JP2021103198A - Optical member, display device, head-mounted display device, and manufacturing method of optical member - Google Patents

Optical member, display device, head-mounted display device, and manufacturing method of optical member Download PDF

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JP2021103198A JP2019233354A JP2019233354A JP2021103198A JP 2021103198 A JP2021103198 A JP 2021103198A JP 2019233354 A JP2019233354 A JP 2019233354A JP 2019233354 A JP2019233354 A JP 2019233354A JP 2021103198 A JP2021103198 A JP 2021103198A
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ゆかり 矢田
Yukari Yada
ゆかり 矢田
啓子 関根
Keiko Sekine
啓子 関根
恵範 林田
Ehan Hayashida
恵範 林田
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Abstract

To uniformize brightness of image light emitted from an optical member as much as possible.SOLUTION: An optical member 10 comprises: a first diffraction optical member 20 including a first diffraction optical element 21; a second diffraction optical member 30 including, in a position displaced in a first direction d1 from the first diffraction optical member 20, a second diffraction optical element 31; and a third diffraction optical member 40 including, in a position displaced from the second diffraction optical member 30 in a second direction d2 that is non-parallel to the first direction d1, a third diffraction optical element 41. A desired relation is provided among diffraction efficiencies for the respective diffraction optical elements.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光学部材、光学部材を有する表示装置、表示装置を有する頭部装着型表示装置、及び光学部材の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical member, a display device having an optical member, a head-mounted display device having a display device, and a method for manufacturing the optical member.

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、頭部に装着して用いられる頭部装着型表示装置(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及び特許文献2に示すように、光学部材は、基材と、基材の内部に画像光を導光させるため及び基材の内部を導光している画像光を適切に出射させるための、画像光の入射部、拡張部及び出射部に設けられた回折光学素子と、を有している。 As a display device that displays the image light from the display unit in front of the observer's eyes by an optical member, a head-mounted display device (head-mounted display) that is used by being worn on the head is known. In such a display device, for example, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, the optical member guides the substrate and the inside of the substrate to guide the image light and the inside of the substrate. It has a diffractive optical element provided in an incident portion, an expanding portion, and an emitting portion of the image light in order to appropriately emit the image light.

光学部材の入射部に入射した画像光は、各波長に対応して入射部に設けられた回折光学素子で波長ごとに回折される。入射部に設けられた回折光学素子で回折された画像光は、基材内を導光されて、拡張部に入射する。拡張部に入射した画像光は、各波長に対応して拡張部に設けられた別の回折光学素子で、拡張部の広い範囲に拡張されるように波長ごとに回折される。拡張部に設けられた回折光学素子で回折された画像光は、基材内をさらに導光されて、出射部に入射する。出射部に入射した画像光は、各波長に対応して出射部に設けられたさらに別の回折光学素子で、出射部の全体から出射するように拡張されて波長ごとに回折される。このようにして、各波長の画像光が光学部材から出射されて、観察者の眼前に画像を表示することができる。 The image light incident on the incident portion of the optical member is diffracted for each wavelength by the diffractive optical element provided in the incident portion corresponding to each wavelength. The image light diffracted by the diffractive optical element provided in the incident portion is guided through the base material and incident on the extended portion. The image light incident on the expansion portion is diffracted for each wavelength so as to be expanded over a wide range of the expansion portion by another diffraction optical element provided in the expansion portion corresponding to each wavelength. The image light diffracted by the diffractive optical element provided in the expansion portion is further guided in the base material and incident on the exit portion. The image light incident on the emitting portion is expanded so as to be emitted from the entire emitting portion by another diffractive optical element provided in the emitting portion corresponding to each wavelength, and is diffracted for each wavelength. In this way, the image light of each wavelength is emitted from the optical member, and the image can be displayed in front of the observer's eyes.

特表2009−186794号公報Special Table 2009-186794 特開2015−102613号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-102613

ところで、拡張部において回折される画像光は、入射部の近くでは多くなるが、入射部から離れるにつれて少なくなる。同様に、出射部において回折される画像光は、拡張部の近くでは多くなるが、拡張部から離れるにつれて少なくなる。このため、出射部の各位置によって、出射部から出射する画像光の強度が不均一になってしまう。画像光の強度は、その画像光の明るさとなる。すなわち、光学部材の出射部から出射して観察者に観察される画像の明るさが不均一になってしまう。明るさが不均一になると、画像の品質を低下させてしまう。 By the way, the amount of image light diffracted in the expansion portion increases near the incident portion, but decreases as the distance from the incident portion increases. Similarly, the amount of image light diffracted at the exit portion increases near the expansion portion, but decreases as the distance from the expansion portion increases. Therefore, the intensity of the image light emitted from the emitting portion becomes non-uniform depending on the position of the emitting portion. The intensity of the image light is the brightness of the image light. That is, the brightness of the image emitted from the emitting portion of the optical member and observed by the observer becomes non-uniform. Non-uniform brightness will reduce the quality of the image.

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、光学部材から出射する画像光の明るさを均一に近づけることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a point, and an object of the present invention is to make the brightness of the image light emitted from the optical member uniform.

本発明の光学部材は、
基材と、
前記基材に積層され、第1回折光学素子を含む第1回折光学部材と、
前記第1回折光学部材から第1方向にずれた位置において前記基材に積層され、第2回折光学素子を含む第2回折光学部材と、
前記第2回折光学部材から前記第1方向に非平行な第2方向にずれた位置において前記基材に積層され、第3回折光学素子を含む第3回折光学部材と、を備える光学部材であって、
前記第1回折光学素子は、当該光学部材に入射した第1波長域の光を前記第1方向に向かうように回折し、
前記第2回折光学素子は、前記第1方向から入射した前記第1波長域の光を前記第2方向に向かうように回折し、
前記第3回折光学素子は、前記第2方向から入射した前記第1波長域の光を当該光学部材から出射するように回折し、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低い。
The optical member of the present invention
With the base material
A first diffractive optical member laminated on the base material and including a first diffractive optical element,
A second diffractive optical member laminated on the base material at a position deviated from the first diffractive optical member in the first direction and including a second diffractive optical element.
An optical member including a third diffractive optical member, which is laminated on the base material at a position deviated from the second diffractive optical member in the second direction, which is non-parallel to the first direction, and includes a third diffractive optical element. hand,
The first diffracting optical element diffracts light in the first wavelength region incident on the optical member so as to go in the first direction.
The second diffracting optical element diffracts the light in the first wavelength region incident from the first direction so as to go in the second direction.
The third diffracting optical element diffracts the light in the first wavelength region incident from the second direction so as to be emitted from the optical member.
The diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element has a unit area of the second diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the first direction from the region. Less than diffraction efficiency in one other region,
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the third diffractive optical element had the unit area of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. It is lower than the diffraction efficiency in one other region.

本発明の光学部材において、
前記第2回折光学素子の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低く、
前記第3回折光学素子の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くてもよい。
In the optical member of the present invention
The diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the second diffraction optical element has a unit area of the second diffraction optical element separated from the first diffraction optical member along the first direction from the region. Less than the diffraction efficiency in any other region
The diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the third diffractive optical element has a unit area of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. It may be lower than the diffraction efficiency in any other region.

本発明の光学部材において、前記第2回折光学素子及び前記第3回折光学素子は、体積ホログラムであってもよい。 In the optical member of the present invention, the second diffraction optical element and the third diffraction optical element may be volume holograms.

本発明の光学部材において、
前記第2回折光学素子は、前記第1波長域の光を回折させる第2回折格子が形成された第2回折部と、前記第2回折格子の非形成部である第2平坦部と、を含み、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第2回折部の割合は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第2回折部の割合より低くてもよい。
In the optical member of the present invention
The second diffracting optical element includes a second diffracting portion in which a second diffraction grating for diffracting light in the first wavelength region is formed, and a second flat portion which is a non-forming portion of the second diffraction grating. Including
The ratio of the second diffractive portion in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element is the ratio of the second diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the first direction from the region. It may be lower than the proportion of the second diffracting portion in another region having a unit area.

本発明の光学部材において、
前記第3回折光学素子は、前記第1波長域の光を回折させる第3回折格子が形成された第3回折部と、前記第3回折格子の非形成部である第3平坦部と、を含み、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第3回折部の割合は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第3回折部の割合より低くてもよい。
In the optical member of the present invention
The third diffracting optical element includes a third diffractive portion in which a third diffraction grating for diffracting light in the first wavelength region is formed, and a third flat portion which is a non-forming portion of the third diffraction grating. Including
The ratio of the third diffractive portion in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element is the ratio of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. It may be lower than the proportion of the third diffracting portion in another region having a unit area.

本発明の光学部材において、
前記第2回折光学素子において、前記第1波長域の光を回折させる第2回折格子を形成するように屈折率差があり、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第2回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第2回折格子を形成する屈折率差より低くてもよい。
In the optical member of the present invention
In the second diffracting optical element, there is a difference in refractive index so as to form a second diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region.
The difference in refractive index forming the second diffraction grating in a region having a unit area of the second diffraction optical element is the second distance from the region along the first direction from the first diffraction optical member. It may be lower than the difference in refractive index forming the second diffraction grating in a certain other region having a unit area of the diffractive optical element.

本発明の光学部材において、
前記第3回折光学素子において、前記第1波長域の光を回折させる第3回折格子を形成するように屈折率差があり、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第3回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第3回折格子を形成する屈折率差より低くてもよい。
In the optical member of the present invention
In the third diffracting optical element, there is a difference in refractive index so as to form a third diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region.
The difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element is the third, which is separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. It may be lower than the difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain other region having a unit area of the diffractive optical element.

本発明の光学部材において、少なくとも一部の前記第2回折光学部材の前記第2方向に沿った長さは、前記第1回折光学部材から離間するにつれて長くなっていてもよい。 In the optical member of the present invention, the length of at least a part of the second diffractive optical member along the second direction may increase as the distance from the first diffractive optical member increases.

本発明の光学部材は、
前記第1回折光学部材から前記第2方向にずれた位置において前記基材に積層され、第4回折光学素子を含む第4回折光学部材をさらに備え、
前記第1回折光学部材は、第5回折光学素子をさらに含み、
前記第3回折光学部材は、第6回折光学素子をさらに含み、
前記第5回折光学素子は、当該光学部材に入射した前記第1波長域とは異なる第2波長域の光を前記第2方向に向かうように回折し、
前記第4回折光学素子は、前記第2方向から入射した前記第2波長域の光を前記第1方向に向かうように回折し、
前記第6回折光学素子は、前記第1方向から入射した前記第2波長域の光を当該光学部材から出射するように回折し、
前記第4回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第4回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、
前記第6回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第6回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くてもよい。
The optical member of the present invention
A fourth diffractive optical member, which is laminated on the base material at a position deviated from the first diffractive optical member in the second direction and includes a fourth diffractive optical element, is further provided.
The first diffractive optical member further includes a fifth diffractive optical element.
The third diffractive optical member further includes a sixth diffractive optical element.
The fifth diffracting optical element diffracts light in a second wavelength region different from the first wavelength region incident on the optical member so as to go in the second direction.
The fourth diffracting optical element diffracts the light in the second wavelength region incident from the second direction so as to go toward the first direction.
The sixth diffracting optical element diffracts the light in the second wavelength region incident from the first direction so as to be emitted from the optical member.
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the fourth diffractive optical element had the unit area of the fourth diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the second direction from the region. Less than diffraction efficiency in one other region,
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the sixth diffractive optical element had the unit area of the sixth diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the first direction from the region. It may be lower than the diffraction efficiency in one other region.

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回折光学部材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。
The display device of the present invention
With any of the optics mentioned above
The optical member includes a display unit that is arranged so as to face the first diffraction optical member and emits image light.

本発明の頭部装着型表示装置は、上述した表示装置を備える。 The head-mounted display device of the present invention includes the above-mentioned display device.

本発明の第1の光学部材の製造方法は、
基材上にホログラム感材を設ける工程と、
前記ホログラム感材に対面してマスクを配置する工程と、
光を照射して前記マスクを介して前記ホログラム感材を露光して、前記ホログラム感材を不感化処理する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ホログラム感材を露光して、前記基材上にホログラムを形成する工程と、を備え、
前記マスクは、第1部分と、前記第1部分から第1方向にずれて位置する第2部分と、前記第2部分から前記第1方向に非平行な第2方向にずれて位置する第3部分と、を含み、
前記マスクは、前記第2部分及び前記第3部分において開口部を有し、
前記第2部分の単位面積を有したある領域における前記開口部の割合は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1部分から離間した前記第2部分の単位面積を有したある別の領域における前記開口部の割合より高く、
前記第3部分の単位面積を有したある領域における前記開口部の割合は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2部分から離間した前記第3部分の単位面積を有したある別の領域における前記開口部の割合より高い。
The method for manufacturing the first optical member of the present invention is
The process of providing the hologram sensitive material on the base material and
The process of arranging the mask facing the hologram sensitive material and
A step of irradiating light to expose the hologram sensitive material through the mask to desensitize the hologram sensitive material, and a step of desensitizing the hologram sensitive material.
The step of removing the mask and
A step of exposing the hologram sensitive material to form a hologram on the base material is provided.
The mask has a first portion, a second portion displaced from the first portion in the first direction, and a third portion displaced from the second portion in a second direction non-parallel to the first direction. Including parts,
The mask has openings in the second part and the third part.
The proportion of the opening in a region having a unit area of the second portion is another having a unit area of the second portion separated from the first portion along the first direction from the region. Higher than the proportion of said openings in the area,
The proportion of the opening in a region having a unit area of the third portion is another having a unit area of the third portion separated from the second portion along the second direction from the region. Higher than the proportion of said openings in the area.

本発明の第2の光学部材の製造方法は、
基材上にホログラム感材を設ける工程と、
前記ホログラム感材に対面して減光フィルタを配置する工程と、
光を照射して前記減光フィルタを介して前記ホログラム感材を露光して、前記ホログラム感材を不感化処理する工程と、
前記減光フィルタを除去する工程と、
前記ホログラム感材を露光して、ホログラムを形成する工程と、を備え、
前記減光フィルタは、第1部分と、前記第1部分から第1方向にずれて位置する第2部分と、前記第2部分から前記第1方向に非平行な第2方向にずれて位置する第3部分と、を含み、
前記第2部分の単位面積を有したある領域における光の透過率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1部分から離間した前記第2部分の単位面積を有したある別の領域における光の透過率より高く、
前記第3部分の単位面積を有したある領域における光の透過率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2部分から離間した前記第3部分の単位面積を有したある別の領域における光の透過率より高い。
The method for manufacturing the second optical member of the present invention is
The process of providing the hologram sensitive material on the base material and
The step of arranging the dimming filter facing the hologram sensitive material and
A step of irradiating light to expose the hologram sensitive material through the dimming filter to desensitize the hologram sensitive material.
The step of removing the dimming filter and
A step of exposing the hologram sensitive material to form a hologram is provided.
The dimming filter is located with a first portion, a second portion displaced from the first portion in the first direction, and a second portion displaced from the second portion in a second direction non-parallel to the first direction. Including the third part,
The light transmittance in a certain region having a unit area of the second part is a certain other region having a unit area of the second part separated from the first part along the first direction from the region. Higher than the light transmittance in
The light transmittance in a certain region having a unit area of the third part is a certain other region having a unit area of the third part separated from the second part along the second direction from the region. Higher than the light transmittance in.

本発明によれば、光学部材から出射する画像光の明るさを均一に近づけることができる。 According to the present invention, the brightness of the image light emitted from the optical member can be made uniform.

図1は、頭部装着型表示装置の一部であって、頭部に装着されることで眼前に配置された表示装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a head-mounted display device, which is mounted on the head and arranged in front of the eyes. 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。FIG. 2 is a front view of an optical member included in the display device of FIG. 図3は、図2の光学部材のIII−III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical member of FIG. 2 along lines III-III. 図4は、図2の光学部材のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the optical member of FIG. 図5は、光学部材の製造方法の一例を説明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view for explaining an example of a method for manufacturing an optical member. 図6は、光学部材の製造方法の一例を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view for explaining an example of a method for manufacturing an optical member. 図7は、図6のVII−VII線に沿った断面の一部であって、光学部材の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 7 is a part of a cross section taken along the line VII-VII of FIG. 6 and is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing an optical member. 図8は、光学部材の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing an optical member. 図9は、光学部材の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing an optical member. 図10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。FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the optical member in the cross-sectional view of the optical member shown in FIG. 図11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。FIG. 11 is a diagram for explaining the incident of light on the diffractive optical element in the optical member. 図12は、回折光学素子への入射回数と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。FIG. 12 is a table showing the ratio of the guided light in the relationship between the number of incidents on the diffraction optical element and the diffraction efficiency. 図13は、図2に対応する光学部材の回折光学素子の一変形例を説明するための光学部材の正面図である。FIG. 13 is a front view of the optical member for explaining a modification of the diffractive optical element of the optical member corresponding to FIG. 2. 図14は、図2に対応する光学部材の回折光学素子の他の変形例を説明するための正面図である。FIG. 14 is a front view for explaining another modification of the diffractive optical element of the optical member corresponding to FIG. 2. 図15は、光学部材の回折光学素子の他の変形例の製造方法の一例を説明するための平面図である。FIG. 15 is a plan view for explaining an example of a manufacturing method of another modification of the diffractive optical element of the optical member. 図16は、図15のXVI−XVI線に沿った断面の一部であって、光学部材の回折光学素子の他の変形例の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 16 is a part of a cross section taken along the line XVI-XVI of FIG. 15 and is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing method of another modification of the diffractive optical element of the optical member. 図17は、光学部材の回折光学素子の他の変形例の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing method of another modification of the diffractive optical element of the optical member. 図18は、光学部材の回折光学素子の他の変形例の製造方法の一例を説明するための断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing method of another modification of the diffractive optical element of the optical member. 図19は、光学部材の回折光学素子の他の変形例において、屈折率差の比較方法の一例を説明するための回折光学素子の一部の拡大写真である。FIG. 19 is an enlarged photograph of a part of the diffractive optical element for explaining an example of the method of comparing the refractive index difference in another modified example of the diffractive optical element of the optical member. 図20は、光学部材の回折光学素子の他の変形例において、屈折率差の比較方法の一例を説明するための回折光学素子の一部の拡大写真である。FIG. 20 is an enlarged photograph of a part of the diffractive optical element for explaining an example of the method of comparing the refractive index difference in another modified example of the diffractive optical element of the optical member. 図21は、光学部材の回折光学素子の他の変形例において、屈折率差の比較方法の一例を説明するための回折光学素子の他の一部の拡大写真である。FIG. 21 is an enlarged photograph of another part of the diffractive optical element for explaining an example of the method of comparing the refractive index difference in another modified example of the diffractive optical element of the optical member. 図22は、光学部材の回折光学素子の他の変形例において、屈折率差の比較方法の一例を説明するための回折光学素子の他の一部の拡大写真である。FIG. 22 is an enlarged photograph of another part of the diffractive optical element for explaining an example of the method of comparing the refractive index difference in another modified example of the diffractive optical element of the optical member. 図23は、光学部材の回折光学部材のさらに他の変形例を説明するための図である。FIG. 23 is a diagram for explaining still another modification of the diffraction optical member of the optical member. 図24は、光学部材の回折光学部材のさらに他の変形例を説明するための図である。FIG. 24 is a diagram for explaining still another modification of the diffraction optical member of the optical member. 図25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。FIG. 25 is a cross-sectional view of the optical member for explaining a modification of the optical member.

