(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光入射部および第１光射出部を備えた第１導光体と、
前記第１導光体の内部に設けられた半透過反射膜と、
前記第１光入射部の一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第１回折素子と、
前記第１光射出部の少なくとも一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第２回折素子と、
前記第１光入射部における前記第１回折素子の周囲に設けられた反射膜と、を備え、
前記第１回折素子の複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、
前記第１回折素子の複数の格子の各々の延在方向は、前記第２回折素子の複数の格子の各々の延在方向と同じ方向となるように設けられ、
前記半透過反射膜は、前記第１回折素子の中心光軸から離間するにつれて、反射率が漸次低くなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記半透過反射膜は、前記第１光入射部の面および前記第１光射出部の面に平行となるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１回折素子の複数の格子は、第１方向に沿って配列され、
前記第２回折素子の複数の格子は、前記第１方向に沿って配列され、
前記第２回折素子の前記第１方向に沿った大きさは、前記第１回折素子の前記第１方向に沿った大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記半透過反射膜は、誘電体多層膜から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２回折素子と前記半透過反射膜との間に配置される樹脂層をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
第１光入射部および第１光射出部を備えた第１導光体と、
前記第１導光体の内部に設けられた半透過反射膜と、
前記第１光入射部の一部に設けられ、第１方向と前記第１方向と交差した方向である第２方向とに沿うようにそれぞれ所定のピッチで配列された複数の格子を備える第１回折素子と、
前記第１光射出部の少なくとも一部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向とに沿うようにそれぞれ所定のピッチで配列された複数の格子を備える第２回折素子と、
前記第１光入射部における前記第１回折素子の周囲に設けられた反射膜と、を備え、
前記第１回折素子の前記第１方向に沿った複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の前記第１方向に沿った複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、
前記第１回折素子の前記第２方向に沿った複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の前記第２方向に沿った複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、
前記第２回折素子の大きさは、前記第１回折素子の大きさよりも大きいことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記半透過反射膜は、前記第１回折素子の中心光軸から離間するにつれて、反射率が漸次低くなることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
画像光を射出する画像光生成部と、
一方面側に形成された、第２光入射部および第２光射出部を含み、前記第２光入射部から入力された光を導光して前記第２光射出部から出力させる第２導光体と、
前記第２光入射部に対向配置され、前記画像光生成部からの前記画像光が入射する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子と、を備えた画像投影部を含むことを特徴とする電気光学装置。
【請求項９】
第１光入射部および第１光射出部を備えた第１導光体と、
前記第１導光体の内部に設けられた半透過反射膜と、
前記第１光入射部の一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第１回折素子と、
前記第１光射出部の少なくとも一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第２回折素子と、
前記第１光入射部における前記第１回折素子の周囲に設けられた反射膜と、
画像光を射出する画像光生成部と、
一方面側に形成された、第２光入射部および第２光射出部を含み、前記第２光入射部から入力された光を導光して前記第２光射出部から出力させる第２導光体と、を備え、
前記第１回折素子の複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、
前記第１回折素子の複数の格子の各々の延在方向は、前記第２回折素子の複数の格子の各々の延在方向と同じ方向となるように設けられ、
前記第１導光体は、前記第２光入射部に対向配置され、前記画像光生成部からの前記画像光が入射することを特徴とする電気光学装置。
【請求項１０】
前記第１回折素子は、前記第１光射出部を前記第２光入射部の面に対して傾けた状態で配置されることを特徴とする請求項９に記載の電気光学装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の電気光学装置と装着部とを含むことを特徴とする装着型表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法であって、
導光部材の一方の面に開口を有するように反射膜を形成する工程と、
前記反射膜の前記開口を覆うように配置した第１樹脂材料に第１型部材を押し付けることで前記第１回折素子を形成する工程と、
前記導光部材の他方の面に半透過反射膜を形成する工程と、
前記半透過反射膜の前記導光部材とは反対側の面に配置した第２樹脂材料に第２型部材を押し付けることで前記第２回折素子を形成する工程と、を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、電気光学装置、装着型表示装置および光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイ等の装着型表示装置が注目されている。このようなヘッドマウントディスプレイにおいては、画像が瞳径より小さくなると、画像の表示位置を瞳の位置に厳密に合わせる調整が必要になり使い勝手が悪くなることから、画像光を瞳径よりも拡大する光学素子が使用される。このような光学素子としては、２つの回折格子を用いることで画像光を拡大する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−７２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ヘッドマウントディスプレイでは小型化が重要視されており、レーザービームをスキャンして眼の網膜上に画像を描画することで装置の小型化を実現している。そこで、レーザースキャン方式に上記光学素子を組み合わせて用いることが考えられる。
