(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方面に第１反射層が形成された透光性の第１基板と、
一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなるように形成された透光性の第２基板と、
一方面に第２反射層が形成された第３基板と、
を有し、
前記第２基板は、前記第１基板と前記第３基板との間に配置され、
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板は、各々の前記一方面が平行かつ同一の側となるように積層され、
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板の積層方向に交差する方向の一方側に入射面を備え、他方側に出射面を備え、
前記入射面から入射した光の光束径を拡大して前記出射面から出射することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、  
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板は、それぞれの厚さが等しくなるように形成された接着剤層を介して互いに接着されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学素子において、
一方面に第２部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなるように形成された透光性の第４基板を有し、
前記第４基板は、前記第２基板と前記第３基板との間に配置されていることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学素子において、
前記第１部分反射層は誘電体多層膜であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学素子を複数有し、
前記複数の光学素子の各々は、それぞれの前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板の積層方向が互いに交差し、
前記複数の光学素子のうち一方の光学素子の前記出射面と前記複数の光学素子のうち他方の光学素子の前記入射面とが対向して配置されていることを特徴とする光学装置。
【請求項６】
一方面に第１反射層が形成された透光性の第１基板と、
一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなるように形成された透光性の第２基板と、
一方面に第２反射層が形成された第３基板と、
を準備し、  
前記第２基板を、前記第１基板と前記第３基板との間に配置し、
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板を、各々の前記一方面が平行かつ同一の側となるように積層し、
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板の積層方向に交差する方向の一方側に入射面を形成し、他方側に出射面を形成し、
前記入射面から入射した光の光束径を拡大して前記出射面から出射することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項７】
光束を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光束を走査して画像とする走査部と、
前記走査部により走査された光を偏向して使用者の眼に入射させる偏向部材と、
前記光源部から前記偏向部材に到る光路に配置された光束の径を拡大する光学装置と、
を有し、
前記光学装置は、
一方面に第１反射層が形成された透光性の第１基板と、
一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなるように形成された透光性の第２基板と、
一方面に第２反射層が形成された第３基板と、
を有し、
前記第２基板は、前記第１基板と前記第３基板との間に配置され、
前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板は、各々の前記一方面が平行かつ同一の側となるように積層されてい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、  
前記光学装置は、前記走査部から前記偏向部材に到る光路に配置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の表示装置において、  
前記偏向部材は、凹曲面の反射面を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９の何れか一項に記載の表示装置において、  
前記偏向部材は、部分透過反射性のコンバイナーであることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項７または８に記載の表示装置において、  
前記偏向部材は、入射した光を回折によって偏向するホログラムであ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、部分反射層および反射層が基板を挟んで積層された光学素子、前記光学素子
の製造方法、光学装置、および前記光学装置を用いた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光束径拡大素子等の光学素子では、透光層と部分反射層とが交互に積層された積層体の