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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, the scale, aspect ratio, etc. are appropriately changed from those of the actual product and exaggerated for the convenience of illustration and comprehension.

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。 The "sheet surface (plate surface, film surface)" is a target sheet-like member (plate-like) when the target sheet-like (plate-like, film-like) member is viewed as a whole and from a broad perspective. A surface that coincides with the plane direction of a member or film-like member).

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。 In addition, as used in the present specification, the terms such as "parallel", "orthogonal", and "identical" and the values of length and angle that specify the shape and geometric conditions and their degrees are strictly used. Without being bound by meaning, we will interpret it including the range in which similar functions can be expected.

図1には、本実施の形態の一例として、頭部装着型表示装置1(ヘッドマウントディスプレイ)が示されている。頭部装着型表示装置1は、人の頭部に装着されて用いられ、眼前に画像を表示する。頭部装着型表示装置1は、頭部に装着された状態で眼前に画像を表示する表示装置3を有している。表示装置3は、画像光を出射する表示部5と、表示部5から出射された画像光を屈折させるレンズ7と、表示部5からの画像光が入射してその内部で導光させた後に観察者の眼前から出射する光学部材10と、を有している。 FIG. 1 shows a head-mounted display device 1 (head-mounted display) as an example of the present embodiment. The head-mounted display device 1 is used by being worn on a human head and displays an image in front of the eyes. The head-mounted display device 1 has a display device 3 that displays an image in front of the eyes while being worn on the head. The display device 3 includes a display unit 5 that emits image light, a lens 7 that refracts the image light emitted from the display unit 5, and after the image light from the display unit 5 is incident and guided inside the display unit 5. It has an optical member 10 that emits light from the front of the observer's eyes.

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回折光学部材20に対面する位置に配置され、第1回折光学部材20に向けて画像光を出射する。 The display unit 5 is a device that emits image light. As the display unit 5, any display unit such as a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, LCOS, or DLP can be used. The display unit 5 is arranged at a position facing the first diffraction optical member 20 described later of the optical member 10, and emits image light toward the first diffraction optical member 20.

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回折光学部材20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。 The lens 7 refracts the image light emitted from each position of the display unit 5 for each emission position to make light traveling in a substantially parallel direction, and causes the light to enter the first diffraction optical member 20 of the optical member 10. The lens 7 is arranged between the display unit 5 and the optical member 10 at a position facing the surface of the display unit 5 that emits image light. The lens 7 is, for example, a convex lens, and the display unit 5 is arranged at the position of the focal length thereof.

光学部材10は、一方の側から入射した画像光をその内部で導光して、観察者の眼前に出射させる。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を、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に対面する位置に入射した光が、光学部材10の画像を表示する位置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位置から出射される。 The optical member 10 guides the image light incident from one side inside the optical member 10 and emits it in front of the observer's eyes. When the image light incident on the optical member 10 travels in a substantially parallel direction, the image light emitted from the optical member 10 can be light that travels in a substantially parallel direction. The light incident on the optical member 10 and the light emitted from the optical member 10 are indicated by solid arrows in FIG. 1, and the light guiding the inside of the optical member 10 is indicated by a dotted arrow in FIG. .. As shown in FIG. 1, the light incident on the position facing the display unit 5 of the optical member 10 is guided to the position where the image of the optical member 10 is displayed while changing the traveling direction, and the observer's light is guided. It is emitted from the position where the image in front of the eye is displayed.

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、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のそれぞれ別の位置に積層されている。より詳しくは、第2回折光学部材30は、第1回折光学部材20から第1方向d1にずれた位置において基材11に積層されている。第3回折光学部材40は、第2回折光学部材30から第2方向d2にずれた位置において基材11に積層されている。第4回折光学部材50は、第1回折光学部材20から第2方向d2にずれた位置であって第3回折光学部材40から第1方向d1にずれた位置において基材11に積層されている。第2方向d2は、第1方向d1とは非平行な方向である。図示された例では、第1方向d1と第2方向d2とは、互いに直交している。 The optical member 10 includes a base material 11, a first diffraction optical member 20, a second diffraction optical member 30, a third diffraction optical member 40, and a fourth diffraction optical member 50. The first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 are laminated at different positions on the base material 11. More specifically, the second diffractive optical member 30 is laminated on the base material 11 at a position deviated from the first diffractive optical member 20 in the first direction d1. The third diffractive optical member 40 is laminated on the base material 11 at a position deviated from the second diffractive optical member 30 in the second direction d2. The fourth diffractive optical member 50 is laminated on the base material 11 at a position deviated from the first diffractive optical member 20 in the second direction d2 and at a position deviated from the third diffractive optical member 40 in the first direction d1. .. The second direction d2 is a direction non-parallel to the first direction d1. In the illustrated example, the first direction d1 and the second direction d2 are orthogonal to each other.

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。 Hereinafter, each component of the optical member 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 is a front view of the optical member 10. FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical member 10 along the line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical member 10 along the line IV-IV in FIG.

基材11は、光学部材10において、内部で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上に設けられた各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。 The base material 11 functions as a light guide body that guides light inside the optical member 10. The base material 11 is transparent in order to guide visible light. Further, the base material 11 is a plate-shaped member. Light is reflected, especially totally reflected, by a pair of main surfaces of the plate-shaped base material 11 and each diffraction optical member provided on the base material 11, so that the inside of the base material 11 is guided. It is preferable that the refractive index of the base material 11 is sufficiently larger than the refractive index of air or the like outside the optical member 10 so that total reflection is likely to occur on the main surface of the base material 11. Specifically, the refractive index of the base material 11 is preferably 1.50 or more, more preferably 1.55 or more, still more preferably 1.6 or more, and 1.7 or more. Is even more preferable, and 1.8 or more is most preferable.

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。 In the present specification, the refractive index means the refractive index for light having a wavelength of 587.6 nm.

また、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、60%以上であることを意味する。 In addition, transparency means the transmittance at each wavelength when measured within the measurement wavelength range of 380 nm to 780 nm using a spectrophotometer (“UV-3100PC” manufactured by Shimadzu Corporation, JIS K 0115 compliant product). It means that the visible light transmittance specified as the average value of is 60% or more.

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0.2mm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。 The base material 11 is made of a material that is not easily deformed, that is, a material having high rigidity, in order to maintain a shape for guiding light inside the base material 11. Further, the base material 11 appropriately supports the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 laminated on the base material 11. Considering, for example, the visible light transmittance, rigidity, supportability of the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 as the base material 11, for example. Resin materials such as polycarbonate, cycloolefin polymer, and acrylic, and glass are preferable. In particular, the resin material is suitable from the viewpoint of weight and brittleness. Further, the base material 11 is considered to have visible light transmission and rigidity, supportability of the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, the fourth diffraction optical member 50, and the like. The thickness is 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, preferably 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and more preferably 0.3 mm or more and 0.7 mm or less. Further, in order to guide light on the main surface of the base material 11 by total reflection, it is preferable that the main surface of the base material 11 has high flatness. Specifically, in an arbitrary 1 mm square region of the base material 11 in a plan view, the difference between the thickness of the thickest portion and the thickness of the thinnest portion is preferably 5 μm or less, and preferably 2 μm or less. It is more preferably 1 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less.

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。第1回折光学部材20は、表示部5からの画像光を入射させる光学部材10の入射部に設けられている。第1回折光学部材20は、表示部5と対面している。図3及び図4によく示されているように、第1回折光学部材20は、第1回折光学素子21及び第5回折光学素子22を含んでいる。 The first diffraction optical member 20 diffracts the light incident on the optical member 10. The first diffraction optical member 20 is provided at an incident portion of the optical member 10 that incidents the image light from the display unit 5. The first diffraction optical member 20 faces the display unit 5. As is well shown in FIGS. 3 and 4, the first diffractive optical member 20 includes a first diffractive optical element 21 and a fifth diffractive optical element 22.

第1回折光学素子21は、光学部材10の入射部に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回折光学素子21は、基材11のシート面の法線方向から入射した第1波長域の光を回折する回折特性を有している。第1回折光学素子21は、第1波長域の光を回折させる第1回折格子を含んでいる。第1回折格子は、第1回折光学素子21において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第1回折光学素子21において、第1回折格子を形成するように屈折率差がある。第1回折光学素子21は、第1回折格子によって、第1回折光学部材20に入射した第1波長域の光を第1方向d1に向かうように回折させる。第1方向d1に向かう第1波長域の光は、基材11内を導光される。なお、基材11内で導光される方向は、光学部材10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。 The first diffracting optical element 21 diffracts the light in the first wavelength region of the light incident on the incident portion of the optical member 10. In other words, the first diffraction optical element 21 has a diffraction characteristic of diffracting light in the first wavelength region incident from the normal direction of the sheet surface of the base material 11. The first diffraction optical element 21 includes a first diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region. The first diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the first diffraction optical element 21. That is, in the first diffraction optical element 21, there is a difference in refractive index so as to form the first diffraction grating. The first diffracting optical element 21 diffracts the light in the first wavelength region incident on the first diffracting optical member 20 toward the first direction d1 by the first diffraction grating. The light in the first wavelength region toward the first direction d1 is guided in the base material 11. The direction in which the light is guided in the base material 11 means the traveling direction of light in the base material 11 in the plan view of the optical member 10. Therefore, the movement in the thickness direction in the base material 11 is ignored.

なお、ある波長域の光を回折させるように設けられているとは、当該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。 The fact that the light in a certain wavelength range is diffracted means that the diffraction efficiency with respect to the light of an arbitrary wavelength included in the wavelength range is 10% or more. Diffraction efficiency can be measured from the difference in transmittance using, for example, a spectrophotometer (“UV-2450” manufactured by Shimadzu Corporation).

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に入射した第1波長域の光が第1回折光学素子21で回折される割合を高くすることができる。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。 The thickness of the first diffraction optical element 21 is preferably thick. By increasing the thickness of the first diffraction optical element 21, the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21 can be improved. That is, it is possible to increase the rate at which the light in the first wavelength region incident on the first diffracting optical element 21 is diffracted by the first diffracting optical element 21. Specifically, the thickness of the first diffraction optical element 21 is, for example, 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 15 μm or more.

一方、第1回折光学素子21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回折光学素子21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回折光学素子21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回折光学部材20から第2回折光学部材30に導光させることができる。 On the other hand, the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21 is preferably in an appropriate range. Specifically, the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21 is preferably 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and further preferably 10% or more and 30% or less. , 15% or more and 25% or less is most preferable. By appropriately setting the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21, more light in the first wavelength region can be guided from the first diffraction optical member 20 to the second diffraction optical member 30.

第5回折光学素子22は、光学部材10の入射部に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5回折光学素子22は、基材11のシート面の法線方向から入射した第2波長域の光を回折する回折特性を有している。第5回折光学素子22は、第2波長域の光を回折させる第5回折格子を含んでいる。第5回折格子は、第5回折光学素子22において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第5回折光学素子22において、第5回折格子を形成するように屈折率差がある。第5回折光学素子22は、第5回折格子によって、第1回折光学部材20に入射した第2波長域の光を第2方向d2に向かうように回折させる。第2方向d2に向かう第2波長域の光は、基材11内を導光される。 The fifth diffraction optical element 22 diffracts the light in the second wavelength region of the light incident on the incident portion of the optical member 10. In other words, the fifth diffraction optical element 22 has a diffraction characteristic of diffracting light in the second wavelength region incident from the normal direction of the sheet surface of the base material 11. The fifth diffraction optical element 22 includes a fifth diffraction grating that diffracts light in the second wavelength region. The fifth diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the fifth diffraction optical element 22. That is, in the fifth diffraction optical element 22, there is a difference in refractive index so as to form the fifth diffraction grating. The fifth diffraction optical element 22 diffracts the light in the second wavelength region incident on the first diffraction optical member 20 so as to go in the second direction d2 by the fifth diffraction grating. The light in the second wavelength region toward the second direction d2 is guided in the base material 11.

第5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5回折光学素子22の厚さが厚くなっていることで、第5回折光学素子22の回折効率を向上させることができる。すなわち、第5回折光学素子22に入射した第2波長域の光が第5回折光学素子22で回折される割合を高くすることができる。具体的には、第5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。 The thickness of the fifth diffraction optical element 22 is preferably thick. By increasing the thickness of the fifth diffraction optical element 22, the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22 can be improved. That is, the ratio of the light in the second wavelength region incident on the fifth diffracting optical element 22 to be diffracted by the fifth diffracting optical element 22 can be increased. Specifically, the thickness of the fifth diffraction optical element 22 is, for example, 3 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 15 μm or more.

一方、第5回折光学素子22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5回折光学素子22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5回折光学素子22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1回折光学部材20から第4回折光学部材50に導光させることができる。 On the other hand, the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22 is preferably in an appropriate range. Specifically, the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22 is preferably 50% or less, more preferably 10% or more and 40% or less, and further preferably 10% or more and 30% or less. , 15% or more and 25% or less is most preferable. By appropriately setting the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22, more light in the second wavelength region can be guided from the first diffraction optical member 20 to the fourth diffraction optical member 50.

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。 Here, the first wavelength region includes the wavelength regions of two colors of light, red, green, and blue. For example, the first wavelength region is 600 nm or more and 700 nm or less and 400 nm or more and 490 nm or less. That is, the first wavelength region includes a wavelength region of red light and a wavelength region of blue light. In this case, the second wavelength region is 500 nm or more and 580 nm or less. That is, the second wavelength region includes the wavelength region of green light. Alternatively, as another example, the first wavelength region is 400 nm or more and 550 nm or less. That is, the first wavelength region includes a wavelength region of green light and a wavelength region of blue light. In this case, the second wavelength region is 550 nm or more and 700 nm or less. That is, the second wavelength region includes the wavelength region of red light.

第1回折光学部材20における第1波長域の光の導光方向である第1方向d1と第2波長域の光の導光方向である第2方向d2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方向d1と第2方向d2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く、90°であることが最も好ましい。 The angle formed by the first direction d1 which is the light guide direction of the light in the first wavelength region and the second direction d2 which is the light guide direction of the light in the second wavelength region in the first diffraction optical member 20 is close to a right angle. Is preferable. Specifically, the angle formed by the first direction d1 and the second direction d2 is preferably 70 ° or more and 110 ° or less, more preferably 80 ° or more and 100 ° or less, and 85 ° or more and 95 ° or less. It is more preferably 89 ° or more and 91 ° or less, and most preferably 90 ° or less.

第1回折光学素子21は、第2波長域の光を透過させることができる。具体的には、第1回折光学素子21における第2波長域の光の透過率は、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることがさらにより好ましい。同様に、第5回折光学素子22は、第1波長域の光を透過させることができる。具体的には、第5回折光学素子22における第1波長域の光の透過率は、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることがさらにより好ましい。 The first diffraction optical element 21 can transmit light in the second wavelength region. Specifically, the transmittance of light in the second wavelength region of the first diffraction optical element 21 is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more. It is preferably 90% or more, and even more preferably 90% or more. Similarly, the fifth diffraction optical element 22 can transmit light in the first wavelength region. Specifically, the transmittance of light in the first wavelength region of the fifth diffraction optical element 22 is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more. It is preferably 90% or more, and even more preferably 90% or more.

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回折光学素子21で回折された第1波長域の光を回折させる。第2回折光学部材30は、画像光を第1方向d1に拡張する光学部材10の拡張部に設けられている。第2回折光学部材30は第1方向d1に長手方向を有している。第2回折光学部材30は、第2回折光学素子31を含んでいる。 The second diffracting optical member 30 diffracts the light in the first wavelength region diffracted by the first diffracting optical element 21 among the light diffracted by the first diffracting optical member 20. The second diffraction optical member 30 is provided in the expansion portion of the optical member 10 that expands the image light in the first direction d1. The second diffraction optical member 30 has a longitudinal direction in the first direction d1. The second diffractive optical member 30 includes a second diffractive optical element 31.