しかしながら、細いレーザービームをスキャンする方式では画像光が瞳径に比べ、かなり小さくなるため、上記光学素子では画像光を十分に拡大することが難しかった。そこで、レーザービームをスキャンする方式のように画像光が瞳径よりも十分に小さい場合であっても、画像光を瞳に入射させることができる新たな技術の提供が望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、画像光を拡大して瞳に入射させることが可能な光学素子、電気光学装置、装着型表示装置および光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、第１光入射部および第１光射出部を備えた第１導光体と、前記第１導光体の内部に設けられた半透過反射膜と、前記第１光入射部の一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第１回折素子と、前記第１光射出部の少なくとも一部に設けられ、所定のピッチで配列された複数の格子を備える第２回折素子と、前記第１光入射部における前記第１回折素子の周囲に設けられた反射膜と、を備え、前記第１回折素子の複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、前記第１回折素子の複数の格子の各々の延在方向は、前記第２回折素子の複数の格子の各々の延在方向と同じ方向となるように設けられている光学素子が提供される。
【０００７】
第１態様に係る光学素子によれば、格子パターンの配列ピッチ（格子周期）が同じであり、且つ格子の延在方向が同じ２つの回折格子を用いることにより、入射角と同じ角度で出射する複数の回折光を生成することができる。
また、半透過反射膜に到達した光の一部は透過して第２回折素子によって入射角と同じ角度で出射される。一方、半透過反射膜で反射された光は、第１導光体の第１光入射部に形成されている反射膜で反射されて再び半透過反射膜に到達する。よって、半透過反射膜および反射膜の反射を繰り返しながら第１導光体を伝播し、第２回折素子に到達した光が順次入射角と同じ角度で射出されるようになる。
したがって、例えば、第１光入射部にレーザービームのような細い光が入射する場合であっても、第１光射出部から拡大した状態で射出することで瞳に拡大された画像光を入射させることができる。
【０００８】
上記第１態様において、前記半透過反射膜は、前記第１光入射部の面および前記第１光射出部の面に平行となるように設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、半透過反射膜を第１光入射部の面および第１光射出部の面と平行に配置されるので、入射角に対応した導光体内の伝播角度が維持され、半透過反射膜および反射膜で繰り返し反射された光を第２回折素子に同じ角度で入射させて外部に取り出すことができる。
【０００９】
上記第１態様において、前記第１回折素子の複数の格子は、第１方向に沿って配列され、
前記第２回折素子の複数の格子は、前記第１方向に沿って配列され、前記第２回折素子の前記第１方向に沿った大きさは、前記第１回折素子の前記第１方向に沿った大きさよりも大きい構成としてもよい。
この構成によれば、第１光入射部から入射した光を第１方向において拡大することができる。
【００１０】
本発明の第２態様に従えば、第１光入射部および第１光射出部を備えた第１導光体と、前記第１導光体の内部に設けられた半透過反射膜と、前記第１光入射部の一部に設けられ、第１方向と前記第１方向と交差した方向である第２方向とに沿うようにそれぞれ所定のピッチで配列された複数の格子を備える第１回折素子と、前記第１光射出部の少なくとも一部に設けられ、前記第１方向と前記第２方向とに沿うようにそれぞれ所定のピッチで配列された複数の格子を備える第２回折素子と、前記第１光入射部における前記第１回折素子の周囲に設けられた反射膜と、を備え、前記第１回折素子の前記第１方向に沿った複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の前記第１方向に沿った複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、前記第１回折素子の前記第２方向に沿った複数の格子のピッチは、前記第２回折素子の前記第２方向に沿った複数の格子のピッチと等しくなるように設けられ、前記第２回折素子の大きさは、前記第１回折素子の大きさよりも大きい光学素子が提供される。
第２態様に係る光学素子によれば、第１回折素子および該第１回折素子より大きい第２回折素子がそれぞれ２次元格子パターンを有するので、二次元方向において光を拡大させることができる。したがって、例えば、第１光入射部にレーザービームのような細い光が入射する場合であっても、第１光射出部から二次元方向に拡大した状態で射出することで瞳に拡大された画像光を入射させることができる。
【００１１】
上記第１態様又は第２態様において、前記半透過反射膜は、前記第１回折素子の中心光軸から離間するにつれて、反射率が漸次低くなっている構成としてもよい。
この構成によれば、第１回折素子の中心光軸から離間するにつれて、半透過反射膜の透過率が漸次高くなる。よって、半透過反射膜で反射する際、できるだけ第１導光体を伝播する光として戻すことにより、第１回折素子の中心光軸から離間しても導光体中に多くの光を残すことができる。また、第１導光体に残っている光をより多く第２回折素子へ伝達させることができ、第１回折素子の中心光軸から離間しても出射される光強度の減少を抑制することができる。
【００１２】
上記第１態様又は第２態様において、前記半透過反射膜は、誘電体多層膜から構成される構成としてもよい。
この構成によれば、金属反射膜に比べて光の吸収を抑えることができるので、第１導光体内で繰り返し反射する際の光強度の減衰を抑えることができる。
【００１３】
上記第１態様又は第２態様において、前記第２回折素子と前記半透過反射膜との間に配置される樹脂層をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、樹脂層が半透過反射膜および第２回折素子を分離するスペーサーとして機能する。よって、第２回折素子は、半透過反射膜を透過した光を回折させることで外部に良好に取り出すことができる。
【００１４】
本発明の第３態様に従えば、画像光を射出する画像光生成部と、一方面側に形成された、第２光入射部および第２光射出部を含み、前記第２光入射部から入力された光を導光して前記第２光射出部から出力させる第２導光体と、前記第２光入射部に対向配置され、前記画像光生成部からの前記画像光が入射する、上記第１態様又は第２態様に係る光学素子と、を備えた画像投影部を含む電気光学装置が提供される。
【００１５】
第３態様に係る電気光学装置によれば、上記光学素子により拡大した画像光を射出する画像投影部を含むので、画像光の位置を瞳の位置に厳密に合わせる調整が不要となり、使い勝手に優れ、表示品質の高い信頼性の高い電気光学装置を提供することができる。