両側に反射層が設けられた構造を有しており、積層方向において、積層体の両側には反射
層が設けられている。かかる素子によれば、入射した光の光束径を透光層と部分反射層と
が積層されている方向に拡大することができる（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２００６−３０１２３４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、特許文献１に記載の構成では、具体的な構成例が記載されておらず、図
７（ａ）、（ｂ）に示す構成を採用すると、積層方向で隣り合う反射層（部分反射層およ
び反射層）の間隔が相違してしまう。より具体的には、図７（ａ）、（ｂ）に示す光束径
拡大素子１０Ｄは、透光層１２と部分反射層１１とが交互に積層された積層体１５を有し
ており、積層体１５の両側に第１反射層１３および第２反射層１４を有している。また、
光束径拡大素子１０Ｄは、積層方向Ｓに対して交差する方向Ｔの両側に入射面１６および
出射面１７を有しており、入射面１６に斜め方向から入射した光束Ｌ１０は、第１反射層
１３での全反射、第２反射層１４での全反射、部分反射層１１での透過、および部分反射
層１１での反射を繰り返しながら、積層方向Ｓに対して交差する方向Ｔに進行し、積層方
向Ｓにおける光束径が拡大された状態で出射面１７から出射される。かかる光束径拡大素
子１０Ｄを製造するには、一方面１２８ａに第１反射層１３が形成された透光性の基板１
２８（透光層１２）と、一方面１２９ａに部分反射層１１が形成された複数の透光性の基
板１２９（透光層１２）とを各々の一方面１２８ａ、１２９ａを積層方向Ｓの同一方向に
向けて接着剤層１８を介して積層する。また、複数の基板１２９のうち、積層方向Ｓにお
いて基板１２８と反対側に位置する基板１２９の他方面１２９ｂには第２反射層１４を形
成しておく。
【０００５】
しかしながら、図７（ａ）、（ｂ）に示す構成では、第１反射層１３と部分反射層１１
との間、および部分反射層１１との間隔は等しいが、第２反射層１４と部分反射層１１と
の間隔は、接着剤層１８が存在しないことが原因で、第１反射層１３と部分反射層１１と
の間、および部分反射層１１との間隔と相違している。このため、入射した光が出射面１
７に向けて進行する際に辿る経路の光路長が相違することになる。その結果、図７（ｃ）
に示すように、各経路を辿って出射面から出射される各光において、位相のピークとボト
ムとがずれて光強度を弱め合ってしまい、出射光の光強度分布にムラが発生するという問
題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、第１反射層と部分反射層との間隔と、第２反
射層と部分反射層との間隔とを等しくすることのできる光学素子、光学素子の製造方法、
光学装置および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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子の一態様は、一方面に第１反射層が
形成された透光性の第１基板と、一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同
じ厚さとなるように形成された透光性の第２基板と、一方面に第２反射層が形成された第
３基板と、を有し、前記第２基板は、前記第１基板と前記第３基板との間に配置され、前
記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板は、各々の前記一方面が平行かつ同一の側と
なるように積層されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光学素子の製造方法の一態様では、一方面に第１反射層が形成された透光
性の第１基板と、一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなるよ
うに形成された透光性の第２基板と、一方面に第２反射層が形成された第３基板と、を準
備し、前記第２基板を、前記第１基板と前記第３基板との間に配置し、前記第１基板、前
記第２基板及び前記第３基板を、各々の前記一方面が平行かつ同一の側となるように積層
することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光学素子では、第１反射層、部分反射層および第２反射層がいずれも、各
基板（第１基板、第２基板および第３基板）の一方面に形成されているため、積層方向で
隣り合う第１反射層と部分反射層との間隔、および積層方向で隣り合う第２反射層と部分
反射層との間隔が等しい。従って、入射した光が第１反射層での反射、第２反射層での反
射、部分反射層での透過、および部分反射層での反射を繰り返しながら進行する際に辿る
経路の光路長が等しい。このため、光学素子の内部を進行する光の位相を揃えることがで
きる。それ故、位相が異なる光同士が光強度を弱め合うという事態が発生しにくい。
【００１０】
本発明に係る光学素子において、前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板は、そ
れぞれの厚さが等しくなるように形成された接着剤層を介して互いに接着されている構成
を採用することができる。かかる構成によれば、基板同士を接着剤層を介して積層しても
、積層方向で隣り合う第１反射層と部分反射層との間隔、および積層方向で隣り合う第２
反射層と部分反射層との間隔が等しい。
【００１１】
