JP2023019911A - 光学素子及び虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞳拡大用の光学素子の大型化を防止すること。【解決手段】光学素子５０は、基板５０ａの一方側に設けられる第１ホログラム素子５１と、基板５０ａの他方側に設けられる第２ホログラム素子５２と、を備え、正面視で、第１ホログラム素子５１は、第２ホログラム素子５２と重なるように設けられ、第１ホログラム素子５１は、入射される第１波長帯の光の一部を回折し、入射される第１波長帯の光の他の一部を透過する第１ホログラム層５１ａを有し、第２ホログラム素子５２は、第１ホログラム層５１ａを透過した第１波長帯の光の一部を第１ホログラム層５１ａに向けて回折によって反射し、第１ホログラム層５１ａを透過した第１波長帯の光の他の一部を透過する第２ホログラム層５２ａを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、像形成装置からの画像光の光束幅を広げる光学素子及びこれを組み込んだ虚像表示装置に関する。

虚像表示装置又は眼球投影型映像表示装置として、反射型カラーホログラムを瞳拡大素子として組み込み、表示装置から出射された光を眼球に導く技術が公知となっている（特許文献１の図９等参照）。この装置では、表示装置からの光を、瞳拡大素子を構成する２つの反射型カラーホログラムで回折させることによって、光軸方向を２度折り曲げた後に眼球に向けて出射させている。

特開平８－１８４７７９号公報

上記先行技術文献の装置では、光軸方向を２度折り曲げるため、反射型カラーホログラムが光軸に対して４５度傾斜して配置され、瞳拡大素子が大型化してしまう。

本発明の一側面における光学素子は、基板と、基板の一方側に設けられる第１ホログラム素子と、第１ホログラム素子と基板を挟むように基板の他方側に設けられる第２ホログラム素子と、を備え、第１ホログラム素子は、入射される第１波長帯の光の一部を回折し、入射される第１波長帯の光の他の一部を透過する第１ホログラム層を有し、第２ホログラム素子は、第１ホログラム層を透過した第１波長帯の光の一部を第１ホログラム層に向けて回折し、第１ホログラム層を透過した第１波長帯の光の他の一部を透過する第２ホログラム層を有する。

第１実施形態の虚像表示装置の装着状態を説明する平面図である。 図１の虚像表示装置の一部を説明する概念的な平面図である。 光学素子を説明する平面断面図である。 結像光学系の具体例を説明する平面図である。 第２実施形態の光学素子を説明する平面断面図である。 第３実施形態の光学素子を説明する平面断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１を参照して、本発明に係る第１実施形態の光学素子及びこれを組み込んだ虚像表示装置について説明する。

図１は、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する。）２００の装着状態を説明する図であり、ＨＭＤ２００は、これを装着する観察者又は装着者ＵＳに虚像としての映像を認識させる。図１等において、Ｘ、Ｙ、及びＺは、直交座標系であり、＋Ｘ方向は、ＨＭＤ２００又は虚像表示装置１００を装着した観察者又は装着者ＵＳの両眼ＥＹの並ぶ横方向に対応し、＋Ｙ方向は、装着者ＵＳにとっての両眼ＥＹの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、＋Ｚ方向は、装着者ＵＳにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Ｙ方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。

ＨＭＤ２００は、右眼用の第１虚像表示装置１００Ａと、左眼用の第２虚像表示装置１００Ｂと、一対のテンプルを含み虚像表示装置１００Ａ，１００Ｂを支持する支持装置１００Ｃとを備える。第１虚像表示装置１００Ａは、装着者ＵＳの眼ＥＹの前方つまり＋Ｚ側を覆うように配置されている。第１虚像表示装置１００Ａは、眼ＥＹから離れた外界側に配置される画像光生成部１０１と、内側である眼ＥＹ側に配置される瞳拡大用の光学素子５０とを備える。第１虚像表示装置１００Ａと第２虚像表示装置１００Ｂとは、光学的に左右を反転させたもの、つまりＹＺ面に平行な対象面で反転させたものであり、以後では、右眼用の第１虚像表示装置１００Ａを代表の虚像表示装置１００として説明する。

図２は、虚像表示装置１００の光学的構造を説明する概念的な平面図である。虚像表示装置１００は、画像光生成部１０１と光学素子５０と制御装置１３とを備える。画像光生成部１０１や光学素子５０は、図１に示す支持装置１００Ｃに支持され、制御装置１３は、支持装置１００Ｃのケース（不図示）に内蔵される。

画像光生成部１０１は、表示素子１１と結像光学系１２とを含む画像光生成装置又は像形成装置であり、画像投射モジュールとも呼ばれる。画像光生成部１０１は、遠方の虚像からの光に相当する画像光ＭＬを生成し眼ＥＹに向けて出射する。

表示素子１１は、例えば有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence）、無機ＥＬ、ＬＥＤのアレイディスプレイであり、２次元の表示面に静止画又は動画を形成する。表示素子１１は、本実施形態の場合、単色の画像を形成する。つまり、画像光生成部１０１が出射する画像光ＭＬは、例えば緑色光であり、具体的には波長約５４０ｎｍを含む第１波長帯の光である。画像光ＭＬの第１波長帯は、比較的広帯域であっても動作させることができるが、回折効率を高める観点で狭帯域である方が望ましい。

表示素子１１は、自発光型の画像光生成装置に限らず、ＬＣＤその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。表示素子１１として、ＬＣＤに代えて、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon, ＬＣｏＳは登録商標）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。結像光学系１２は、表示素子１１から射出された画像光ＭＬをコリメートしつつ眼ＥＹに入射させる。この際、結像光学系１２は、表示素子１１の表示面１１ａの各点から射出された画像光ＭＬの主光線ＭＬ０を本来の射出瞳Ｐ１の位置に向けて収束させる。結像光学系１２は、シースルー視を可能にする光学部材を含み、外界光ＯＬを透過させる。光学素子５０は、詳細は後述するが、結像光学系１２によってコリメートされた画像光ＭＬの光束幅をコリメートされたままの状態で拡大する。光束幅が拡大された画像光ＭＬは、拡大された射出瞳Ｐ２の位置に集められる。制御装置１３は、図示を省略する通信部から取得した画像信号や内部で生成した画像信号に基づいて表示素子１１を動作させ、表示面１１ａに動画や静止画といった映像を表示させる。

図３を参照して、光学素子５０の形状や構造について説明する。光学素子５０は、平行平板状の部材であり、光透過性を有する基板５０ａと、基板５０ａの一方側に設けられる第１ホログラム素子５１と、基板５０ａの他方側に設けられる第２ホログラム素子５２とを備える。第１ホログラム素子５１は、基板５０ａの一方側である第１面５０ｅに貼り付けられて第１面５０ｅを全体的に覆う。第２ホログラム素子５２は、基板５０ａの他方側である第２面５０ｆに貼り付けられて第２面５０ｆを全体的に覆う。光学素子５０は、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に平行に延び、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２も、光軸ＡＸに垂直なＸＹ面に平行に延びる。第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２は、画像光ＭＬが通る有効領域ＥＡ（図２参照）をカバーするように配置されている。つまり、第１ホログラム素子５１は、－Ｚ方向に向かって見た場合に相当する正面視で、第２ホログラム素子５２と一致して重なるように設けられている。結果的に、第１ホログラム素子５１の領域の大きさは、第２ホログラム素子５２の領域の大きさと同じになっている。ここで、第１ホログラム素子５１や第２ホログラム素子５２の領域の大きさの差が２～３％であれば、両領域の大きさは同じであるとする。

基板５０ａは、可視波長域で光透過性を有する平行平板であり、例えばガラスで形成されるが、これに限らず、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリオレフィン系樹脂等で形成することもできる。基板５０ａの厚さは、重量や配置を考慮して１０ｍｍ以下とする。基板５０ａの厚さは、後述する回折素子間の間隔Ｗに関連し、大きくするほど瞳サイズの拡大に効果があるが、典型的には５～６ｍｍ程度とする。

第１ホログラム素子５１は、入射される第１波長帯の画像光ＭＬの一部を回折し、入射される第１波長帯の画像光ＭＬの他の一部を透過するシート状の第１ホログラム層５１ａを有し、第１ホログラム層５１ａの一方側、つまり結像光学系１２が配置される外界側には、反射防止膜５５（図２）が形成されている。第２ホログラム素子５２は、第１ホログラム層５１ａを透過した第１波長帯の画像光ＭＬの一部を第１ホログラム層５１ａに向けて回折し、第１ホログラム層５１ａを透過した第１波長帯の画像光ＭＬの他の一部を透過するシート状の第２ホログラム層５２ａを有し、第２ホログラム層５２ａの他方側、つまり眼ＥＹが配置される内側には、反射防止膜５６（図２）が形成されている。以上において、画像光ＭＬの波長範囲である第１波長帯は、具体的には緑色光に相当し、第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａは、この第１波長帯において、反射型の回折素子として機能する。

第１ホログラム層５１ａは、透過率が５％以上かつ５０％以下の反射型の回折素子であり、第２ホログラム層５２ａも、透過率が５％以上かつ５０％以下の反射型の回折素子である。第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａを反射型体積ホログラムとすることにより、所期の波長に対する反射回折効率を極めて高くすることができる。第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａの透過率は、回折効率を調整すること、具体的には干渉縞を形成した干渉層の厚みを通常よりも薄くすることによって調整することができる。第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａの透過率を５％以上とすることにより、これらを通過する０次光である直進光の減衰を抑えて、画像光ＭＬの輝度を確保することができる。また、第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａの透過率を５０％以下とすることにより、後に詳述する２度の回折によって形成される平行シフト光つまり２度回折光Ｄ２の減衰を抑えて、瞳拡大に対応する画像光ＭＬの輝度を確保することができる。

第１ホログラム層５１ａの内部には、干渉縞ＲＰが形成されている。ここで、干渉縞ＲＰとは、第１ホログラム層５１ａ中に記録された位相情報に相当するものであり、ＸＺ断面に周期的なパターン又は物理状態として現れる。この周期的パターンは、屈折率分布のパターンとすることができる。干渉縞ＲＰは、ＸＺ断面において、光軸ＡＸの延びる＋Ｚ方向に対して－Ｘ側に角度θだけ傾斜している。より具体的には、干渉縞ＲＰを構成する基準面ＲＰａの法線は、光軸ＡＸに対して時計回りに傾斜角θをなして傾いている。この結果、第１ホログラム層５１ａの表面５１ｓに入射角ｉ＝０°で入射した画像光ＭＬは、第１ホログラム層５１ａ内の干渉縞ＲＰによって反射されつつ回折され、第１ホログラム層５１ａの表面５１ｓから光軸ＡＸに対して角度δａだけ傾いた偏向方向に出射する。この回折光ＤＬが出射する角度δａは、干渉縞ＲＰの傾斜角θを２倍した値２θに相当するものであり、厳密には第１ホログラム層５１ａの平均的な屈折率と空気の屈折率との差による屈折を考慮して値２θから換算されるものである。干渉縞ＲＰにおいて、隣接する基準面ＲＰａの間隔ｄは、干渉縞ＲＰの周期間隔であり、回折される回折光ＤＬの波長や偏向方向を反映したものとなっている。間隔ｄは、具体的には、第１ホログラム層５１ａの平均的屈折率をｎ、画像光ＭＬの波長をλとして、以下の式
ｄ＝λ／（ｎ・２ｃｏｓθ）
で与えられる。

第２ホログラム層５２ａの内部には、第１ホログラム層５１ａと同様に干渉縞ＲＰが形成されている。干渉縞ＲＰは、ＸＺ断面において、光軸ＡＸの延びる＋Ｚ方向に対して－Ｘ側に角度θだけ傾斜している。より具体的には、干渉縞ＲＰを構成する基準面ＲＰａの法線は、光軸ＡＸに対して時計回りに傾斜角θをなして傾いている。この結果、第２ホログラム層５２ａの表面５２ｓに入射角ｉ＝０°で入射した画像光ＭＬは、第２ホログラム層５２ａ内の干渉縞ＲＰによって回折されることで、第２ホログラム層５２ａの表面５２ｓから光軸ＡＸに対して角度δｂだけ傾いた偏向方向に出射する。この回折光ＤＬが出射する角度δｂは、干渉縞ＲＰの傾斜角θを２倍した値２θに相当するものであり、厳密には第２ホログラム層５２ａの平均的な屈折率と基板５０ａの屈折率との差による屈折を考慮して値２θから換算されるものである。干渉縞ＲＰにおいて、隣接する基準面ＲＰａの間隔ｄは、干渉縞ＲＰの周期間隔であり、回折される回折光ＤＬの波長や偏向方向を反映したものとなっている。第２ホログラム層５２ａに形成された干渉縞ＲＰの傾斜角θは、第１ホログラム層５１ａに形成された干渉縞ＲＰの傾斜角θと等しく、かつ、第２ホログラム層５２ａに形成された干渉縞ＲＰの周期間隔である間隔ｄは、第１ホログラム層５１ａに形成された干渉縞ＲＰの周期間隔である間隔ｄと等しくなっている。このことは、第１ホログラム層５１ａに形成された干渉縞ＲＰと第２ホログラム層５２ａに形成された干渉縞ＲＰとが同一であり、第１ホログラム層５１ａにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向と、第２ホログラム層５２ａにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向とは、光軸ＡＸを基準としてともに－Ｘ方向であり、同一であることを意味する。

第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａは、例えばフォトポリマーから形成される。フォトポリマーシートを貼り付けた樹脂基材に対し、レーザーの二光束干渉露光を行うことにより、具体的にはフォトポリマーシートの一方側から所定角度で緑色の平面波である参照光を照射しつつ他方側から緑色の平面波である物体光を照射することにより、フォトポリマーのシートに屈折率分布としての干渉縞ＲＰを記録することができる。得られた第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａは、基板５０ａに貼り付けられ固定される。図３では、第１ホログラム層５１ａや第２ホログラム層５２ａにおいて、説明の便宜上、干渉縞ＲＰが形成されたフォトポリマーシートのみが表示されているが、干渉縞ＲＰが形成されたフォトポリマーシートを片面に形成した透明樹脂基材が第１ホログラム層５１ａ等として基板５０ａに貼り付けられ固定される。以下では、説明の便宜上、ホログラム層としてフォトポリマーシートのみを図示するが、実際に作製されるホログラム層は、上記のようにフォトポリマーシートを支持する透明樹脂基材を含む。なお、第１ホログラム層５１ａと第２ホログラム層５２ａとは、同一構造を有するので、１回の二光束干渉露光によって一括して作製することができる。

光学素子５０において、第１ホログラム素子５１又は第１ホログラム層５１ａは、入射される画像光ＭＬを部分的に透過させ、第２ホログラム素子５２又は第２ホログラム層５２ａも、入射される画像光ＭＬを部分的に透過させる。つまり、光学素子５０に入射した画像光ＭＬは、第１ホログラム素子５１を所定の透過率で直進し、第２ホログラム素子５２を所定の透過率で直進する。第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を通過した透過光である直進光ＳＬは、元の画像光ＭＬの光路を延長した位置から出射し光軸ＡＸに平行に伝搬する。

第２ホログラム素子５２又は第２ホログラム層５２ａは、入射される画像光ＭＬを部分的に第１ホログラム素子５１又は第１ホログラム層５１ａに向けて回折し、第１ホログラム素子５１又は第１ホログラム層５１ａは、第２ホログラム層５２ａで回折されて戻ってきた回折光ＤＬを第２ホログラム層５２ａに再度向かうように回折する。第２ホログラム層５２ａによる回折と第１ホログラム層５１ａによる回折とによってジグザグに進む２度回折光Ｄ２は、光軸ＡＸに平行に伝搬し、第２ホログラム素子５２を介して、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を通過した直進光ＳＬと同一の方向に平行シフトさせた状態で出射する。以上において、第１ホログラム素子５１に最初に入射した画像光ＭＬによって形成される回折光ＤＬである反射光ＤