施形態）
続いて、第四実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００８１】
図１６は、第四実施形態に係る表示装置の説明図である。図１６に示す光学系１４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。本実施形態において、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。本実施形態において、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フィック素子からなる。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。
【００８２】
このように構成した光学系１４では、図９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。
【００８３】
本実施形態の光学系１４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。すなわち、レンズ３２６は「第１レンズ」に相当する。
本実施形態の光学系１４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。
【００８４】
図１６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１６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。本実施形態において、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。
【００８５】
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１７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１７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１７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１７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１７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。
【００８６】
図１７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。
【００８７】
図１７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。
【００８８】
本実施形態の光学系１４においても、図９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。
【００８９】
また、図１６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１４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。
【００９０】
（第五実施形態）
続いて、第五実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００９１】
図１８は、第五実施形態に係る表示装置の説明図である。図１８に示す光学系１５は、図１６を参照して説明した第四実施態様と同様、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（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。
【００９２】
本実施形態では、ミラー４０とミラー６２とが、共通の部材８１の異なる面に構成されている。その他の構成は、図１６に示す第四実施態様と共通である。従って、図１６に示す第四実施態様と同様、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８１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。
【００９３】
（第六実施形態）
続いて、第六実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００９４】
図１９は、第六実施形態に係る表示装置の説明図である。図１９に示す光学系１６は、図１６を参照して説明した第四実施態様と同様、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（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。
【００９５】
本実施形態では、ミラー６２と第２回折素子７０とが、共通の部材８２の異なる面に構成されている。その他の構成は、図１６に示す第四実施態様と共通である。従って、図１６に示す第四実施態様と同様、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８２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。
【００９６】
（第七実施形態）
続いて、第七実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
【００９７】
図２０は、第七実施形態に係る表示装置の説明図である。図２０に示す光学系１７は、図１６を参照して説明した第四実施態様と同様、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（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。
【００９８】
本実施形態では、ミラー４０、ミラー６２、および第２回折素子７０が、共通の部材８３の異なる面に構成されている。その他の構成は、図１６に示す第四実施態様と共通である。従って、図１６に示す第四実施態様と同様、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８３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。
【００９９】
（第八実施形態）
続いて、第八実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。本実施形態の光学系では、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。
【０１００】
図２１は、本実施形態の光学系１８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２２は、図２１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２３は、図２２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２３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２２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２２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２３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。
【０１０１】
上記実施形態等では、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、本実施形態では、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２１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。
【０１０２】
この場合、波長によって光線位置がずれるため、図２２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２３である。図２３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。
【０１０３】
［他の表示装置への適用］
上記実施形態では、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】
【０１０４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…光学系、１０ａ…右眼用光学系、１０ｂ…左眼用光学系、３１…画像光生成装置、３２…投射光学系、４０、６２…ミラー、５０…第１回折素子、５５，７５…反射型体積ホログラフィック素子、６０…導光系、６１…レンズ系、７０…第２回折素子、８５…プリズム、９１…前部分、１００…表示装置、３１０…表示パネル、３１６…レーザー光源、３１７…コリメートレンズ、３１８…マイクロミラーデバイス、Ｌ１０…第１光学部、Ｌ２０…第２光学部、Ｌ２…第２光学部光、Ｌ３０…第３光学部、Ｌ４０…第４光学部、Ｐ１…第１中間像、Ｐ２…第２中間像、Ｒ０，Ｒ１…瞳、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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【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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