本発明において、一方面に第２部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとなる
ように形成された透光性の第４基板を有し、前記第４基板は、前記第２基板と前記第３基
板との間に配置されている構成を採用することができる。かかる構成によれば、部分反射
層の数を増やした場合でも、積層方向で隣り合う第１反射層と部分反射層との間隔、積層
方向で隣り合う第２反射層と部分反射層との間隔、および積層方向で隣り合う部分反射層
同士の間隔が等しい。
【００１２】
本発明に係る光学素子において、前記第１部分反射層は誘電体多層膜である構成を採用
することができる。
【００１３】
本発明に係る光学素子において、前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板の積層
方向に交差する方向の一方側に入射面を備え、他方側に出射面を備え、前記入射面から入
射した光の光束径を拡大して前記出射面から出射する構成を採用することができる。
【００１４】
本発明に係る光学装置の一態様は、本発明を適用した前記光学素子を複数有し、前記複
数の光学素子の各々は、それぞれの前記第１基板、前記第２基板及び前記第３基板の積層
方向が互いに交差するように配置されていることを特徴とする。かかる構成によれば、光
学素子に入射した光は、光束径が拡大された後、次の光学素子に入射して光束径が拡大さ
れた後、出射される。その際、互いに交差する複数の方向に光束径を拡大することができ
る。
【００１５】
本発明に係る表示装置の一態様は、光束を出射する光源部と、前記光源部から出射され
た光束を走査して画像とする走査部と、前記走査部により走査された光を偏向して使用者
の眼に入射させる偏向部材と、前記光源部から前記偏向部材に到る光路に配置された光束
の径を拡大する光学装置と、を有し、前記光学装置は、一方面に第１反射層が形成された
透光性の第１基板と、一方面に第１部分反射層が形成され、前記第１基板と同じ厚さとな
るように形成された透光性の第２基板と、一方面に第２反射層が形成された第３基板と、
を有し、前記第２基板は、前記第１基板と前記第３基板との間に配置され、前記第１基板
、前記第２基板及び前記第３基板は、各々の前記一方面が平行かつ同一の側となるように
積層されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る表示装置では、走査部により走査された光を偏向する偏向部材を有してい
るため、網膜走査型の投射型表示装置として用いることができる。この場合でも、光学装
置によって光束径を、互いに交差する２方向に拡大して光束を利用者の眼に入射させるた
め、眼の位置がずれても光束が眼の瞳孔から入射させることができる。また、光学装置で
は、第１反射層、部分反射層および第２反射層がいずれも、各基板（第１基板、第２基板
および第３基板）の一方面に形成されているため、積層方向で隣り合う第１反射層と部分
反射層との間隔、および積層方向で隣り合う第２反射層と部分反射層との間隔が等しい。
従って、入射した光が第１反射層での反射、第２反射層での反射、部分反射層での透過、
および部分反射層での反射を繰り返しながら進行する際に辿る経路の光路長が等しい。こ
のため、光学素子の内部を進行する光の位相を揃えることができる。それ故、位相が異な
る光同士が光強度を弱め合うという事態が発生しにくい。
【００１７】
本発明に係る表示装置において、前記光学装置は、前記走査部から前記偏向部材に到る
光路に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、光束の小さな光が走査部に
入射するので、走査部の偏向面を小型化することができる。
【００１８】
本発明に係る表示装置において、前記偏向部材は、凹曲面からなる反射面を備えている
ことが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で使用者の眼に向けて光を確実に反射
することができる。
【００１９】
本発明に係る表示装置において、前記偏向部材は、部分透過反射性のコンバイナーであ
ることが好ましい。かかる構成によれば、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（
アイグラスディスプレイ）を構成することができ、コンバイナーを透過してきた外光と、
利用者の眼の瞳から入射した画像光とを同時に見ることができる。
【００２０】
本発明に係る表示装置において、前記偏向部材は、入射した光を回折によって偏向する
ホログラムであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光束径拡大素子の一態様を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光束径拡大素子の具体的構成例の一態様を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る光束径拡大素子の具体的構成例の一態様を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る光束径拡大素子の一態様を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した光束径拡大素子を用いた光学装置の一態様を示す説明図である。
【図６】本発明を適用した光学装置を用いた表示装置の一態様を示す説明図である。
【図７】本発明の参考例に係る光束径拡大素子の一態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、本発明に係る光学素子