【００１６】
上記第３態様において、前記光学素子は、前記第１光射出部を前記第２光入射部の面に対して傾けた状態で配置される構成としてもよい。
この構成によれば、例えば、第２光入射部が入射光に対する角度依存性を有する場合であっても、回折光学素子を傾けて配置することで効率良く第２導光体内に光を導くことができる。
【００１７】
本発明の第４態様に従えば、上記第３態様に係る電気光学装置と装着部とを含む装着型表示装置が提供される。
【００１８】
第４態様に係る装着型表示装置によれば、上記電気光学装置を装着することができるので、画像光の位置を瞳の位置に厳密に合わせる調整が不要となり、使い勝手に優れ、表示品質の高い信頼性の高い装着型表示装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の第５態様に従えば、上記第１又は第２態様の光学素子の製造方法であって、導光部材の一方の面に開口を有するように反射膜を形成する工程と、前記反射膜の前記開口を覆うように配置した第１樹脂材料に第１型部材を押し付けることで前記第１回折素子を形成する工程と、前記導光部材の他方の面に半透過反射膜を形成する工程と、前記半透過反射膜の前記導光部材とは反対側の面に配置した第２樹脂材料に第２型部材を押し付けることで前記第２回折素子を形成する工程と、を含む光学素子の製造方法が提供される。
【００２０】
第５態様に係る光学素子の製造方法によれば、予めサイズ、位置が決められた開口を基準として利用することで第１回折素子を精度良く形成することができる。
ここで、導光部材に導入された光は導光部材内で反射を繰返すが、入射角度に対応する導光部材内伝播角度を維持するには反射膜と半透過反射膜の平行度が十分高い必要がある。本製造方法によれば、例えば、両面の平行度を確保したガラス基板からなる導光部材を用意することで、反射膜および半透過反射膜の平行度を確保することができる。
また、回折素子面の下地として樹脂層が残るため、該樹脂層が半透過反射膜および第２回折素子を分離するスペーサーとして機能する。よって、第２回折素子は、半透過反射膜を透過した光を回折させることで外部に良好に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る電気光学装置の外観図である。
【図２】表示装置の左眼用表示部の構成例を示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は光学素子の構成を示す図である。
【図４】第１回折部および第２回折部の回折機能の説明図である。
【図５】第１回折部および第２回折部の画像光に対する回折機能の説明図である。
【図６】光学素子による画像光の拡大機能を説明するための図である。
【図７】第二実施形態に係る光学素子の断面構成を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は第二実施形態に係る光学素子の製造方法を示す工程図である。
【図９】第三実施形態に係るハーフミラーの光学特性を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は第四実施形態に係る光学素子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る電気光学装置の外観図である。本実施形態では、電気光学装置として、透過型のヘッドマウントディスプレイ（装着型表示装置１０００）を示している。装着型表示装置１０００は、本発明の一態様である光学素子を有している。以下の説明では、ヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display）を、ＨＭＤと略記する。
【００２４】
本実施形態に係る装着型表示装置１０００は、シースルー型（透過型）のＨＭＤであり、眼鏡のような形状を有する本体部（装着部）１００と、使用者の手で持つことが可能な程度の大きさを有する制御部２００と、を備える。本実施形態の装着型表示装置１０００によれば、使用者は画像表示部により生成された画像を視認でき、かつ、外の景色も視認できる。
【００２５】
本体部１００と制御部２００とは、有線または無線で、通信可能に接続される。本実施形態では、本体部１００と制御部２００とがケーブル３００で通信可能に接続されている。そして、本体部１００と制御部２００とは、このケーブルを介して、画像信号や制御信号を通信する。
【００２６】
本体部１００は、左眼用表示部１１０Ａと、右眼用表示部１１０Ｂとを備えている。
【００２７】
左眼用表示部１１０Ａは、左眼用画像の画像光を形成する画像形成部１２０Ａと、左眼用画像の画像光を導光する導光ユニット１３０Ａと、を備える。
【００２８】
画像形成部１２０Ａは、眼鏡型の本体部１００において眼鏡のつる部分に収容されており、導光ユニット１３０Ａは眼鏡型の本体部１００において眼鏡レンズ部分に収容されている。
【００２９】
導光ユニット１３０Ａには、光透過性を有する視認部１３１Ａが設けられている。導光ユニット１３０Ａは、導光ユニット１３０Ａの内部を伝播する左眼用画像の画像光を、視認部１３１Ａから使用者の左眼に向けて射出する。また、装着型表示装置１０００においては、視認部１３１Ａが光透過性を有し、視認部１３１Ａを介して周囲を視認可能となっている。
【００３０】
一方、右眼用表示部１１０Ｂは、右眼用の画像形成部１２０Ｂと、右眼用の導光ユニット１３０Ｂと、右眼用の視認部１３１Ｂと、を備える。左眼用表示部１１０Ａと右眼用表示部１１０Ｂとは、同様の構成を採用しており、眼鏡型の本体部１００の中央（鼻あて付近）に対して左右対称の構成を有している。
【００３１】
制御部２００は、操作部２１０と、操作ボタン部２５０と、を備える。使用者は、制御部２００の操作部２１０や操作ボタン部２５０に対して操作入力を行い、本体部１００に対する指示を行う。なお、以降の図面においては、適宜、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。この場合において、Ｘ方向は使用者に装着された状態の装着型表示装置１０００における横方向に対応し、Ｙ方向は鉛直方向（縦方向）に対応し、Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に直交する方向であって使用者の前後方向に対応する。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態に係る装着型表示装置１０００の左眼用表示部１１０Ａの構成例を示す平面図である。図２には、本体部１００を装着する使用者の左眼ＬＥを示してある。ここでは、左眼用表示部１１０Ａの構成例についてのみ説明する。
【００３３】
図２に示す画像形成部１２０Ａと導光ユニット１３０Ａとは、本発明の画像投影装置に該当する。画像形成部１２０Ａは、本発明の画像投影部に該当する。
【００３４】
画像形成部１２０Ａは、左眼用の画像光生成部１２１Ａと、光学素子１２２Ａと、を備える。画像光生成部１２１Ａは、左眼用の光源４１０Ａと、左眼用のＭＥＭＳミラー４１１Ａと、を含む。本実施形態において、光源４１０Ａは青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）のレーザー光Ｌを射出する複数のレーザー光源を含む。ＭＥＭＳミラー４１１Ａは、レーザー光Ｌを反射することで光学素子１２２Ａに入射させるマイクロミラーである。
【００３５】
導光ユニット１３０Ａは、画像形成部１２０Ａに対して相対位置が固定され、画像形成部１２０Ａから射出される画像光を、導光ユニット１３０Ａの所定の位置に導く。
【００３６】
次いで、図１および図２を参照して、本実施形態に係る装着型表示装置１０００の概略を説明する。
まず、画像光生成部１２１Ａに制御部２００からの画像信号が入力される。画像光生成部１２１Ａは、ＭＥＭＳミラー４１１Ａにより光源４１０Ａから射出したレーザー光Ｌを走査して光学素子１２２Ａに時間順次で入射させることで画像光Ｇを形成する。
これにより、画像光生成部１２１Ａは当該画像信号に応じた画像光Ｇを生成し、光学素子１２２Ａに向けて射出する。このように、本実施形態においては、ＭＥＭＳミラー４１がレーザー光Ｌをスキャンすることで画像光Ｇが構成される。そのため、画像光Ｇは光学素子１２２Ａに対して所定の振幅（振角）を持った状態で入射される。
【００３７】
光学素子１２２Ａは、入射する画像光Ｇを拡大して導光ユニット１３０Ａに向けて射出する。
【００３８】
導光ユニット１３０Ａは、光入力部３０と、導光体（第２の導光体）３１と、光出力部３２とを含む。光入力部３０には、表面レリーフ型の回折素子３０ａが設けられている。また、光出力部３２にも、表面レリーフ型の回折素子３２ａが設けられている。
【００３９】
光学素子１２２Ａは、導光ユニット１３０Ａの光入力部３０に対向して配置されている。
ここで、光学素子１２２Ａが光入力部３０に対向する状態とは、光学素子１２２Ａの第２回折部２２の表面と光入力部３０（回折素子３０ａ）の表面が平行に配置されることのみならず、第２回折部２２の表面と回折素子３０ａの表面とが傾斜して配置されることを含む。
【００４０】
本実施形態では、例えば、光学素子１２２Ａは、第２回折部２２の表面が導光ユニット１３０Ａの回折素子３０ａの表面と平行になるように、導光ユニット１３０Ａに対向配置されている。すなわち、本実施形態では、第２回折部２２の表面と回折素子３０ａの表面とが傾斜していない。
【００４１】
なお、回折素子３０ａは光が入射する角度によって、導光体３１内を全反射で伝播する光の伝播角度範囲が変化する。そのため、本実施形態においては、上記態様に限定されることはなく、第２回折部２２の表面を回折素子３０ａの表面に対して傾斜させた状態に配置するようにしても良い。このようにすれば、傾斜角度を適宜調整して第２回折部２２から取り出す画像光Ｇの横方向（Ｘ方向）の大きさを変更することが可能となる。
【００４２】
導光体３１は、対向して延在する第１面３１ａと第２面３１ｂとを有し、透光性を有する直方体状の部材である。導光体３１は、第１面３１ａの一端側（−Ｘ方向側）に設けられた光入力部３０より取り込んだ画像光Ｇを第１面３１ａおよび第２面３１ｂで全反射させながら導光する。画像光Ｇは、第１面３１ａおよび第２面３１ｂで全反射されることで導光体３１の内部を伝播し、第１面３１ａの他端側（＋Ｘ方向側）に設けられた光出力部３２から射出される。
【００４３】
図３は、図２の画像形成部１２０Ａに含まれる光学素子１２２Ａにのみ着目し詳細に説明する説明図であり、図３（ａ）は光学素子１２２Ａの断面図であり、図３（ｂ）は光学素子１２２Ａを光入射面側から視た平面図であり、図３（ｃ）は光学素子１２２Ａを光入射出面側から視た平面図である。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、本実施形態の光学素子１２２Ａは、導光板（導光体）２０と、第１回折部（第１回折素子）２１と、第２回折部（第２回折素子）２２と、ハーフミラー（半透過反射膜）２３と、ミラー（反射膜）２４とを有している。
【００４５】
導光板２０は、対向して延在する第１面２０ａと第２面２０ｂとを有し、透光性を有する直方体状の部材である。導光板２０は、透光性を有するならば、無機材料および有機材料のいずれも使用することができる。なお、第１面２０ａは本発明の光入射面であり、第２面２０ｂは本発明の光射出面である。
【００４６】
導光板２０の内部には、ハーフミラー２３が設けられている。ここで、導光板２０は、例えば、２つの光透過性基板を貼り合せ、両基板の界面にハーフミラー２３が形成されている。
【００４７】
ハーフミラー２３は、第１面２０ａおよび第２面２０ｂと平行なＸＹ平面に沿った面内に形成されている。これにより、第１面２０ａ、第２面２０ｂおよびハーフミラー２３のミラー面は、互いが平行となるように配置されている。よって、入射角に対応した導光板２０内の伝播角度を維持することでハーフミラー２３およびミラー２４で繰り返し反射された光を第２回折部２２に同じ角度で入射させて外部に取り出すことができる。
【００４８】
ハーフミラー２３あるいはミラー２４として金属膜、誘電体多層膜あるいは誘電体膜と金属膜が混在した多層膜を用いることができる。本実施形態では、例えば、ハーフミラー２３を誘電体多層膜により形成し、ミラー２４を金属膜により形成した。
【００４９】
図３（ｂ）に示すように、導光板２０の第１面２０ａには、第１回折部２１およびミラー２４が設けられている。第１回折部２１は、第１面２０ａのＹ方向における一部（中央）に設けられている。
【００５０】
ミラー２４は、第１回折部２１の周囲を囲む領域、すなわち、平面視で第１回折部２１に重ならない領域を覆うように第１面２０ａに形成されている。
図３（ｃ）に示すように、導光板２０は、第２面２０ｂの全面に第２回折部２２が設けられている。
【００５１】
第１回折部２１および第２回折部２２は、例えば、表面レリーフ型回折格子から構成される。なお、第１回折部２１および第２回折部２２は、レーザー光を用いた干渉露光法によって作製される体積ホログラム等から構成されていても良いが、一般に、表面レリーフ型回折格子の方が広い入射角範囲に渡って高い回折効率を維持できるので、本発明の目的には好適である。
【００５２】
第１回折部２１は、Ｘ方向に延びる複数の直線状の格子がＹ方向（第１の方向）に配置されることで構成される格子パターン（第１格子パターン）２１ａを有し、その格子周期（配列ピッチ）はＰである。第２回折部２２は、第１回折部２１と同様にＸ方向に延びる複数の直線状の格子から構成される格子パターン（第２格子パターン）２２ａを有している。格子パターン２２ａは、その格子周期が第１回折部２１と同じＰである。平面視した状態において、格子パターン２２ａのＹ方向のサイズが、格子パターン２１ａのＹ方向のサイズよりも大きくなっている。なお、格子パターンの深さは、使用する波長や必要な回折効率に応じて適宜決定される。
格子パターン２１ａ
【００５３】
すなわち、本実施形態の第１回折部２１および第２回折部２２は、各々の格子パターン２１ａ、２２ａの配列ピッチが互いに等しく、且つ、各々の格子パターン２１ａ、２２ａを構成する格子の延在方向（Ｘ方向）が互いに一致している。
【００５４】
続いて、光学素子１２２Ａにおける回折機能について説明する。図４は第１回折部２１および第２回折部２２の回折機能の説明図である。なお、図４においては、説明の都合上、ミラー２４およびハーフミラー２３の図示を省略している。
また、図４では第１回折部２１および第２回折部２２によって発生する１次あるいは２次の回折光のみを図示している。さらに高次の回折光も生じる場合もあるが、図を見やすくするために省略している。
【００５５】
まず、図４においては、第１回折部２１に角度θ１でレーザー光Ｌが入射するものとする。この場合、レーザー光Ｌは、第１回折部２１によって回折され、導光板２０の内部に複数の回折光が導入される。
【００５６】
図４では０次回折光Ｌｚ、＋２次回折光Ｌｐ２、＋１次回折光Ｌｐ１、−１次回折光Ｌｍ１および−２次回折光Ｌｍ２を示している。なお、発生する回折光の本数（次数）は回折格子の格子周期Ｐに依存して変わる。
【００５７】
導光板２０内に導入された回折光は、第２回折部２２で再度回折され、導光板２０内の回折光のそれぞれから複数の次数の回折光が空気中に射出される。
例えば、第１回折部２１による０次回折光Ｌｚは、第２回折部２２で回折されることで、０次回折光Ｌｚｚ、＋１次回折光Ｌｚｐ１、−１次回折光Ｌｚｍ１などの回折光を生じさせる。
【００５８】
ここで、０次回折光Ｌｚｚの回折角は、空気および導光板２０の界面での屈折角と等価である。そのため、第１回折部２１への入射角がθ１である場合、第２回折部２２から射出される０次回折光Ｌｚｚの回折角もθ１となる。
【００５９】
次に、第１回折部２１による＋１次回折光Ｌｐ１に着目する。
＋１次回折光Ｌｐ１は第２回折部２２で回折され、０次回折光Ｌｐ１ｚ、＋１次回折光Ｌｐ１ｐ１、−１次回折光Ｌｐ１ｍ１、−２次回折光Ｌｐ１ｍ２などの回折光を生じさせる。
【００６０】
本実施形態においては、第２回折部２２の格子周期Ｐが第１回折部２１の格子周期Ｐと同一である。そのため、第１回折部２１および第２回折部２２は回折力が同じであり、第１回折部２１への入射角がθ１である場合、第２回折部２２から射出される−１次回折光Ｌｐ１ｍ１の回折角もθ１となる。
【００６１】
続いて、第１回折部２１による−１次回折光Ｌｍ１に着目する。
−１次回折光Ｌｍ１は第２回折部２２で回折され、０次回折光Ｌｍ１ｚ、＋１次回折光Ｌｍ１ｐ１、−１次回折光Ｌｍ１ｍ１などの回折光を生じさせる。上述のように、第２回折部２２および第１回折部２１は回折力が同じであるため、第１回折部２１への入射角がθ１である場合、第２回折部２２を出射する＋１次回折光Ｌｍ１ｐ１の回折角もθ１となる。
【００６２】
以上述べたように、本実施形態の光学素子１２２Ａによれば、格子周期Ｐが同じ２つの第１回折部２１および第２回折部２２を備えるので、光入射面（第１面２０ａ）に対する入射角θ１と同じ角度で、光射出面（第２面２０ｂ）から射出する３つの回折光を生成することができる。
【００６３】
すなわち、光学素子１２２Ａは、例えば、円形形状のレーザー光Ｌが１本入射すると、その入射角と同じ角度で出射する同じ円形形状のレーザー光を３本射出することができる。
【００６４】
より具体的には、例えば、入射するレーザー光Ｌの波長を５３２ｎｍ、導光板２０の屈折率を１．５２、導光板２０の厚みを１．５ｍｍ、第１回折部２１および第２回折部２２の格子周期Ｐを０．６３μｍとした場合、入射角θ１＝０°の時に出射回折角も０°で１ｍｍずつ離れた３本のレーザー光Ｌを得ることができる。
【００６５】
なお、さらに高次の回折光の組合せにおいても入射角と同じ角度で出射する複数の回折光を生成することができるが、図４の説明では省略している。また、実際は、入射角θ１とは異なる角度で回折される不要な回折光も発生してしまう。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、高次の回折光に対する回折効率を低くするように第１回折部２１および第２回折部２２の格子パターンの深さを決める、あるいは、格子周期Ｐを小さくすることにより高次の回折光が発生しないようにすることで、不要な回折光を抑制している。
【００６７】
一般に、回折格子は、回折格子を構成する格子パターンの周期性のある方向に光を回折する。図４においては、ＹＺ平面内で光が回折される。したがって、ＹＺ平面内で入射角θ１が変わっても、同様に複数のレーザー光Ｌを得ることができる。
【００６８】
なお、図４においては、レーザー光Ｌが単波長の場合を説明した。しかしながら、本実施形態の画像光Ｇは、波長が異なる（赤色、青色、緑色）複数のレーザー光Ｌを含んでいる。
【００６９】
以下、図５を用いて、波長が異なる複数のレーザー光Ｌを含んだ画像光Ｇを光学素子１２２Ａに入射させた場合について説明する。図５は第１回折部２１および第２回折部２２の画像光Ｇに対する回折機能の説明図である。なお、図５では説明に不要な回折光は省いてある。
【００７０】
本実施形態では、図５に示すように、赤、緑、青の波長のレーザー光Ｌを含む画像光Ｇが角度θで第１回折部２１に入射する。一般に、回折格子による回折角は波長が長いほど大きくなるので、青は緑より小さな角度で第２回折部２２に到達し、赤は緑より大きな角度で第２回折部２２に到達する。
【００７１】
本実施形態では、第２回折部２２の格子周期Ｐが第１回折部２１の格子周期Ｐと同じため、入射角と同じ角度θで回折されて導光板２０の外に射出される回折光がある。
【００７２】
図５において、第１回折部２１に角度θで画像光Ｇ（青色レーザー光ＬＢ、赤色レーザー光ＬＲ、緑色レーザー光ＬＧ）が入射するものとする。
第１回折部２１による画像光Ｇの０次回折光Ｇｚは、第２回折部２２で回折される。このとき、第１回折部２１への画像光Ｇの入射角がθである場合、第２回折部２２から射出される画像光Ｇの０次回折光Ｇｚｚの回折角もθとなる。
【００７３】
第１回折部２１による画像光Ｇの＋１次回折光Ｇｐ１は、第２回折部２２で回折される。このとき、第２回折部２２から射出される画像光Ｇの−１次回折光Ｇｐ１ｍ１の回折角もθとなる。
【００７４】
第１回折部２１による画像光Ｇの−１次回折光Ｇｍ１は、第２回折部２２で回折される。このとき、第２回折部２２から射出される画像光Ｇの＋１次回折光Ｇｍ１ｐ１の回折角もθとなる。
【００７５】
このように本実施形態によれば、光入射面（第１面２０ａ）に入射した１つの画像光Ｇから、該光入射面に対する入射角θと同じ角度で光射出面（第２面２０ｂ）から射出する３つの回折光Ｇｚｚ、Ｇｍ１ｐ１、Ｇｍ１ｐ１を生成することができる。なお、青色レーザー光ＬＢ、赤色レーザー光ＬＲおよび緑色レーザー光ＬＧは、波長が長い方が各々回折光の間隔が大きくなっている（図５参照）。
【００７６】
続いて、上述した原理をもとにして、本実施形態の光学素子１２２Ａによる画像光Ｇの拡大機能について説明する。図６は光学素子１２２Ａによる画像光Ｇの拡大機能を説明するための図である。
【００７７】
図６に示すように、第１回折部２１による回折で導光板２０内に導入されたレーザー光Ｌはハーフミラー２３に到達する。ハーフミラー２３に到達したレーザー光Ｌの一部は透過して第２回折部２２によって入射角と同じ角度で出射される。
【００７８】
一方、ハーフミラー２３で反射されたレーザー光Ｌは、導光板２０の第１面２０ａに形成されているミラー２４に到達し、そこで反射されて再びハーフミラー２３に到達する。このように、ハーフミラー２３およびミラー２４での反射を繰り返しながら導光板２０を伝播し、第２回折部２２に到達した光が順次入射角と同じ角度で出射され、出射光の複製、すなわち画像光Ｇの拡大が行われる。
【００７９】
図２に戻り、本実施形態の画像形成部１２０Ａによれば、光学素子１２２Ａを備えるので、レーザー光Ｌをからなる画像光ＧをＹ方向において拡大した状態で射出することができる。光学素子１２２Ａから射出された画像光Ｇは、導光ユニット１３０Ａにおける導光体３１の第１面３１ａに設けられた光入力部３０に入射する。
【００８０】
導光ユニット１３０Ａは、光入力部３０から取り込んだ画像光Ｇを第１面３１ａおよび第２面３１ｂで全反射させながら導光させる。画像光Ｇは、第１面３１ａおよび第２面３１ｂで全反射することで導光体３１の内部を伝播し、第１面３１ａの他端側（＋Ｘ方向側）に設けられた光出力部３２から射出される。画像光Ｇは、光出力部３２の回折素子３２ａに入射する度に外部に射出される。
【００８１】
光出力部３２の光射出面のＸ方向のサイズは、光入力部３０の光入射面のＸ方向のサイズよりも大きくなっている。そのため、光出力部３２から射出された画像光Ｇは、Ｘ方向におけるサイズが光入力部３０への入射時に比べて拡大している。すなわち、導光ユニット１３０Ａは、画像光Ｇにおける横方向（Ｘ方向）のサイズを拡大する画像光拡大手段として機能する。
【００８２】
また、本実施形態においては、光入力部３０に設けられた回折素子３０ａの格子ピッチと、光出力部３２に設けられた回折素子３２ａの格子ピッチとが同一となっている。そのため、光学素子１２２Ａから出射されて光入力部３０（回折素子３０ａ）に入射した画像光Ｇは、その入射角と同じ角度で光出力部３２（回折素子３２ａ）から射出される。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、レーザー光Ｌを走査しつつ光学素子１２２Ａに入射させることで画像光Ｇを縦方向（Ｙ方向）に拡大することができる。また、画像光Ｇは、導光ユニット１３０Ａ内を導光して光出力部３２から射出されることで横方向（Ｘ方向）にも拡大した状態となる。よって、画像光Ｇは瞳径よりも拡大された状態で、使用者の左眼ＬＥに向かって射出される。射出された画像光Ｇは、使用者の左眼ＬＥの網膜上に結像され、画像を認識することができる。
【００８４】
また、上記説明では、左眼用表示部１１０Ａの構成について説明したが、右眼用表示部１１０Ｂについても同様の効果を得ることができる。すなわち、右眼用表示部１１０Ｂによれば、画像光Ｇが瞳径よりも拡大された状態で使用者の右眼に向かって射出され、右眼の網膜上に結像され、画像を認識することができる。
【００８５】
光出力部３２を含む視認部１３１Ａ、１３１Ｂに周囲から入射する光の少なくとも一部は、視認部１３１Ａ、１３１Ｂを透過し、使用者の左眼ＬＥおよび右眼に導かれる。これにより、使用者には、画像形成部１２０Ａ、１２０Ｂにより形成された画像光Ｇと、外界からの光学像とが重畳されて見える。
【００８６】
使用者は、装着型表示装置１０００の本体部１００を頭部に装着することにより、本体部１００から出力される画像光に応じた画像（虚像）を認識する。また、使用者は、本体部１００を頭部に装着したまま、本体部１００の視認部１３１Ａ，１３１Ｂを介して外界を見ることができる。
【００８７】
また、装着型表示装置１０００は瞳径より拡大された画像光Ｇを使用人に視認させることができる。よって、使用者は、画像の表示位置に瞳の位置に厳密に合わせる調整が不要となる。したがって、装着型表示装置１０００は、使い勝手に優れたものとなる。
【００８８】
また、光学素子１２２Ａの縦方向（Ｙ方向）の長さは、導光体３１のＹ方向の長さに一致している。そのため、光学素子１２２Ａが導光体３１からはみ出ることがないので、光学素子１２２Ａを小型化できる。よって、光学素子１２２Ａを備えた装着型表示装置１０００自体の小型化を実現している。
【００８９】
なお、本実施形態では、第１回折部２１が第１面２０ａのＸ方向の全域に亘って形成される場合を例に挙げたが、第１回折部２１のＸ方向における幅が第１面２０ａのＸ方向における幅よりも小さくても良い。この場合、第１回折部２１で覆われない領域は、ミラー２４により覆われることとなる。
【００９０】
（第二実施形態）
続いて、本発明の第二実施形態に係る光学素子について説明する。本実施形態は、光学素子の製造方法に特徴を有するものである。なお、第一実施形態と同じ構造については同じ名称を付し、その詳細な説明については省略する。
【００９１】
図７は本実施形態の光学素子１５０の断面構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の光学素子１５０は、透光性基板（導光体）５１と、第１回折部５４と、第２回折部５５と、ハーフミラー５３と、ミラー５２と、第１ベース部５４Ａと、第２ベース部（樹脂層）５５Ａとを有している。
【００９２】
本実施形態では、透光性基板５１として両面の平行度が確保されたガラス基板を用いた。
第１回折部５４および第２回折部５５は、例えば、表面レリーフ型回折格子から構成される。第１回折部５４は、Ｘ方向に延びる直線状の格子パターン５４ａを有している。第２回折部５５は、第１回折部５４と同様にＸ方向に延びる直線状の格子パターン５５ａを有している。格子パターン５４ａ、５５ａは、第一実施形態と同様、その格子周期が互いに同じである。
【００９３】
すなわち、本実施形態の第１回折部５４および第２回折部５５は、各々の格子パターン５４ａ、５５ａの配列ピッチが互いに等しく、且つ、各々の格子パターン５４ａ、５５ａを構成する格子の延在方向（Ｘ方向）が互いに一致している。
【００９４】
ハーフミラー５３は、透光性基板５１の一方の面の全面に設けられている。
【００９５】
第２ベース部５５Ａは、ハーフミラー５３を覆うように該ハーフミラー５３上に積層されている。第２ベース部５５Ａは、光透過性を有する樹脂材料から構成されている。
第２回折部５５は、後述のようにインプリント法を用いることで第２ベース部５５Ａと一体に形成されている。すなわち、第２ベース部５５Ａは、第２面５５ｂを有し、該第２面５５ｂに第２回折部の格子パターン５５ａが形成されている。
【００９６】
ミラー５２は、透光性基板５１のハーフミラー５３と反対側の面に設けられている。ミラー５２は、透光性基板５１のＹ方向における中央に開口５２ａが形成されている。
【００９７】
第１ベース部５４Ａは、開口５２ａを覆うようにミラー５２上に積層されている。第１ベース部５４Ａは、光透過性を有する樹脂材料から構成されている。
第１回折部５４は、後述のようにインプリント法を用いることで第１ベース部５４Ａと一体に形成されている。すなわち、第１ベース部５４Ａは、第１面５４ｂを有し、該第１面５４ｂに第１回折部の格子パターン５４ａが形成されている。
【００９８】
続いて、本実施形態の光学素子１５０の製造工程について説明する。図８は本実施形態の光学素子１５０の製造工程を示す図である。
【００９９】
まず、図８（ａ）に示すように、透光性基板５１の各面に、開口５２ａを有したミラー５２およびハーフミラー５３をそれぞれ形成する。ミラー５２およびハーフミラー５３は、例えば、スパッタ法等の従来公知の方法により形成される。
【０１００】
続いて、図８（ｂ）に示すように、開口５２ａを覆うように樹脂材料を塗布する。続いて図８（ｃ）に示すように、第１ベース部５４Ａに対して第１型部材（第１の型部材）６０を押圧してから樹脂材料を硬化させる。その後、第１型部材６０を取り外し、図８（ｄ）に示すように第１回折部５４を形成する。ここで、第１型部材６０は、第１回折部５４を構成する格子パターン５４ａの反転パターンからなる凹部６０ａが形成されている。そのため、第１型部材６０が押圧されると、第１ベース部５４Ａには格子パターン５４ａが簡便且つ確実に形成される。
【０１０１】
続いて、図８（ｅ）に示すように、ハーフミラー５３を覆うように樹脂材料を塗布する。続いて図８（ｆ）に示すように、第２ベース部５５Ａに対して第２型部材（第２の型部材）６１を押圧してから樹脂材料を硬化させる。そののち第２型部材６１を取り外し、図８（ｇ）に示すように第２回折部５５を形成する。ここで、第２型部材６１は、第２回折部５５を構成する格子パターン５５ａの反転パターンからなる凹部６１ａが形成されている。そのため、第２型部材６１が押圧されると、第２ベース部５５Ａには格子パターン５５ａが簡便且つ確実に形成される。
以上のようにして、本実施形態の光学素子１５０を製造することができる。
【０１０２】
本実施形態によれば、予めサイズおよび位置が決められた開口５２ａを基準として第１ベース部５４Ａを形成することができるので、第１ベース部５４Ａを精度良く形成することができる。これにより、第１ベース部５４Ａにインプリントで形成される第１回折部５４も位置精度が高く信頼性の高いものとすることができる。
【０１０３】
本実施形態によれば、透光性基板５１として両面の平行度が確保されたガラス基板を用いるため、該透光性基板５１の両面に形成されたミラー５２およびハーフミラー５３が高い平行度で対向配置されたものとすることができる。
よって、透光性基板５１に導入された光が該透光性基板５１内で反射を繰り返す際、入射角に対応した基板内伝播角度が維持されるので、画像光を良好に拡大させて外部に射出させることができる。
【０１０４】
また、樹脂材料のインプリントで回折素子を形成するため、第２回折部５５の格子パターン５５ａとハーフミラー５３との間に樹脂材料（第２ベース部５５Ａ）が配置された状態となっている。これにより、格子パターン５５ａとハーフミラー５３とが接触した状態となることが防止されるので、ハーフミラー５３に入射した光の一部を確実に反射して内部に戻すことができる。よって、透光性基板５１内で光の繰り返し反射を実現しつつ、樹脂材料を透過して格子パターン５５ａに到達した光のみを外部に射出させる画像拡大機能を発揮することができる。
【０１０５】
（第三実施形態）
続いて、本発明の第三実施形態に係る光学素子について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは、ハーフミラー２３の光学特性であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下ではハーフミラー２３の光学特性を主体に説明する。
【０１０６】
図９は本実施形態のハーフミラーの光学特性を示す図であり、図９（ａ）はハーフミラーの反射率の変化を示したグラフであり、図９（ｂ）は第２回折部２２から出射する画像光の強度を示したグラフである。なお、図９（ｂ）ではハーフミラーの中心（Ｙ＝０）に対して±１５ｍｍの範囲で外部に射出されるレーザー光の光強度を示している。また、図９（ｂ）では、画像光を構成する青色レーザー光ＬＢ、赤色レーザー光ＬＲ、緑色レーザー光ＬＧの各光強度を示している。
【０１０７】
ここで、ハーフミラー２３の反射率が導光板２０のＹ方向において一定である場合、導光板２０内を伝播する光強度の減衰が大きく、第１回折部２１からＹ方向に離れるに従って出射光の強度が大きく低下してしまう。
【０１０８】
これに対し、本実施形態では、第１回折部２１の中心光軸に対し、Ｙ方向に離間していくにつれて、ハーフミラー２３の反射率を漸次小さくしている。ここで、第１回折部２１の中心光軸とは、第１回折部２１のＹ方向の中心を通り、且つ、Ｚ方向に平行な光軸を意味する。
【０１０９】
本実施形態のハーフミラー２３は、図９（ａ）に示すように、中心（Ｙ＝０）の反射率が０．９５である場合、Ｙ方向の端部における反射率が０．９０まで漸次小さくなるようにする。
【０１１０】
ハーフミラー２３の形成材料としては、金属膜に比べて光の吸収が小さく導光板２０内を繰り返し反射して伝播する際の光強度の減衰を抑制することが可能な誘電体多層膜を用いるのが好ましい。誘電体多層膜としては、例えば、ＳｉＯ２（酸化珪素）、ＴｉＯ２（酸化チタン）などの屈折率が異なる光学薄膜を順次積層した構造を有するものを用いた。
【０１１１】
誘電体多層膜の反射率あるいは透過率を場所毎に変化させるには、誘電体多層膜を構成する各層の膜厚を場所によって徐々に変えるように成膜すれば良い。なお、極薄い金属薄膜をハーフミラー２３として用いても良く、この場合においても、膜厚を徐々に変えるように成膜することで反射率および透過率をＹ方向において調整することができる。
【０１１２】
以上述べたように本実施形態によれば、ハーフミラー２３で反射する際に、できるだけ導光板２０を伝播する光として戻すことにより、第１回折部２１の中心光軸から離れても導光板２０中に多くの光を残すことができる。
【０１１３】
また、上記構成によれば、ハーフミラー２３の透過率は第１回折部２１の中心光軸からＹ方向に離間していくに従って漸次高くすることができる。そのため、導光板２０に残っている光をより多く第２回折部２２側へ伝達させることができ、第１回折部２１からＹ方向に離れても出射される光強度の減少を抑制することがすることができる。
【０１１４】
よって、図９（ｂ）に示されるように、画像光を構成する青色レーザー光ＬＢ、赤色レーザー光ＬＲ、緑色レーザー光ＬＧの光強度のバラツキを所定範囲（光強度が０．０２５〜０．０６）内に抑えられる。すなわち、第２回折部２２から外部に射出される光強度を概ねＹ方向において均一化することが可能である。
【０１１５】
なお、図９（ｂ）に示すように、厳密には、青色レーザー光ＬＢ、赤色レーザー光ＬＲ、緑色レーザー光ＬＧの色毎に、光強度のバラツキが若干生じてしまう。
これは、図６に示したように、第１回折部２１で回折されたレーザー光Ｌは、波長が短いほど回折角が小さくなるためである。
【０１１６】
波長が短い青色レーザー光ＬＢはハーフミラー２３およびミラー２４に対する入射角が小さく、導光板２０を伝播して行く間にハーフミラー２３およびミラー２４で反射される回数が赤色レーザー光ＬＲよりも多くなる。このように、ハーフミラー２３およびミラー２４での反射回数が多くなると、導光板２０を伝播する途中で強度が早く減衰することになる。
【０１１７】
そこで、ハーフミラー２３およびミラー２４の少なくとも一方について、反射回数が多い青色レーザー光ＬＢに対する反射率を、赤色レーザー光ＬＲに対する反射率より高くし、導光板２０に戻す光強度を多くするようにしても良い。
【０１１８】
すなわち、ハーフミラー２３およびミラー２４の少なくとも一方について、入射角が小さい入射光に対する反射率を、入射角が大きい入射光に対する反射率より高くし、導光板２０に戻す光強度を多くするようにしても良い。
【０１１９】
（第四実施形態）
続いて、本発明の第三実施形態に係る光学素子について説明する。本実施形態と第一実施形態との違いは、光学素子の構造であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では光学素子の構造を主体に説明する。
【０１２０】
図１０は本実施形態の光学素子８０の概略構成を示す図であり、図１０（ａ）は光学素子８０の断面図であり、図１０（ｂ）は光学素子８０を光入射面側（−Ｚ方向）から視た平面図であり、図３（ｃ）は光学素子８０を光射出面側（＋Ｚ方向）から視た平面図である。
【０１２１】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態の光学素子８０は、導光板２０と、第１回折部７０と、第２回折部７３と、ハーフミラー２３と、ミラー２４とを有している。
【０１２２】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、導光板２０の第１面２０ａには、第１回折部７０およびミラー２４が設けられている。第１回折部７０は、第１面２０ａの中央に設けられている。ミラー２４は、第１回折部７０の周囲を囲む領域、すなわち、平面視で第１回折部７０に重ならない領域を覆うように第１面２０ａの全体に亘って形成されている。
【０１２３】
図１０（ａ）、（ｃ）に示すように、導光板２０の第２面２０ｂには、第２回折部７３が設けられている。第２回折部７３は、第２面２０ｂの全面に亘って設けられている。
【０１２４】
第１回折部７０および第２回折部７３は、例えば、表面レリーフ型回折格子から構成される。
第１回折部７０は、図１０（ｂ）に示すように、ＸＹ方向に二次元的に延びる十字格子状の格子パターン７１を有する。格子パターン７１は、Ｘ方向に沿って延びる複数の第１パターン（第１格子パターン）７１ａと、Ｙ方向に沿って延びる複数の第２パターン（第３格子パターン）７１ｂと、を含む。第１パターン７１ａは、その格子周期（配列ピッチ）がＰＹである。第２パターン７１ｂは、その格子周期（配列ピッチ）がＰＸである。なお、第１パターン７１ａおよび第２パターン７１ｂにおける各格子周期ＰＹ、ＰＸは、同じでもよいし、異なっていても良い。
【０１２５】
ここで、第１パターン７１ａおよび第２パターン７１ｂにおける格子周期ＰＹ、ＰＸを異ならせると、縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）の回折角度が異なるので、光学素子８０から射出された際の画像光Ｇの縦横の拡大比率が異なるようになる。一方、格子周期ＰＹ、ＰＸを同じにすれば、画像光Ｇの縦横の拡大比率を同じにして縦横を一律の割合で拡大することができる。
【０１２６】
第２回折部７３は、図１０（ｃ）に示すように、第１回折部７０と同様に、ＸＹ方向に二次元的に延びる十字格子状の格子パターン７４を有する。格子パターン７４は、Ｘ方向に沿って延びる複数の第１パターン（第２格子パターン）７４ａと、Ｙ方向に沿って延びる複数の第２パターン（第４格子パターン）７４ｂと、を含む。第１パターン７４ａは、その格子周期（配列ピッチ）が第１回折部７０の第１パターン７１ａと同じＰＹである。第２パターン７４ｂは、その格子周期（配列ピッチ）が第１回折部７０の第２パターン７１ｂと同じＰＸである。すなわち、平面視した状態において、第２回折部７３は、第１回折部７０よりもサイズが大きい。
なお、各格子パターンの深さは、使用する波長や必要な回折効率に応じて適宜決定される。
【０１２７】
すなわち、本実施形態の第１回折部７０および第２回折部７３は、各々の格子パターン７１、７４の配列ピッチが互いに等しく、且つ、各々の格子パターン７１、７４を構成する格子の延在方向（ＸＹ方向）が互いに一致している。
【０１２８】
本実施形態の光学素子８０によれば、上記第１回折部７０および第２回折部７３を備えるので、第一実施形態の光学素子１２２Ａにおいては縦方向（Ｙ方向）のみで得ることが可能であった入射角度を保持した状態での画像光の拡大機能を縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）の両方方向で実現することができる。
【０１２９】
このように本実施形態の光学素子８０によれば、画像光Ｇを縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）に拡大した状態とすることができる。
よって、本実施形態において、例えば、図２に示した導光ユニット１３０Ａを用いる場合、導光ユニット１３０Ａにより画像光Ｇを横方向（Ｘ方向）に拡大させる必要が無い。また、第一実施形態の導光ユニット１３０Ａは、導光ユニット１３０Ａに横方向（Ｘ方向）において画像拡大機能を得るために、光入力部３０および光出力部３２として回折素子３０ａ、３２ａを用いていた。これに対し、本実施形態では、上述のように、導光ユニット１３０Ａに画像拡大機能を持たせる必要が無いので、光入力部３０および光出力部３２として回折素子を用いる必要は無く、例えば、ミラーやプリズムを用いるようにしても良い。
【０１３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本発明の電気光学装置は、上述のような透過型のヘッドマウントディスプレイに限らず、没入型のヘッドマウントディスプレイに適用してもよい。また、光学素子を用いる投射型のプロジェクターや、他の虚像ディスプレイにも使用可能である。また、本発明の電気光学装置を適用可能な電子機器としては、他にも、ヘッドアップディスプレイや、窓を模した枠内に風景映像を表示する疑似窓を例示することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
２０ａ、５４ｂ…第１面（第１光入射部）、２０ｂ、５５ｂ…第２面（第１光射出部）、２０…導光板（第１導光体）、２１…第１回折部（第１回折素子）、２１ａ…格子パターン、２２…第２回折部（第２回折素子）、２２ａ…格子パターン、２４、５２…ミラー（反射膜）、５２ａ…開口、２３、５３…ハーフミラー（半透過反射膜）、３０…光入力部（第２光入射部）、３１…導光体（第２導光体）、３２…光出力部（第２光射出部）、５１…透光性基板（第１導光体）、５４Ａ…第１ベース部、５５Ａ…第２ベース部（樹脂層）、６０…第１型部材（第１型部材）、６１…第２型部材（第２型部材）、７１ａ…第１パターン、７２ｂ…第３パターン、７４ａ…第１パターン、７４ｂ…第２パターン、１００…本体部（装着部）、１２１Ａ，１２１Ｂ…画像光生成部、８０、１２２Ａ、１２２Ｂ、１５０…光学素子、１０００…装着型表示装置（電気光学装置）、Ｐ，ＰＸ，ＰＹ…格子周期（配列ピッチ）、Ｇ…画像光。
【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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【図９】
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【図１０】
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