第2回折光学素子31は、第1回折光学素子21で回折された第1波長域の光を回折する。言い換えると、第2回折光学素子31は、基材11内を第1方向d1に進む第1波長域の光を回折する回折特性を有している。第2回折光学素子31は、第1波長域の光を回折させる第2回折格子を含んでいる。第2回折格子は、第2回折光学素子31において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第2回折光学素子31において、第2回折格子を形成するように屈折率差がある。第2回折光学素子31は、第2回折格子によって、第2回折光学部材30に第1方向d1から入射した第1波長域の光を第2方向d2に向かうように回折させる。第2方向d2に向かう第1波長域の光は、基材11内を導光される。 The second diffracting optical element 31 diffracts the light in the first wavelength region diffracted by the first diffracting optical element 21. In other words, the second diffraction optical element 31 has a diffraction characteristic of diffracting light in the first wavelength region traveling in the first direction d1 in the base material 11. The second diffraction optical element 31 includes a second diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region. The second diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the second diffraction optical element 31. That is, in the second diffraction optical element 31, there is a difference in refractive index so as to form the second diffraction grating. The second diffractive optical element 31 diffracts the light in the first wavelength region incident on the second diffracting optical member 30 from the first direction d1 by the second diffraction grating so as to go toward the second direction d2. The light in the first wavelength region toward the second direction d2 is guided in the base material 11.

第2回折光学素子31の回折効率は、第1回折光学素子21の回折効率よりも低くなっている。したがって、例えば第2回折光学素子31のあ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2方向d2に導光されるようになる。ただし、第2回折光学部材30は第1方向d1に長手方向を有している。このため、第2回折光学素子31のある位置で回折されなかった第1波長域の光は、その後、第2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2回折光学素子31の別の位置に入射する。 The diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 is lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21. Therefore, for example, only a part of the light in the first wavelength region incident on the position of the second diffraction optical element 31 is diffracted, and the inside of the base material 11 is guided in the second direction d2. However, the second diffraction optical member 30 has a longitudinal direction in the first direction d1. Therefore, the light in the first wavelength region that was not diffracted at a certain position of the second diffracting optical element 31 is then reflected (preferably total reflection) on the surfaces of the second diffracting optical element 31 and the base material 11 and again. It is incident on another position of the second diffraction optical element 31.

第2回折光学素子31の厚さは、第1回折光学素子21の厚さより薄くなっていることが好ましい。この場合、第2回折光学素子31の回折効率は、第1回折光学素子21の回折効率よりも低くすることができる。具体的には、第2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。 The thickness of the second diffractive optical element 31 is preferably thinner than the thickness of the first diffractive optical element 21. In this case, the diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 can be made lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21. Specifically, the thickness of the second diffraction optical element 31 is preferably 14 μm or less, more preferably 8 μm or less, further preferably 4 μm or less, and most preferably 2 μm or less. ..

第2回折光学素子31の回折効率は、第2回折光学部材30が設けられた位置を第1方向d1に進む第1波長域の光が通過する前に、第2回折光学素子31で回折されるよう設定されている。第2回折光学素子31の回折効率は、具体的には、基材11の厚みや、第2回折光学部材30の第1方向d1に沿った長さ等を考慮して決定される。また、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第2回折光学素子31の単位面積を有したある一つの領域における回折効率は、第1回折光学部材20と当該一つの領域との第1方向d1に沿った距離よりも長い距離だけ第1回折光学部材20から第1方向d1に離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある一つの別の領域における回折効率より低くなっている。より好ましくは、第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、第1回折光学部材20と当該領域との第1方向d1に沿った距離よりも長い距離だけ第1回折光学部材20から第1方向d1に離間した第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。さらに言い換えると第2回折光学素子31の単位面積あたりの回折効率は、第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて高くなっている。 The diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 is diffracted by the second diffraction optical element 31 before the light in the first wavelength region traveling in the first direction d1 passes through the position where the second diffraction optical member 30 is provided. Is set to. Specifically, the diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 is determined in consideration of the thickness of the base material 11, the length of the second diffraction optical member 30 along the first direction d1, and the like. Further, the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the second diffraction optical element 31 is the unit area of the second diffraction optical element 31 separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in one other region. That is, the diffraction efficiency in one region having a unit area of the second diffraction optical element 31 is a distance longer than the distance between the first diffraction optical member 20 and the one region along the first direction d1. It is lower than the diffraction efficiency in one other region having a unit area of the second diffraction optical element 31 separated from the first diffraction optical member 20 in the first direction d1. More preferably, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the second diffraction optical element 31 of the second diffraction optical element 31 separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area. That is, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the second diffraction optical element 31 is a distance longer than the distance between the first diffraction optical member 20 and the region along the first direction d1. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area of the second diffraction optical element 31 separated from the member 20 in the first direction d1. In other words, the diffraction efficiency per unit area of the second diffractive optical element 31 increases as it is separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1.

なお、単位面積の大きさは、回折光学部材における回折効率等の特性や構成の傾向が理解される程度の大きさであり、例えば、後述する回折光学素子の平坦部を複数含むような大きさである。具体的には、単位面積の大きさは、例えば0.0001mm以上25mm以下、好ましくは0.001mm以上9mm以下、より好ましくは0.01mm以上4mm以下、更に好ましくは0.1mm以上1mm以下とすることができる。また、単位面積を有した領域は、円形や正方形であることが好ましい。 The size of the unit area is such that the characteristics such as diffraction efficiency and the tendency of the configuration of the diffraction optical member can be understood, and for example, the size includes a plurality of flat portions of the diffraction optical element described later. Is. Specifically, the size of the unit area, for example, 0.0001 mm 2 or more 25 mm 2 or less, preferably 0.001 mm 2 or more 9 mm 2 or less, more preferably 0.01 mm 2 or more 4 mm 2 or less, more preferably 0. It may be 1 mm 2 or more 1 mm 2 or less. Further, the region having a unit area is preferably circular or square.

例えば、第2回折光学素子31は、図2に示すように、第2回折格子が形成された第2回折部31aと、第2回折格子の非形成部である第2平坦部31bと、を含んでいる。すなわち、第2回折部31aは、第1方向d1から入射した第1波長域の光を回折することができるが、第2平坦部31bは、光を回折せずに、表面で反射(好ましくは全反射)する。そして、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第2回折部31aの割合は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第2回折部31aの割合より低くなっている。逆に言うと、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第2平坦部31bの割合は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第2平坦部31bの割合より高くなっている。例えばこのようにして、第2回折光学素子31の上述した回折効率を実現することができる。 For example, as shown in FIG. 2, the second diffraction optical element 31 has a second diffraction grating 31a on which the second diffraction grating is formed and a second flat portion 31b which is a non-formation portion of the second diffraction grating. Includes. That is, the second diffracting portion 31a can diffract the light in the first wavelength region incident from the first direction d1, but the second flat portion 31b reflects the light on the surface without diffracting the light (preferably). Total reflection). Then, the ratio of the second diffraction unit 31a in a certain region having a unit area of the second diffraction optical element 31, preferably an arbitrary region, is separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. It is lower than the ratio of the second diffraction unit 31a in a certain other region having a unit area of the second diffraction optical element 31, preferably any other region. Conversely, the ratio of the second flat portion 31b in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element 31, preferably an arbitrary region, is the ratio of the first diffractive optical member along the first direction d1 from the region. It is higher than the proportion of the second flat portion 31b in one other region, preferably any other region, having a unit area of the second diffractive optical element 31 separated from 20. For example, in this way, the above-mentioned diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 can be realized.

より具体的には、例えば図2に示すように、第2回折光学部材30において、第2回折光学素子31の第2回折部31aと第2平坦部31bとは、第1方向d1に交互に配置されている。第2平坦部31bの第1方向d1に沿った幅は、例えば1μm以上2mm以下である。第2平坦部31bの第1方向d1に沿った幅は一定であるが、第2回折部31aの第1方向d1に沿った幅は第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて大きくなっている。このようにして、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における第2回折部31aの割合を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における第2回折部31aの割合より低くすることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the second diffraction optical member 30, the second diffraction portion 31a and the second flat portion 31b of the second diffraction optical element 31 alternately alternate in the first direction d1. Have been placed. The width of the second flat portion 31b along the first direction d1 is, for example, 1 μm or more and 2 mm or less. The width of the second flat portion 31b along the first direction d1 is constant, but the width of the second diffraction portion 31a along the first direction d1 is separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1. It gets bigger as you do. In this way, the ratio of the second diffraction unit 31a in a certain region having the unit area of the second diffraction optical element 31 is separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. It can be lower than the ratio of the second diffractive portion 31a in a certain other region having the unit area of the diffractive optical element 31.

第4回折光学部材50は、第1回折光学部材20で回折された光のうち、第5回折光学素子22で回折された第2波長域の光を回折させる。第4回折光学部材50は、第2回折光学部材30とは別の拡張部であって画像光を第2方向d2に拡張する光学部材10の拡張部に設けられている。第4回折光学部材50は、第2方向d2に長手方向を有している。第4回折光学部材50は、第4回折光学素子51を含んでいる。 The fourth diffracting optical member 50 diffracts the light in the second wavelength region diffracted by the fifth diffracting optical element 22 among the light diffracted by the first diffracting optical member 20. The fourth diffractive optical member 50 is an expansion portion different from the second diffraction optical member 30 and is provided in the expansion portion of the optical member 10 that expands the image light in the second direction d2. The fourth diffraction optical member 50 has a longitudinal direction in the second direction d2. The fourth diffractive optical member 50 includes a fourth diffractive optical element 51.

第4回折光学素子51は、第5回折光学素子22で回折された第2波長域の光を回折する。言い換えると、第4回折光学素子51は、基材11内を第2方向d2に進む第2波長域の光を回折する回折特性を有している。第4回折光学素子51は、第2波長域の光を回折させる第4回折格子を含んでいる。第4回折格子は、第4回折光学素子51において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第4回折光学素子51において、第4回折格子を形成するように屈折率差がある。第4回折光学素子51は、第4回折格子によって、第4回折光学部材50に第2方向d2から入射した第2波長域の光を第1方向d1に向かうように回折させる。第1方向d1に向かう第2波長域の光は、基材11内を導光される。 The fourth diffracting optical element 51 diffracts the light in the second wavelength region diffracted by the fifth diffracting optical element 22. In other words, the fourth diffraction optical element 51 has a diffraction characteristic of diffracting light in the second wavelength region traveling in the second direction d2 in the base material 11. The fourth diffraction optical element 51 includes a fourth diffraction grating that diffracts light in the second wavelength region. The fourth diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the fourth diffraction optical element 51. That is, in the fourth diffraction optical element 51, there is a difference in refractive index so as to form the fourth diffraction grating. The fourth diffractive optical element 51 diffracts the light in the second wavelength region incident on the fourth diffractive optical member 50 from the second direction d2 by the fourth diffraction grating so as to go toward the first direction d1. The light in the second wavelength region toward the first direction d1 is guided in the base material 11.

第4回折光学素子51の回折効率は、第5回折光学素子22の回折効率よりも低くなっている。したがって、例えば第4回折光学素子51のあ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1方向d1に導光されるようになる。ただし、第2回折光学部材30は第1方向d1に長手方向を有している。このため、第4回折光学素子51のある位置で回折されなかった第2波長域の光は、その後、第4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4回折光学素子51の別の位置に入射する。 The diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 is lower than the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22. Therefore, for example, only a part of the light in the second wavelength region incident on the position of the fourth diffraction optical element 51 is diffracted, and the inside of the base material 11 is guided in the first direction d1. However, the second diffraction optical member 30 has a longitudinal direction in the first direction d1. Therefore, the light in the second wavelength region that was not diffracted at a certain position of the fourth diffracting optical element 51 is then reflected (preferably total reflection) on the surfaces of the fourth diffracting optical element 51 and the base material 11 and again. It is incident on another position of the fourth diffraction optical element 51.

第4回折光学素子51の厚さは、第5回折光学素子22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回折光学素子51の回折効率は、第5回折光学素子22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。 The thickness of the fourth diffractive optical element 51 is preferably thinner than the thickness of the fifth diffractive optical element 22. In this case, the diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 can be made lower than the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22. Specifically, the thickness of the fourth diffraction optical element 51 is preferably 14 μm or less, more preferably 8 μm or less, further preferably 4 μm or less, and most preferably 2 μm or less. ..

第4回折光学素子51の回折効率は、第4回折光学部材50が設けられた位置を第2方向d2に進む第2波長域の光が通過する前に、第4回折光学素子51で回折されるよう設定されている。第4回折光学素子51の回折効率は、具体的には、基材11の厚みや、第4回折光学部材50の第2方向d2に沿った長さ等を考慮して決定される。また、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第4回折光学素子51の単位面積を有したある一つの領域における回折効率は、第1回折光学部材20と当該一つの領域との第2方向d2に沿った距離よりも長い距離だけ第1回折光学部材20から第2方向d2に離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある一つの別の領域における回折効率より低くなっている。より好ましくは、第4回折光学素子51の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第4回折光学素子51の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、第1回折光学部材20と当該領域との第2方向d2に沿った距離よりも長い距離だけ第1回折光学部材20から第2方向d2に離間した第4回折光学素子51の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。さらに言い換えると、第4回折光学素子51の単位面積あたりの回折効率は、第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて高くなっている。 The diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 is diffracted by the fourth diffraction optical element 51 before the light in the second wavelength region traveling in the second direction d2 passes through the position where the fourth diffraction optical member 50 is provided. Is set to. Specifically, the diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 is determined in consideration of the thickness of the base material 11, the length of the fourth diffraction optical member 50 along the second direction d2, and the like. Further, the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 is the unit area of the fourth diffraction optical element 51 separated from the first diffraction optical member 20 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in one other region. That is, the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 is a distance longer than the distance between the first diffractive optical member 20 and the one region along the second direction d2. It is lower than the diffraction efficiency in one other region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 separated from the first diffraction optical member 20 in the second direction d2. More preferably, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 of the fourth diffractive optical element 51 separated from the first diffractive optical member 20 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area. That is, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 is a distance longer than the distance between the first diffractive optical member 20 and the region along the second direction d2. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 separated from the member 20 in the second direction d2. In other words, the diffraction efficiency per unit area of the fourth diffractive optical element 51 increases as it is separated from the first diffractive optical member 20 along the second direction d2.

例えば、第4回折光学素子51は、図2に示すように、第4回折格子が形成された第4回折部51aと、第4回折格子の非形成部である第4平坦部51bと、を含んでいる。すなわち、第4回折部51aは、第2方向d2から入射した第2波長域の光を回折することができるが、第4平坦部51bは、光を回折せずに、表面で反射(好ましくは全反射)する。そして、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第4回折部51aの割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第4回折部51aの割合より低くなっている。逆に言うと、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第4平坦部51bの割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第4平坦部51bの割合より高くなっている。例えばこのようにして、第4回折光学素子51の上述した回折効率を実現することができる。 For example, as shown in FIG. 2, the fourth diffraction optical element 51 has a fourth diffraction grating 51a on which the fourth diffraction grating is formed and a fourth flat portion 51b which is a non-formation portion of the fourth diffraction grating. Includes. That is, the fourth diffracting portion 51a can diffract the light in the second wavelength region incident from the second direction d2, but the fourth flat portion 51b reflects the light on the surface without diffracting the light (preferably). Total reflection). Then, the ratio of the fourth diffraction unit 51a in a certain region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51, preferably an arbitrary region, is separated from the first diffraction optical member 20 along the second direction d2 from the region. It is lower than the ratio of the fourth diffraction unit 51a in a certain other region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51, preferably any other region. Conversely, the ratio of the fourth flat portion 51b in a certain region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51, preferably an arbitrary region, is the ratio of the first diffractive optical member along the second direction d2 from the region. It is higher than the proportion of the fourth flat portion 51b in one other region, preferably any other region, having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 separated from 20. For example, in this way, the above-mentioned diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 can be realized.

より具体的には、例えば図2に示すように、第4回折光学部材50において、第4回折光学素子51の第4回折部51aと第4平坦部51bとは、第2方向d2に交互に配置されている。第4平坦部51bの第2方向d2に沿った幅は、例えば1μm以上2mm以下である。第2方向d2に沿った第4回折部51aの幅と第4平坦部51bの幅との合計は一定であるが、第4回折部51aの第2方向d2の沿った幅は第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて大きくなっている。このようにして、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域における第4回折部51aの割合を、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域における第4回折部51aの割合より低くすることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the fourth diffraction optical member 50, the fourth diffraction portion 51a and the fourth flat portion 51b of the fourth diffraction optical element 51 alternately alternate in the second direction d2. Have been placed. The width of the fourth flat portion 51b along the second direction d2 is, for example, 1 μm or more and 2 mm or less. The sum of the width of the fourth diffraction section 51a along the second direction d2 and the width of the fourth flat portion 51b is constant, but the width of the fourth diffraction section 51a along the second direction d2 is the second direction d2. It becomes larger as it is separated from the first diffraction optical member 20 along the line. In this way, the ratio of the fourth diffraction unit 51a in a certain region having the unit area of the fourth diffraction optical element 51 is separated from the first diffraction optical member 20 along the second direction d2 from the region. It can be lower than the ratio of the fourth diffractive portion 51a in a certain other region having the unit area of the diffractive optical element 51.

第3回折光学部材40は、第2回折光学部材30で回折された第1波長域の光及び第4回折光学部材50で回折された第2波長域の光を回折して、光学部材10から出射させる。第3回折光学部材40は、画像光を出射させる光学部材10の出射部に設けられている。第3回折光学部材40は、光学部材10の観察者の眼前に位置する。第3回折光学部材40は、第1方向d1及び第2方向d2に延びている。図3及び図4によく示されているように、第3回折光学部材40は、第3回折光学素子41及び第6回折光学素子42を含んでいる。 The third diffracting optical member 40 diffracts the light in the first wavelength region diffracted by the second diffracting optical member 30 and the light in the second wavelength region diffracted by the fourth diffracting optical member 50 from the optical member 10. Make it emit. The third diffraction optical member 40 is provided at the exit portion of the optical member 10 that emits image light. The third diffraction optical member 40 is located in front of the observer of the optical member 10. The third diffraction optical member 40 extends in the first direction d1 and the second direction d2. As is well shown in FIGS. 3 and 4, the third diffractive optical member 40 includes a third diffractive optical element 41 and a sixth diffractive optical element 42.

第3回折光学素子41は、第2回折光学素子31で回折された第1波長域の光を回折する。言い換えると、第3回折光学素子41は、基材11内を第2方向d2に進む第1波長域の光を回折する回折特性を有している。第3回折光学素子41は、第1波長域の光を回折させる第3回折格子を含んでいる。第3回折格子は、第3回折光学素子41において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第3回折光学素子41において、第3回折格子を形成するように屈折率差がある。第3回折光学素子41は、第3回折格子によって、第3回折光学部材40に第2方向d2から入射した第1波長域の光を光学部材10から出射するように回折させる。 The third diffracting optical element 41 diffracts the light in the first wavelength region diffracted by the second diffracting optical element 31. In other words, the third diffraction optical element 41 has a diffraction characteristic of diffracting light in the first wavelength region traveling in the second direction d2 in the base material 11. The third diffraction optical element 41 includes a third diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region. The third diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the third diffraction optical element 41. That is, in the third diffraction optical element 41, there is a difference in refractive index so as to form the third diffraction grating. The third diffractive optical element 41 diffracts the light in the first wavelength region incident on the third diffractive optical member 40 from the second direction d2 by the third diffraction grating so as to be emitted from the optical member 10.

第3回折光学素子41の回折効率は、第1回折光学素子21の回折効率よりも低くなっている。したがって、例えば第3回折光学素子41のあ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、光学部材10から出射されるようになる。ただし、第3回折光学部材40は第2方向d2に延びている。このため、第3回折光学素子41のある位置で回折されなかった第1波長域の光は、その後、第3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3回折光学素子41の別の位置に入射する。 The diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 is lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21. Therefore, for example, only a part of the light in the first wavelength region incident on the position of the third diffracting optical element 41 is diffracted and emitted from the optical member 10. However, the third diffraction optical member 40 extends in the second direction d2. Therefore, the light in the first wavelength region that was not diffracted at a certain position of the third diffracting optical element 41 is then reflected (preferably total reflection) on the surfaces of the third diffracting optical element 41 and the base material 11 and again. It is incident on another position of the third diffraction optical element 41.

第3回折光学素子41の厚さは、第1回折光学素子21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回折光学素子41の回折効率は、第1回折光学素子21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。 The thickness of the third diffractive optical element 41 is preferably thinner than the thickness of the first diffractive optical element 21. In this case, the diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 can be made lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21. Specifically, the thickness of the third diffraction optical element 41 is preferably 14 μm or less, more preferably 8 μm or less, further preferably 4 μm or less, and most preferably 2 μm or less. ..

第3回折光学素子41の回折効率は、第3回折光学部材40が設けられた位置を第2方向d2に進む第1波長域の光が通過する前に、第3回折光学素子41で回折されるよう設定されている。第3回折光学素子41の回折効率は、具体的には、基材11の厚みや、第3回折光学部材40の第2方向d2に沿った長さ等を考慮して決定される。また、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第3回折光学素子41の単位面積を有したある一つの領域における回折効率は、第2回折光学部材30と当該一つの領域との第2方向d2に沿った距離よりも長い距離だけ第2回折光学部材30から第2方向d2に離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある一つの別の領域における回折効率より低くなっている。より好ましくは、第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、第2回折光学部材30と当該領域との第2方向d2に沿った距離よりも長い距離だけ第2回折光学部材30から第2方向d2に離間した第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の一つの別の領域における回折効率より低くなっている。さらに言い換えると、第3回折光学素子41の単位面積あたりの回折効率は、第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間するにつれて高くなっている。 The diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 is diffracted by the third diffraction optical element 41 before the light in the first wavelength region traveling in the second direction d2 passes through the position where the third diffraction optical member 40 is provided. Is set to. Specifically, the diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 is determined in consideration of the thickness of the base material 11, the length of the third diffraction optical member 40 along the second direction d2, and the like. Further, the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the third diffraction optical element 41 is the unit area of the third diffraction optical element 41 separated from the second diffraction optical member 30 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in one other region. That is, the diffraction efficiency in one region having a unit area of the third diffraction optical element 41 is a distance longer than the distance between the second diffraction optical member 30 and the one region along the second direction d2. It is lower than the diffraction efficiency in one other region having a unit area of the third diffraction optical element 41 separated from the second diffraction optical member 30 in the second direction d2. More preferably, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the third diffractive optical element 41 of the third diffractive optical element 41 separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area. That is, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the third diffractive optical element 41 is longer than the distance between the second diffractive optical member 30 and the region along the second direction d2. It is lower than the diffraction efficiency in any one other region having a unit area of the third diffraction optical element 41 separated from the member 30 in the second direction d2. In other words, the diffraction efficiency per unit area of the third diffractive optical element 41 increases as it is separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2.

例えば、第3回折光学素子41は、図2に示すように、第3回折格子が形成された第3回折部41aと、第3回折格子の非形成部である第3平坦部41bと、を含んでいる。すなわち、第3回折部41aは、第2方向d2から入射した第1波長域の光を回折することができるが、第3平坦部41bは、光を回折せずに、表面で反射(好ましくは全反射)する。そして、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第3回折部41aの割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第3回折部41aの割合より低くなっている。逆に言うと、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第3平坦部41bの割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第3平坦部41bの割合より高くなっている。例えばこのようにして、第3回折光学素子41の上述した回折効率を実現することができる。 For example, as shown in FIG. 2, the third diffraction optical element 41 has a third diffraction grating 41a on which the third diffraction grating is formed and a third flat portion 41b which is a non-formation portion of the third diffraction grating. Includes. That is, the third diffracting portion 41a can diffract the light in the first wavelength region incident from the second direction d2, but the third flat portion 41b reflects the light on the surface without diffracting the light (preferably). Total reflection). Then, the ratio of the third diffraction unit 41a in a certain region having a unit area of the third diffraction optical element 41, preferably an arbitrary region, is separated from the second diffraction optical member 30 along the second direction d2 from the region. It is lower than the ratio of the third diffraction unit 41a in a certain other region having a unit area of the third diffraction optical element 41, preferably any other region. Conversely, the ratio of the third flat portion 41b in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element 41, preferably an arbitrary region, is the ratio of the second diffractive optical member along the second direction d2 from the region. It is higher than the proportion of the third flat portion 41b in one other region, preferably any other region, having a unit area of the third diffractive optical element 41 separated from 30. For example, in this way, the above-mentioned diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 can be realized.

より具体的には、例えば図2に示すように、第3回折光学部材40において、第3回折光学素子41の第3回折部41aと第3平坦部41bとは、第2方向d2に交互に配置されている。第3平坦部41bの第2方向d2に沿った幅は、例えば1μm以上2mm以下である。第2方向d2に沿った第3回折部41aの幅と第3平坦部41bの幅との合計は一定であるが、第3回折部41aの第2方向d2の沿った幅は第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間するにつれて大きくなっている。このようにして、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域における第3回折部41aの割合を、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域における第3回折部41aの割合より低くすることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the third diffraction optical member 40, the third diffraction portion 41a and the third flat portion 41b of the third diffraction optical element 41 alternately alternate in the second direction d2. Have been placed. The width of the third flat portion 41b along the second direction d2 is, for example, 1 μm or more and 2 mm or less. The sum of the width of the third diffracting portion 41a along the second direction d2 and the width of the third flat portion 41b is constant, but the width of the third diffracting portion 41a along the second direction d2 is the second direction d2. It becomes larger as it is separated from the second diffraction optical member 30 along the line. In this way, the ratio of the third diffraction unit 41a in a certain region having the unit area of the third diffraction optical element 41 is separated from the second diffraction optical member 30 along the second direction d2 from the region. It can be lower than the ratio of the third diffractive portion 41a in a certain other region having the unit area of the diffractive optical element 41.

第6回折光学素子42は、第4回折光学素子51で回折された第2波長域の光を回折する。言い換えると、第6回折光学素子42は、基材11内を第1方向d1に進む第2波長域の光を回折する回折特性を有している。第6回折光学素子42は、第2波長域の光を回折させる第6回折格子を含んでいる。第6回折格子は、第6回折光学素子42において材料の屈折率差によって形成されている。すなわち、第6回折光学素子42において、第6回折格子を形成するように屈折率差がある。第6回折光学素子42は、第6回折格子によって、第3回折光学部材40に第1方向d1から入射した第2波長域の光を光学部材10から出射するように回折する。 The sixth diffracting optical element 42 diffracts the light in the second wavelength region diffracted by the fourth diffracting optical element 51. In other words, the sixth diffractive optical element 42 has a diffraction characteristic of diffracting light in the second wavelength region traveling in the first direction d1 in the base material 11. The sixth diffraction optical element 42 includes a sixth diffraction grating that diffracts light in the second wavelength region. The sixth diffraction grating is formed by the difference in the refractive index of the material in the sixth diffraction optical element 42. That is, in the sixth diffraction optical element 42, there is a difference in refractive index so as to form the sixth diffraction grating. The sixth diffraction optical element 42 diffracts the light in the second wavelength region incident on the third diffraction optical member 40 from the first direction d1 by the sixth diffraction grating so as to be emitted from the optical member 10.

第6回折光学素子42の回折効率は、第5回折光学素子22の回折効率よりも低くなっている。したがって、例えば第6回折光学素子42のあ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、光学部材10から出射されるようになる。ただし、第3回折光学部材40は第1方向d1に延びている。このため、第6回折光学素子42のある位置で回折されなかった第2波長域の光は、その後、第6回折光学素子42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42の別の位置に入射する。 The diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 is lower than the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22. Therefore, for example, only a part of the light in the second wavelength region incident on the position of the sixth diffracting optical element 42 is diffracted and emitted from the optical member 10. However, the third diffraction optical member 40 extends in the first direction d1. Therefore, the light in the second wavelength region that was not diffracted at a certain position of the sixth diffracting optical element 42 is then reflected (preferably total reflection) on the surfaces of the sixth diffracting optical element 42 and the base material 11 and again. It is incident on another position of the sixth diffraction optical element 42.

第6回折光学素子42の厚さは、第5回折光学素子22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回折光学素子42の回折効率は、第5回折光学素子22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42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。 The thickness of the sixth diffractive optical element 42 is preferably thinner than the thickness of the fifth diffractive optical element 22. In this case, the diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 can be made lower than the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22. Specifically, the thickness of the sixth diffraction optical element 42 is preferably 14 μm or less, more preferably 8 μm or less, further preferably 4 μm or less, and most preferably 2 μm or less. ..

第6回折光学素子42の回折効率は、第3回折光学部材40が設けられた位置を第1方向d1に進む第2波長域の光が通過する前に、第6回折光学素子42で回折されるよう設定されている。第6回折光学素子42の回折効率は、具体的には、基材11の厚みや、第3回折光学部材40の第1方向d1に沿った長さ等を考慮して決定される。また、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第6回折光学素子42の単位面積を有したある一つの領域における回折効率は、第4回折光学部材50と当該一つの領域との第1方向d1に沿った距離よりも長い距離だけ第4回折光学部材50から第1方向d1に離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある一つの別の領域における回折効率より低くなっている。より好ましくは、第6回折光学素子42の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。すなわち、第6回折光学素子42の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、第4回折光学部材50と当該領域との第1方向d1に沿った距離よりも長い距離だけ第4回折光学部材50から第1方向d1に離間した第6回折光学素子42の単位面積を有した任意の一つの別の領域における回折効率より低くなっている。さらに言い換えると、第6回折光学素子42の単位面積あたりの回折効率は、第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間するにつれて高くなっている。 The diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 is diffracted by the sixth diffraction optical element 42 before the light in the second wavelength region traveling in the first direction d1 passes through the position where the third diffraction optical member 40 is provided. Is set to. Specifically, the diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 is determined in consideration of the thickness of the base material 11, the length of the third diffraction optical member 40 along the first direction d1, and the like. Further, the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 is the unit area of the sixth diffractive optical element 42 separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in one other region. That is, the diffraction efficiency in one region having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 is a distance longer than the distance between the fourth diffraction optical member 50 and the one region along the first direction d1. It is lower than the diffraction efficiency in one other region having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 separated from the fourth diffraction optical member 50 in the first direction d1. More preferably, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 of the sixth diffractive optical element 42 separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having a unit area. That is, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 is longer than the distance between the fourth diffractive optical member 50 and the region along the first direction d1. It is lower than the diffraction efficiency in any one other region having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 separated from the member 50 in the first direction d1. In other words, the diffraction efficiency per unit area of the sixth diffractive optical element 42 increases as it is separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1.

例えば、第6回折光学素子42は、図2に示すように、第6回折格子が形成された第6回折部42aと、第6回折格子の非形成部である第6平坦部42bと、を含んでいる。すなわち、第6回折部42aは、第1方向d1から入射した第2波長域の光を回折することができるが、第6平坦部42bは、光を回折せずに、表面で反射(好ましくは全反射)する。そして、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第6回折部42aの割合は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第6回折部42aの割合より低くなっている。逆に言うと、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第6平坦部42bの割合は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第6平坦部42bの割合より高くなっている。例えばこのようにして、第6回折光学素子42の上述した回折効率を実現することができる。 For example, as shown in FIG. 2, the sixth diffraction optical element 42 has a sixth diffraction grating 42a on which the sixth diffraction grating is formed and a sixth flat portion 42b which is a non-formation portion of the sixth diffraction grating. Includes. That is, the sixth diffracting portion 42a can diffract the light in the second wavelength region incident from the first direction d1, but the sixth flat portion 42b reflects the light on the surface without diffracting the light (preferably). Total reflection). Then, the ratio of the sixth diffractive portion 42a in a certain region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42, preferably an arbitrary region, is separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1 from the region. It is lower than the ratio of the sixth diffracting portion 42a in a certain other region having a unit area of the sixth diffracting optical element 42, preferably any other region. Conversely, the ratio of the sixth flat portion 42b in a certain region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42, preferably an arbitrary region, is the fourth diffractive optical member along the first direction d1 from the region. It is higher than the proportion of the sixth flat portion 42b in one other region, preferably any other region, having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 separated from 50. For example, in this way, the above-mentioned diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 can be realized.

より具体的には、例えば図2に示すように、第3回折光学部材40において、第6回折光学素子42の第6回折部42aと第6平坦部42bとは、第1方向d1に交互に配置されている。第6平坦部42bの第1方向d1に沿った幅は、例えば1μm以上2mm以下である。第6平坦部42bの第1方向d1に沿った幅は一定であるが、第6回折部42aの第1方向d1に沿った幅は第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間するにつれて大きくなっている。このようにして、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域における第6回折部42aの割合を、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域における第6回折部42aの割合より低くすることができる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 2, in the third diffraction optical member 40, the sixth diffraction portion 42a and the sixth flat portion 42b of the sixth diffraction optical element 42 alternately alternate in the first direction d1. Have been placed. The width of the sixth flat portion 42b along the first direction d1 is, for example, 1 μm or more and 2 mm or less. The width of the sixth flat portion 42b along the first direction d1 is constant, but the width of the sixth diffraction portion 42a along the first direction d1 is separated from the fourth diffraction optical member 50 along the first direction d1. It gets bigger as you do. In this way, the ratio of the sixth diffractive portion 42a in a certain region having the unit area of the sixth diffractive optical element 42 is separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1 from the region. It can be lower than the ratio of the sixth diffractive portion 42a in a certain other region having the unit area of the diffractive optical element 42.

なお、図示された例に限らず、第2回折光学部材30において、第2回折部31aの幅と第2平坦部31bの幅との合計は一定であるが、第2回折部31aの第1方向d1の沿った幅が第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて大きくなっていてもよい。また、第3回折光学部材40において、第6回折部42aの幅と第6平坦部42bの幅との合計は一定であるが、第6回折部42aの第1方向d1の沿った幅が第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間するにつれて大きくなっていてもよい。同様に、第4回折光学部材50において、第4平坦部51bの第2方向d2に沿った幅は一定であるが、第4回折部51aの第2方向d2に沿った幅が第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて大きくなっていてもよい。また、第3回折光学部材40において、第3平坦部41bの第2方向d2に沿った幅は一定であるが、第3回折部41aの第2方向d2に沿った幅が第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間するにつれて大きくなっていてもよい。あるいは、各回折光学素子の単位面積を有した領域における回折部の割合は、他の態様によって変化していてもよい。 Not limited to the illustrated example, in the second diffraction optical member 30, the total of the width of the second diffraction section 31a and the width of the second flat portion 31b is constant, but the first of the second diffraction section 31a. The width along the direction d1 may increase as the distance from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1. Further, in the third diffraction optical member 40, the total of the width of the sixth diffraction portion 42a and the width of the sixth flat portion 42b is constant, but the width of the sixth diffraction portion 42a along the first direction d1 is the first. It may become larger as it is separated from the fourth diffraction optical member 50 along the one direction d1. Similarly, in the fourth diffraction optical member 50, the width of the fourth flat portion 51b along the second direction d2 is constant, but the width of the fourth diffraction portion 51a along the second direction d2 is the second direction d2. It may become larger as it is separated from the first diffraction optical member 20 along the line. Further, in the third diffraction optical member 40, the width of the third flat portion 41b along the second direction d2 is constant, but the width of the third diffraction portion 41a along the second direction d2 becomes the second direction d2. It may become larger as it is separated from the second diffraction optical member 30 along the line. Alternatively, the proportion of the diffractive portion in the region having the unit area of each diffractive optical element may be changed depending on other aspects.

第1回折光学素子21、第2回折光学素子31、第3回折光学素子41、第4回折光学素子51、第5回折光学素子22及び第6回折光学素子42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、計算機合成ホログラム(CGH:Computer Generated Hologram)であってもよい。とりわけ、第2回折光学素子31、第3回折光学素子41、第4回折光学素子51及び第6回折光学素子42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31、第3回折光学素子41、第4回折光学素子51、第5回折光学素子22及び第6回折光学素子42は、反射型の体積ホログラムとなっている。 The first diffraction optical element 21, the second diffraction optical element 31, the third diffraction optical element 41, the fourth diffraction optical element 51, the fifth diffraction optical element 22, and the sixth diffraction optical element 42 are typically holograms. can do. The first to sixth diffraction optical elements may be a phase type hologram or an amplitude type hologram. Further, the first to sixth diffraction optical elements may be a reflection type hologram or a transmission type hologram. Further, the first to sixth diffraction optical elements may be volumetric holograms or computer-generated holograms (CGH). In particular, the second diffraction optical element 31, the third diffraction optical element 41, the fourth diffraction optical element 51, and the sixth diffraction optical element 42 are preferably volume holograms. In the examples shown in FIGS. 3 and 4, the first diffraction optical element 21, the second diffraction optical element 31, the third diffraction optical element 41, the fourth diffraction optical element 51, the fifth diffraction optical element 22, and the sixth diffraction element. The optical element 42 is a reflective volume hologram.

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の任意の側にそれぞれ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。画像光が入射する側である基材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。 In the examples shown in FIGS. 3 and 4, the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 are provided on the same side of the base material 11. ing. However, these may be provided on one side of the base material 11 and on any side of the other side, respectively. Alternatively, for example, the first diffraction optical member 20 may be provided on both one side and the other side of the base material 11. The diffractive optical element provided on one side of the base material 11 on which the image light is incident becomes a reflective hologram, and the diffractive optical element provided on the other side of the base material 11 becomes a transmissive hologram. ..

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。 Further, as in the illustrated example, when the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 are formed on the surface of the optical member 10. The first to fourth diffraction optical members guide light together with the base material 11. In order to completely reflect light on the surface of the first to fourth diffractive optical members, the refractive indexes of the first diffracted optical member 20, the second diffracted optical member 30, the third diffracted optical member 40 and the fourth diffracted optical member 50 are set. , It is preferable that the refractive index is sufficiently larger than the refractive index of air or the like outside the optical member 10. Specifically, the refractive index of the first diffraction optical member 20, the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 is preferably 1.50 or more, preferably 1.55. The above is more preferable, 1.6 or more is more preferable, 1.7 or more is even more preferable, and 1.8 or more is most preferable.

次に、光学部材10の製造方法の一例について、図5乃至図9を参照しながら説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the optical member 10 will be described with reference to FIGS. 5 to 9.

まず、図5に示すように、基材11上にホログラムとして回折光学素子を形成するようになるホログラム感材80を設ける。図示された例では、基材11上の一方の側にホログラム感材が設けられている。ホログラム感材80としては、例えば、銀塩乳剤や重クロム酸ゼラチン等の種々の公知の複製用ホログラム感材を用いることができる。ホログラム感材80は、露光されることで露光光による干渉縞を記録することができる。 First, as shown in FIG. 5, a hologram sensitive material 80 for forming a diffractive optical element as a hologram is provided on the base material 11. In the illustrated example, a hologram sensitive material is provided on one side of the base material 11. As the hologram sensitive material 80, various known replica hologram sensitive materials such as silver salt emulsion and gelatin dichromate can be used. When the hologram sensitive material 80 is exposed, interference fringes due to the exposure light can be recorded.

次に、図6に示すように、基材11上のホログラム感材80に対面してマスク60を配置する。マスク60は、作製される光学部材10の各回折光学部材に対応した部分を有している。すなわち、マスク60は、第1部分62と、第1部分62から第1方向d1にずれて位置する第2部分63と、第2部分63から第2方向d2にずれて位置する第3部分64と、第1部分62から第2方向d2にずれて位置する第4部分65と、を含んでいる。マスク60は、第2部分63、第3部分64及び第4部分65において開口部61を有している。マスク60は、開口部61が設けられていない部分では光を遮光するが、開口部61において光を透過させる。 Next, as shown in FIG. 6, the mask 60 is arranged so as to face the hologram sensitive material 80 on the base material 11. The mask 60 has a portion corresponding to each diffraction optical member of the manufactured optical member 10. That is, the mask 60 has a first portion 62, a second portion 63 displaced from the first portion 62 in the first direction d1, and a third portion 64 displaced from the second portion 63 in the second direction d2. And a fourth portion 65, which is located offset from the first portion 62 in the second direction d2. The mask 60 has openings 61 in the second portion 63, the third portion 64, and the fourth portion 65. The mask 60 blocks light in a portion where the opening 61 is not provided, but transmits light in the opening 61.

この開口部61は、作製される光学部材10の各回折光学素子における平坦部に対応して設けられている。すなわち、第2部分63の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における開口部61の割合は、当該領域より第1方向d1に沿って第1部分62から離間した第2部分63の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における開口部61の割合より高くなっている。第3部分64の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における開口部61の割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第2部分63から離間した第3部分64の単位面積を有したある別の領域における開口部61の割合より高くなっており、且つ当該領域より第1方向d1に沿って第4部分65から離間した第3部分64の単位面積を有したある別の領域における開口部61の割合より高くなっている。第4部分65の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における開口部61の割合は、当該領域より第2方向d2に沿って第1部分62から離間した第4部分65の単位面積を有したある別の領域における開口部61の割合より高くなっている。第2部分63における開口部61の第1方向d1に沿った幅、第3部分64において第1方向d1に沿って配列された開口部61の第1方向d1に沿った幅、第3部分64において第2方向d2に沿って配列された開口部61の第2方向d2に沿った幅、及び第4部分65における第2方向d2に沿った開口部61の幅は、例えば1μm以上2mm以下である。 The opening 61 is provided corresponding to a flat portion in each diffractive optical element of the manufactured optical member 10. That is, the proportion of the opening 61 in a region having a unit area of the second portion 63, preferably an arbitrary region, is that of the second portion 63 separated from the first portion 62 along the first direction d1 from the region. It is higher than the proportion of openings 61 in one other region, preferably any other region, having a unit area. The proportion of the opening 61 in a region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the third portion 64 is the unit area of the third portion 64 separated from the second portion 63 along the second direction d2 from the region. Another region having a unit area of a third portion 64 that is higher than the proportion of the opening 61 in another region and has a unit area of the third portion 64 that is separated from the fourth portion 65 along the first direction d1 from the region. It is higher than the proportion of openings 61 in the area. The proportion of the opening 61 in a region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the fourth portion 65 is the unit area of the fourth portion 65 separated from the first portion 62 along the second direction d2 from the region. It is higher than the proportion of the opening 61 in one other area having. The width of the opening 61 in the second portion 63 along the first direction d1, the width of the openings 61 arranged along the first direction d1 in the third portion 64, along the first direction d1, the third portion 64. The width of the openings 61 arranged along the second direction d2 along the second direction d2 and the width of the openings 61 along the second direction d2 in the fourth portion 65 are, for example, 1 μm or more and 2 mm or less. is there.

次に、図7に示すように、マスク60を介して光L7を照射して、ホログラム感材80を露光する。図7は、図6のVII−VII線に沿った断面の一部である。すなわち、マスク60の開口部61が設けられていない部分に対面する位置において、ホログラム感材80は露光される。ここで光L7が照射されたホログラム感材80は、後にホログラムを形成するための光を照射してもホログラムが形成されなくなる。すなわち、ホログラム感材80が不感化処理される。ホログラム感材80に照射する光L7は、短時間で確実に不感化処理するために、紫外線であることが好ましい。不感化処理されたホログラム感材80は、図8に示すように、各回折光学素子の平坦部となる。 Next, as shown in FIG. 7, light L7 is irradiated through the mask 60 to expose the hologram sensitive material 80. FIG. 7 is a part of a cross section taken along the line VII-VII of FIG. That is, the hologram sensitive material 80 is exposed at a position facing the portion of the mask 60 where the opening 61 is not provided. Here, the hologram sensitive material 80 irradiated with the light L7 does not form a hologram even if it is later irradiated with light for forming a hologram. That is, the hologram sensitive material 80 is desensitized. The light L7 that irradiates the hologram sensitive material 80 is preferably ultraviolet rays in order to reliably desensitize the hologram sensitive material 80 in a short time. As shown in FIG. 8, the desensitized hologram sensitive material 80 becomes a flat portion of each diffractive optical element.

その後、マスク60を除去し、次に図9に示すように基材11のホログラム感材80が設けられた側とは逆側にホログラム原版85を配置し、光、特に平行光束を照射してホログラム感材80を露光する。照射される光L91が参照光として、またホログラム感材80をいったん透過してホログラム原版85で回折された回折光L92が物体光として、ホログラム感材80に入射する。光L91と回折光L92とが干渉することにより、ホログラム感材80内に明暗パターンである干渉縞が生成される。そして、この干渉縞が、感光性を有したホログラム感材80に記録される。このようにして、ホログラム感材80に干渉縞を記録することにより、回折格子が形成される。回折格子が形成された部分が、各回折光学素子の回折部となる。このようにして、基材11上にホログラムとしての回折光学素子が形成されて、光学部材10が製造される。 After that, the mask 60 is removed, and then, as shown in FIG. 9, the hologram original plate 85 is arranged on the side opposite to the side where the hologram sensitive material 80 of the base material 11 is provided, and is irradiated with light, particularly parallel light flux. The hologram sensitive material 80 is exposed. The irradiated light L91 is incident on the hologram sensitive material 80 as reference light, and the diffracted light L92 once transmitted through the hologram sensitive material 80 and diffracted by the hologram original plate 85 is used as object light. When the light L91 and the diffracted light L92 interfere with each other, interference fringes, which are light and dark patterns, are generated in the hologram sensitive material 80. Then, the interference fringes are recorded on the hologram sensitive material 80 having photosensitivity. By recording the interference fringes on the hologram sensitive material 80 in this way, a diffraction grating is formed. The portion where the diffraction grating is formed becomes the diffraction portion of each diffraction optical element. In this way, a diffractive optical element as a hologram is formed on the base material 11, and the optical member 10 is manufactured.

次に、頭部装着型表示装置1及び光学部材10の作用について、図10を参照しながら説明する。図10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。 Next, the operations of the head-mounted display device 1 and the optical member 10 will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a cross-sectional view of the optical member 10 shown in FIG. 3 in which light in the first wavelength region incident from the display unit 5 is displayed in front of the observer's eyes.

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。 First, the display unit 5 emits image light which is diffused light. The emitted image light includes light in the first wavelength region and light in the second wavelength region. Typically, the image light includes light in the red wavelength region, light in the green wavelength region, and light in the blue wavelength region. The first wavelength region includes a blue light wavelength region and a red wavelength region or a green wavelength region. The second wavelength region includes a wavelength region that is not included in the first wavelength region among the red wavelength region and the green wavelength region.

表示部5から出射した画像光は、レンズ7に入射する。図10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10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回折光学部材20に入射する。 The image light emitted from the display unit 5 is incident on the lens 7. As shown in FIG. 10, the image light emitted from each position of the display unit 5 by the lens 7 becomes light traveling in a direction substantially parallel to the diffused light at each emission position. In the example shown in FIG. 10, the image light emitted from the vicinity of the center of the display unit 5 and the image light emitted from the vicinity of the peripheral edge of the display unit 5 are formed on the optical member 10 at different angles depending on the lens 7. The light travels in a direction that is approximately parallel to the incident. The substantially parallel image light is incident on the first diffraction optical member 20 of the optical member 10.

第1回折光学部材20に入射した画像光のうち、図10に示されたように、第1波長域の光は、第1回折光学素子21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5回折光学素子22によって回折される。第1回折光学素子21によって回折された第1波長域の光は、基材11内を第1方向d1に進んで第2回折光学部材30に向かう。第5回折光学素子22で回折された第2波長域の光は、基材11内を第2方向d2に進んで第4回折光学部材50に向かう。基材11内を進む光は、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。 Of the image light incident on the first diffracting optical member 20, as shown in FIG. 10, the light in the first wavelength region is diffracted by the first diffracting optical element 21. On the other hand, the light in the second wavelength region (not shown) is diffracted by the fifth diffracting optical element 22. The light in the first wavelength region diffracted by the first diffracting optical element 21 travels in the base material 11 in the first direction d1 and heads toward the second diffracting optical member 30. The light in the second wavelength region diffracted by the fifth diffracting optical element 22 travels in the base material 11 in the second direction d2 and heads toward the fourth diffracting optical member 50. The light traveling in the base material 11 is totally reflected by a pair of main surfaces of the base material 11 or a diffractive optical member provided on the base material 11, so that the light is guided in the base material 11.

図10に示すように、第1回折光学部材20の第1回折光学素子21で回折された第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2回折光学素子31によって回折される。第2回折光学素子31によって回折された光は、基材11内を第2方向d2に導光されて第3回折光学部材40に向かう。第2回折光学素子31の回折効率は、第1回折光学素子21の回折効率よりも低くなっているため、第2回折光学素子31のあ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2方向d2に基材11内を導光される。第2回折光学素子31のある位置で回折されなかった光は、その後、第2回折光学素子31及び基材11の表面で反射し、再び第2回折光学素子31の別の位置に入射する。 As shown in FIG. 10, the light in the first wavelength region diffracted by the first diffracting optical element 21 of the first diffracting optical member 20 is incident on the second diffracting optical member 30. The light in the first wavelength region incident on the second diffracting optical member 30 is diffracted by the second diffracting optical element 31. The light diffracted by the second diffractive optical element 31 is guided through the base material 11 in the second direction d2 and directed toward the third diffractive optical member 40. Since the diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31 is lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21, only a part of the light in the first wavelength region incident on the position of the second diffraction optical element 31 is used. Is diffracted and guided in the base material 11 in the second direction d2. The light that is not diffracted at a certain position of the second diffracting optical element 31 is then reflected by the surfaces of the second diffracting optical element 31 and the base material 11 and is incident on another position of the second diffracting optical element 31 again.

図示されていない第1回折光学部材20の第5回折光学素子22で回折された第2波長域の光は、第4回折光学部材50に入射する。第4回折光学部材50に入射した第2波長域の光は、第4回折光学素子51によって回折される。第4回折光学素子51によって回折された光は、基材11内を第1方向d1に導光された第3回折光学部材40に向かう。第4回折光学素子51の回折効率は、第5回折光学素子22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51のあ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1方向d1に基材11内を導光される。第4回折光学素子51のあ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51及び基材11の表面で反射し、再び第4回折光学素子51の別の位置に入射する。 The light in the second wavelength region diffracted by the fifth diffracting optical element 22 of the first diffracting optical member 20 (not shown) is incident on the fourth diffracting optical member 50. The light in the second wavelength region incident on the fourth diffracting optical member 50 is diffracted by the fourth diffracting optical element 51. The light diffracted by the fourth diffractive optical element 51 is directed to the third diffractive optical member 40 guided in the first direction d1 in the base material 11. Since the diffraction efficiency of the 4th diffraction optical element 51 is lower than the diffraction efficiency of the 5th diffraction optical element 22, only a part of the light in the second wavelength region incident on the position of the 4th diffraction optical element 51 is used. Is diffracted and guided in the base material 11 in the first direction d1. The light that is not diffracted at a certain position of the fourth diffractive optical element 51 is then reflected by the surfaces of the fourth diffracted optical element 51 and the base material 11 and is incident on another position of the fourth diffracted optical element 51 again.

図10に示すように、第3回折光学部材40に入射した第1波長域の光は、第3回折光学素子41によって回折される。第3回折光学素子41によって回折された光は、光学部材10から出射する。一方、第3回折光学部材40に入射した図示されていない第2波長域の光は、第6回折光学素子42によって回折される。第6回折光学素子42によって回折された光は、光学部材10から出射する。第3回折光学素子41の回折効率は、第1回折光学素子21の回折効率よりも低くなっており、第6回折光学素子42の回折効率は、第5回折光学素子22の回折効率よりも低くなっている。このため、第3回折光学素子41や第6回折光学素子42のある位置に入射した光の一部のみが回折されて、光学部材10から出射する。第3回折光学素子41及び第6回折光学素子42のあ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41及び第6回折光学素子42の表面で反射し、再び第3回折光学素子41及び第6回折光学素子42に入射する。 As shown in FIG. 10, the light in the first wavelength region incident on the third diffracting optical member 40 is diffracted by the third diffracting optical element 41. The light diffracted by the third diffracting optical element 41 is emitted from the optical member 10. On the other hand, the light in the second wavelength region (not shown) incident on the third diffracting optical member 40 is diffracted by the sixth diffracting optical element 42. The light diffracted by the sixth diffracting optical element 42 is emitted from the optical member 10. The diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41 is lower than the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21, and the diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 is lower than the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22. It has become. Therefore, only a part of the light incident on the position of the third diffraction optical element 41 and the sixth diffraction optical element 42 is diffracted and emitted from the optical member 10. The light that was not diffracted at a certain position of the third diffracting optical element 41 and the sixth diffracting optical element 42 is then reflected on the surfaces of the third diffracting optical element 41 and the sixth diffracting optical element 42, and is again reflected in the third diffracting optical It is incident on the element 41 and the sixth diffraction optical element 42.

光学部材10から出射した光は、観察者によって観察されることができる。すなわち、表示装置3に表示される画像を、観察者は視認することができる。とりわけ、頭部装着型表示装置1において、表示装置3の光学部材10は、観察者の眼前に配置されている。このため、観察者は表示される画像を眼前において視認することができる。 The light emitted from the optical member 10 can be observed by the observer. That is, the observer can visually recognize the image displayed on the display device 3. In particular, in the head-mounted display device 1, the optical member 10 of the display device 3 is arranged in front of the observer's eyes. Therefore, the observer can visually recognize the displayed image in front of the eyes.

ところで、従来の光学部材では、入射部と同様に、拡張部や出射部における各回折光学素子の回折効率は、略一定となっている。拡張部において一部の画像光が回折されると、その画像光が回折された位置より入射部から離間した位置では回折された分だけ画像光が少なくなる。すなわち、拡張部において入射部から離間するほど、画像光の強度は小さくなる。同様に、出射部において一部の画像光が回折されると、その画像光が回折された位置より拡張部から離間した位置では回折された分だけ画像光が少なくなる。すなわち、出射部において拡張部から離間するほど、画像光の強度は小さくなる。このように、出射部の位置によって、出射する画像光の強度が不均一になってしまう。画像光の強度が強いほど、画像は明るく視認される。すなわち、光学部材の出射部から出射して観察者に観察される画像の明るさが不均一になってしまう。明るさが不均一になると、光学部材から出射する画像光による画像の品質を低下させてしまう。 By the way, in the conventional optical member, the diffraction efficiency of each diffractive optical element in the expanding portion and the emitting portion is substantially constant as in the incident portion. When a part of the image light is diffracted in the extension portion, the image light is reduced by the amount of diffraction at the position separated from the incident portion from the position where the image light is diffracted. That is, the intensity of the image light decreases as the distance from the incident portion increases in the expansion portion. Similarly, when a part of the image light is diffracted in the emitting portion, the image light is reduced by the amount of diffraction at the position separated from the expansion portion from the position where the image light is diffracted. That is, the intensity of the image light decreases as the distance from the expansion portion increases at the emission portion. In this way, the intensity of the emitted image light becomes non-uniform depending on the position of the emitting portion. The stronger the intensity of the image light, the brighter the image is visually recognized. That is, the brightness of the image emitted from the emitting portion of the optical member and observed by the observer becomes non-uniform. If the brightness becomes non-uniform, the quality of the image due to the image light emitted from the optical member is deteriorated.

一方、本実施の形態の光学部材10では、第2回折光学素子31は、拡張部に設けられた第2回折光学部材30に含まれており、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第2回折光学素子31のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。また、第3回折光学素子41は、出射部に設けられた第3回折光学部材40に含まれており、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第3回折光学素子41のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第3回折光学素子41から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。このため、光学部材10から出射する画像光の明るさを均一に近づけることができる。 On the other hand, in the optical member 10 of the present embodiment, the second diffraction optical element 31 is included in the second diffraction optical member 30 provided in the expansion portion, and has a unit area of the second diffraction optical element 31. The diffraction efficiency in a certain region is lower than the diffraction efficiency in another region having a unit area of the second diffraction optical element 31 separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. .. Therefore, another part of the second diffractive optical element 31 in which the intensity of the image light diffracted in a certain region of the second diffractive optical element 31 is separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1 from the region. The intensity of the image light diffracted in the region can be approached. Further, the third diffraction optical element 41 is included in the third diffraction optical member 40 provided in the exit portion, and the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the third diffraction optical element 41 is higher than that of the region. It is lower than the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element 41 separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2. Therefore, another part of the third diffractive optical element 41 in which the intensity of the image light diffracted in a certain region of the third diffractive optical element 41 is separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2 from the region. The intensity of the image light diffracted in the region can be approached. That is, the intensity of the image light emitted from the third diffractive optical element 41 can be made uniform. Therefore, the brightness of the image light emitted from the optical member 10 can be made uniform.

同様に、第4回折光学素子51は、拡張部に設けられた第4回折光学部材50に含まれており、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第4回折光学素子51のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。また、第6回折光学素子42は、出射部に設けられた第3回折光学部材40に含まれており、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第6回折光学素子42のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第6回折光学素子42から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。このため、光学部材10から出射する画像光の明るさを均一に近づけることができる。 Similarly, the fourth diffraction optical element 51 is included in the fourth diffraction optical member 50 provided in the expansion portion, and the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 is the region. It is lower than the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 separated from the first diffractive optical member 20 along the second direction d2. Therefore, there is another fourth diffractive optical element 51 in which the intensity of the image light diffracted in a certain region of the fourth diffractive optical element 51 is separated from the first diffractive optical member 20 along the second direction d2 from the region. The intensity of the image light diffracted in the region can be approached. Further, the sixth diffraction optical element 42 is included in the third diffraction optical member 40 provided at the exit portion, and the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 is higher than that of the region. It is lower than the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1. Therefore, the intensity of the image light diffracted in a certain region of the sixth diffractive optical element 42 is separated from the fourth diffractive optical member 50 along the first direction d1 from the region, another of the sixth diffractive optical element 42. The intensity of the image light diffracted in the region can be approached. That is, the intensity of the image light emitted from the sixth diffraction optical element 42 can be made uniform. Therefore, the brightness of the image light emitted from the optical member 10 can be made uniform.

また、第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第2回折光学素子31の任意の領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の任意の別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。また、第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有した任意の別の領域における回折効率より低くなっている。したがって、第3回折光学素子41の任意の領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の任意の別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第3回折光学素子41の任意の領域から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。このため、光学部材10の出射部の全体から出射する画像光の明るさを均一に近づけることができる。 Further, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the second diffraction optical element 31 is the unit area of the second diffraction optical element 31 separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having. Therefore, the intensity of the image light diffracted in an arbitrary region of the second diffracting optical element 31 is separated from the first diffracting optical member 20 along the first direction d1 from the region, and is arbitrarily separated from the second diffracting optical element 31. It is possible to approach the intensity of the image light diffracted in another region. Further, the diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the third diffraction optical element 41 is the unit area of the third diffraction optical element 41 separated from the second diffraction optical member 30 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency in any other region having. Therefore, the intensity of the image light diffracted in an arbitrary region of the third diffractive optical element 41 is separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2 from the region, and is arbitrary in the third diffractive optical element 41. It is possible to approach the intensity of the image light diffracted in another region. That is, the intensity of the image light emitted from an arbitrary region of the third diffraction optical element 41 can be made uniform. Therefore, the brightness of the image light emitted from the entire emitting portion of the optical member 10 can be made uniform.

第1回折光学素子21の回折効率及び第5回折光学素子22の回折効率は、適切な範囲にあることが好ましい。例えば、図11に示すように、第1回折光学素子21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回折光学素子21で回折され得る。再度第1回折光学素子21で回折された光は、基材11内には向かわず、第1回折光学部材20から出射してしまう。このため、第1回折光学素子21の回折効率が高すぎる場合、複数回にわたって第1回折光学素子21で回折されやすくなり、最終的に第1回折光学部材20から第2回折光学部材30に導光される光が少なくなってしまう。本件発明者らが確認したところ、表示部5から入射して第1回折光学素子21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に入射することが知見された。 The diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21 and the diffraction efficiency of the fifth diffraction optical element 22 are preferably in an appropriate range. For example, as shown in FIG. 11, the light diffracted by the first diffracting optical element 21 may be totally reflected by the main surface of the base material 11 and then incident on the first diffracting optical element 21 again. The light incident on the first diffracting optical element 21 again can be diffracted by the first diffracting optical element 21 again. The light diffracted by the first diffracting optical element 21 again does not go into the base material 11 and is emitted from the first diffracting optical member 20. Therefore, if the diffraction efficiency of the first diffraction optical element 21 is too high, it is likely to be diffracted by the first diffraction optical element 21 multiple times, and finally the first diffraction optical member 20 leads to the second diffraction optical member 30. Less light is shined. As confirmed by the inventors of the present invention, the light incident from the display unit 5 and diffracted by the first diffracting optical element 21 is totally reflected by the main surface of the base material 11 and then about 1 to 5 times, particularly. It was found that the light was incident on the first diffraction optical element 21 again four times.

図12は、回折光学素子の回折効率と一度回折光学素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回折光学部材20から第2回折光学部材30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回折光学部材20から第2回折光学部材30に導光される光の割合を示している。図12から理解されるように、一度回折光学素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、回折光学素子の回折効率は、50%以下であることが好ましい。また、一度回折光学素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、回折光学素子の回折効率は、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、一度回折光学素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、回折光学素子の回折効率は、15%以上25%以下であることが好ましい。 FIG. 12 shows the relationship between the diffraction efficiency of the diffractive optical element and the number of times it is diffracted by the diffractive optical element and then incident on the diffractive optical element again. It is a table which shows the ratio of the light to be guided. That is, the ratio of the light guided from the first diffraction optical member 20 to the second diffraction optical member 30 when the light incident from the display unit 5 is 100% is shown. As can be seen from FIG. 12, when the number of times the diffraction optical element is diffracted once and then the diffraction optical element is incident again once or more, the diffraction efficiency of the diffraction optical element is preferably 50% or less. Further, when the number of times of being diffracted by the diffractive optical element and then incident on the diffractive optical element again is 3 times or more, the diffraction efficiency of the diffractive optical element is preferably 10% or more and 40% or less, and 10% or more and 30%. % Or less is more preferable. Further, when the number of times of being diffracted by the diffractive optical element and then incident on the diffractive optical element again is 4 times or more, the diffraction efficiency of the diffractive optical element is preferably 15% or more and 25% or less.

以上のように、本実施の形態の光学部材10は、基材11と、基材11に積層され、第1回折光学素子21を含む第1回折光学部材20と、第1回折光学部材20から第1方向d1にずれた位置において基材11に積層され、第2回折光学素子31を含む第2回折光学部材30と、第2回折光学部材30から第1方向d1に非平行な第2方向d2にずれた位置において基材11に積層され、第3回折光学素子41を含む第3回折光学部材40と、を備える光学部材であって、第1回折光学素子21は、当該光学部材に入射した第1波長域の光を第1方向d1に向かうように回折し、第2回折光学素子31は、第1方向d1から入射した第1波長域の光を第2方向d2に向かうように回折し、第3回折光学素子41は、第2方向d2から入射した第1波長域の光を当該光学部材から出射するように回折し、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低い。このような光学部材10によれば、第2回折光学素子31のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができ、第3回折光学素子41のある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41のある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第3回折光学素子41から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。このため、光学部材10から出射する画像光の明るさを均一に近づけることができる。 As described above, the optical member 10 of the present embodiment is laminated on the base material 11 and the base material 11, from the first diffractive optical member 20 including the first diffractive optical element 21 and the first diffractive optical member 20. The second diffractive optical member 30 which is laminated on the base material 11 at a position deviated from the first direction d1 and includes the second diffractive optical element 31, and the second diffractive optical member 30 which is non-parallel to the first direction d1. An optical member that is laminated on the base material 11 at a position deviated from d2 and includes a third diffractive optical member 40 including a third diffractive optical element 41, and the first diffractive optical element 21 is incident on the optical member. The light in the first wavelength region is diffracted toward the first direction d1, and the second diffraction optical element 31 diffracts the light in the first wavelength region incident from the first direction d1 toward the second direction d2. Then, the third diffractive optical element 41 diffracts the light in the first wavelength region incident from the second direction d2 so as to be emitted from the optical member, and in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element 31. The diffraction efficiency is lower than the diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element 31 separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1 from the region, and the third diffractive optical element. The diffraction efficiency in one region having a unit area of 41 is in another region having a unit area of the third diffractive optical element 41 separated from the second diffractive optical member 30 along the second direction d2 from the region. It is lower than the diffraction efficiency. According to such an optical member 10, the intensity of the image light diffracted in a certain region of the second diffracting optical element 31 is separated from the first diffracting optical member 20 along the first direction d1 from the region. The intensity of the image light diffracted in a certain region of the diffractive optical element 31 can be approached, and the intensity of the image light diffracted in a certain region of the third diffracting optical element 41 is set in the second direction d2 from the region. It is possible to approach the intensity of the image light diffracted in another region of the third diffracting optical element 41 which is separated from the second diffracting optical member 30 along the line. That is, the intensity of the image light emitted from the third diffractive optical element 41 can be made uniform. Therefore, the brightness of the image light emitted from the optical member 10 can be made uniform.

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。 It is possible to make various changes to the above-described embodiment.

上述の実施の形態では、表示装置3は、頭部装着型表示装置1に適用されているが、これに限らず、別の部材に適用されてもよい。 In the above-described embodiment, the display device 3 is applied to the head-mounted display device 1, but the display device 3 is not limited to this, and may be applied to another member.

また、上述した実施の形態では、図2に示すように、第2回折光学部材30において、第2回折部31a及び第2平坦部31bは、第2方向d2において第2回折光学素子31の全体に延びている。しかしながら、例えば、図13に示すように、第2回折部31a及び第2平坦部31bは、第2方向d2において第2回折光学素子31に部分的に延びていてもよい。さらに、第2回折光学部材30において、第2回折光学素子31は、第2方向d2におけるずれた位置に、第1方向d1に交互に配置された別の第2回折部31a及び第2平坦部31bを含んでいてもよい。 Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, in the second diffraction optical member 30, the second diffraction portion 31a and the second flat portion 31b are the entire second diffraction optical element 31 in the second direction d2. Extends to. However, for example, as shown in FIG. 13, the second diffractive portion 31a and the second flat portion 31b may partially extend to the second diffractive optical element 31 in the second direction d2. Further, in the second diffraction optical member 30, the second diffraction optical element 31 is another second diffraction portion 31a and a second flat portion alternately arranged in the first direction d1 at deviated positions in the second direction d2. 31b may be included.

同様に、上述した実施の形態では、図2に示すように、第4回折光学部材50において、第4回折部51a及び第4平坦部51bは、第1方向d1において第4回折光学素子51の全体に延びている。しかしながら、例えば図13に示すように、第4回折部51a及び第4平坦部51bは、第1方向d1において第4回折光学素子51に部分的に延びていてもよい。さらに、第4回折光学部材50において、第4回折光学素子51は、第1方向d1におけるずれた位置に、第2方向d2に交互に配置された別の第4回折部51a及び第4平坦部51bを含んでいてもよい。 Similarly, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, in the fourth diffraction optical member 50, the fourth diffraction portion 51a and the fourth flat portion 51b are the fourth diffraction optical element 51 in the first direction d1. It extends to the whole. However, for example, as shown in FIG. 13, the fourth diffractive portion 51a and the fourth flat portion 51b may partially extend to the fourth diffractive optical element 51 in the first direction d1. Further, in the fourth diffractive optical member 50, the fourth diffractive optical element 51 has another fourth diffractive portion 51a and a fourth flat portion alternately arranged in the second direction d2 at deviated positions in the first direction d1. 51b may be included.

また、上述した実施の形態では、回折部と平坦部との割合を変化させることによって、第2回折光学素子31の回折効率、第3回折光学素子41の回折効率、第4回折光学素子51の回折効率及び第6回折光学素子42の回折効率を変化させている。しかしながら、他の方法によって、回折光学素子の回折効率を変化させていてもよい。図14に示す例では、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第2回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第2回折格子を形成する屈折率差より低くなっている。図14では、屈折率差の大きい部分を濃く、屈折率差の小さい部分を薄く示している。回折格子を形成する屈折率差が大きくなるほど、当該回折格子で光が回折されやすくなる。したがって、このような場合でも、上述した実施の形態と同様に、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における回折効率を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における回折効率より低くすることができる。 Further, in the above-described embodiment, the diffraction efficiency of the second diffraction optical element 31, the diffraction efficiency of the third diffraction optical element 41, and the diffraction efficiency of the fourth diffraction optical element 51 are changed by changing the ratio of the diffraction portion and the flat portion. The diffraction efficiency and the diffraction efficiency of the sixth diffraction optical element 42 are changed. However, the diffraction efficiency of the diffractive optical element may be changed by another method. In the example shown in FIG. 14, the difference in refractive index forming the second diffraction grating in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element 31, preferably an arbitrary region, is along the first direction d1 from the region. It is lower than the difference in refractive index forming the second diffraction grating in a certain other region having a unit area of the second diffractive optical element 31 separated from the first diffractive optical member 20, preferably any other region. In FIG. 14, a portion having a large difference in refractive index is shown dark, and a portion having a small difference in refractive index is shown lightly. The larger the difference in refractive index that forms the diffraction grating, the easier it is for light to be diffracted by the diffraction grating. Therefore, even in such a case, as in the above-described embodiment, the diffraction efficiency in a certain region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the second diffraction optical element 31 is set to d1 in the first direction from the region. It can be made lower than the diffraction efficiency in a certain other region, preferably any other region, having a unit area of the second diffractive optical element 31 separated from the first diffractive optical member 20 along the line.

同様に、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第3回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第3回折格子を形成する屈折率差より低くなっている。このような場合でも、上述した実施の形態と同様に、第3回折光学素子41の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における回折効率を、当該領域より第2方向d2に沿って第2回折光学部材30から離間した第3回折光学素子41の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における回折効率より低くすることができる。 Similarly, the difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element 41, preferably an arbitrary region, is the second diffractive optical along the second direction d2 from the region. It is lower than the difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain other region having a unit area of the third diffractive optical element 41 separated from the member 30, preferably any other region. Even in such a case, as in the above-described embodiment, the diffraction efficiency in a certain region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the third diffraction optical element 41 is set along the second direction d2 from the region. The diffraction efficiency can be lower than the diffraction efficiency in a certain other region having a unit area of the third diffractive optical element 41 separated from the second diffractive optical member 30, preferably any other region.

また、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第4回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第4回折格子を形成する屈折率差より低くなっている。このような場合でも、上述した実施の形態と同様に、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における回折効率を、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における回折効率より低くすることができる。 Further, the difference in refractive index forming the fourth diffraction grating in a certain region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51, preferably an arbitrary region, is the first diffractive optical member along the second direction d2 from the region. It is lower than the difference in refractive index forming the fourth diffraction grating in one other region having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 separated from 20 and preferably in any other region. Even in such a case, as in the above-described embodiment, the diffraction efficiency in a certain region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the fourth diffraction optical element 51 is set along the second direction d2 from the region. The diffraction efficiency can be lower than the diffraction efficiency in a certain other region having a unit area of the fourth diffractive optical element 51 separated from the first diffractive optical member 20, preferably any other region.

さらに、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における第6回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における第6回折格子を形成する屈折率差より低くなっている。このような場合でも、上述した実施の形態と同様に、第6回折光学素子42の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における回折効率を、当該領域より第1方向d1に沿って第4回折光学部材50から離間した第6回折光学素子42の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における回折効率より低くすることができる。 Further, the difference in refractive index forming the sixth diffraction grating in a certain region having a unit area of the sixth diffractive optical element 42, preferably an arbitrary region, is the fourth diffractive optical member along the first direction d1 from the region. It is lower than the difference in refractive index forming the sixth diffraction grating in one other region having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 separated from 50, preferably in any other region. Even in such a case, as in the above-described embodiment, the diffraction efficiency in a certain region, preferably an arbitrary region, having a unit area of the sixth diffraction optical element 42 is set along the first direction d1 from the region. The diffraction efficiency can be lower than the diffraction efficiency in a certain other region, preferably any other region, having a unit area of the sixth diffractive optical element 42 separated from the fourth diffractive optical member 50.

このような各回折光学素子を有する光学部材10は、例えば以下のようにして製造することができる。まず、上述した実施の形態の光学部材10の製造工程と同様に、基材11上にホログラムとして回折光学素子を形成するようになるホログラム感材80を設ける。次に、図15に示すように、基材11上のホログラム感材80に対面して減光フィルタ70を配置する。減光フィルタ70は、作製される光学部材10の各回折光学部材に対応した部分を有している。すなわち、減光フィルタ70は、第1部分72と、第1部分72から第1方向d1にずれて位置する第2部分73と、第2部分73から第2方向d2にずれて位置する第3部分74と、第1部分72から第2方向d2にずれて位置する第4部分75と、を含んでいる。 The optical member 10 having such diffractive optical elements can be manufactured, for example, as follows. First, a hologram sensitive material 80 for forming a diffractive optical element as a hologram is provided on the base material 11 in the same manner as in the manufacturing process of the optical member 10 of the above-described embodiment. Next, as shown in FIG. 15, the dimming filter 70 is arranged so as to face the hologram sensitive material 80 on the base material 11. The dimming filter 70 has a portion corresponding to each diffraction optical member of the manufactured optical member 10. That is, the dimming filter 70 has a first portion 72, a second portion 73 displaced from the first portion 72 in the first direction d1, and a third portion 73 displaced from the second portion 73 in the second direction d2. It includes a portion 74 and a fourth portion 75 located offset from the first portion 72 in the second direction d2.

減光フィルタ70は、入射した光の一部を透過させ、他の一部を吸収または反射する。すなわち、減光フィルタ70は、透過しようとする光の強度を減衰させる。減光フィルタ70における光の透過率は、適宜に設定することができる。図15に示す減光フィルタ70は、図14に示す光学部材10の各回折光学素子を作製するように光の透過率が設定されている。図15では、透過率の低い部分を濃く、透過率の高い部分を薄く示している。すなわち、第2部分73の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における光の透過率は、当該領域より第1方向d1に沿って第1部分72から離間した第2部分73の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における光の透過率より高くなっている。第3部分74の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における光の透過率は、当該領域より第2方向d2に沿って第2部分73から離間した第3部分74の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における光の透過率より高くなっており、且つ当該領域より第1方向d1に沿って第4部分75から離間した第3部分74の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における光の透過率より高くなっている。第4部分75の単位面積を有したある領域、好ましくは任意の領域における光の透過率は、当該領域より第2方向d2に沿って第1部分72から離間した第4部分75の単位面積を有したある別の領域、好ましくは任意の別の領域における光の透過率より高くなっている。 The dimming filter 70 transmits a part of the incident light and absorbs or reflects the other part. That is, the dimming filter 70 attenuates the intensity of the light to be transmitted. The light transmittance of the dimming filter 70 can be appropriately set. In the dimming filter 70 shown in FIG. 15, the light transmittance is set so as to fabricate each diffractive optical element of the optical member 10 shown in FIG. In FIG. 15, a portion having a low transmittance is shown dark, and a portion having a high transmittance is shown lightly. That is, the light transmittance in a certain region having a unit area of the second portion 73, preferably an arbitrary region, is the unit of the second portion 73 separated from the first portion 72 along the first direction d1 from the region. It is higher than the light transmittance in one other region having an area, preferably any other region. The light transmittance in a certain region having a unit area of the third portion 74, preferably an arbitrary region, is the unit area of the third portion 74 separated from the second portion 73 along the second direction d2 from the region. The unit area of the third portion 74, which is higher than the light transmittance in one other region, preferably any other region, and is separated from the fourth portion 75 along the first direction d1 from the region. Is higher than the light transmittance in one other area, preferably any other area. The light transmittance in a certain region having a unit area of the fourth portion 75, preferably an arbitrary region, is the unit area of the fourth portion 75 separated from the first portion 72 along the second direction d2 from the region. It is higher than the light transmittance in one other region, preferably any other region.

次に、図16に示すように、減光フィルタ70を介して光L16を照射して、ホログラム感材80を露光する。図16は、図15のXVI−XVI線に沿った断面の一部である。すなわち、減光フィルタ70の透過率に応じて、ホログラム感材80が露光される。減光フィルタ70の透過率が高いほど、ホログラム感材80が光L16によって強く露光される。ここで、光L16が照射された光の強度に応じて、ホログラム感材80が不感化処理される。ホログラム感材80に照射する光L16は、短時間で確実に不感化処理するために、紫外線であることが好ましい。図17では、強く不感化処理されたホログラム感材80を濃く、弱く不感化処理されたホログラム感材80を薄く示している。ホログラム感材80は、図17に示すように、減光フィルタ70の透過率が高いほどホログラム感材80に含まれる屈折率差を形成する材料(モノマー)が反応して強く不感化処理され、透過率が低いほどホログラム感材80に含まれる屈折率差を形成する材料(モノマー)があまり反応せずに弱く不感化処理される。 Next, as shown in FIG. 16, the light L16 is irradiated through the dimming filter 70 to expose the hologram sensitive material 80. FIG. 16 is a part of a cross section taken along the line XVI-XVI of FIG. That is, the hologram sensitive material 80 is exposed according to the transmittance of the dimming filter 70. The higher the transmittance of the dimming filter 70, the stronger the hologram sensitive material 80 is exposed by the light L16. Here, the hologram sensitive material 80 is desensitized according to the intensity of the light irradiated by the light L16. The light L16 that irradiates the hologram sensitive material 80 is preferably ultraviolet rays in order to reliably desensitize the hologram sensitive material 80 in a short time. In FIG. 17, the strongly desensitized hologram sensitizer 80 is shown dark, and the weakly desensitized hologram sensitizer 80 is shown lightly. As shown in FIG. 17, the hologram sensitive material 80 is strongly desensitized by reacting with the material (monomer) that forms the difference in refractive index contained in the hologram sensitive material 80 as the transmittance of the dimming filter 70 increases. The lower the transmittance, the weaker the material (monomer) that forms the difference in refractive index contained in the hologram sensitive material 80 is, and the weaker the desensitization treatment is performed.

その後、減光フィルタ70を除去し、次に図18に示すように基材11のホログラム感材80が設けられた側とは逆側にホログラム原版85を配置し、光、特に平行光束を照射してホログラム感材80を露光する。照射される光L181が参照光として、またホログラム感材80をいったん透過してホログラム原版85で回折された回折光L182が物体光として、ホログラム感材80に入射する。光L181と回折光L182とが干渉することにより、ホログラム感材80内に明暗パターンである干渉縞が生成される。そして、この干渉縞が、感光性を有したホログラム感材80に記録される。このようにして、ホログラム感材80に干渉縞を記録することにより、回折格子が形成される。このようにして、基材11上にホログラムとしての回折光学素子が形成されて、上述した変形例の光学部材10が製造される。 After that, the dimming filter 70 is removed, and then, as shown in FIG. 18, the hologram original plate 85 is arranged on the side opposite to the side where the hologram sensitive material 80 of the base material 11 is provided, and light, particularly parallel light flux is irradiated. Then, the hologram sensitive material 80 is exposed. The irradiated light L181 is incident on the hologram sensitive material 80 as reference light, and the diffracted light L182 once transmitted through the hologram sensitive material 80 and diffracted by the hologram original plate 85 is incident on the hologram sensitive material 80 as object light. When the light L181 and the diffracted light L182 interfere with each other, interference fringes, which are light and dark patterns, are generated in the hologram sensitive material 80. Then, the interference fringes are recorded on the hologram sensitive material 80 having photosensitivity. By recording the interference fringes on the hologram sensitive material 80 in this way, a diffraction grating is formed. In this way, the diffractive optical element as a hologram is formed on the base material 11, and the optical member 10 of the above-mentioned modified example is manufactured.

ここで、ホログラム感材80が強く不感化処理されるほど、当該位置でのホログラム感材80に含まれる屈折率差を形成する材料(モノマー)が反応して不感化処理される。言い換えると、光L181が照射された際に回折格子として屈折率差を形成する未反応の材料(モノマー)が少なくなる。光L181が照射されて回折格子が形成される際に回折格子として屈折率差を形成する未反応の材料の量が多いほど、屈折率差が大きな回折格子が形成される。したがって、不感化処理されたホログラム感材80が強いほど、形成される回折格子の屈折率差が小さくなる。 Here, the more strongly the hologram sensitive material 80 is desensitized, the more the material (monomer) that forms the difference in refractive index contained in the hologram sensitive material 80 at the position reacts and is desensitized. In other words, the amount of unreacted material (monomer) that forms a refractive index difference as a diffraction grating when irradiated with light L181 is reduced. When the light L181 is irradiated to form a diffraction grating, the larger the amount of unreacted material that forms a refractive index difference as the diffraction grating, the larger the diffraction grating is formed. Therefore, the stronger the desensitized hologram sensitive material 80, the smaller the difference in refractive index of the formed diffraction grating.

回折光学素子における各部分での回折格子の屈折率差の大小は、例えば次の方法で評価することができる。まず、図19乃至図22に示すように、各回折光学素子の屈折率差が小さいことで回折効率が低くなる部分と屈折率差が大きいことで回折効率が高くなる部分との拡大画像を撮像する。各回折光学素子の拡大画像は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)や走査型電子顕微鏡(SEM)によって撮像することができる。図19及び図20は、回折光学素子における屈折率差が小さいことで回折効率が低くなる同一の部分をTEMによって撮像した画像であり、図21及び図22は、回折光学素子における屈折率差が大きいことで回折効率が大きくなる同一の部分をTEMによって撮像した画像である。図19及び図20に示された部分での回折効率は32%であり、図21及び図22に示された部分での回折効率は16%であった。 The magnitude of the difference in the refractive index of the diffraction grating at each portion of the diffractive optical element can be evaluated by, for example, the following method. First, as shown in FIGS. 19 to 22, a magnified image of a portion where the refractive index difference of each diffractive optical element is small and the diffraction efficiency is low and a portion where the refractive index difference is large and the diffraction efficiency is high is captured. To do. The enlarged image of each diffractive optical element can be captured by, for example, a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). 19 and 20 are images taken by TEM of the same portion where the diffraction efficiency is low due to the small difference in refractive index in the diffractive optical element, and FIGS. 21 and 22 show the difference in refractive index in the diffractive optical element. This is an image obtained by TEM of the same portion where the diffraction efficiency increases as the diffraction efficiency increases. The diffraction efficiency in the portions shown in FIGS. 19 and 20 was 32%, and the diffraction efficiency in the portions shown in FIGS. 21 and 22 was 16%.

撮像された画像において、回折格子として高屈折率部分及び低屈折率部分のうちの一方の部分は明部となり、当該明部を形成する際に材料が偏在した結果、高屈折率部分及び低屈折率部分のうちの他方の部分は暗部となる。すなわち、暗部と明部の輝度比が大きいほど、回折格子の屈折率差が大きい。 In the captured image, one of the high refractive index portion and the low refractive index portion as the diffraction grating becomes a bright portion, and as a result of uneven distribution of the material when forming the bright portion, the high refractive index portion and the low refractive index portion and the low refractive index portion. The other part of the rate part is a dark part. That is, the larger the brightness ratio between the dark part and the bright part, the larger the difference in the refractive index of the diffraction grating.

次に、暗部と明部の輝度比を求めるために、撮像された画像において、一方向に延びる暗部と、当該暗部に隣り合って一方向に延びる明部と、をそれぞれ3つ定める。代表として、図19及び図21には、一方向に延びる1つの暗部が点線に沿って示されており、図20及び図22には、図19及び図21で定めた暗部に隣り合って延びる1つの明部が点線に沿って示されている。3つの暗部及び明部の輝度を画像から読み込み、それぞれの暗部と明部の輝度の平均を算出する。 Next, in order to obtain the brightness ratio between the dark part and the bright part, three dark parts extending in one direction and three bright parts extending in one direction adjacent to the dark part are defined in the captured image. As a representative, in FIGS. 19 and 21, one dark portion extending in one direction is shown along the dotted line, and in FIGS. 20 and 22, one dark portion extending in one direction extends adjacent to the dark portion defined in FIGS. 19 and 21. One bright area is shown along the dotted line. The brightness of the three dark and bright areas is read from the image, and the average of the brightness of each of the dark and bright areas is calculated.

暗部の輝度の平均に対する明部の輝度の平均の比から、暗部と明部の輝度比を算出する。暗部と明部との屈折率差が大きいほど、この輝度比の値は、大きくなる。すなわち、輝度比の値を比較することにより、各部分での回折格子の屈折率差を比較することができる。具体的な例として、図19及び図20に示した回折光学素子における屈折率差が小さい部分での輝度比は、1.31であり、図21及び図22に示した回折光学素子における屈折率差が大きい部分での輝度比は、1.92である。 The brightness ratio between the dark part and the bright part is calculated from the ratio of the average brightness of the bright part to the average brightness of the dark part. The larger the difference in refractive index between the dark part and the bright part, the larger the value of this luminance ratio. That is, by comparing the values of the luminance ratio, it is possible to compare the difference in the refractive index of the diffraction grating in each portion. As a specific example, the luminance ratio in the portion where the refractive index difference is small in the diffractive optical elements shown in FIGS. 19 and 20 is 1.31, and the refractive index in the diffractive optical elements shown in FIGS. 21 and 22 is 1.31. The brightness ratio in the portion where the difference is large is 1.92.

なお、本変形例の各回折光学素子の構成は、上述した実施の形態の各回折光学素子の構成と組み合わされてもよい。すなわち、例えば、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における第2回折部31aの割合が、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における第2回折部31aの割合より低くなっており、且つ、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域における第2回折格子を形成する屈折率差が、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域における第2回折格子を形成する屈折率差より低くなっていてもよい。 The configuration of each diffractive optical element of this modification may be combined with the configuration of each diffractive optical element of the above-described embodiment. That is, for example, the ratio of the second diffraction unit 31a in a certain region having the unit area of the second diffraction optical element 31 is the second diffraction separated from the first diffraction optical member 20 along the first direction d1 from the region. The ratio of the second diffraction unit 31a in a certain region having a unit area of the optical element 31 is lower than the ratio of the second diffraction unit 31a, and a second diffraction lattice is formed in a certain region having a unit area of the second diffraction optical element 31. Refraction to form a second diffractive lattice in another region having a unit area of the second diffractive optical element 31 separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1 from the region. It may be lower than the rate difference.

また、図23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2回折光学素子31で回折された第1波長域の光が、さらに第2回折光学素子31で回折されることがある。第2回折光学素子31で複数回回折されると、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることが困難になる。すなわち、第3回折光学素子41から出射する画像光の強度を均一に近づけにくくなる。 Further, as shown in FIG. 23, when the second diffracting optical member 30 is rectangular in a plan view, the light in the first wavelength region diffracted by the second diffracting optical element 31 is further reduced by the second diffracting optical element 31. May be diffracted. When the second diffracting optical element 31 is diffracted a plurality of times, the intensity of the image light diffracted in a certain region having a unit area of the second diffracting optical element 31 is first determined along the first direction d1 from the region. It becomes difficult to approach the intensity of the image light diffracted in a certain region having a unit area of the second diffracting optical element 31 separated from the diffractive optical member 20. That is, it becomes difficult to uniformly approach the intensity of the image light emitted from the third diffractive optical element 41.

そこで、図24に示す変形例では、少なくとも一部の第2回折光学部材の第2方向d2に沿った長さが、第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて長くなっている。言い換えると、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に近い側は、第1回折光学部材20に遠い側より細くなっている。この場合、特に第1回折光学部材20に近い側において第2回折光学素子31が細くなっているため、第1波長域の光が第2回折光学素子31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。また、この場合、第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて第2回折光学素子31が配置されている面積が大きくなる。したがって、第2回折光学素子31の単位面積を有したある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第1方向d1に沿って第1回折光学部材20から離間した第2回折光学素子31の単位面積を有したある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第3回折光学素子41から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。 Therefore, in the modified example shown in FIG. 24, the length of at least a part of the second diffractive optical member along the second direction d2 becomes longer as it is separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1. ing. In other words, the side of at least a part of the second diffractive optical member 30 near the first diffractive optical member 20 is thinner than the side farther from the first diffractive optical member 20. In this case, since the second diffracting optical element 31 is thin particularly on the side close to the first diffracting optical member 20, it is easy for the light in the first wavelength region to be diffracted a plurality of times by the second diffracting optical element 31. It can be avoided. Further, in this case, the area where the second diffractive optical element 31 is arranged increases as the distance from the first diffractive optical member 20 increases along the first direction d1. Therefore, the second diffractive optical element in which the intensity of the image light diffracted in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element 31 is separated from the first diffractive optical member 20 along the first direction d1 from the region. It is possible to approach the intensity of the image light diffracted in one other region having a unit area of 31. That is, the intensity of the image light emitted from the third diffractive optical element 41 can be made uniform.

なお、「第1回折光学部材20から離間するにつれて長くなっている」とは、第1回折光学部材20からの距離に応じて連続的に変化し続けることのみを意味している訳ではなく、第1回折光学部材20から離間するにともなって長くなる部分を含み且つ第1回折光学部材20から離間するにともなって短くなる部分を含まないことを意味している。ただし、第1回折光学部材20からの距離に応じて連続的に長くなっていることが好ましい。 It should be noted that "the length increases as the distance from the first diffractive optical member 20 increases" does not mean that the value continuously changes according to the distance from the first diffractive optical member 20. It means that it includes a portion that becomes longer as it is separated from the first diffractive optical member 20 and does not include a portion that becomes shorter as it is separated from the first diffractive optical member 20. However, it is preferable that the length is continuously increased according to the distance from the first diffraction optical member 20.

図24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4回折光学部材50の第2方向d2に沿った長さが、第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて長くなっていることで、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回折光学素子51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。また、この場合、第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間するにつれて第4回折光学素子51が配置されている面積が大きくなる。したがって、第4回折光学素子51の単位面積を有したある領域において回折される画像光の強度を、当該領域より第2方向d2に沿って第1回折光学部材20から離間した第4回折光学素子51の単位面積を有したある別の領域において回折される画像光の強度に近づけることができる。すなわち、第3回折光学素子41から出射する画像光の強度を均一に近づけることができる。 Similar to the second diffractive optical member 30 shown in FIG. 24, the length of at least a part of the fourth diffractive optical member 50 along the second direction d2 is the first diffractive optical member 20 along the second direction d2. By increasing the distance from the first diffraction optical member 20, it is possible to easily prevent the light in the second wavelength region from being diffracted multiple times by the fourth diffraction optical element 51, particularly on the side closer to the first diffraction optical member 20. it can. Further, in this case, the area where the fourth diffractive optical element 51 is arranged increases as the distance from the first diffractive optical member 20 increases along the second direction d2. Therefore, the fourth diffractive optical element in which the intensity of the image light diffracted in a certain region having the unit area of the fourth diffractive optical element 51 is separated from the first diffractive optical member 20 along the second direction d2 from the region. It is possible to approach the intensity of the image light diffracted in one other region having a unit area of 51. That is, the intensity of the image light emitted from the third diffractive optical element 41 can be made uniform.

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25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。 Further, the optical member 10 may have a protective layer 17 that covers the first diffraction optical member 20 from the side opposite to the base material 11. As in the example shown in FIG. 25, in the protective layer 17, not only the first diffraction optical member 20, but also the second diffraction optical member 30, the third diffraction optical member 40, and the fourth diffraction optical member 50 are the base materials 11. It is preferable to cover from the opposite side. Such a protective layer 17 can protect the diffractive optical element of each diffractive optical member that covers the diffractive optical member and prevent the diffractive optical element from being damaged. The protective layer 17 has sufficient strength to protect the diffractive optical element. The protective layer 17 is made of, for example, polycarbonate, an acrylic resin, a cycloolefin polymer, polyethylene terephthalate (PET) or the like, and is particularly preferably made of a material having a small birefringence such as polycarbonate, an acrylic resin or a cycloolefin polymer. Further, if the protective layer 17 is too thin, the rigidity of the protective layer 17 becomes low, so that the protective layer 17 may be deformed when an external force is applied to the optical member 10. On the other hand, if the protective layer 17 is too thick, when heat is applied to the optical member 10, the protective layer 17 is deformed so as to be greatly warped. In order to suppress such deformation of the protective layer 17, the thickness of the protective layer 17 is preferably in an appropriate range. Specifically, the thickness of the protective layer 17 is preferably, for example, 0.2 mm or more and 3 mm or less, and more preferably 0.4 mm or more and 1.5 mm or less. Further, in order to improve the surface strength of the optical member 10, the protective layer 17 is preferably hard-coated.

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。 When such a protective layer 17 is in contact with the diffractive optical member, the light guiding the inside of the base material may be incident on the protective layer 17 from the diffractive optical member. In order to properly guide the light incident on the protective layer 17, it is required to flatten the protective layer 17. However, a protective layer having sufficient flatness is difficult to manufacture, and even if it is manufactured, it is costly. When the light guiding the inside of the base material is incident on the protective layer 17 having low flatness, the light is not properly guided in the protective layer 17, and the image displayed on the display device is deteriorated. Therefore, it has been considered that the protective layer is provided at a position separated from the diffractive optical member and an air layer is provided between the diffractive optical member and the protective layer. However, if an air layer is provided between the diffractive optical member and the protective layer, the entire optical member becomes thick. It is also difficult to properly provide an air layer.

そこで、図25に示す例では、基材11と保護層17との間に、低屈折率層18を設けられている。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。 Therefore, in the example shown in FIG. 25, the low refractive index layer 18 is provided between the base material 11 and the protective layer 17. That is, the optical member 10 further has a low refractive index layer 18 in addition to the protective layer 17. The low refractive index layer 18 is made of a material having a lower refractive index than the base material 11. The difference in refractive index between the low refractive index layer 18 and the base material 11 is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and even more preferably 0.3 or more. The refractive index of the low refractive index layer 18 is, for example, 1.4 or less, preferably 1.3 or less, and more preferably 1.2 or less. The thickness of the low refractive index layer 18 is, for example, 0.01 μm or more and 10 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. Such a low refractive index layer 18 can be easily formed by coating, for example, any of a fluororesin, an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a hollow silica, and a mixture thereof on the base material 11 and the diffractive optical member. Can be made. In particular, the material of the low refractive index layer 18 is preferably made of a fluororesin or hollow silica having a particularly low refractive index. Further, by producing the low refractive index layer 18 in this way, it is difficult to apply pressure to the diffractive optical member, and therefore it is possible to prevent the diffractive optical member from being distorted by the low refractive index layer 18.

1 頭部装着型表示装置
3 表示装置
5 表示部
7 レンズ
10 光学部材
11 基材
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
22 第5回折光学素子
30 第2回折光学部材
31 第2回折光学素子
31a 第2回折部
31b 第2平坦部
40 第3回折光学部材
41 第3回折光学素子
41a 第3回折部
41b 第3平坦部
42 第6回折光学素子
42a 第6回折部
42b 第6平坦部
50 第4回折光学部材
51 第4回折光学素子
51a 第4回折部
51b 第4平坦部
60 マスク
61 開口部
62 第1部分
63 第2部分
64 第3部分
65 第4部分
70 減光フィルタ
72 第1部分
73 第2部分
74 第3部分
75 第4部分
80 ホログラム感材
1 Head-mounted display device 3 Display device 5 Display unit 7 Lens 10 Optical member 11 Base material 17 Protective layer 18 Low refractive index layer 20 First diffraction optical member 21 First diffraction optical element 22 First diffraction optical element 22 Fifth diffraction optical element 30 Second Diffractive optical member 31 2nd diffractive optical element 31a 2nd diffractive part 31b 2nd flat part 40 3rd diffractive optical member 41 3rd diffractive optical element 41a 3rd diffractive part 41b 3rd flat part 42 6th diffractive optical element 42a 6th Diffraction part 42b 6th flat part 50 4th diffractive optical member 51 4th diffractive optical element 51a 4th diffractive part 51b 4th flat part 60 Mask 61 Opening 62 1st part 63 2nd part 64 3rd part 65 4th part 70 Dimming filter 72 1st part 73 2nd part 74 3rd part 75 4th part 80 Hologram sensitive material

Claims (13)

基材と、
前記基材に積層され、第1回折光学素子を含む第1回折光学部材と、
前記第1回折光学部材から第1方向にずれた位置において前記基材に積層され、第2回折光学素子を含む第2回折光学部材と、
前記第2回折光学部材から前記第1方向に非平行な第2方向にずれた位置において前記基材に積層され、第3回折光学素子を含む第3回折光学部材と、を備える光学部材であって、
前記第1回折光学素子は、当該光学部材に入射した第1波長域の光を前記第1方向に向かうように回折し、
前記第2回折光学素子は、前記第1方向から入射した前記第1波長域の光を前記第2方向に向かうように回折し、
前記第3回折光学素子は、前記第2方向から入射した前記第1波長域の光を当該光学部材から出射するように回折し、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低い、光学部材。
With the base material
A first diffractive optical member laminated on the base material and including a first diffractive optical element,
A second diffractive optical member laminated on the base material at a position deviated from the first diffractive optical member in the first direction and including a second diffractive optical element, and a second diffractive optical member.
An optical member including a third diffractive optical member, which is laminated on the base material at a position deviated from the second diffractive optical member in the second direction, which is non-parallel to the first direction, and includes a third diffractive optical element. hand,
The first diffracting optical element diffracts light in the first wavelength region incident on the optical member so as to go in the first direction.
The second diffracting optical element diffracts the light in the first wavelength region incident from the first direction so as to go in the second direction.
The third diffracting optical element diffracts the light in the first wavelength region incident from the second direction so as to be emitted from the optical member.
The diffraction efficiency in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element has a unit area of the second diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the first direction from the region. Less than diffraction efficiency in one other region,
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the third diffractive optical element had the unit area of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. An optical member whose diffraction efficiency is lower than that in one other region.
前記第2回折光学素子の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、
前記第3回折光学素子の単位面積を有した任意の領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低い、請求項1に記載の光学部材。
The diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the second diffraction optical element has a unit area of the second diffraction optical element separated from the first diffraction optical member along the first direction from the region. Less than the diffraction efficiency in one other region
The diffraction efficiency in an arbitrary region having a unit area of the third diffractive optical element has a unit area of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. The optical member according to claim 1, which is lower than the diffraction efficiency in a certain other region.
前記第2回折光学素子及び前記第3回折光学素子は、体積ホログラムである、請求項1または2に記載の光学部材。 The optical member according to claim 1 or 2, wherein the second diffraction optical element and the third diffraction optical element are volume holograms. 前記第2回折光学素子は、前記第1波長域の光を回折させる第2回折格子が形成された第2回折部と、前記第2回折格子の非形成部である第2平坦部と、を含み、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第2回折部の割合は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第2回折部の割合より低い、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光学部材。
The second diffracting optical element includes a second diffracting portion in which a second diffraction grating for diffracting light in the first wavelength region is formed, and a second flat portion which is a non-forming portion of the second diffraction grating. Including
The ratio of the second diffractive portion in a certain region having a unit area of the second diffractive optical element is the ratio of the second diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the first direction from the region. The optical member according to any one of claims 1 to 3, which is lower than the ratio of the second diffraction unit in a certain region having a unit area.
前記第3回折光学素子は、前記第1波長域の光を回折させる第3回折格子が形成された第3回折部と、前記第3回折格子の非形成部である第3平坦部と、を含み、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第3回折部の割合は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第3回折部の割合より低い、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光学部材。
The third diffracting optical element includes a third diffractive portion in which a third diffraction grating for diffracting light in the first wavelength region is formed, and a third flat portion which is a non-forming portion of the third diffraction grating. Including
The ratio of the third diffractive portion in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element is the ratio of the third diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. The optical member according to any one of claims 1 to 4, which is lower than the ratio of the third diffraction unit in a certain region having a unit area.
前記第2回折光学素子において、前記第1波長域の光を回折させる第2回折格子を形成するように屈折率差があり、
前記第2回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第2回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第2回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第2回折格子を形成する屈折率差より低い、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学部材。
In the second diffracting optical element, there is a difference in refractive index so as to form a second diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region.
The difference in refractive index forming the second diffraction grating in a region having a unit area of the second diffraction optical element is the second distance from the region along the first direction from the first diffraction optical member. The optical member according to any one of claims 1 to 5, which is lower than the difference in refractive index forming the second diffraction grating in a certain region having a unit area of the diffractive optical element.
前記第3回折光学素子において、前記第1波長域の光を回折させる第3回折格子を形成するように屈折率差があり、
前記第3回折光学素子の単位面積を有したある領域における前記第3回折格子を形成する屈折率差は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第3回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における前記第3回折格子を形成する屈折率差より低い、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学部材。
In the third diffracting optical element, there is a difference in refractive index so as to form a third diffraction grating that diffracts light in the first wavelength region.
The difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain region having a unit area of the third diffractive optical element is the third, which is separated from the second diffractive optical member along the second direction from the region. The optical member according to any one of claims 1 to 6, which is lower than the difference in refractive index forming the third diffraction grating in a certain region having a unit area of the diffractive optical element.
少なくとも一部の前記第2回折光学部材の前記第2方向に沿った長さは、前記第1回折光学部材から離間するにつれて長くなっている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学部材。 The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the length of at least a part of the second diffractive optical member along the second direction becomes longer as the distance from the first diffractive optical member increases. Optical member. 前記第1回折光学部材から前記第2方向にずれた位置において前記基材に積層され、第4回折光学素子を含む第4回折光学部材をさらに備え、
前記第1回折光学部材は、第5回折光学素子をさらに含み、
前記第3回折光学部材は、第6回折光学素子をさらに含み、
前記第5回折光学素子は、当該光学部材に入射した前記第1波長域とは異なる第2波長域の光を前記第2方向に向かうように回折し、
前記第4回折光学素子は、前記第2方向から入射した前記第2波長域の光を前記第1方向に向かうように回折し、
前記第6回折光学素子は、前記第1方向から入射した前記第2波長域の光を当該光学部材から出射するように回折し、
前記第4回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第1回折光学部材から離間した前記第4回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低く、
前記第6回折光学素子の単位面積を有したある領域における回折効率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第2回折光学部材から離間した前記第6回折光学素子の単位面積を有したある別の領域における回折効率より低い、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光学部材。
A fourth diffractive optical member, which is laminated on the base material at a position deviated from the first diffractive optical member in the second direction and includes a fourth diffractive optical element, is further provided.
The first diffractive optical member further includes a fifth diffractive optical element.
The third diffractive optical member further includes a sixth diffractive optical element.
The fifth diffracting optical element diffracts light in a second wavelength region different from the first wavelength region incident on the optical member so as to go in the second direction.
The fourth diffracting optical element diffracts the light in the second wavelength region incident from the second direction so as to go toward the first direction.
The sixth diffracting optical element diffracts the light in the second wavelength region incident from the first direction so as to be emitted from the optical member.
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the fourth diffractive optical element had the unit area of the fourth diffractive optical element separated from the first diffractive optical member along the second direction from the region. Less than diffraction efficiency in one other region,
The diffraction efficiency in a certain region having the unit area of the sixth diffractive optical element had the unit area of the sixth diffractive optical element separated from the second diffractive optical member along the first direction from the region. The optical member according to any one of claims 1 to 8, which is lower than the diffraction efficiency in a certain other region.
請求項1乃至9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回折光学部材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。
The optical member according to any one of claims 1 to 9,
A display device including a display unit that is arranged to face the first diffraction optical member of the optical member and emits image light.
請求項10に記載の表示装置を備える、頭部装着型表示装置。 A head-mounted display device including the display device according to claim 10. 基材上にホログラム感材を設ける工程と、
前記ホログラム感材に対面してマスクを配置する工程と、
光を照射して前記マスクを介して前記ホログラム感材を露光して、前記ホログラム感材を不感化処理する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ホログラム感材を露光して、前記基材上にホログラムを形成する工程と、を備え、
前記マスクは、第1部分と、前記第1部分から第1方向にずれて位置する第2部分と、前記第2部分から前記第1方向に非平行な第2方向にずれて位置する第3部分と、を含み、
前記マスクは、前記第2部分及び前記第3部分において開口部を有し、
前記第2部分の単位面積を有したある領域における前記開口部の割合は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1部分から離間した前記第2部分の単位面積を有したある別の領域における前記開口部の割合より高く、
前記第3部分の単位面積を有したある領域における前記開口部の割合は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2部分から離間した前記第3部分の単位面積を有したある別の領域における前記開口部の割合より高い、光学部材の製造方法。
The process of providing the hologram sensitive material on the base material and
The process of arranging the mask facing the hologram sensitive material and
A step of irradiating light to expose the hologram sensitive material through the mask to desensitize the hologram sensitive material, and a step of desensitizing the hologram sensitive material.
The step of removing the mask and
A step of exposing the hologram sensitive material to form a hologram on the base material is provided.
The mask has a first portion, a second portion displaced from the first portion in the first direction, and a third portion displaced from the second portion in a second direction non-parallel to the first direction. Including parts,
The mask has openings in the second part and the third part.
The proportion of the opening in a region having a unit area of the second portion is another having a unit area of the second portion separated from the first portion along the first direction from the region. Higher than the proportion of said openings in the area,
The proportion of the opening in a region having a unit area of the third portion is another having a unit area of the third portion separated from the second portion along the second direction from the region. A method of manufacturing an optical member that is higher than the proportion of the openings in the region.
基材上にホログラム感材を設ける工程と、
前記ホログラム感材に対面して減光フィルタを配置する工程と、
光を照射して前記減光フィルタを介して前記ホログラム感材を露光して、前記ホログラム感材を不感化処理する工程と、
前記減光フィルタを除去する工程と、
前記ホログラム感材を露光して、ホログラムを形成する工程と、を備え、
前記減光フィルタは、第1部分と、前記第1部分から第1方向にずれて位置する第2部分と、前記第2部分から前記第1方向に非平行な第2方向にずれて位置する第3部分と、を含み、
前記第2部分の単位面積を有したある領域における光の透過率は、当該領域より前記第1方向に沿って前記第1部分から離間した前記第2部分の単位面積を有したある別の領域における光の透過率より高く、
前記第3部分の単位面積を有したある領域における光の透過率は、当該領域より前記第2方向に沿って前記第2部分から離間した前記第3部分の単位面積を有したある別の領域における光の透過率より高い、光学部材の製造方法。
The process of providing the hologram sensitive material on the base material and
The step of arranging the dimming filter facing the hologram sensitive material and
A step of irradiating light to expose the hologram sensitive material through the dimming filter to desensitize the hologram sensitive material.
The step of removing the dimming filter and
A step of exposing the hologram sensitive material to form a hologram is provided.
The dimming filter is located with a first portion, a second portion displaced from the first portion in the first direction, and a second portion displaced from the second portion in a second direction non-parallel to the first direction. Including the third part,
The light transmittance in a certain region having a unit area of the second part is a certain other region having a unit area of the second part separated from the first part along the first direction from the region. Higher than the light transmittance in
The light transmittance in a certain region having a unit area of the third part is a certain other region having a unit area of the third part separated from the second part along the second direction from the region. A method for manufacturing an optical member, which has a higher transmittance than the light in the above.
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