(57)【要約】【課題】見易い表示装置及び光学素子を提供する。【解決手段】実施形態によれば、フレネル素子と、プリズム素子と、中間層と、を含む光学素子が提供される。前記フレネル素子は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する。前記フレネル素子は、前記第１面に設けられたフレネル反射透過層を含む。前記プリズム素子は、前記第１面に対向する第３面と、前記第３面とは反対側の第４面とを有する。前記プリズム素子は、前記第３面に設けられたプリズム反射透過層を含む。前記プリズム反射透過層は、前記第１面から前記第３面に向かう第１方向に対して傾斜した複数の斜面層を有する。前記中間層は、前記フレネル反射透過層と前記プリズム反射透過層との間に設けられ、光透過性である。【選択図】図１
2015060066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１面に設けられたフレネル反射透過層を含むフレネル素子と、
前記第１面に対向する第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有し、前記第３面に設けられたプリズム反射透過層を含み、前記プリズム反射透過層は、前記第１面から前記第３面に向かう第１方向に対して傾斜した複数の斜面層を有するプリズム素子と、
前記フレネル反射透過層と前記プリズム反射透過層との間に設けられた光透過性の中間層と、
を含む光学素子。
【請求項２】
前記プリズム素子は、複数のプリズム体をさらに含み、
前記プリズム反射透過層は、前記複数のプリズム体と前記中間層との間に配置され、
前記複数のプリズム体のそれぞれの屈折率と前記中間層の屈折率との差の絶対値は、０．９×１０−５以下である請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記複数の斜面層は、前記第１方向に対して垂直な第２方向に並び、
前記複数の斜面層のそれぞれの前記第２方向の幅は、２ｍｍ以上である請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記複数の斜面層は、前記第１方向に対して垂直な第２方向に並び、
前記複数の斜面層は、
第１斜面層と、
前記第２方向において前記第１斜面層の隣に設けられた第２斜面層と、
前記第２方向において前記第２斜面層の隣に設けられた第３斜面層と、
を含み、
前記第１斜面層と前記第３斜面層との間に前記第２斜面層が配置され、
前記第２斜面層の前記第２方向の第２幅は、前記第１斜面層の前記第２方向の第１幅よりも広く、
前記第３斜面層の前記第２方向の第３幅は、前記第１斜面層の前記第２方向の第１幅よりも狭い請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学素子。
【請求項５】
前記プリズム素子は、前記複数の斜面層どうしの間に設けられた境界部をさらに含み、前記境界部と、前記第１方向と、の間の角度は、３１度以上４１度以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学素子。
【請求項６】
前記フレネル素子は、
前記第１面に設けられた第１凸部と、
前記第１面において前記第１凸部の周りに設けられ前記第１凸部の隣の第２凸部と、
前記第１面において前記第２凸部の周りに設けられ前記第２凸部の隣の第３凸部と、を含み、
前記フレネル反射透過層は、前記第１凸部、前記第２凸部及び前記第３凸部のそれぞれを覆い、
前記第２凸部の前記第１方向に対して垂直な第２方向の幅は、前記第１凸部の前記第２方向に沿った幅よりも広く、前記第３凸部の前記第２方向の幅よりも狭い。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学素子と、
映像を含む光束を前記第２面から入射させ、前記光束を前記第４面から出射させて観視者の目に入射させる光出射部と、
前記光学素子の前記目との相対的な位置を規定する保持部と、
を備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、観視者の頭部に搭載されるヘッドマウンドディスプレイ（ＨＭＤ）などの表示装置がある。表示装置において、見易さの向上が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１０３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、見易い表示装置及び光学素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、フレネル素子と、プリズム素子と、中間層と、を含む光学素子が提供される。前記フレネル素子は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する。前記フレネル素子は、前記第１面に設けられたフレネル反射透過層を含む。前記プリズム素子は、前記第１面に対向する第３面と、前記第３面とは反対側の第４面と、を有する。前記プリズム素子は、前記第３面に設けられたプリズム反射透過層を含む。前記プリズム反射透過層は、前記第１面から前記第３面に向かう第１方向に対して傾斜した複数の斜面層を有する。前記中間層は、前記フレネル反射透過層と前記プリズム反射透過層との間に設けられ、光透過性である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的平面図である。
【図５】第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示する模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【図７】第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示する模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的断面図である。  
図２は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的斜視図である。  
図１は、図２のＡ１−Ａ２線断面図である。
【０００９】
図１に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、光学素子４０を含む。光学素子４０は、フレネル素子１０と、プリズム素子２０と、中間層３０と、を含む。
【００１０】
フレネル素子１０は、第１面１０ａと、第２面１０ｂと、を有する。第２面１０ｂは、第１面１０ａとは反対側の面である。フレネル素子１０は、フレネル反射透過層１０ｒｔを含む。フレネル反射透過層１０ｒｔは、第１面１０ａに設けられる。
【００１１】
プリズム素子２０は、第３面２０ａと、第４面２０ｂと、を有する。第３面２０ａは、第１面１０ａに対向する。第３面２０ａは、プリズム素子２０の第１面１０ａの側の面である。第４面２０ｂは、第３面２０ａとは反対側の面である。プリズム素子２０は、プリズム反射透過層２０ｒｔを含む。プリズム反射透過層２０ｒｔは、第３面２０ａに設けられる。プリズム反射透過層２０ｒｔは、複数の斜面層（第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａなど）を有する。
【００１２】
第１面１０ａから第３面２０ａに向かう方向を第１方向（Ｚ軸方向）とする。第１方向に対して垂直な１つの方向を第２方向（Ｘ軸方向）とする。第１方向と第２方向とに対して垂直な方向を第３方向（Ｙ軸方向）とする。
【００１３】
複数の斜面層は、第１方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜する。
【００１４】
中間層３０は、フレネル反射透過層１０ｒｔとプリズム反射透過層２０ｒｔとの間に設けられ、光透過性である。この例では、中間層３０は、第１光透過層３１と、第２光透過層３２と、第３光透過層３３と、を含む。第２光透過層３２とフレネル反射透過層１０ｒｔとの間に、第１光透過層３１が配置される。第１光透過層３１とプリズム反射透過層２０ｒｔとの間に、第２光透過層３２が配置される。第１光透過層３１と第２光透過層３２との間に、第３光透過層３３が配置される。
【００１５】
フレネル素子１０は、例えば、凹部１０ｃと、複数の凸部（例えば、第１凸部１１、第２凸部１２及び第３凸部１３など）と、を含む。第１凸部１１は、Ｘ−Ｙ平面内において、凹部１０ｃの周りに設けられる。第２凸部１２は、Ｘ−Ｙ平面内において、第１凸部１１の周りに設けられる。第３凸部１３は、Ｘ−Ｙ平面内において、第２凸部１２の周りに設けられる。
【００１６】
フレネル反射透過層１０ｒｔは、例えば、凹部層１０ｃａと、複数の凸部層（例えば、第１凸部層１１ａ、第２凸部層１２ａ及び第３凸部層１３ａなど）を含む。第１凸部層１１ａは、Ｘ−Ｙ平面内において、凹部層１０ｃａの周りに設けられる。第２凸部層１２ａは、Ｘ−Ｙ平面内において、第１凸部層１１ａの周りに設けられる。第３凸部層１３ａは、Ｘ−Ｙ平面内において、第２凸部層１２ａの周りに設けられる。
【００１７】
凹部層１０ｃａは、凹部１０ｃと中間層３０との間に設けられる。第１凸部層１１ａは、第１凸部１１と中間層３０との間に設けられる。第２凸部層１２ａは、第２凸部１２と中間層３０との間に設けられる。第３凸部層１３ａは、第３凸部１３と中間層３０との間に設けられる。すなわち、フレネル反射透過層１０ｒｔは、複数の凸部（例えば、第１凸部１１、第２凸部１２及び第３凸部１３など）のそれぞれと中間層３０との間に配置される。
【００１８】
例えば、凹部１０ｃ及び複数の凸部は、光透過性（例えば透明）である。凹部１０ｃ及び複数の凸部には、樹脂（アクリル樹脂またはエポキシ樹脂など）またはガラスなどが用いられる。
【００１９】
例えば、凹部層１０ｃａ及び複数の凸部層は、光透過性と、光反射性と、を有する。例えば、凹部層１０ｃａ及び複数の凸部層には、互いに屈折率が異なり交互に積層された複数の誘電体膜が用いられる。凹部層１０ｃａ及び複数の凸部層として、金属の薄膜などを用いても良い。
【００２０】
プリズム素子２０は、例えば、複数のプリズム体（例えば、第１プリズム体２１、第２プリズム体２２及び第３プリズム体２３など）を含む。複数のプリズム体は、第２方向（Ｘ軸方向）に並ぶ。複数のプリズム体のそれぞれは、例えば、第３方向に延在する。
【００２１】
複数のプリズム体（例えば、第１プリズム体２１、第２プリズム体２２及び第３プリズム体２３など）は、光透過性（例えば透明）である。複数のプリズム体（例えば、第１プリズム体２１、第２プリズム体２２及び第３プリズム体２３など）には、樹脂（アクリル樹脂またはエポキシ樹脂など）またはガラスなどが用いられる。
【００２２】
第１斜面層２１ａは、第１プリズム体２１と中間層３０との間に設けられる。第２斜面層２２ａは、第２プリズム体２２と中間層３０との間に設けられる。第３斜面層２３ａは、第３プリズム体２３と中間層３０との間に設けられる。すなわち、プリズム反射透過層２０ｒｔは、複数のプリズム体（第１プリズム体２１、第２プリズム体２２及び第３プリズム体２３など）と中間層３０との間に配置される。
【００２３】
第２斜面層２２ａは、第２方向において、第１斜面層２１ａの隣に設けられる。第３斜面層２３ａは、第２方向において、第２斜面層２２ａの隣に設けられる。第１斜面層２１ａと第３斜面層２３ａとの間に、第２斜面層２２ａが配置される。
【００２４】
例えば、第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａは、互いに、実質的に平行である。第１斜面層２１ａとＺ軸方向との間の角度は、４５度以上８８度以下である。第２斜面層２２ａとＺ軸方向との間の角度は、４５度以上８８度以下である。第３斜面層２３ａとＺ軸方向との間の角度は、４５度以上８８度以下である。
【００２５】
プリズム素子２０は、複数の斜面層どうしの間に設けられた境界部（第１境界部２１ｖ、第２境界部２２ｖ及び第３境界部２３ｖなど）をさらに含む。例えば、第１境界部２１ｖは、第１斜面層２１ａと第２斜面層２２ａとの間に設けられる。例えば、第２境界部２２ｖは、第２斜面層２２ａと第３斜面層２３ａとの間に設けられる。例えば、第２境界部２２ｖと第３境界部２３ｖとの間に、第３斜面層２３ａが設けられる。
【００２６】
第１境界部２１ｖとＺ軸方向との間の角度は、約３６度以下である。第２境界部２２ｖとＺ軸方向との間の角度は、約３６度以下である。第３境界部２３ｖとＺ軸方向との間の角度は、約３６度以下である。
【００２７】
例えば、第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａは、光透過性と、光反射性と、を有する。例えば、第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａには、互いに屈折率が異なり交互に積層された複数の誘電体膜が用いられる。第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａとして、金属の薄膜などを用いても良い。
【００２８】
中間層３０（第１光透過層３１と、第２光透過層３２と、第３光透過層３３と、の少なくともいずれか）には、例えば、樹脂（アクリル樹脂またはエポキシ樹脂など）が用いられる。中間層３０には、光硬化型の樹脂などが用いられる。
【００２９】
この例では、第２面１０ｂ上に、第１反射抑制層１８が、設けられている。第１反射抑制層１８は、例えば、反射防止膜（例えばＡＲコート膜）である。第４面２０ｂ上に、第２反射抑制層２８が、設けられている。第２反射抑制層２８は、例えば、反射防止膜（例えばＡＲコート膜）である。
【００３０】
図１及び図２に表したように、表示装置１１０は、光学素子４０に加えて、光出射部５０と、保持部６０と、を含む。
【００３１】
光出射部５０は、映像を含む光束５０Ｌを、第２面１０ｂから光学素子４０に入射させる。光束５０Ｌは、光学素子４０を通過して第４面２０ｂから出射する。出射した光束５０Ｌは、観視者８０の目８１に入射する。
【００３２】
光学素子４０の第２面１０ｂには、背景からの光７０Ｌが入射する。光７０Ｌは、光学素子４０を通過して第４面２０ｂから出射する。出射した光７０Ｌは、観視者８０の目８１に入射する。
【００３３】
観視者８０は、光束５０Ｌに含まれる映像と、光７０Ｌの背景と、を重畳して観視する。
【００３４】
保持部６０は、光学素子４０の、目８１との相対的な位置を規定する。光学素子４０は、例えば、コンバイナとして機能する。表示装置１１０は、例えば、ＨＭＤである。
【００３５】
図２に表したように、保持部６０は、例えば、第１延在部６０ａと、第２延在部６０ｂと、接続部６０ｃと、を含む。第１延在部６０ａは、例えば、Ｚ軸方向に沿って延在する。第２延在部６０ｂは、例えば、Ｚ軸方向に沿って延在する。接続部６０ｃは、第１延在部６０ａの一端と、第２延在部６０ｂの一端と、を接続する。例えば、第１延在部６０ａは、観視者８０の頭部に接触する。例えば、第２延在部６０ｂは、観視者８０の頭部に接触する。
【００３６】
例えば、保持部６０により、光学素子４０及び光出射部５０が保持される。保持部６０の形態は、任意である。
【００３７】
例えば、光出射部５０から出射した光束５０Ｌの進行方向は、斜面層（例えば第１斜面層２１ａ）含む平面に対して交差している。例えば、光出射部５０は、斜面層（例えば第１斜面層２１ａ）に対して大きな角度で光束５０Ｌが入射するように、配置される。
【００３８】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。  
図３（ａ）は、光出射部５０から出射した光束５０Ｌの光路を例示している。図３（ｂ）は、正面方向から光学素子４０に入射する背景の光７０Ｌの光路を例示している。図３（ｃ）は、光出射部５０とは反対側の方向から光学素子４０に入射する背景の光７１Ｌの光路を例示している。これらの図においては、第１反射抑制層１８及び第２反射抑制層２８は、省略されている。
【００３９】
図３（ａ）に例示したように、光束５０Ｌは、第１面１０ａから光学素子４０に入射する。光束５０Ｌは、第２面１０ｂから出射し、第３面２０ａで反射する。第３面２０ａで反射した光束５０Ｌが、第２面１０ｂで反射する。第２面１０ｂで反射した光束５０Ｌが、第３面２０ａを通過して、第４面２０ｂから出射する。第４面２０ｂから出射した光束５０Ｌが、目８１に入射する。
【００４０】
光束５０Ｌに含まれる映像は、フレネル素子１０により、拡大される。拡大された映像を含む光束５０Ｌが目８１に入射される。これにより、見易い表示が可能になる。すなわち、コンバイナ（光学素子４０）にパワーを持たせることで、小型の表示装置においても、拡大した映像を提供できる。
【００４１】
例えば、フレネル素子１０に、第１面１０ａの側から光束５０Ｌを入射させる参考例がある。この参考例においては、プリズム素子２０は設けられない。この参考例において、装置を小型にするために、光束５０Ｌの入射角が大きくされる。このため、映像のサイズが大きいと、映像における歪みが大きくなる。この歪みを抑制するために、たとえば、ホログラム素子、または、自由曲面ミラーなどを用いることが考えられる。しかしながら、これらの方法においては、高い生産性を得ることが困難である。従って、コストも上昇し易い。
【００４２】
実施形態においては、フレネル素子１０とプリズム素子２０とを組み合わせる。これにより、パワーを有するコンバイナに、大きな入射角で光束５０Ｌを入射させても、映像の歪みを小さくできる。例えば、フレネルハーフミラーと、ハーフミラーアレイと、が用いられる。例えば、光学素子４０に、大きな入射角で、光束５０Ｌを入射させても、光束５０Ｌの反射光は、フレネル面に、ほぼ垂直に入射する。例えば、第３面２０ａで反射した光束５０Ｌは、第２面１０ｂに実質的に垂直に入射する。これにより、映像における歪みが抑制される。  
実施形態によれば、見易い表示装置が提供できる。
【００４３】
図３（ａ）に例示したように、光出射部５０から出射した光束５０Ｌの一部が、漏れ光５０Ｌａとなる場合がある。漏れ光５０Ｌａは、目８１に入射しない。
【００４４】
図３（ｂ）に例示したように、観視者８０の目８１の正面の背景の光７０Ｌは、光学素子４０を通過して、目８１に入射する。背景と映像とが重畳されて知覚される。光７０Ｌの一部は、不要光７０Ｌａとなる。不要光７０Ｌａの発生は、例えば、反射抑制層などを設けることで、抑制できる。不要光７０Ｌａの発生は、例えば、フレネル反射透過層１０ｒｔの反射透過特性を適正にすることで、抑制できる。不要光７０Ｌａの発生は、例えば、プリズム反射透過層２０ｒｔの反射透過特性を適正にすることで、抑制できる。
【００４５】
図３（ｃ）に表したように、光出射部５０とは反対側の方向から、背景の光７１Ｌが光学素子４０に入射する。光学素子４０に入射した光７１Ｌは、漏れ光７１Ｌａとなる。漏れ光７１Ｌａは、目８１には実質的には入射しない。光７１Ｌの一部は、第１面１０ａにおいて、反射光７１Ｌｂとなる。
【００４６】
光学素子４０（及び表示装置１１０）において、第１反射抑制層１８及び第２反射抑制層２８を設けることで、漏れ光や光の損失が抑制され、より見易い表示が可能となる。
【００４７】
図４は、第１の実施形態に係る表示装置を例示する模式的平面図である。  
例えば、フレネル素子１０は、第１面１０ａに設けられた第１凸部１１と、第１面１０ａにおいて第１凸部１１の周りに設けられ第１凸部１１の隣の第２凸部１２と、第１面１０ａにおいて第２凸部１２の周りに設けられ第２凸部１２の隣の第３凸部１３と、を含む。フレネル反射透過層１０ｒｔは、第１凸部１１、第２凸部１２及び第３凸部１３のそれぞれを覆う。第１凸部１１（第１凸部層１１ａ）の第２方向（Ｘ軸方向）の幅を第１フレネル幅Ｗ１１とする。例えば、第２凸部１２（第２凸部層１２ａ）の第２方向の幅を第２フレネル幅Ｗ１２とする。例えば、第３凸部１３（第３凸部層１３ａ）の第２方向の幅を第３フレネル幅Ｗ１３とする。これらの幅は、互いに同じでも良い。これらの幅は、互いに異なっても良い。
【００４８】
例えば、第２フレネル幅Ｗ１２は、第１フレネル幅Ｗ１１よりも広く、第３フレネル幅Ｗ１３は、第１フレネル幅Ｗ１１よりも狭い。例えば、幅を、中、大及び小の順で設定する。これにより、例えば、２重像の発生を抑制できる。２重像は、例えば、回折によって生じる。例えば、第１フレネル幅Ｗ１１は、０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。第２フレネル幅Ｗ１２と第１フレネル幅Ｗ１１との差は、例えば、０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。第３フレネル幅Ｗ１３と第１フレネル幅Ｗ１１との差は、例えば、０．００５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
【００４９】
例えば、第１斜面層２１ａの第２方向（Ｘ軸方向）の幅を第１幅Ｗ２１とする。例えば、第２斜面層２２ａの第２方向の幅を第２幅Ｗ２２とする。例えば、第３斜面層２３ａの第２方向の幅を第３幅Ｗ２３とする。これらの幅は、互いに同じでも良い。これらの幅は、互いに異なっても良い。
【００５０】
例えば、第２幅Ｗ２２は、第１幅Ｗ２１よりも広く、第３幅Ｗ２３は、第１幅Ｗ２１よりも狭い。例えば、幅を、中、大及び小の順で設定する。これにより、例えば、２重像の発生を抑制できる。例えば、第１幅Ｗ２１は、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。第２幅Ｗ２２と第１幅Ｗ２１との差は、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。第３幅Ｗ２３と第１幅Ｗ２１との差は、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【００５１】
もし、第１幅Ｗ２１、第２幅Ｗ２２及び第３幅Ｗ２３を互いに同じにする場合には、２重像が実質的に生じないように、これらの幅を適切に設定する。
【００５２】
図５は、第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示する模式的断面図である。  
図５は、表示装置において発生し得る回折を例示している。回折は、第１幅Ｗ２１、第２幅Ｗ２２及び第３幅Ｗ２３を互いに同じに場合に発生する。光束５０Ｌがプリズム素子２０を通過すると、例えば、０次光ＤＬ０と、１次光ＤＬ１と、−１次光ＤＬ２と、が発生する。例えば、０次光ＤＬ０のよる像、１次光ＤＬ１による像と、により、２重像が発生する。例えば、０次光ＤＬ０のよる像、−１次光ＤＬ２による像と、により、２重像が発生する。０次光ＤＬ０と、１次光ＤＬ１と、の間の角度を第１角度θ１とする。第１角度θ１は、０次光ＤＬ０と、１次光ＤＬ１と、の間の角度でも良い。
【００５３】
例えば、回折によって、２重像（複数の像）が生じる。第１角度θ１は、例えば、複数の像における、ずれの角度である。例えば、観視者の視力が１．０であるときの像のずれの分解能は、０．２９ミリラジアン（ｍｒａｄ）、すなわち、１分である。例えば、第１角度θ１が０．２９ｍｒａｄ以下（約０．３ｍｒａｄ）であるときに、像のずれ（２重像）は、実質的に知覚されなくなる。
【００５４】
図６は、第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。  
図６は、第１幅Ｗ２１、第２幅Ｗ２２及び第３幅Ｗ２３が互いに同じであり、幅ＷＰであるときの、第１角度θ１のシミュレーション結果を示している。横軸は、幅ＷＰ（ｍｍ）である。幅ＷＰは、プリズム体のピッチに対応する。縦軸は、第１角度θ１である。この例では、プリズム素子２０の屈折率が、１．５（例えばアクリルの屈折率）であり、中間層３０の屈折率は、プリズム素子２０の屈折率と同じである。波長は、６３２．８ｎｍである。
【００５５】
図６に表したように、幅ＷＰが小さいと、第１角度θ１は、大きくなる。幅ＷＰが、２ｍｍ以上のときに、像のずれ（２重像）は、実質的に知覚されなくなる。
【００５６】
回折による２重像を抑制するためには、幅ＷＰは、２ｍｍ以上であることが望ましい。プリズムのピッチが２ｍｍ未満の場合は、既に説明したように、複数のプリズム体の幅を変化させることが好ましい。例えば、第１幅Ｗ２１、第２幅Ｗ２２及び第３幅Ｗ２３を設ける場合、第１幅Ｗ２１、第２幅Ｗ２２及び第３幅Ｗ２３の和を２ｍｍ以上にしても良い。
【００５７】
一方、複数のプリズム体の屈折率と、中間層３０の屈折率と、が互いに大きく異なると、像のずれの角度は、大きくなる。
【００５８】
図７は、第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示する模式的断面図である。  
図７に表したように、光束５０Ｌは、光Ｌ１と、光Ｌ２と、を含む。光Ｌ１は、第１斜面層２１ａを通過する光である。第２光Ｌ２は、第１境界部２１ｖを通過する光である。
【００５９】
第１光Ｌ１は、Ｚ軸方向と交差する。第２光Ｌ２は、Ｚ軸方向と交差する。すなわち、第１光Ｌ１の進行方向と、第２光Ｌ２の進行方向との間の角度を第２角度θ２とする。第２角度θ２は、第１光Ｌ１による像と、第２光Ｌ２による像と、のずれの角度である。例えば、第２角度θ２が０．２９ｍｒａｄ以下（約０．３ｍｒａｄ）であるときに、屈折率の差に起因する像のずれ（２重像）は、実質的に知覚されなくなる。
【００６０】
図８は、第１の実施形態に係る表示装置の特性を例示するグラフ図である。  
図８は、複数のプリズム体の屈折率と、中間層３０の屈折率と、の差（屈折率差Δｎ）と、第２角度θ２と、の関係のシミュレーション結果を示している。横軸は、屈折率差Δｎである。縦軸は、第２角度θ２である。この例では、プリズム素子２０の屈折率が、１．５であり、プリズム角θｐ（図５参照）が１８度であり、頂角θａ（図５参照）が、９０度である。中間層３０の屈折率が変更ｙされている。波長は、６３２．８ｎｍである。
【００６１】
図８から分かるように、Δｎの絶対値が、９×１０−５を超えると、第２角度θ２の絶対値は、０．３ｍｒａｄを超える。従ってΔｎの絶対値は、９×１０−５以下であることが好ましい。
【００６２】
例えば、プリズム素子２０において、複数のプリズム体（第１プリズム体２１、第２プリズム体２２及び第３プリズム体２３など）と、プリズム反射透過層２０ｒｔ（第１斜面層２１ａ、第２斜面層２２ａ及び第３斜面層２３ａなど）と、が設けられる。プリズム反射透過層２０ｒｔは、複数のプリズム体と中間層３０との間に配置される。複数のプリズム体のそれぞれの屈折率と、中間層３０の屈折率との差の絶対値は、９×１０−５以下である。
【００６３】
これにより、２重像の発生が抑制でき、より見易い表示を提供できる。
【００６４】
例えば、中間層３０及びプリズム素子２０の材料の屈折率が約１．５の場合、プリズム角θｐは、２１度以下に設定する。プリズム角θｐが２１度を超えると、光束５０Ｌを正面方向に反射できなくなる。例えば、光学素子に入射させる光束５０Ｌの入射角が６０度の場合、プリズム角θｐは、約１８度であることが好ましい。実施形態においては、プリズム角θｐは、１度以上２１度以下とされる。
【００６５】
例えば、頂角θａは、１０４度以上１１２度以下であることが好ましい。例えば、頂角θａは、約１０８度である。
【００６６】
一方、プリズム素子２０において、境界部（第１境界部２１ｖ、第２境界部２２ｖ及び第３境界部２３ｖなど）と、Ｚ軸方向と、の間の角度は、３１度以上４１度以下であるが好ましい。例えば、この角度は、約３６度である。これにより、２重像の発生がより抑制できる。
【００６７】
実施形態によれば、見易い表示装置及び光学素子が提供できる。
【００６８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施の形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、光学素子に含まれるフレネル素子、凹部、凸部、フレネル反射透過層、凹部層、凸部層、プリズム素子、プリズム反射透過層、プリズム体、斜面層、中間部及び反射抑制層、並びに、表示装置に含まれる光出射部及び保持部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００６９】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７０】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及び光学素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及び光学素子も、本発明の実施の形態の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７１】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７２】
１０…フレネル素子、  １０ａ…第１面、  １０ｂ…第２面、  １０ｃ…凹部、  １０ｃａ…凹部層、  １０ｒｔ…フレネル反射透過層、  １１〜１３…第１〜第３凸部、  １１ａ〜１３ａ…第１〜第３凸部層、  １８…第１反射抑制層、  ２０…プリズム素子、  ２０ａ…第３面、  ２０ｂ…第４面、  ２０ｒｔ…プリズム反射透過層、  ２１〜２３…第１〜第３プリズム体、  ２１ａ〜２３ａ…第１〜第３斜面層、  ２１ｖ〜２３ｖ…境界部、  ２８…第２反射抑制層、  ３０…中間層、  ３１〜３３…第１〜第３光透過層、  ４０…光学素子、  ５０…光出射部、  ５０Ｌ…光束、  ５０Ｌａ…漏れ光５０、  ６０…保持部、  ６０ａ…第１延在部、  ６０ｂ…第２延在部、  ６０ｃ…接続部、  ７０Ｌ…光、  ７０Ｌａ…不要光、  ７１Ｌ…光、  ７１Ｌａ…漏れ光、  ７１Ｌｂ…反射光、  ８０…観視者、  ８１…目、  θ１、θ２…第１、第２角度、  １１０…表示装置、  Ｌ１…第１光、  Ｌ２…第２光、  Ｗ１１〜Ｗ１３…第１〜第３フレネル幅、  Ｗ２１〜Ｗ２３…第１〜第３幅、  ＷＰ…幅
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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