を光束径拡大素子として用いた場合を中心に説明する。また、以下の説明で参照する図に
おいては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の
数や縮尺を異ならしめてある。例えば、図１および図５では、部分反射層の層数を２層と
し、図２および図３では、部分反射層の層数を３層とし、図４では部分反射層の層数を４
層として表してある。また、本発明に係る光束径拡大素子の基本的な構成は、図７を参照
して説明した光束径拡大素子と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して説
明する。
【００２３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る光束径拡大素子の一態様を示す説明図であり、図
１（ａ）、（ｂ）は各々、光学装置１の斜視図、および断面図である。
【００２４】
図１に示すように、本形態の光束径拡大素子１０では、透光層１２と部分反射層１１と
が交互に積層されている。また、光束径拡大素子１０は、積層方向Ｓの一方側に第１反射
層１３を有し、積層方向Ｓの他方側に第２反射層１４を有している。光束径拡大素子１０
において、第１反射層１３、第２反射層１４、および部分反射層１１は平行であり、複数
の透光層１２の厚さが等しい。従って、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１３と部分反射
層１１との間隔、積層方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１との間隔、およ
び積層方向Ｓで隣り合う部分反射層１１の間隔は全て等しい。また、光束径拡大素子１０
において、複数層の部分反射層１１の厚さが等しい。
【００２５】
本形態において、透光層１２は、ガラス基板や石英基板等の基板と、後述する透光性の
接着剤層１８とによって構成され、第１反射層１３および第２反射層１４はアルミニウム
等の透光性金属膜の蒸着膜からなる。
【００２６】
部分反射層１１は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、Ａｌ２
Ｏ３（アルミナ）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、
ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）等の無機膜のうち、誘電率が低い
誘電膜と誘電率が高い誘電膜とを交互に積層した誘電体多層膜からなる。本形態において
、部分反射層１１および部分反射層１１は、蒸着法により、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とを交互
に積層した誘電体多層膜からなる。
【００２７】
光束径拡大素子１０は、積層方向Ｓに対して交差する方向Ｔの一方側端部に入射面１６
を備え、他方側端部に出射面１７を備えている。本形態において、光束径拡大素子１０は
直方体形状を有している。このため、光束径拡大素子１０において、入射面１６は、方向
Ｔの一方側に向く端面からなり、出射面１７は、方向Ｔの他方側に向く端面からなる。
【００２８】
このように構成した光束径拡大素子１０において、光束Ｌ１０が積層方向Ｓに対して傾
いた方向から入射面１６に平行光束の状態で入射すると、光束Ｌ１０は、第１反射層１３
での全反射、第２反射層１４での全反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１
１での反射を繰り返しながら方向Ｔに進行し、平行光束のまま、積層方向Ｓにおける光束
径が拡大された状態で出射面１７から積層方向Ｓに対して傾いた方向に出射される。その
際、出射面１７からは、積層方向Ｓで２つに分かれた光束Ｌ１１、Ｌ１２で出射されるが
、光束Ｌ１１、Ｌ１２はいずれも、光束Ｌ０より積層方向Ｓにおける光束径が拡大されて
いる。
【００２９】
（光束径拡大素子１０の具体的な構成例）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光束径拡大素子１０の具体的構成例の一態様を示
す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、光束径拡大素子１０の具体的構成
例を示す断面図、光束径拡大素子１０の製造方法を示す断面図、および本例を採用した場
合の利点を示す説明図である。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光束径拡大素子１０において、複数の透光
層１２は各々、厚さが等しい透光性の基板（第１基板１２１、第２基板１２２、第４基板
１２４、第５基板１２５）と、以下に説明する透光性の接着剤層１８とによって構成され
ている。光束径拡大素子１０は、積層方向Ｓの一方面１２２ａ、１２４ａ、１２５ａに部
分反射層１１が形成された複数の透光性の第２基板１２２、第４基板１２４、第５基板１
２５）を、一方面１２２ａ、１２４ａ、１２５ａを同一方向に向けて透光性の接着剤層１
８によって貼り合わせた積層体１５を有している。
【００３１】
ここで、第２基板１２２の一方面１２２ａに形成された部分反射層１１が本発明におけ
る「第１部分反射層」であり、第４基板１２４の一方面１２４ａに形成された部分反射層
１１が本発明における「第２部分反射層」であり、第５基板１２５の一方面１２５ａに形
成された部分反射層１１が本発明における「第３部分反射層」である。
【００３２】
また、積層体１５の積層方向Ｓの一方側には、積層方向Ｓの一方面１２１ａに第１反射
