JP2021092749A - 光学部材及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示される画像の品質の低下を抑制する。【解決手段】第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域を含む基材１１と、それぞれの領域に回折光学部材を備え、第１回折光学部材２０は、第１回折光学素子２１及び第２回折光学素子２２を、第２回折光学部材３０は、第３回折光学素子３１を、第３回折光学部材は、第４回折光学素子を、第４回折光学部材５０は、第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２を含み、第１回折光学素子で回折された光および第２回折光学素子で回折された光は、第１領域から第３領域に向けて基材内を導光され、第３回折光学素子で回折された光および第４回折光学素子で回折された光は、第３領域から第４領域に向けて基材内を導光され、第５回折光学素子で回折された第１波長域の光および第６回折光学素子で回折された第２波長域の光は、基材から出射する光学部材。【選択図】図５

Description

本発明は、光学部材及び光学部材を有する表示装置に関する。

表示部からの画像光を光学部材によって観察者の眼前に表示する表示装置として、ヘッドマウントディスプレイが知られている。このような表示装置において、例えば特許文献１に示すように、光学部材は、その内部に画像光を導光させるため及びその内部を導光している画像光を出射させるために、画像光の入射部及び出射部に設けられた回折光学素子を有している。回折光学素子は、光を回折させる回折格子を含んでいる。

回折格子に入射した光を回折させる条件は、回折する光の波長に大きく依存する。すなわち、ある波長の光に対応して当該波長の光を回折させるよう設けられた回折格子は、その波長とは大きく異なる他の波長の光をほとんど回折させない。このため、光学部材の入射部及び出射部には、導光させる画像光の波長に対応した複数の種類の回折格子が設けられている。典型的には、赤色、緑色、青色のそれぞれの波長の光に対応した３種の回折格子が設けられる。

画像光の入射部の回折光学素子にある波長の光を回折させるように設けられた回折格子で回折された光が、光学部材内を導光されて、画像光の出射部の回折光学素子に当該波長の光を回折させるように設けられた別の回折格子で回折されることで、その波長の画像光を出射させて観察者の眼前に画像を表示することができる。

特表２００９−１８６７９４号公報

ところで、ある波長の光に対応した回折格子は、その波長に近い波長の光も回折させ得る。このため、画像光の入射部に設けられた回折光学素子のある波長の光に対応した回折格子で回折された光が、画像光の出射部に設けられた回折光学素子の当該波長とは異なる波長の光に対応した回折格子で回折されてしまうことがある。このような光は意図された方向に回折されないため、その光が意図された方向とは異なる方向に表示されることになる。言い換えると、表示すべき画像のうち一部の色がずれて表示される。このように、異なる波長の光に対応した回折格子で光が回折されてしまうと、表示装置に表示されるべき画像の品質が低下してしまう。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、表示される画像の品質の低下を抑制することを目的とする。

本発明の光学部材は、
第１領域、第２領域、第３領域および第４領域を含む基材と、
前記基材の前記第１領域に積層され、第１回折格子及び第２回折格子を含む第１回折光学部材と、
前記基材の前記第２領域に積層され、第３回折格子を含む第２回折光学部材と、
前記基材の前記第２領域からずれて位置する前記第３領域に積層され、第４回折格子を含む第３回折光学部材と、
前記基材の第４領域に積層され、第５回折格子及び第６回折格子を含む第４回折光学部材と、を備える光学部材であって、
前記第１回折格子は、前記基材へ入射する光のうち第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記第１領域から前記第２領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
前記第２回折格子は、前記基材へ入射する光のうち前記第１波長域とは異なる第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記第１領域から前記第３領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
前記第３回折格子は、前記第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記第２領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
前記第４回折格子は、前記第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記第３領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
前記第５回折格子は、前記第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記基材から出射するようにし、
前記第６回折格子は、前記第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記基材から出射するようにする。

本発明の光学部材において、前記第１回折格子の回折効率及び前記第２回折格子の回折効率は、５０％以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１回折格子の回折効率及び前記第２回折格子の回折効率は、１０％以上３０％以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第３回折格子の回折効率は、前記第１領域から離間するにつれて高くなってもよい。

本発明の光学部材において、前記第４回折格子の回折効率は、前記第１領域から離間するにつれて高くなってもよい。

本発明の光学部材において、
前記第５回折格子の回折効率は、前記第２領域から離間するにつれて高くなり、
前記第６回折格子の回折効率は、前記第３領域から離間するにつれて高くなってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１領域から前記第２領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向と、前記第１領域から前記第３領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向とがなす角度は、７０°以上１１０°以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第２領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向と、前記第３領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向とは、互いに直交してもよい。

本発明の光学部材において、前記第１回折光学部材は、前記第１回折格子及び前記第２回折格子を含む第１回折光学素子を有してもよい。

本発明の光学部材において、前記基材の屈折率は、１．５０以上であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１回折光学部材の屈折率は、１．５０以上であってもよい。

本発明の光学部材において、
前記第１回折光学部材は、前記第１回折格子を含む第１回折光学素子と、前記第２回折格子を含む第２回折光学素子と、を含み、
前記第２回折光学部材は、前記第３回折格子を含む第３回折光学素子を含み、
前記第３回折光学部材は、前記第４回折格子を含む第４回折光学素子を含み、
前記第４回折光学部材は、前記第５回折格子を含む第５回折光学素子と、前記第６回折格子を含む第６回折光学素子と、を含み、
前記第１回折光学素子の厚さ及び前記第２回折光学素子の厚さは、前記第３回折光学素子の厚さ、前記第４回折光学素子の厚さ、前記第５回折光学素子の厚さ及び前記第６回折光学素子の厚さより厚くてもよい。

本発明の光学部材において、
前記基材に前記第１回折光学部材を接着する接着層をさらに備え、
前記接着層の屈折率は、１．５０以上であってもよい。

本発明の光学部材において、
前記第１回折光学部材は、少なくとも前記第１回折格子を含む第１回折光学素子を有し、
前記第１回折光学素子は、体積ホログラムであってもよい。

本発明の光学部材において、
前記第４回折光学部材は、少なくとも前記第５回折格子を含む第５回折光学素子を有し、
前記第５回折光学素子は、体積ホログラムであってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１波長域は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下及び４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１波長域は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記基材のうち平面視における任意の１ｍｍ角の領域において、最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さの差が５μｍ以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記基材の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であってもよい。

本発明の光学部材において、前記第１領域に入射して前記第１回折格子で回折した光は、再度前記第１回折格子で回折されてもよい。

本発明の光学部材において、少なくとも一部の前記第２回折光学部材は、前記第１回折光学部材から離間するにつれて前記第３回折格子が配置されている部分が多くなっていてもよい。

本発明の光学部材において、
前記第１回折光学部材は、前記第１波長の光を回折する第７回折格子をさらに含み、
前記第１回折格子が回折する光の前記第１回折光学部材への入射角の角度範囲は、前記第７回折格子が回折する光の前記第１回折光学部材への入射角の角度範囲と、一部において重複しており、
前記第１回折格子によって回折された光の前記第１回折光学部材からの出射角の角度範囲は、前記第７回折格子によって回折された光の前記第１回折光学部材からの出射角の角度範囲とずれていてもよい。

本発明の光学部材は、
前記第１回折光学部材を前記基材とは反対側から覆う保護層と、
前記基材と前記保護層との間に設けられた低屈折率層と、をさらに備えてもよい。

本発明の表示装置は、
上述したいずれかの光学部材と、
前記光学部材の前記第１領域に対面して配置され、画像光を出射する表示部と、を備える。

本発明によれば、表示される画像の品質の低下を抑制することができる。

図１は、眼前に配置された表示装置を示す斜視図である。 図２は、図１の表示装置が有する光学部材の正面図である。 図３は、図２の光学部材のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、図２の光学部材のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、図３に示した光学部材の断面図において、光学部材の作用を説明するための図である。 図６は、光学部材における回折光学素子への光の入射を説明するための図である。 図７は、回折光学素子への入射回数と回折格子の回折効率との関係における導光される光の割合を示す表である。 図８は、光学部材に含まれる回折光学素子の変形例を示す斜視図である。 図９は、光学部材における回折光学部材の一変形例を説明するための図である。 図１０は、光学部材における回折光学部材の一変形例を説明するための図である。 図１１は、光学部材の一変形例を説明するための光学部材の断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

なお、「シート面（板面、フィルム面）」とは、対象となるシート状（板状、フィルム状）の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材（板状部材、フィルム状部材）の平面方向と一致する面のことを指す。

また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件ならびにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１には、本実施の形態の表示装置の一例として、ヘッドマウントディスプレイとして眼前に画像を表示する表示装置１が示されている。表示装置１は、画像光を出射する表示部５と、表示部５の各位置から出射された画像光を屈折させるレンズ７と、入射した表示部５からの画像光をその内部で導光させて観察者の眼前から出射する光学部材１０と、を有している。

表示部５は、画像光を出射する装置である。表示部５は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＣＯＳ、ＤＬＰ等の任意の表示部を用いることができる。表示部５は、光学部材１０の後述する第１領域１２に対面する位置に配置され、第１領域１２に向けて画像光を出射する。

レンズ７は、表示部５の各位置から出射された画像光を出射位置ごとに屈折させて略平行な方向に進む光にして、光学部材１０の第１領域１２に入射させる。レンズ７は、表示部５と光学部材１０との間であって、表示部５の画像光を出射する面に対面する位置に配置される。レンズ７は、例えば凸レンズであり、その焦点距離の位置に表示部５が配置されている。

光学部材１０は、画像光をその内部で導光して、観察者の眼前から出射させる。光学部材１０に入射する画像光が略平行な方向に進む光であると、光学部材１０から出射する画像光は、略平行な方向に進む光とすることができる。光学部材１０に入射する光及び光学部材１０から出射する光が、図１に実線矢印で示されており、光学部材１０の内部を導光する光が、図１に点線矢印で示されている。図１に示されているように、光学部材１０の表示部５に対面する領域に入射した光が、光学部材１０の画像を表示する領域まで進行方向を変更されながら導光され、観察者の眼前の画像を表示する領域から出射される。

光学部材１０は、基材１１と、第１回折光学部材２０と、第２回折光学部材３０と、第３回折光学部材４０と、第４回折光学部材５０と、第１接着層６２と、第２接着層６３と、第３接着層６４と、第４接着層６５と、を有している。第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０は、基材１１のそれぞれ別の領域に積層されている。第１回折光学部材２０は、第１接着層６２によって基材１１上に接着されることで、基材１１に積層されている。第２回折光学部材３０は、第２接着層６３によって基材１１上に接着されることで、基材１１に積層されている。第３回折光学部材４０は、第３接着層６４によって基材１１上に接着されることで、基材１１に積層されている。第４回折光学部材５０は、第４接着層６５によって基材１１上に接着されることで、基材１１に積層されている。

以下、図２乃至図４を参照しながら、光学部材１０の各構成要素について説明する。図２は、光学部材１０の正面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った光学部材１０の断面図であり、図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った光学部材１０の断面図である。

基材１１は、光学部材１０において、光を導光させる導光体として機能する。可視光を導光させるために、基材１１は透明になっている。また、基材１１は、板状の部材である。光は、板状の基材１１の一対の主面や基材１１上に設けられた回折光学部材等において反射、とりわけ全反射されることで、基材１１の内部を導光される。基材１１の主面において全反射しやすいよう、基材１１の屈折率は、光学部材１０の外部の空気等の屈折率より十分に大きくなっていることが好ましい。具体的には、基材１１の屈折率は、１．５０以上であることが好ましく、１．５５以上であることがより好ましく、１．６以上であることがさらにより好ましく、１．７以上であることがさらにより好ましく、１．８以上であることが最も好ましい。

なお、本明細書において、屈折率とは、波長が５８７．６ｎｍの光に対する屈折率のことを意味する。

基材１１は、その内部において光を導光させるための形状を維持するために、変形しにくい材料、すなわち剛性の高い材料からなる。また、基材１１は、基材１１上に積層された第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０を適切に支持している。基材１１としては、可視光透過性、剛性、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０の支持性等を考慮すると、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、アクリル等の樹脂材料や、ガラスであることが好ましい。特に、樹脂材料は、重量や脆性の観点から好適である。また、基材１１は、可視光透過性、剛性や、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０の支持性等を考慮すると、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の厚みである。さらに、基材１１の主面において光を全反射によって導光させるために、基材１１の主面は平坦性が高いことが好ましい。具体的には、基材１１のうち平面視における任意の１ｍｍ角の領域において、最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さの差が５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることがさらに好ましく、０．５μｍ以下であることがさらにより好ましい。

なお、透明とは、分光光度計（（株）島津製作所製「ＵＶ−３１００ＰＣ」、ＪＩＳ Ｋ ０１１５準拠品）を用いて測定波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲内で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される可視光透過率が、８０％以上であることを意味する。

また、図２に示すように、基材１１は、第１領域１２、第２領域１３、第３領域１４及び第４領域１５を含んでいる。少なくとも第２領域１３と第３領域１４とは、互いにずれて位置する領域である。とりわけ、少なくとも第２領域１３と第３領域１４とは、互いに重複していない領域である。図２に示された例では、第１領域１２、第２領域１３、第３領域１４及び第４領域１５は、それぞれ互いにずれて位置しており、重複していない領域である。また、第１領域１２と第２領域１３、第１領域１２と第３領域１４、第２領域１３と第４領域１５、第３領域１４と第４領域１５が、それぞれ互いに隣り合っている。ただし、第１領域１２は、第２領域１３及び第３領域１４の少なくとも一方と部分的に重なるようにしてもよい。また、第４領域１５は、第２領域１３及び第３領域１４の少なくとも一方と部分的に重なるようにしてもよい。

第１領域１２は、基材１１の一方の側において表示部５に対面する領域であって、表示部５からの画像光を光学部材１０及び基材１１に入射させる領域である。第１領域１２は、表示部５からの画像光を入射可能な十分な大きさを有している。具体的には、第１領域１２は、後述する第１方向ＤＡに沿った長さ及び第２方向ＤＢに沿った長さが２ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上である。一方、第１領域１２は、大きくなりすぎて光学部材１０を大型化しないよう、第１方向ＤＡに沿った長さ及び第２方向ＤＢに沿った長さが２０ｍｍ以下であることが好ましい。第２領域１３及び第３領域１４は、第１領域１２から第４領域１５に向かって基材１１内で画像光を導光させる領域である。第４領域１５は、基材１１の一方の側において観察者の眼前に対面する領域であって、光学部材１０及び基材１１から画像光を出射する領域である。第２領域１３は、第１領域１２から離間する方向に細長く延びている。第３領域１４は、第１領域１２から離間する方向に細長く延びている。第４領域１５は、第２領域１３の長手方向及び第３領域１４の延びる方向に広がっている。

第１回折光学部材２０は、光学部材１０に入射した光を回折させる。図２乃至図４に示すように、第１回折光学部材２０は、基材１１の第１領域１２に積層されている。第１回折光学部材２０は、第１回折光学素子２１及び第２回折光学素子２２を含んでいる。

第１回折光学素子２１は、第１回折格子２１ａを含んでいる。図２には、第１回折格子２１ａは、点線で示されている。第１回折格子２１ａは、基材１１へ入射する光のうち第１波長域の光を回折する。言い換えると、第１回折格子２１ａは、基材１１のシート面の法線方向から入射した第１波長域の光を回折させるように設けられている。第１回折格子２１ａで回折された第１波長域の光は、第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を第１方向ＤＡへ導光される。なお、基材１１内で導光される方向は、基材１１の平面視において、基材１１内における光の進行方向のことを意味している。したがって、基材１１内における厚み方向への移動を無視している。

なお、第１波長域の光を回折させるように設けられているとは、第１波長域に含まれる任意の波長の光に対する回折効率が、１０％以上であることを意味している。回折効率は、例えば分光光度計（（株）島津製作所製「ＵＶ−２４５０」）を用いて、透過率の差分から測定することができる。

第１回折光学素子２１の厚さは、厚くなっていることが好ましい。第１回折光学素子２１の厚さが厚くなっていることで、第１回折光学素子２１に入射した第１波長域の光が第１回折光学素子２１に含まれる第１回折格子２１ａで回折される割合を高くすることができる。言い換えると、回折光学素子が厚くなるほど、回折光学素子に含まれる回折格子での回折効率を向上させることができる。すなわち、第１回折光学素子２１の第１回折格子２１ａでの回折効率を向上させることができる。具体的には、第１回折光学素子２１の厚さは、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上となっている。

一方、第１回折格子２１ａの回折効率は、適切な範囲にあることが好ましい。具体的には、第１回折格子２１ａの回折効率は、５０％以下であることが好ましく、１０％以上４０％以下であることがより好ましく、１０％以上３０％以下であることがさらに好ましく、１５％以上２５％以下であることが最も好ましい。第１回折格子２１ａの回折効率を適切に設定することで、より多くの第１波長域の光を第１回折格子２１ａで回折されて第１領域１２から第２領域１３に向けて導光させることができる。

第２回折光学素子２２は、第２回折格子２２ａを含んでいる。図２には、第２回折格子２２ａは、点線で示されている。第２回折格子２２ａは、基材１１へ入射する光のうち第２波長域の光を回折する。言い換えると、第２回折格子２２ａは、基材１１のシート面の法線方向から入射した第２波長域の光を回折させるように設けられている。第２波長域は、第１波長域とは異なる波長域である。好ましくは、第２波長域は、第１波長域とは重複していない波長域である。第２回折格子２２ａで回折された第２波長域の光は、第１領域１２から第３領域１４に向けて基材１１内を第２方向ＤＢへ導光される。

第２回折光学素子２２の厚さは、厚くなっていることが好ましい。第２回折光学素子２２の厚さが厚くなっていることで、第２回折光学素子２２に入射した第２波長域の光が第２回折光学素子２２に含まれる第２回折格子２２ａで回折される割合を高くすることができる。すなわち、第２回折光学素子２２の第２回折格子２２ａでの回折効率を向上させることができる。具体的には、第２回折光学素子２２の厚さは、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上となっている。

一方、第２回折格子２２ａの回折効率は、適切な範囲にあることが好ましい。具体的には、第２回折格子２２ａの回折効率は、５０％以下であることが好ましく、１０％以上４０％以下であることがより好ましく、１０％以上３０％以下であることがさらに好ましく、１５％以上２５％以下であることが最も好ましい。第２回折格子２２ａの回折効率を適切に設定することで、より多くの第２波長域の光を第２回折格子２２ａで回折されて第１領域１２から第３領域１４に向けて導光させることができる。

ここで、第１波長域は、赤色、緑色、青色の光のうち、２つの色の光の波長域を含んでいる。例えば、第１波長域は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下及び４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である。すなわち、第１波長域は、赤色の光の波長域と青色の光の波長域とを含んでいる。この場合、第２波長域は、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である。すなわち、第２波長域は、緑色の光の波長域を含んでいる。あるいは、他の例として、第１波長域は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。すなわち、第１波長域は、緑色の光の波長域と青色の光の波長域とを含んでいる。この場合、第２波長域５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。すなわち、第２波長域は、赤色の光の波長域を含んでいる。

なお、青色の光の波長域と緑色の光の波長域とは近い波長であるため、青色の光の波長域を含む第１波長域の光を回折させるように意図された回折格子において、すなわち第１回折格子２１ａにおいて、緑色の光の波長域を含む第２波長域の光を回折させることがあり得る。同様に、緑色の光の波長域を含む第２波長域の光を回折させるように意図された回折格子において、すなわち第２回折格子２２ａにおいて、青色の光の波長域を含む第１波長域の光を回折させることがあり得る。

第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向、すなわち第１方向ＤＡと、第１領域１２から第３領域１４に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向、すなわち第２方向ＤＢとがなす角度は、直角に近いことが好ましい。具体的には、第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向（第１方向ＤＡ）と、第１領域１２から第３領域１４に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向（第２方向ＤＢ）とがなす角度は、７０°以上１１０°以下であることが好ましく、８０°以上１００°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましく、８９°以上９１°以下であることがさらにより好ましい。

第２回折光学部材３０は、第１回折光学部材２０で回折された光のうち、第１回折格子２１ａで回折された光を回折させる。図２及び図３に示すように、第２回折光学部材３０は、基材１１の第２領域１３に積層されている。第２回折光学部材３０は、第３回折光学素子３１を含んでいる。

第３回折光学素子３１は、第３回折格子３１ａを含んでいる。図２には、第３回折格子３１ａは、点線で示されている。第３回折格子３１ａは、第１回折格子２１ａで回折された光を回折する。すなわち、第３回折格子３１ａは、第１領域１２から第１方向ＤＡに基材１１内を進む第１波長域の光を回折する回折特性を有している。第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の光は、第２領域１３から第４領域１５に向けて基材１１内を導光される。

第３回折格子３１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっている。したがって、第３回折格子３１ａを含む第３回折光学素子３１の或る位置に入射した第１波長域の光の一部のみが回折されて、基材１１内を第４領域１５に向けて導光されるようになる。ただし、第２領域１３は第１方向ＤＡに長手方向を有している。このため、第３回折光学素子３１の或る位置で回折されなかった光は、その後、第３回折光学素子３１及び基材１１の表面で反射（好ましくは全反射）し、再び第３回折光学素子３１に入射する。

第３回折光学素子３１の厚さは、第１回折光学素子２１の厚さ及び第２回折光学素子の厚さより薄くなっていることが好ましい。この場合、第３回折格子３１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くすることができる。具体的には、第３回折光学素子３１の厚さは、１４μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが最も好ましい。

第３回折格子３１ａの回折効率は、好ましくは、第１領域１２から第１方向ＤＡに進む第１波長域の光が基材の第２領域１３を通過する前に、第３回折格子３１ａで回折されるよう設定されている。また、第３回折格子３１ａの回折効率は、好ましくは、第３領域１４内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第３回折格子３１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の光は、その後、第４領域１５でさらに回折されることで、画像光として光学部材１０から出射する。第３回折格子３１ａでの回折により、基材１１内を第４領域１５に進む光の第１方向ＤＡに沿った強度分布を均一化しておくことで、第４領域１５における第１波長域の画像光の第１方向ＤＡに沿った強度分布を均一化することができる。

第３回折格子３１ａの回折効率は、具体的には、基材１１の厚みや、第２領域１３の第１方向ＤＡに沿った長さ等を考慮して決定される。また、第３回折格子３１ａでの回折光の第１方向ＤＡに沿った強度分布を均一化する観点から、第３回折格子３１ａの回折効率は、第１領域１２に近接する側で低く、入射光の強度が低下する第１領域１２から離間する側で高くなっていることが好ましい。すなわち、第３回折格子３１ａの回折効率は、第１方向ＤＡに沿って第１領域１２から離間するにつれて高くなっていることが好ましい。

第３回折光学部材４０は、第１回折光学部材２０で回折された光のうち、第２回折格子２２ａで回折された光を回折させる。図２及び図４に示すように、第３回折光学部材４０は、基材１１の第３領域１４に積層されている。第３回折光学部材４０は、第４回折光学素子４１を含んでいる。

第４回折光学素子４１は、第４回折格子４１ａを含んでいる。図２には、第４回折格子４１ａは、点線で示されている。第４回折格子４１ａは、第２回折格子２２ａで回折された光を回折する。すなわち、第４回折格子４１ａは、第１領域１２から第２方向ＤＢに基材１１内を進む第２波長域の光を回折する回折特性を有している。第４回折格子４１ａで回折された第２波長域の光は、第３領域１４から第４領域１５に向けて基材１１内を導光される。

第４回折格子４１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっている。したがって、第４回折格子４１ａを含む第４回折光学素子４１の或る位置に入射した第２波長域の光の一部のみが回折されて、基材１１内を第４領域１５に向けて導光されるようになる。ただし、第３領域１４は第２方向ＤＢに長手方向を有している。このため、第４回折光学素子４１の或る位置で回折されなかった光は、その後、第４回折光学素子４１及び基材１１の表面で反射（好ましくは全反射）し、再び第４回折光学素子４１に入射する。

第４回折光学素子４１の厚さは、第１回折光学素子２１の厚さ及び第２回折光学素子の厚さより薄くなっていることが好ましい。この場合、第４回折格子４１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くすることができる。具体的には、第４回折光学素子４１の厚さは、１４μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが最も好ましい。

第４回折格子４１ａの回折効率は、好ましくは、第１領域１２から第２方向ＤＢに進む第２波長域の光が基材の第３領域１４を通過する前に、第４回折格子４１ａで回折されるよう設定されている。また、第４回折格子４１ａの回折効率は、好ましくは、第４領域１５内における第２方向ＤＢに沿った各位置において第４回折格子４１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。第４回折格子４１ａで回折された第２波長域の光は、その後、第４領域１５でさらに回折されることで、画像光として光学部材１０から出射する。第４回折格子４１ａでの回折により、基材１１内を第４領域１５に進む光の第２方向ＤＢに沿った強度分布を均一化しておくことで、第４領域１５における第２波長域の画像光の第２方向ＤＢに沿った強度分布を均一化することができる。

第４回折格子４１ａの回折効率は、具体的には、基材１１の厚みや、第３領域１４の第２方向ＤＢに沿った長さ等を考慮して決定される。また、第４回折格子４１ａでの回折光の第２方向ＤＢに沿った強度分布を均一化する観点から、第４回折格子４１ａの回折効率は、第１領域１２に近接する側で低く、入射光の強度が低下する第１領域１２から離間する側で高くなっていることが好ましい。すなわち、第４回折格子４１ａの回折効率は、第２方向ＤＢに沿って第１領域１２から離間するにつれて高くなっていることが好ましい。

第２領域１３から第４領域１５に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向と、第３領域１４から第４領域１５に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向とは、互いに直交していることが好ましい。図示された例において、第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の光は、第２方向ＤＢと平行に進み第４領域１５に向かう。また、図示された例において、第４回折格子４１ａで回折された第２波長域の光は、第１方向ＤＡと平行に進み第４領域１５に向かう。そして、第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の基材１１の平面視における導光方向である第２方向ＤＢは、第４回折格子４１ａで回折された第２波長域の基材１１の平面視における導光方向である第１方向ＤＡと直交している。

第４回折光学部材５０は、第２回折光学部材３０及び第３回折光学部材４０で回折された光を回折して、基材１１から出射させる。図２乃至図４に示すように、第４回折光学部材５０は、基材１１の第４領域１５に積層されている。第４回折光学部材５０は、第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２を含んでいる。

第５回折光学素子５１は、第５回折格子５１ａを含んでいる。図２には、第５回折格子５１ａは、点線で示されている。第５回折格子５１ａは、第３回折格子３１ａで回折された光を回折する。すなわち、第５回折格子５１ａは、第２領域１３から第２方向ＤＢに基材１１内を進む第１波長域の光を回折する回折特性を有している。第５回折格子５１ａで回折された第１波長域の光は、第４領域１５において基材１１から出射する。

第５回折格子５１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっている。したがって、第５回折格子５１ａを含む第５回折光学素子５１の或る位置に入射した第１波長域の光の一部のみが回折されて、第４領域１５において基材１１から出射されるようになる。ただし、第４領域１５は第２方向ＤＢに延びている。このため、第５回折光学素子５１の或る位置で回折されなかった光は、その後、第５回折光学素子５１及び基材１１の表面で反射（好ましくは全反射）し、再び第５回折光学素子５１に入射する。

第５回折光学素子５１の厚さは、第１回折光学素子２１の厚さ及び第２回折光学素子の厚さより薄くなっていることが好ましい。この場合、第５回折格子５１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くすることができる。具体的には、第５回折光学素子５１の厚さは、１４μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが最も好ましい。

第５回折格子５１ａの回折効率は、好ましくは、第２領域１３から第２方向ＤＢに進む第１波長域の光が基材１１の第４領域１５を通過する前に、第５回折格子５１ａで回折されるよう設定されている。また、第５回折格子５１ａの回折効率は、好ましくは、第４領域１５内における第２方向ＤＢに沿った各位置において第５回折格子５１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。第５回折格子５１ａで回折された第１波長域の光は、画像光として光学部材１０から出射する。第５回折格子５１ａでの回折により、第４領域１５から出射する第１波長域の画像光の第２方向ＤＢに沿った強度分布を均一化することができる。

第５回折格子５１ａの回折効率は、具体的には、基材１１の厚みや、第４領域１５の第２方向ＤＢに沿った長さ等を考慮して決定される。また、第５回折格子５１ａでの回折光の第２方向ＤＢに沿った強度分布を均一化する観点から、第５回折格子５１ａの回折効率は、第２領域１３に近接する側で低く、入射光の強度が低下する第２領域１３から離間する側で高くなっていることが好ましい。すなわち、第５回折格子５１ａの回折効率は、第２方向ＤＢに沿って第２領域１３から離間するにつれて高くなっていることが好ましい。

第６回折光学素子５２は、第６回折格子５２ａを含んでいる。図２には、第６回折格子５２ａは、点線で示されている。第６回折格子５２ａは、第４回折格子４１ａで回折された光を回折する。すなわち、第６回折格子５２ａは、第３領域１４から第１方向ＤＡに基材１１内を進む第２波長域の光を回折する回折特性を有している。第６回折格子５２ａで回折された第２波長域の光は、第４領域１５において基材１１から出射する。

第６回折格子５２ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっている。したがって、第６回折格子５２ａを含む第６回折光学素子５２の或る位置に入射した第２波長域の光の一部のみが回折されて、第４領域１５において基材１１から出射されるようになる。ただし、第４領域１５は第１方向ＤＡに延びている。このため、第６回折光学素子５２の或る位置で回折されなかった光は、その後、第６回折光学素子５２及び基材１１の表面で反射（好ましくは全反射）し、再び第６回折光学素子５２に入射する。

第６回折光学素子５２の厚さは、第１回折光学素子２１の厚さ及び第２回折光学素子の厚さより薄くなっていることが好ましい。この場合、第６回折格子５２ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くすることができる。具体的には、第６回折光学素子５２の厚さは、１４μｍ以下であることが好ましく、８μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが最も好ましい。

第６回折格子５２ａの回折効率は、好ましくは、第３領域１４から第１方向ＤＡに進む第２波長域の光が基材１１の第４領域１５を通過する前に、第６回折格子５２ａで回折されるよう設定されている。また、第６回折格子５２ａの回折効率は、好ましくは、第４領域１５内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第６回折格子５２ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。第６回折格子５２ａで回折された第２波長域の光は、画像光として光学部材１０から出射する。第６回折格子５２ａでの回折により、第４領域１５から出射する第２波長域の画像光の第１方向ＤＡに沿った強度分布を均一化することができる。

第６回折格子５２ａの回折効率は、具体的には、基材１１の厚みや、第４領域１５の第１方向ＤＡに沿った長さ等を考慮して決定される。また、第６回折格子５２ａでの回折光の第１方向ＤＡに沿った強度分布を均一化する観点から、第６回折格子５２ａの回折効率は、第３領域１４に近接する側で低く、入射光の強度が低下する第３領域１４から離間する側で高くなっていることが好ましい。すなわち、第６回折格子５２ａの回折効率は、第１方向ＤＡに沿って第３領域１４から離間するにつれて高くなっていることが好ましい。

第１回折光学素子２１、第２回折光学素子２２、第３回折光学素子３１、第４回折光学素子４１、第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２は、典型的には、ホログラムとすることができる。第１〜第６回折光学素子は、位相型のホログラムであってもよいし、振幅型のホログラムであってもよい。また、第１〜第６回折光学素子は、反射型のホログラムであってもよいし、透過型のホログラムであってもよい。さらに、第１〜第６回折光学素子は、体積ホログラムであってもよいし、レリーフ型ホログラムであってもよいし、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）であってもよい。ただし、第１回折格子２１ａを含む第１回折光学素子２１及び第２回折格子２２ａを含む第２回折光学素子２２は、体積ホログラムであることが好ましい。また、第５回折格子５１ａを含む第５回折光学素子５１及び第６回折格子５２ａを含む第６回折光学素子５２は、体積ホログラムであることが好ましい。図３及び図４に示された例において、第１回折光学素子２１、第２回折光学素子２２、第３回折光学素子３１、第４回折光学素子４１、第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２は、反射型の体積ホログラムとなっている。

また、図示された例のように、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０が光学部材１０の表面に形成されている場合、第１〜第４回折光学部材は、基材１１とともに光を導光させる。第１〜第４回折光学部材の表面において光を全反射させるために、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０の屈折率は、光学部材１０の外部の空気等の屈折率より十分に大きくなっていることが好ましい。具体的には、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０の屈折率は、１．５０以上であることが好ましく、１．５５以上であることがより好ましく、１．６以上であることがさらに好ましく、１．７以上であることがさらにより好ましく、１．８以上であることが最も好ましい。

第１接着層６２は、基材１１の第１領域１２に第１回折光学部材２０を接着している。すなわち、第１接着層６２は、第１領域１２において、基材１１と第１回折光学部材２０との間に配置されている。第２接着層６３は、基材１１の第２領域１３に第２回折光学部材３０を接着している。すなわち、第２接着層６３は、第２領域１３において、基材１１と第２回折光学部材３０との間に配置されている。第３接着層６４は、基材１１の第３領域１４に第３回折光学部材４０を接着している。すなわち、第３接着層６４は、第３領域１４において、基材１１と第３回折光学部材４０との間に配置されている。第４接着層６５は、基材１１の第４領域１５に第４回折光学部材５０を接着している。すなわち、第４接着層６５は、第４領域１５において、基材１１と第４回折光学部材５０との間に配置されている。

第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５としては、種々の接着性を有した材料からなる層を用いることができる。また、第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５は、可視光透過率が高いものを用いることが好ましい。このような接着層としては、アクリル系もしくはエポキシ系の樹脂からなる層を例示することができる。第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５の厚みは、それぞれ５μｍ以上２００μｍあることが好ましい。

また、第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５の屈折率は、光学部材１０の外部の空気等の屈折率より十分に大きくなっていることが好ましい。具体的には、第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５の屈折率は、１．５０以上であることが好ましく、１．５５以上であることがより好ましく、１．６以上であることがさらに好ましく、１．７以上であることがさらにより好ましく、１．８以上であることが最も好ましい。さらには、各接着層の屈折率は、当該接着層が接着させる回折光学部材の屈折率と基材１１の屈折率との間であることが好ましい。

図３及び図４に示された例では、第１回折光学部材２０、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０は、基材１１の同じ側に設けられている。しかしながら、これらは基材１１の一方の側と他方の側に設けられていてもよい。あるいは、例えば第１回折光学部材２０が、基材１１の一方の側と他方の側の両方に設けられていてもよい。基材１１の一方の側に設けられる回折光学素子は、反射型のホログラムとなり、基材１１の他方の側に設けられる回折光学素子は、透過型のホログラムとなる。

次に、表示装置１及び光学部材１０の作用について、図５を参照しながら説明する。図５は、図３に示した光学部材１０の断面図において、表示部５から入射した第１波長域の光が観察者の眼前に表示される状態を示している。

まず、表示部５が、拡散光となっている画像光を出射する。出射される画像光は、第１波長域の光と第２波長域の光とを含んでいる。典型的には、画像光は、赤色の波長域の光と、緑色の波長域の光と、青色の波長域の光と、を含んでいる。第１波長域は、青色の光の波長域と、赤色の波長域または緑色の波長域を含んでいる。第２波長域は、赤色の波長域または緑色の波長域のうち、第１波長域に含まれない波長域を含んでいる。

表示部５から出射した画像光は、レンズ７に入射する。図５に示すように、レンズ７によって、表示部５の各位置から出射された画像光は、出射位置ごとに拡散光から略平行な方向に進む光となる。図５に示された例では、表示部５の中心付近から出射された画像光と、表示部５の周縁付近から出射された画像光とは、レンズ７によって、それぞれ異なる角度で光学部材１０に入射する略平行な方向に進む光となっている。略平行となった画像光が、光学部材１０の第１領域１２に入射する。

第１領域１２に入射した画像光は、第１回折光学部材２０に入射する。図５に示すように、入射した画像光のうち、第１波長域の光は、第１回折光学素子２１の第１回折格子２１ａによって回折される。一方、図示されていない第２波長域の光は、第２回折光学素子２２の第２回折格子２２ａによって回折される。第１回折格子２１ａによって回折された光は、第１領域１２から第２領域１３に向かい、第２回折格子２２ａによって回折された光は、第１領域１２から第３領域１４に向かうよう、基材１１内を導光される。光は、基材１１の一対の主面や基材１１上に設けられた回折光学部材等で全反射されることで、基材１１内を導光される。

なお、図５では省略されているが、第１領域１２に入射して第１回折格子２１ａで回折した第１波長域の光は、基材１１内を導光されながら、再度第１回折光学素子２１に入射して、再度第１回折格子２１ａで回折されることがある。同様に、第１領域１２に入射して第２回折格子２２ａで回折した第２波長域の光は、基材１１内を導光されながら、再度第１回折光学素子２１に入射して、再度第２回折格子２２ａで回折されることがある。言い換えると、第１領域１２に入射した第１波長域の光は、第１回折格子２１ａで複数回回折され、第１領域１２に入射した第２波長域の光は、第２回折格子２２ａで複数回回折されることがある。

図５に示すように、第１回折光学部材２０で回折されて第２領域１３に向かう第１波長域の光は、第２回折光学部材３０に入射する。第２回折光学部材３０に入射した第１波長域の光は、第３回折光学素子３１の第３回折格子３１ａによって回折される。第３回折格子３１ａによって回折された光は、第２領域１３から第４領域１５に向かうよう、基材１１内を導光される。第３回折格子３１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっているため、第３回折光学素子３１の或る位置に入射した第１波長域の光の一部のみが回折されて、基材１１内を第４領域１５に向けて導光される。第３回折光学素子３１の或る位置で回折されなかった光は、その後、第３回折光学素子３１及び基材１１の表面で反射し、再び第３回折光学素子３１に入射する。

第３回折格子３１ａの回折効率は、第２領域１３内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第３回折格子３１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。本実施の形態では、第３回折格子３１ａの回折効率は、第１方向ＤＡに沿って第１領域１２から離間するにつれて高くなっている。したがって、第３回折格子３１ａで回折された光の第１方向ＤＡに沿った強度分布は、均一化されて、第４領域１５に入射する。

図示されていない第１回折光学部材２０で回折されて第３領域１４に向かう第２波長域の光は、第３回折光学部材４０に入射する。第３回折光学部材４０に入射した第２波長域の光は、第４回折光学素子４１の第４回折格子４１ａによって回折される。第４回折格子４１ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっているため、第４回折光学素子４１の或る位置に入射した第２波長域の光の一部のみが回折されて、基材１１内を第４領域１５に向けて導光される。第４回折光学素子４１の或る位置で回折されなかった光は、その後、第４回折光学素子４１及び基材１１の表面で反射し、再び第４回折光学素子４１に入射する。

第４回折格子４１ａの回折効率は、第３領域１４内における第２方向ＤＢに沿った各位置において第４回折格子４１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。本実施の形態では、第４回折格子４１ａの回折効率は、第１方向ＤＡに沿って第１領域１２から離間するにつれて高くなっている。したがって、第４回折格子４１ａでの回折された光の第２方向ＤＢに沿った強度分布は、均一化されて、第４領域１５に入射する。

第２回折光学部材３０で回折されて第４領域１５に向かう第１波長域の光及び第３回折光学部材４０で回折されて第４領域１５に向かう第２波長域の光は、第４回折光学部材５０に入射する。第１波長域の光は第２領域１３から第４領域１５に導光されて入射し、第２波長域の光は第３領域１４から第４領域１５に導光されて入射する。図示された例では、第１波長域の光は、第２方向ＤＢに沿って第２領域１３から第４領域１５に入射し、第２波長域の光は、第１方向ＤＡに沿って第３領域１４から第４領域１５に入射する。したがって、第１波長域の光と第２波長域の光とは、導光されて第４領域１５に入射する方向が異なっている。

図５に示すように、第４回折光学部材５０に入射した第１波長域の光は、第５回折光学素子５１の第５回折格子５１ａによって回折される。第５回折格子５１ａによって回折された光は、第４領域１５において基材１１から出射する。一方、図示されていない第４回折光学部材５０に入射した第２波長域の光は、第６回折光学素子５２の第６回折格子５２ａによって回折される。第６回折格子５２ａによって回折された光は、第４領域１５において基材１１から出射する。第５回折格子５１ａ及び第６回折格子５２ａの回折効率は、第１回折格子２１ａの回折効率や第２回折格子２２ａの回折効率よりも低くなっているため、第５回折光学素子５１や第６回折光学素子５２の或る位置に入射した光の一部のみが回折されて、基材１１から出射する。第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２の或る位置で回折されなかった光は、その後、第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２の表面で反射し、再び第５回折光学素子５１及び第６回折光学素子５２に入射する。

第５回折格子５１ａの回折効率は、第４領域１５内における第２方向ＤＢに沿った各位置において第５回折格子５１ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。本実施の形態では、第５回折格子５１ａの回折効率は、第２方向ＤＢに沿って第２領域１３から離間するにつれて高くなっている。したがって、第５回折格子５１ａで回折されて出射した光の第２方向ＤＢに沿った強度分布は、均一化されて、第４領域１５から出射する。

同様に、第６回折格子５２ａの回折効率は、第４領域１５内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第６回折格子５２ａで回折される光の強度が均一となるように調節されている。本実施の形態では、第６回折格子５２ａの回折効率は、第１方向ＤＡに沿って第３領域１４から離間するにつれて高くなっている。したがって、第６回折格子５２ａで回折されて出射した光の第１方向ＤＡに沿った強度分布は、均一化されて、第４領域１５から出射する。

第４領域１５において基材１１から出射した光を観察者が観察することで、画像を視認することができる。観察者の眼前に対面する第４領域１５において出射される第１波長域の光及び第２波長域の光が第４領域１５の第１方向ＤＡ及び第２方向ＤＢにおいて均一な強度となっている略平行な光であるため、観察者の位置がずれたとしても、画像を均一な明るさで観察することができる。

上述したように、従来の光学部材においては、画像光の入射部に設けられたある波長の光に対応する回折格子で回折された光が、画像光の出射部に設けられた当該波長とは異なる波長の光に対応する回折格子で回折されてしまうことがある。このような光は意図された方向に回折されないため、表示装置に表示されるべき画像の品質を低下させてしまう。とりわけ、このような現象は、近い波長に対応する回折格子の間で起こりやすい。具体的には、青色の波長の光に対応した回折格子は、青色の波長に近い波長の緑色の波長の光をも回折させてしまい得る。

ところで、回折格子に入射した光を回折させる条件には、回折する光の波長のほかに、回折格子に入射する光の角度もある。すなわち、意図された方向から回折格子に入射する光は回折されやすく、意図された方向から大きく異なる方向から回折格子に入射する光はほとんど回折されない。例えば、意図された方向と直交する方向から回折格子に入射する光はほとんど回折されない。

本実施の形態の光学部材１０では、第１波長域の光は、第１回折光学素子２１の第１回折格子２１ａによって第１領域１２から第２領域１３に向けて導光され、第３回折光学素子３１の第３回折格子３１ａによって第２領域１３から第４領域１５に向けて導光された後、第５回折光学素子５１の第５回折格子５１ａによって第４領域１５から出射する。また、第２波長域の光は、第２回折光学素子２２の第２回折格子２２ａによって第１領域１２から第３領域１４に向けて導光され、第４回折光学素子４１の第４回折格子４１ａによって第３領域１４から第４領域１５に向けて導光された後、第６回折光学素子５２の第６回折格子５２ａによって第４領域１５から出射する。このように、第１波長域の光と第２波長域の光とが、大きく異なる方向から光を出射させる第４領域１５に進んでくる。そして、第５回折格子５１ａは、第２領域１３から第４領域１５に向けて導光された第１波長域の光（図示された例において、基材１１内を第２方向ＤＢに進む第１波長域の光）を回折するよう設けられており、第６回折格子５２ａは、第３領域１４から第４領域１５に進んでくる第２波長域の光（図示された例において、基材１１内を第１方向ＤＡに進む第２波長域の光）を回折するよう設けられている。したがって、第５回折格子５１ａでは、第３領域１４から第４領域１５に向けて導光された第２波長域の光はほとんど回折されず、第６回折格子５２ａでは、第２領域１３から第４領域１５に向けて導光された第１波長域の光はほとんど回折されない。このため、第１領域１２に設けられた第１波長域の光に対応する第１回折格子２１ａで回折された光が、第４領域１５に設けられた第２波長域の光に対応する第６回折格子５２ａで回折されてしまうことはほとんどない。同様に、第１領域１２に設けられた第２波長域の光に対応する第２回折格子２２ａで回折された光が、第４領域１５に設けられた第１波長域の光に対応する第５回折格子５１ａで回折されてしまうことはほとんどない。意図されない回折が起こりにくいため、表示装置に表示されるべき画像の品質の低下を抑制することができる。

また、第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向と、第１領域１２から第３領域１４に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向とがなす角度は、７０°以上１１０°以下となっている。すなわち、第１領域１２において、第１波長域の光が導光される方向と第２波長域の光が導光される方向とがなす角度は、７０°以上１１０°以下となっている。言い換えると、第１波長域の光と第２波長域の光とを、異なる方向に分離することができる。このため、第１波長域の光は第３領域１４に導光されにくく、第２波長域の光は第２領域１３に導光されにくくすることができる。意図されない方向に光が導光されにくいため、光を効率よく利用することができる。

さらに、第２領域１３から第４領域１５に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向と、第３領域１４から第４領域１５に向けて基材１１内を導光する光の基材１１の平面視における導光方向とは、互いに直交する。すなわち、第４領域１５において第１波長域の光が導光される方向と第２波長域の光が導光される方向とが、互いに直交する。したがって、第４領域１５において、第１波長域の光は、第６回折格子５２ａが回折させるように意図された入射方向とは直交した方向から第６回折格子５２ａに入射する。また、第２波長域の光は、第５回折格子５１ａが回折させるように意図された入射方向とは直交した方向から第５回折格子５１ａに入射する。回折格子は、回折させるように意図された入射方向と直交する方向から入射する光は、ほとんど回折させない。したがって、意図されない回折がより起こりにくくなる。このため、表示装置に表示されるべき画像の品質の低下をより抑制することができる。

また、基材１１の屈折率は、１．５０以上であり、第１回折光学部材２０の屈折率は、１．５０以上であり、第１接着層６２の屈折率は、１．５０以上である。基材１１、第１回折光学部材２０及び第１接着層６２の屈折率が大きくなっていることで、基材１１の主面への入射角度が大きな光でも全反射させて、基材１１内を導光させることができる。このため、基材１１から出射する光を観察可能な角度、言い換えると光学部材１０の視野角を広げることができる。同様に、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０、第４回折光学部材５０、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５の屈折率が１．５０以上であることで、光学部材１０の視野角を広げることができる。

さらに、第１波長域は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下及び４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である。すなわち、第１波長域は、赤色の光の波長域と青色の光の波長域との２つの波長域を含んでいる。これらの２つの波長域は、十分に離れているため、同一の回折光学素子で回折しても、回折光学素子内においてそれぞれの波長域に対応した回折格子で回折されるため、意図されない方向に回折されにくい。したがって、第１波長域がこのような２つの色の波長域を含んでいても、表示装置に表示されるべき画像の品質が低下しにくい。

あるいは、第１波長域は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。すなわち、第１波長域は、緑色の光の波長域と青色の光の波長域との２つの波長域を含んでいる。これら２つの波長域は近いため、回折光学素子内において１つの波長域として回折格子を対応させることができる。このような回折格子で回折させることで、同一の波長に対応した回折格子で２つの色の波長域の光を回折させることができる。同一の回折格子で回折されるため、意図されない方向に回折されにくい。したがって、第１波長域がこのような２つの色の波長域を含んでいても、表示装置に表示されるべき画像の品質が低下しにくい。

また、第２領域１３において光は第４領域１５へ回折されるため、第２領域１３の第１領域１２に近い側では、光の強度が強く、第１領域１２から離間するにつれて、光の強度が弱くなる。第３回折格子３１ａの回折効率は、第１領域１２から離間するにつれて高くなっていることで、第２領域１３の全体において均一な強度となるように、第２領域１３から第４領域１５に第１波長域の光を回折することができる。すなわち、第４領域１５に向かう光は、第１方向ＤＡに沿った各位置において、均一な強度にすることができる。このように光を第４領域１５に向かわせることで、第１波長域の光を第４領域１５の第２方向ＤＢに沿った各位置において、均一な強度で出射しやすくなる。

同様に、第３領域１４において光は第４領域１５へ回折されるため、第３領域１４の第１領域１２に近い側では、光の強度が強く、第１領域１２から離間するにつれて、光の強度が弱くなる。第４回折格子４１ａの回折効率は、第１領域１２から離間するにつれて高くなっていることで、第３領域１４の全体において均一な強度となるように、第３領域１４から第４領域１５に第２波長域の光を回折することができる。すなわち、第４領域１５に向かう光は、第２方向ＤＢに沿った各位置において、均一な強度にすることができる。このように光を第４領域１５に向かわせることで、第２波長域の光を第４領域１５の第２方向ＤＢに沿った各位置において、均一な強度で出射しやすくなる。

さらに、第４領域１５において光は出射されていくため、第４領域１５の第２領域１３に近い側では、第１波長域の光の強度が強く、第２領域１３から離間するにつれて、第１波長域の光の強度が弱くなる。一方、第５回折格子５１ａの回折効率は、第２領域１３から離間するにつれて高くなっている。このため、第４領域１５において、第１波長域の光は、第２方向ＤＢに沿った各位置において、均一な強度で基材１１から出射することができる。同様に、第４領域１５の第３領域１４に近い側では、第２波長域の光の強度が強く、第３領域１４から離間するにつれて、第２波長域の光の強度が弱くなる。一方、第６回折格子５２ａの回折効率は、第３領域１４から離間するにつれて高くなっている。このため、第４領域１５において、第２波長域の光は、第１方向ＤＡに沿った各位置において、均一な強度で基材１１から出射することができる。

また、第１回折光学素子２１の厚さ及び第２回折光学素子２２の厚さは、第３回折光学素子３１の厚さ、第４回折光学素子４１の厚さ、第５回折光学素子５１の厚さ及び第６回折光学素子５２の厚さより厚くなっている。回折光学素子が厚くなるほど、回折光学素子に含まれる回折格子での回折効率を向上させることができるため、第１回折格子２１ａの回折効率及び第２回折格子２２ａの回折効率は、第３回折格子３１ａの回折効率、第４回折格子４１ａの回折効率、第５回折格子５１ａの回折効率及び第６回折格子５２ａの回折効率より高くすることができる。

一方、回折光学素子が薄くなると、回折光学素子に含まれる回折格子が少なくなる。回折光学素子に入射した光が干渉する回折格子が少ないため、回折格子に入射する光の角度が意図された方向とずれていても、回折されやすくなる。すなわち、回折光学素子が薄くなると、回折される光の角度範囲を広くすることができる。言い換えると、意図された方向とずれた方向から入射する光の回折効率を高くすることができる。

ここで、例えば体積ホログラムである回折光学素子は、硬化性の透明樹脂によって形成される。回折光学素子の製造時において、透明樹脂が硬化する際に収縮してしまう等により、回折光学素子が意図された形状から変形してしまうことがある。変形した回折光学素子における回折格子は、回折させるよう意図された光の入射方向がずれてしまう。すなわち、設計上意図された方向から回折格子に入射した光であっても、回折されにくくなってしまう。とりわけ、広い範囲に配置する第３〜第６回折光学素子は、設計上意図された形状から変形しやすい。このため、第３〜第６回折光学素子における第３〜第６回折格子は、設計上意図された方向から光が入射しても、光を回折しにくくなってしまう。

第３〜第６回折光学素子を薄くすることで、回折格子が回折させる入射方向として意図された方向とずれた方向から入射する光の回折効率を高くすることができる。したがって、第３〜第６回折光学素子にこのような変形が生じたとしても、設計上意図された方向から入射する光を回折することが可能となる。すなわち、製造時に回折光学素子が変形しても、設計上意図された方向から入射する光を回折することができる。

このように、第１、第２回折光学素子の厚さが第３〜第６回折光学素子の厚さより厚くなっていることで、表示部５から画像光が入射する第１回折光学部材２０における回折格子の回折効率を高くしながら、製造時に変形しやすい回折光学素子において回折格子が回折する光の角度範囲を広げることができる。

また、基材１１の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。基材１１が十分に薄くなっていることで、光学部材１０の全体を薄くすることができる。

一方、基材１１が薄くなっていると、例えば、図６に示すように、第１回折光学素子２１において第１回折格子２１ａで回折された光は、基材１１の主面で全反射された後、再度第１回折光学素子２１に入射することがある。再度第１回折光学素子２１に入射した光は、再度第１回折格子２１ａで回折され得る。すなわち、第１領域１２に入射して第１回折格子２１ａで回折した光は、再度第１回折格子２１ａで回折される。再度第１回折格子２１ａで回折された光は、基材１１内には向かわず、第１領域１２から出射してしまう。このため、複数回にわたって第１回折格子２１ａで回折されると、最終的に第１領域１２から第２領域１３に導光される光が少なくなってしまう。

基材１１を薄くしても複数回第１回折格子２１ａで回折されることを避けるためには、第１領域１２の第１方向ＤＡに沿った長さを短くすることが考えられる。しかしながら、第１領域１２の第１方向ＤＡに沿った長さを短くすると、表示部５からの画像光を入射させる領域が小さくなるため、第１領域１２に高解像度の画像光を入射させることが困難になる。複数回にわたって第１回折格子２１ａで回折されることを許容して第１領域１２の第１方向ＤＡに沿った長さを長くすることで、第１領域１２に高解像度の画像光を入射させることを可能にすることが求められる。

第１領域１２の第１方向ＤＡに沿った長さを十分に長くしながら基材１１の厚さを薄くすると、表示部５から入射して第１回折光学素子２１において第１回折格子２１ａで回折された光は、基材１１の主面で全反射された後、１〜５回程度、特には４回、再度第１回折光学素子２１に入射する。第１回折格子２１ａの回折効率を適切な範囲に調節することで、複数回にわたって第１回折格子２１ａで回折された際に第１領域１２から第２領域１３に導光される光の割合を変化させることができる。

同様に、第１領域１２の第２方向ＤＢに沿った長さを十分に長くしながら基材１１の厚さを薄くすると、表示部５から入射して第２回折光学素子２２において第２回折格子２２ａで回折された光は、基材１１の主面で全反射された後、１〜５回程度、特には４回、再度第２回折光学素子２２に入射する。第２回折格子２２ａの回折効率を適切な範囲に調節することで、複数回にわたって第２回折格子２２ａで回折された際に第１領域１２から第３領域１４に導光される光の割合を変化させることができる。

図７は、回折格子の回折効率と一度回折格子で回折された後に再度回折光学素子に入射する回数との関係において、最終的に第１領域１２から第２領域１３に導光される光の割合を示している表である。すなわち、表示部５から入射する光を１００％とした場合の、第１領域１２から第２領域１３に導光される光の割合を示している。図７から理解されるように、一度回折格子で回折された後に再度回折光学素子に入射する回数が１回以上の場合、回折格子の回折効率は、５０％以下であることが好ましい。また、一度回折格子で回折された後に再度回折光学素子に入射する回数が３回以上の場合、回折格子の回折効率は、１０％以上４０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましい。さらに、一度回折格子で回折された後に再度回折光学素子に入射する回数が４回以上の場合、回折格子の回折効率は、１５％以上２５％以下であることが好ましい。

さらに、第１回折格子２１ａを含む第１回折光学素子２１がレリーフ型ホログラムであると、一度第１回折格子２１ａで回折された後に再度第１回折光学素子２１に入射した光は、第１回折光学素子２１の表面で全反射して第１方向ＤＡに導光される０次回折光及び第１回折格子２１ａで回折されて第１領域１２から出射する１次回折光だけでなく、１次回折光とは逆側に回折されて第１領域１２から出射する−１次回折光や１次回折光とは異なる方向に回折されて第１領域１２から出射し得る２次以上の回折光となり得る。このため、第１回折光学素子２１がレリーフ型ホログラムである場合、特に複数回にわたって第１回折格子２１ａで回折されると、第１領域１２から第２領域１３に導光される光の割合が減少しやすい。

一方、第１回折格子２１ａを含む第１回折光学素子２１が体積ホログラムであると、−１次回折光や２次以上の回折光が生じないため、複数回にわたって第１回折格子２１ａで回折されても、第１領域１２から第２領域１３に導光される光の割合が減少しにくい。第１回折光学素子２１が体積ホログラムである場合、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第１領域１２から第２領域１３に導光される光を多くすることができる。同様に、第２回折格子２２ａを含む第２回折光学素子２２が体積ホログラムである場合、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第１領域１２から第３領域１４に導光される光を多くすることができる。

また、第５回折光学素子５１がレリーフ型ホログラムであると、第５回折光学素子５１に入射した光は、第５回折光学素子５１の表面で全反射して第２方向ＤＢに導光される０次回折光及び第５回折格子５１ａで回折されて第４領域１５から観察者の眼前に出射する１次回折光だけでなく、１次回折光とは逆側に回折されて第４領域１５から出射する−１次回折光や１次回折光とは異なる方向に回折されて第４領域１５から出射し得る２次以上の回折光となり得る。このため、第５回折光学素子５１がレリーフ型ホログラムである場合、第４領域１５から観察者の眼前に出射する光の割合が減少してしまう。

一方、第５回折格子５１ａを含む第５回折光学素子５１が体積ホログラムであると、−１次回折光や２次以上の回折光が生じないため、第４領域１５から観察者の眼前に出射する光の割合が減少しにくい。第５回折光学素子５１が体積ホログラムである場合、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第４領域１５から観察者の眼前に出射する光を多くすることができる。同様に、第６回折格子５２ａを含む第６回折光学素子５２が体積ホログラムである場合、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第４領域１５から観察者の眼前に出射する光を多くすることができる。

以上のように、本実施の形態の光学部材１０は、第１領域１２、第２領域１３、第３領域１４及び第４領域１５を含む基材１１と、基材１１の第１領域１２に積層され、第１回折格子２１ａ及び第２回折格子２２ａを含む第１回折光学部材２０と、基材１１の第２領域１３に積層され、第３回折格子３１ａを含む第２回折光学部材３０と、基材１１の第２領域１３からずれて位置する第３領域１４に積層され、第４回折格子４１ａを含む第３回折光学部材４０と、基材１１の第４領域１５に積層され、第５回折格子５１ａ及び第６回折格子５２ａを含む第４回折光学部材５０と、を備える光学部材であって、第１回折格子２１ａは、基材１１へ入射する光のうち第１波長域の光を回折して、回折された第１波長域の光が、第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を導光されるようにし、第２回折格子２２ａは、基材１１へ入射する光のうち第１波長域とは異なる第２波長域の光を回折して、回折された第２波長域の光が、第１領域１２から第３領域１４に向けて基材１１内を導光されるようにし、第３回折格子３１ａは、第１波長域の光を回折して、回折された第１波長域の光が、第２領域１３から第４領域１５に向けて基材１１内を導光されるようにし、第４回折格子４１ａは、第２波長域の光を回折して、回折された第２波長域の光が、第３領域１４から第４領域１５に向けて基材１１内を導光されるようにし、第５回折格子５１ａは、第１波長域の光を回折して、回折された第１波長域の光が、基材１１から出射するようにし、第６回折格子５２ａは、第２波長域の光を回折して、回折された第２波長域の光が、基材１１から出射するようにする。このような光学部材１０によれば、第５回折格子５１ａは、第２領域１３から第４領域１５に向けて導光された第１波長域の光を回折するよう設けられており、第３領域１４から第４領域１５に向けて導光された第２波長域の光をほとんど回折しない。同様に、第６回折格子５２ａは、第３領域１４から第４領域１５に向けて導光された第２波長域の光を回折するよう設けられており、第２領域１３から第４領域１５に向けて導光された第１波長域の光をほとんど回折しない。意図されない回折が起こりにくいため、表示装置に表示されるべき画像の品質の低下を抑制することができる。

本発明の態様は、上述した個々の実施の形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

例えば、第１波長域が、１つの色の光の波長域のみを含んでもよい。この場合、第１回折光学部材２０が、第１波長域及び第２波長域とは異なる第３波長域の光を回折させる更なる回折格子を含む別の回折光学素子を含んでもよい。例えば第１波長域は赤色の光の波長域を含み、第２波長域は緑色の光の波長域を含み、第３波長域は青色の光の波長域を含む。この回折光学素子の回折格子で回折された第３波長域の光は、第１領域１２から第２領域１３に向けて基材１１内を第１方向ＤＡへ導光される。

また、第２回折光学部材３０は、第３波長域の光を回折するための更なる回折格子を含む別の回折光学素子を含む。この回折光学素子の回折格子で回折された第３波長域の光は、第２領域１３から第４領域１５に向けて基材１１内を第２方向ＤＢへ導光される。

さらに、第４回折光学部材５０は、第３波長域の光を回折するための更なる回折格子を含む別の回折光学素子を含む。この回折光学素子の回折格子で回折された第３波長域の光は、第４領域１５から出射される。

また、上述した実施の形態では、各光学部材は、接着層によって基材１１に接着されていた。しかしながら、各光学部材は、光学部材自体が有する接着性によって基材１１に接着されていてもよい。すなわち、第１接着層６２、第２接着層６３、第３接着層６４及び第４接着層６５は、省略されていてもよい。

上述した実施の形態では、第１回折光学部材２０は、第１波長域の光を回折する第１回折光学素子２１と、第２波長域の光を回折する第２回折光学素子２２と、を含んでいる。しかしながら、第１回折光学部材２０は、第１波長域の光及び第２波長域の光を回折する第１回折光学素子２１のみを含んでいてもよい。この場合、図８に示すように、第１回折光学素子２１は、第１波長域の光を回折する第１回折格子２１ａと、第２波長域の光を回折する第２回折格子２２ａと、を含んでいる。このような第１回折光学素子２１は、体積ホログラムであることが好ましい。第１回折光学素子２１が体積ホログラムである場合、上述した実施の形態と同様に、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第１領域１２から第２領域１３に導光される光を多くすることができる。

このように、第１回折格子２１ａと第２回折格子２２ａとが、同一の回折光学素子に形成されていることで、第１回折格子２１ａを有する回折光学素子と第２回折格子２２ａを有する回折光学素子とを接着する接着層を設ける必要がない。

同様に、第４回折光学部材５０は、第１波長域の光及び第２波長域の光を回折する第５回折光学素子５１のみを含んでいてもよい。この場合、第５回折光学素子５１は、第１波長域の光を回折する第５回折格子５１ａと、第２波長域の光を回折する第６回折格子５２ａと、を含んでいる。このような第５回折光学素子５１は、体積ホログラムであることが好ましい。第５回折光学素子５１が体積ホログラムである場合、上述した実施の形態と同様に、レリーフ型ホログラムである場合に比べて、第４領域１５から観察者の眼前に出射する光を多くすることができる。また、第５回折格子５１ａと第６回折格子５２ａとが、同一の回折光学素子に形成されていることで、第５回折格子を有する回折光学素子と第６回折格子を有する回折光学素子とを接着する接着層を設ける必要がない。

接着層を設けないことで、接着層を設けることによる界面の増加を回避することができる。界面における反射や屈折を増加させないため、反射や屈折による画像の品質の低下を抑制することができる。また、接着層を設ける必要がないため、コストを低減することができる。

また、図１０に示すように、第２回折光学部材３０が平面視において矩形である場合、第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の光が、さらに第３回折格子３１ａで回折されることがある。第３回折格子３１ａで複数回回折されると、第３領域１４内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第３回折格子３１ａで回折される光の強度が均一となるように調節することが複雑化する。

そこで、図９に示すように、少なくとも一部の第２回折光学部材３０の第１回折光学部材２０に近い側を遠い側より細くすることで、言い換えると、第１回折光学部材２０から離間するにつれて第３回折格子３１ａを含む第３回折光学素子３１が配置されている部分を多くすることで、特に第１回折光学部材２０に近い側において、第１波長域の光が第３回折格子３１ａで複数回回折されることを容易に回避することができる。このように、第２回折光学部材３０の形状を調節することで、第２領域１３内における第１方向ＤＡに沿った各位置において第３回折格子３１ａで回折される光の強度が均一となるように調節することが容易にできる。

図９に示した第２回折光学部材３０と同様に、少なくとも一部の第３回折光学部材４０の第１回折光学部材２０に近い側を遠い側より細くすることで、言い換えると、第１回折光学部材２０から離間するにつれて第４回折格子４１ａを含む第４回折光学素子４１が配置されている部分を多くすることで、特に第１回折光学部材２０に近い側において、第２波長域の光が第４回折格子４１ａで複数回回折されることを容易に回避することができる。このように、第３回折光学部材４０の形状を調節することで、第３領域１４内における第２方向ＤＢに沿った各位置において第４回折格子４１ａで回折される光の強度が均一となるように調節することが容易にできる。

さらに、上述した実施の形態では、第１波長域の光を回折させるための回折格子として、第１回折光学部材２０は第１回折格子２１ａのみを含んでおり、第２回折光学部材３０は、第３回折格子３１ａのみを含んでおり、第４回折光学部材５０は、第５回折格子５１ａのみを含んでいる。しかしながら、第１波長域の光を回折させるための回折格子として、第１回折光学部材２０は、第１回折格子２１ａに加えて第７回折格子をさらに含んでおり、第２回折光学部材３０は、第９回折格子をさらに含んでおり、第４回折光学部材５０は、第１１回折格子をさらに含んでいてもよい。

第７回折格子は、第１回折格子２１ａとは異なる角度で第１波長域の光を回折する。このため、第１回折光学部材２０が第１回折格子２１ａに加えて第７回折格子を含んでいることで、より広い角度範囲で第１領域１２に入射した第１波長域の光を第１回折光学部材２０で回折することができる。

第９回折格子は、第３回折格子３１ａとは異なる角度で第１波長域の光を回折する。このため、より広い角度範囲で第２領域１３に入射した第１波長域の光を第２回折光学部材３０で回折することができる。

第１１回折格子は、第５回折格子５１ａとは異なる角度で第１波長域の光を回折する。このため、より広い角度範囲で第４領域１５に入射した第１波長域の光を第４回折光学部材５０で回折することができる。

第１領域１２に入射して第１回折光学部材２０の第７回折格子で回折された第１波長域の光は、第１領域１２から第２領域１３に向かう。第２領域１３において第２回折光学部材３０に入射した光は、第２回折光学部材３０の第９回折格子によって回折され、第２領域１３から第４領域１５に向かう。第４領域１５において第４回折光学部材５０に入射した光は、第４回折光学部材５０の第１１回折格子で回折されて、第４領域１５から出射する。

第１回折格子２１ａで回折することができる第１波長域の光の入射角の角度範囲は、第７回折格子で回折することができる第１波長域の光の入射角の角度範囲と、一部において重複していることが好ましい。この場合、連続した入射角度で第１領域１２に対して入射する第１波長域の光を第１回折光学部材２０で回折することができる。

また、第１回折格子２１ａで回折された第１波長域の光の出射角の角度範囲は、第７回折格子で回折された光の出射角の角度範囲とずれていることが好ましい。すなわち、第１回折格子２１ａで回折された第１波長域の光の出射角の角度範囲は、第７回折格子で回折された第１波長の光の出射角の角度範囲と重複していないことが好ましい。この場合、第１回折格子２１ａで回折された第１波長域の光が第９回折格子で回折されたり、第７回折格子で回折された第１波長域の光が第３回折格子３１ａで回折されたりすることが生じにくい。また、第３回折格子３１ａで回折された第１波長域の光が第１１回折格子で回折されたり、第９回折格子で回折された第１波長域の光が第５回折格子５１ａで回折されたりすることが生じにくい。言い換えると、同一の角度で第４回折光学部材５０に入射した第１波長域の光が、第５回折格子５１ａ及び第９回折格子によって異なる角度で回折されることが抑制される。このため、第４回折光学部材５０で回折された第１波長域の光が２重像として観察されてしまうことを、効果的に抑制することができる。

同様に、第２波長域の光を回折させるための回折格子として、第１回折光学部材２０は、第２回折格子２２ａに加えて第８回折格子をさらに含んでおり、第３回折光学部材４０は、第４回折格子４１ａに加えて第１０回折格子をさらに含んでおり、第４回折光学部材５０は、第１２回折格子をさらに含んでいてもよい。

第８回折格子は、第２回折格子２２ａとは異なる角度で第２波長域の光を回折する。このため、第１回折光学部材２０が第２回折格子２２ａに加えて第８回折格子を含んでいることで、より広い角度範囲で第１領域１２に入射した第２波長域の光を第１回折光学部材２０で回折することができる。

第１０回折格子は、第４回折格子４１ａとは異なる角度で第２波長域の光を回折する。このため、より広い角度範囲で第３領域１４に入射した第２波長域の光を第３回折光学部材４０で回折することができる。

第１２回折格子は、第６回折格子５２ａとは異なる角度で第２波長域の光を回折する。このため、より広い角度範囲で第４領域１５に入射した第２波長域の光を第４回折光学部材５０で回折することができる。

第１領域１２に入射して第１回折光学部材２０の第８回折格子で回折された第２波長域の光は、第１領域１２から第３領域１４に向かう。第３領域１４において第３回折光学部材４０に入射した光は、第３回折光学部材４０の第１０回折格子によって回折され、第３領域１４から第４領域１５に向かう。第４領域１５において第４回折光学部材５０に入射した光は、第４回折光学部材５０の第１２回折格子で回折されて、第４領域１５から出射する。

第２回折格子２２ａで回折することができる第２波長域の光の入射角の角度範囲は、第８回折格子で回折することができる第２波長域の光の入射角の角度範囲と、一部において重複していることが好ましい。この場合、連続した入射角度で第１領域１２に対して入射する第２波長域の光を第１回折光学部材２０で回折することができる。

また、第２回折格子２２ａで回折された第２波長域の光の出射角の角度範囲は、第８回折格子で回折された光の出射角の角度範囲とずれていることが好ましい。すなわち、第２回折格子２２ａで回折された第２波長域の光の出射角の角度範囲は、第８回折格子で回折された第２波長の光の出射角の角度範囲と重複していないことが好ましい。この場合、第２回折格子２２ａで回折された第２波長域の光が第１０回折格子で回折されたり、第８回折格子で回折された第２波長域の光が第４回折格子４１ａで回折されたりすることが生じにくい。また、第４回折格子４１ａで回折された第２波長域の光が第１２回折格子で回折されたり、第１０回折格子で回折された第２波長域の光が第６回折格子５２ａで回折されたりすることが生じにくい。言い換えると、同一の角度で第４回折光学部材５０に入射した第２波長域の光が、第６回折格子５２ａ及び第１０回折格子によって異なる角度で回折されることが抑制される。このため、第４回折光学部材５０で回折された第２波長域の光が２重像として観察されてしまうことを、効果的に抑制することができる。

さらに、光学部材１０は、第１回折光学部材２０を基材１１とは反対側から覆う保護層１７を有していてもよい。図１１に示された例のように、保護層１７は、第１回折光学部材２０だけでなく、第２回折光学部材３０、第３回折光学部材４０及び第４回折光学部材５０も基材１１とは反対側から覆うことが好ましい。このような保護層１７は、覆っている各回折光学部材が有する回折光学素子を保護して回折光学素子が傷つくことを防止することができる。保護層１７は、回折光学素子を保護する十分な強度を有している。保護層１７は、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなり、とりわけ複屈折率の小さな材料であるポリカーボネート、アクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー等からなることが好ましい。また、保護層１７が薄すぎると、保護層１７の剛性が低くなるため、光学部材１０に外部からの力が加わると、保護層１７が変形してしまうことがある。一方、保護層１７が厚すぎると、光学部材１０に熱が加わると、保護層１７が大きく反るように変形してしまう。このような保護層１７の変形を抑制するため、保護層１７の厚さは、適切な範囲にあることが好ましい。具体的には、保護層１７の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、光学部材１０の表面強度を向上させるために、保護層１７は、ハードコート処理されていることが好ましい。

このような保護層１７が回折光学部材に接していると、基材内を導光している光が回折光学部材から保護層１７に入射することがある。保護層１７に入射した光を適切に導光させるためには、保護層１７を平坦にすることが求められる。しかしながら、十分な平坦性を有する保護層は、製造することが困難であり、また製造するとしてもコストがかかる。平坦性の低い保護層１７に基材内を導光している光が入射すると、光は適切に保護層１７内を導光されず、表示装置に表示される画像が劣化してしまう。そこで、保護層を回折光学部材から離間した位置に設けて、回折光学部材と保護層との間に空気層を設けることが考えられた。しかしながら、回折光学部材と保護層との間に空気層を設けると、光学部材全体が厚くなってしまう。また、空気層を適切に設けることも困難である。

そこで、図１１に示すように、基材１１と保護層１７との間に、低屈折率層１８を設けることが考えられた。すなわち、光学部材１０は、保護層１７に加え、低屈折率層１８をさらに有している。低屈折率層１８は、基材１１より屈折率が低い材料からなる。低屈折率層１８と基材１１との屈折率の差は、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましく、０．３以上であることがより好ましい。低屈折率層１８の屈折率は、例えば１．４以下であり、好ましくは１．３以下であり、より好ましくは１．２以下である。また、低屈折率層１８の厚さは、例えば０．０１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上５μｍ以下である。このような低屈折率層１８は、例えばフッ素樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、中空シリカ、及びこれらの混合物のいずれかを基材１１及び回折光学部材上にコーティングすることで、容易に作製することができる。とりわけ、低屈折率層１８の材料としては、特に屈折率の低いフッ素樹脂、中空シリカからなることが好ましい。また、このように低屈折率層１８を作製することで、回折光学部材に圧力がかかりにくく、したがって低屈折率層１８によって回折光学部材に歪みを生じさせにくくできる。

１ 表示装置
５ 表示部
７ レンズ
１０ 光学部材
１１ 基材
１２ 第１領域
１３ 第２領域
１４ 第３領域
１５ 第４領域
１７ 保護層
１８ 低屈折率層
２０ 第１回折光学部材
２１ 第１回折光学素子
２１ａ 第１回折格子
２２ 第２回折光学素子
２２ａ 第２回折格子
３０ 第２回折光学部材
３１ 第３回折光学素子
３１ａ 第３回折格子
４０ 第３回折光学部材
４１ 第４回折光学素子
４１ａ 第４回折格子
５０ 第４回折光学部材
５１ 第５回折光学素子
５１ａ 第５回折格子
５２ 第６回折光学素子
５２ａ 第６回折格子
６２ 第１接着層
６３ 第２接着層
６４ 第３接着層
６５ 第４接着層

Claims (21)

1. 第１領域、第２領域、第３領域および第４領域を含む基材と、
   前記基材の前記第１領域に積層され、第１回折格子及び第２回折格子を含む第１回折光学部材と、
   前記基材の前記第２領域に積層され、第３回折格子を含む第２回折光学部材と、
   前記基材の前記第２領域からずれて位置する前記第３領域に積層され、第４回折格子を含む第３回折光学部材と、
   前記基材の第４領域に積層され、第５回折格子及び第６回折格子を含む第４回折光学部材と、を備える光学部材であって、
   前記第１回折格子は、前記基材へ入射する光のうち第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記第１領域から前記第２領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
   前記第２回折格子は、前記基材へ入射する光のうち前記第１波長域とは異なる第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記第１領域から前記第３領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
   前記第３回折格子は、前記第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記第２領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
   前記第４回折格子は、前記第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記第３領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光されるようにし、
   前記第５回折格子は、前記第１波長域の光を回折して、回折された前記第１波長域の光が、前記基材から出射するようにし、
   前記第６回折格子は、前記第２波長域の光を回折して、回折された前記第２波長域の光が、前記基材から出射するようにする、光学部材。
2. 前記第１回折格子の回折効率及び前記第２回折格子の回折効率は、５０％以下である、請求項１に記載の光学部材。
3. 前記第１回折格子の回折効率及び前記第２回折格子の回折効率は、１０％以上３０％以下である、請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記第３回折格子の回折効率は、前記第１領域から離間するにつれて高くなる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学部材。
5. 前記第４回折格子の回折効率は、前記第１領域から離間するにつれて高くなる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学部材。
6. 前記第５回折格子の回折効率は、前記第２領域から離間するにつれて高くなり、
   前記第６回折格子の回折効率は、前記第３領域から離間するにつれて高くなる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学部材。
7. 前記第１領域から前記第２領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向と、前記第１領域から前記第３領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向とがなす角度は、７０°以上１１０°以下である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学部材。
8. 前記第２領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向と、前記第３領域から前記第４領域に向けて前記基材内を導光する光の前記基材の平面視における導光方向とは、互いに直交する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学部材。
9. 前記第１回折光学部材は、前記第１回折格子及び前記第２回折格子を含む第１回折光学素子を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学部材。
10. 前記第１回折光学部材は、前記第１回折格子を含む第１回折光学素子と、前記第２回折格子を含む第２回折光学素子と、を含み、
    前記第２回折光学部材は、前記第３回折格子を含む第３回折光学素子を含み、
    前記第３回折光学部材は、前記第４回折格子を含む第４回折光学素子を含み、
    前記第４回折光学部材は、前記第５回折格子を含む第５回折光学素子と、前記第６回折格子を含む第６回折光学素子と、を含み、
    前記第１回折光学素子の厚さ及び前記第２回折光学素子の厚さは、前記第３回折光学素子の厚さ、前記第４回折光学素子の厚さ、前記第５回折光学素子の厚さ及び前記第６回折光学素子の厚さより厚い、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学部材。
11. 前記第１回折光学部材は、少なくとも前記第１回折格子を含む第１回折光学素子を有し、
    前記第１回折光学素子は、体積ホログラムである、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光学部材。
12. 前記第４回折光学部材は、少なくとも前記第５回折格子を含む第５回折光学素子を有し、
    前記第５回折光学素子は、体積ホログラムである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学部材。
13. 前記第１波長域は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下及び４００ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学部材。
14. 前記第１波長域は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光学部材。
15. 前記基材のうち平面視における任意の１ｍｍ角の領域において、最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さの差が５μｍ以下である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光学部材。
16. 前記基材の厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光学部材。
17. 前記第１領域に入射して前記第１回折格子で回折した光は、再度前記第１回折格子で回折される、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光学部材。
18. 少なくとも一部の前記第２回折光学部材は、前記第１回折光学部材から離間するにつれて前記第３回折格子が配置されている部分が多くなっている、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光学部材。
19. 前記第１回折光学部材は、前記第１波長域の光を回折する第７回折格子をさらに含み、
    前記第１回折格子が回折する光の前記第１回折光学部材への入射角の角度範囲は、前記第７回折格子が回折する光の前記第１回折光学部材への入射角の角度範囲と、一部において重複しており、
    前記第１回折格子によって回折された光の前記第１回折光学部材からの出射角の角度範囲は、前記第７回折格子によって回折された光の前記第１回折光学部材からの出射角の角度範囲とずれている、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光学部材。
20. 前記第１回折光学部材を前記基材とは反対側から覆う保護層と、
    前記基材と前記保護層との間に設けられた低屈折率層と、をさらに備える、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光学部材。
21. 請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の光学部材と、
    前記光学部材の前記第１領域に対面して配置され、画像光を出射する表示部と、を備える、表示装置。

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