層１３が形成された透光性の第１基板１２１が接着剤層１８によって貼り合わされ、積層
体１５の積層方向Ｓの他方側には、積層方向Ｓの一方面１２３ａに第２反射層１４が形成
された第３基板１２３が接着剤層１８によって貼り合わされている。従って、第１基板１
２１、第２基板１２２、第３基板１２３、第４基板１２４、および第５基板１２５は、一
方面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１２５ａを同一方向に向けて配置されて
いる。また、第２基板１２２は、第１基板１２１と第３基板１２３との間に配置され、第
４基板１２４は、第２基板１２２と第３基板１２３との間に配置されている。また、第５
基板１２５は、第４基板１２４と第３基板１２３との間に配置されている。本形態では、
第３基板１２３も透光性の基板からなる。ここで、一方面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ
、１２４ａ、１２５ａは平行である。また、第１基板１２１、第２基板１２２、第３基板
１２３、第４基板１２４、および第５基板１２５は、ガラス基板や石英基板等からなり、
屈折率および厚さが等しい。また、複数の接着剤層１８はいずれも、シリコーン系等の接
着剤であり、硬化後の屈折率は、透光層１２（第１基板１２１、第２基板１２２、および
第３基板１２３）の屈折率と等しい。また、複数の接着剤層１８はいずれも、１層当りの
厚さが等しい。従って、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１３と部分反射層１１との間隔
、積層方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１との間隔、および積層方向Ｓで
隣り合う部分反射層１１の間隔が等しい。
【００３３】
このような光束径拡大素子１０の製造方法では、以下に説明する第１基板１２１、第２
基板１２２、第３基板１２３、第４基板１２４、第５基板１２５の一方面１２１ａ、１２
２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１２５ａを同一方向に向けて接着剤層１８によって貼り合わ
せる。まず、積層方向Ｓにおいて、第１番目の第１基板１２１の積層方向Ｓの一方面１２
１ａには、第１反射層１３が形成され、他方面１２１ｂには、接着剤層１８が形成されて
いる。第２番目、第３番目および第４番目の第２基板１２２、第４基板１２４、第５基板
１２５の積層方向Ｓの一方面１２２ａ、１２４ａ、１２５ａには、部分反射層１１および
接着剤層１８が順に形成され、他方面１２２ｂ、１２４ｂ、１２５ｂには、接着剤層１８
が形成されている。第５番目の第３基板１２３の積層方向Ｓの一方面１２３ａには、第２
反射層１４および接着剤層１８が順に形成され、他方面１２３ｂには、接着剤層１８等が
形成されていない。従って、各々の一方面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１
２５ａを積層方向Ｓの同一方向に向けた状態で、５枚の基板（第１基板１２１、第２基板
１２２、第３基板１２３、第４基板１２４および第５基板１２５）を接着剤層１８によっ
て貼り合わせれば、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１３と部分反射層１１との間、積層
方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１との間、および積層方向で隣り合う部
分反射層１１の間のいずれにも、１枚の透光性の基板と、２層分の接着剤層１８とが存在
することになる。
【００３４】
なお、本例では、基板の積層枚数を５枚として説明したが、実際には、例えば、１０枚
程度の基板が積層される。
【００３５】
（本形態の主な効果）
このように構成した光束径拡大素子１０において、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１
３と部分反射層１１との間隔、積層方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１と
の間隔、および積層方向で隣り合う部分反射層１１の間隔は、全て等しい。このため、光
束Ｌ１０が光束径拡大素子１０の内部で、第１反射層１３での全反射、第２反射層１４で
の全反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１１での反射を繰り返しながら、
積層方向Ｓに対して交差する方向Ｔに進行して出射面１７から出射される際、いずれの光
路を辿って出射面１７から出射される光も各光路長が等しい。従って、図２（ｃ）に示す
ように、各経路を辿って出射面１７から出射される各光において、位相のピークとボトム
とが揃うため、光強度が強め合うことになる。それ故、各経路を辿って出射面１７から出
射される光では、光強度分布が略一定となる。
【００３６】
また、第１基板１２１と第３基板１２３とは構成が同一であるため、同一工程で製作し
た基板を用いることができる。それ故、光束径拡大素子１０のコストを低減することがで
きる。
【００３７】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る光束径拡大素子１０の具体的構成例の一態様を示
す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、光束径拡大素子１０の具体的構成例を示す
断面図、および光束径拡大素子１０の製造方法を示す断面図である。
【００３８】
図２に示す形態では、第２基板１２２、第４基板１２４および第５基板１２５の両面に
接着剤層１８を設けたが、本例のように、第２基板１２２、第４基板１２４および第５基
板１２５の一方面１２２ａ、１２４ａ、１２５ａのみに接着剤層１８を設けてもよい。よ
り具体的には、図３に示すように、第１番目の第１基板１２１の積層方向Ｓの一方面１２
１ａには、第１反射層１３が形成され、他方面１２１ｂには、接着剤層１８等が形成され
ていない。第２番目、第３番目および第４番目の第２基板１２２、第４基板１２４および
第５基板１２５の積層方向Ｓの一方面１２２ａ、１２４ａ、１２５ａには、部分反射層１
１および接着剤層１８が順に形成され、他方面１２２ｂ、１２４ｂ、１２５ｂには、接着
剤層１８等が形成されていない。第５番目の第３基板１２３の積層方向Ｓの一方面１２３
ａには、第２反射層１４および接着剤層１８が順に形成され、他方面１２３ｂには、接着
剤層１８等が形成されていない。従って、各々の一方面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、
１２４ａ、１２５ａを積層方向Ｓの同一方向に向けた状態で、５枚の基板（第１基板１２
１、第２基板１２２、第３基板１２３、第４基板１２４および第５基板１２５）を接着剤
層１８によって貼り合わせれば、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１３と部分反射層１１
との間、積層方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１との間、および積層方向
で隣り合う部分反射層１１の間のいずれにも、１枚の透光性の基板と、１層分の接着剤層
１８とが存在することになる。それ故、積層方向Ｓで隣り合う第１反射層１３と部分反射
層１１との間隔、積層方向Ｓで隣り合う第２反射層１４と部分反射層１１との間隔、およ
び積層方向で隣り合う部分反射層１１の間隔は、全て等しい。
【００３９】
［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３に係る光束径拡大素子１０の一態様を示す説明図である
。実施の形態１、２では、光束径拡大素子１０が直方体形状であったが、本形態では、図
４に示すように、光束径拡大素子１０は、積層方向Ｓで対向する２辺が平行、かつ、入射
面１６および出射面１７は、積層方向Ｓに対して同一の角度、逆方向に傾いた断面台形に
なっている。かかる構成でも、透光層１２と部分反射層１１とが交互に積層されている。
また、第１反射層１３、部分反射層１１および第２反射層１４は平行である。
【００４０】
かかる構成の光束径拡大素子１０でも、入射面１６から入射した光束Ｌ１０の積層方向
Ｓの光束径を拡大して出射面１７から出射することができる。また、いずれも光路を辿っ
て出射される光も光路長が等しいため、各経路を辿って出射面１７から出射される光では
、光強度分布が略一定である。また、本形態の光束径拡大素子１０では、出射面１７に浅
い角度で入射した光は、出射面１７で反射される。このため、出射面１７からＳ１方向お
よびＳ２方向に分かれて出射される光のうち、画像の表示等に利用されるＳ１方向の光の
光量は、Ｓ２方向に向かう光の光量よりも多い。それ故、画像の表示等に利用されないＳ
２方向の光の光量が少ないので、光量の損失を低減することができる。
【００４１】
［光学装置の構成］
以下の説明では、本発明における「第１方向」をＺ方向とし、第１方向に交差する「第
２方向」をＹ方向とし、第１方向および第２方向に交差する「第３方向」をＸ方向として
示してある。また、以下の説明では、第１方向Ｚ、第２方向Ｙ、および第３方向Ｘが互い
に直交している場合を例示してある。
【００４２】
図５は、本発明を適用した光束径拡大素子を用いた光学装置１の一態様を示す説明図で
あり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、光学装置１の斜視図、光学装置１をＸ方向か
らみた説明図、および光学装置１をＺ方向からみた説明図である。
【００４３】
図５に示すように、本形態の光学装置１は、第１方向Ｚで透光層１２と部分反射層１１
とが交互に積層された第１光束径拡大素子１０Ａと、第３方向Ｘで透光層１２と部分反射
層１１とが交互に積層された第２光束径拡大素子１０Ｂとを有している。ここで、第１光
束径拡大素子１０Ａおよび第２光束径拡大素子１０Ｂは、図１〜図４を参照して説明した
光束径拡大素子１０からなる。第１光束径拡大素子１０Ａは、透光層１２と部分反射層１
１との積層方向Ｓが第１方向Ｚである。従って、第１方向Ｚの両側に第１反射層１３およ
び第２反射層１４を有しており、第２反射層１４に対して第１反射層１３とは反対側に第
３基板１２３を有している。また、第２光束径拡大素子１０Ｂは、透光層１２と部分反射
層１１との積層方向Ｓが第３方向Ｘである。従って、第３方向Ｘの両側に第１反射層１３
および第２反射層１４を有しており、第２反射層１４に対して第１反射層１３とは反対側
に第３基板１２３を有している。また、第１光束径拡大素子１０Ａは、第２方向Ｙの一方
側端部に入射面１６を備え、第２方向Ｙの他方側端部に出射面１７を備えている。第２光
束径拡大素子１０Ｂは、第２方向Ｙの一方側端部に入射面１６を備え、第２方向Ｙの他方
側端部に出射面１７を備えている。ここで、第１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７と、
第２光束径拡大素子１０Ｂの入射面１６とは、第２方向Ｙにおいて離間した状態で対向し
ている。第１光束径拡大素子１０Ａと第２光束径拡大素子１０Ｂとは、第１方向Ｚにおい
て出射面１７が入射面１６の第１方向Ｚの端部と対向するとともに、第３方向Ｘにおいて
入射面１６が出射面１７の略中央に対向するように配置されている。
【００４４】
このように構成した光学装置１では、第１光束径拡大素子１０Ａにおいて、光束Ｌ０が
第１方向Ｚに傾いた方向から入射面１６に平行光束の状態で入射すると、光束Ｌ０は、第
１反射層１３での全反射、第２反射層１４での全反射、部分反射層１１での透過、および
部分反射層１１での反射を繰り返しながら、第２方向Ｙに進行し、平行光束のまま、第１
方向Ｚにおける光束径が拡大された状態で出射面１７から出射される。その際、出射面１
７から出射された光束Ｌ１は、第１方向Ｚで２つに分かれた状態で出射される。なお、第
１光束径拡大素子１０Ａに入射する光束Ｌ０は、第２方向Ｙおよび第３方向Ｘに対して約
４５°傾いている。
【００４５】
ここで、第１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７と第２光束径拡大素子１０Ｂの入射面
１６とは離間している。このため、第１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７から２つに分
かれて出射された光束Ｌ１の一方が第２光束径拡大素子１０Ｂの入射面１６に入射する。
従って、第２光束径拡大素子１０Ｂに入射する光束Ｌ１は、第１方向Ｚおよび第３方向Ｘ
に対して傾いているとともに、第２方向Ｙに対して約４５°傾いている。
【００４６】
次に、第２光束径拡大素子１０Ｂにおいて、光束Ｌ１が第３方向Ｘに傾いた方向から入
射面１６に平行光束の状態で入射すると、光束Ｌ１は、第１反射層１３での全反射、第２
反射層１４での全反射、部分反射層１１での透過、および部分反射層１１での反射を繰り
返しながら、第２方向Ｙに進行し、平行光束のまま、第３方向Ｘにおける光束径が拡大さ
れた状態で出射面１７から出射される。その際、出射面１７から出射された光束Ｌ２は、
第３方向Ｘで２つに分かれた状態で出射される。なお、第２光束径拡大素子１０Ｂに入射
する光束Ｌ１は、第１方向Ｚおよび第３方向Ｘに対して傾いているとともに、第２方向Ｙ
に対して約４５°傾いている。
【００４７】
ここで、第１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７と第２光束径拡大素子１０Ｂの入射面
１６とが離間しているため、出射面１７から第１方向Ｚに分かれて出射される光のうちの
一方が入射面１６に入射する。このため、入射面１６に余計な光が入射しない。また、第
１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７と第２光束径拡大素子１０Ｂの入射面１６とが離間
しているため、第１光束径拡大素子１０Ａの出射面１７に対して、出射面１７から出射さ
れる光のうちの余計な光を出射面１７に向けて反射する反射面を設けることができ、かか
る構成によれば、余計な光を第１光束径拡大素子１０Ａに戻すことができる。それ故、余
計な光が第２光束径拡大素子１０Ｂの側に向けて出射されることを防止することができる
。
【００４８】
［光学装置の表示装置への利用例］
図６は、本発明を適用した光学装置１を用いた表示装置５０の一態様を示す説明図であ
り、図６（ａ）、（ｂ）は各々、光学系の説明図および表示装置５０の外観等を示す説明
図である。
【００４９】
図６（ａ）において、表示装置５０は、画像を表示するための光を出射する光源部５１
と、光源部５１から出射された光を走査する走査部５２と、走査部５２により走査された
光を偏向して使用者の眼Ｅに入射させる偏向部材５３とを有している。また、本形態の表
示装置５０は、走査部５２からの出射側にリレーレンズ系５４と、投射レンズ系５５とを
有している。リレーレンズ系５４は、例えば、２つのレンズ５４１、５４２によって構成
されている。
【００５０】
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、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を有している。ここで、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、制
御部５９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に変調した光束を
出射する。
【００５１】
走査部５２は、入射光を画像の横方向および縦方向に対応する２方向に走査し、走査さ
れた光は、リレーレンズ系５４および投射レンズ系５５を介して偏向部材５３に投射され
る。走査部５２は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ  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。その際、走査部５２は、１つの走査機構によって、
入射光を画像の横方向および縦方向に対応する２方向に走査する構成を採用することがで
きる。また、走査部５２については、横方向および縦方向に対応する２方向の一方方向に
入射光を走査する第１走査機構と、２方向の他方方向に入射光を走査する第１走査機構と
によって構成してもよい。かかる走査部５２も、制御部５９による制御の下、入射光を所
定の方向に走査する。
【００５２】
本形態において、表示装置５０は、網膜走査方式の投射型表示装置として構成されてい
る。ここで、偏向部材５３は、投射された光を反射して使用者の眼Ｅに入射させる凹曲面
状の反射面５３０を備えた反射部材である。かかる表示装置５０（網膜走査方式の投射型
表示装置）では、走査部５２で２方向に走査された変調光が偏向部材５３の反射面５３０
で反射されて瞳孔Ｅ１を介して網膜Ｅ２に到達することにより、利用者に画像を認識させ
る。
【００５３】
本形態において、偏向部材５３は、部分透過反射性のコンバイナーである。このため、
外光も偏向部材５３（コンバイナー）を介して眼に入射するため、利用者は、表示装置５
０で形成した画像と外光（背景）とが重畳した画像を認識することができる。すなわち、
表示装置５０は、シースルー型の網膜走査型投射装置として構成されている。
【００５４】
このように構成した表示装置５０において、本形態では、光源部５１から偏向部材５３
に到る光路には、図１〜５を参照して説明した光学装置１が配置される。従って、眼Ｅの
位置が変わっても、光学装置１によって光束径が拡張された範囲内に眼Ｅが位置すれば、
利用者に画像を認識させることができる。また、図１〜図５を参照して説明した光学装置
１では、入射角によらず、光束を２方向に拡大した後も、安定して大の光強度を有してお
り、光強度分布におけるムラも小さい。それ故、走査部５２での走査角度を広く設定する
ことができるので、画角の大きな画像を利用者に提供することができる。
【００５５】
なお、光学装置１は、光源部５１と走査部５２との間、走査部５２とリレーレンズ５４
１との間、２つのリレーレンズ５４１、５４２の間、あるいはリレーレンズ５４２と投射
レンズ系５５との間のいずれの位置に配置してもよいが、本形態では、リレーレンズ５４
２と投射レンズ系５５との間に配置されている。
【００５６】
このように構成した表示装置５０を、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（ア
イグラスディスプレイ）として構成する場合、図６（ｂ）に示すように、表示装置５０は
、眼鏡のような形状に形成される。また、観察者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射させ
る場合、表示装置５０は、左眼用の偏向部材５３および左眼用の偏向部材５３を前部分６
１で支持するフレーム６０を有しており、フレーム６０の左右のテンプル６２の各々に、
図６（ａ）を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット５６が設けられる。ここで、
光学ユニット５６には、光源部５１、走査部５２、リレーレンズ系５４、および投射レン
ズ系５５の全てが設けられることがある他、光学ユニット５６には、リレーレンズ系５４
、および投射レンズ系５５のみを設け、光学ユニット５６と光源部５１とを光ケーブル等
で接続してもよい。
【００５７】
［他の表示装置］
上記実施の形態では、光源部５１から出射された変調後の光を走査部５２によって走査
した。但し、光源部５１から出射された変調前の光を走査部５２によって走査しながら液
晶パネルに照射し、液晶パネルから出射された変調光を偏向部材５３で反射する構成を採
用してもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、リレーレンズ系５４を備えた表示装置５０を例示したが、
リレーレンズ系５４を備えていない表示装置５０に本発明を適用してもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態では、網膜走査方式の投射型表示装置に本発明を適用した光学装
置１を用いたが、虚像を利用者に認識させる投射型表示装置や、表示装置以外の光学機器
に光学装置１を用いてもよい。
【００６０】
［光学素子の他の構成例］
上記実施の形態では、光束径拡大素子に本発明を適用したが、定在波を生成するレーザ
ー用の光共振素子に（光共振器）等に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１・・光学装置、１１・・部分反射層、１２・・第１透光層、１３・・第１反射層、１４
・・第２反射層、１５・・積層体、１６・・入射面、１７・・出射面、１８・・接着剤層
、５０・・表示装置、５１・・光源部、５２・・走査部、５３・・偏向部材、５４・・リ
レーレンズ系、５５・・投射レンズ系、５６・・光学ユニット、５９・・制御部、６０・
・フレーム、６１・・前部分、６２・・テンプル、１２１・・第１基板、１２１ａ、１２
２ａ、１２３ａ、１２４ａ、１２５ａ・・一方面、１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ、１２
４ｂ、１２５ｂ・・他方面、１２２・・第２基板、１２３・・第３基板、１２４・・第４
基板、１２５・・第５基板、５１１（Ｂ）・・青色用レーザー素子、５１１（Ｇ）・・緑
色用レーザー素子、５１１（Ｒ）・・赤色用レーザー素子、５１２、５１３・・ハーフミ
ラー、５３０・・反射面、５４１、５４２・・レンズ、Ｅ・・眼、Ｅ１・・瞳孔、Ｅ２・
・網膜、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２・・光束、Ｓ・・積層方向、Ｔ・・積層方向に対して直交方向
、Ｘ・・第３方向、Ｙ・・第２方向、Ｚ・・第１方向
【図１】
0006503693.tif 000002
【図２】
0006503693.tif 000003
【図３】
0006503693.tif 000004
【図４】
0006503693.tif 000005
【図５】
0006503693.tif 000006
【図６】
0006503693.tif 000007
【図７】
0006503693.tif 000008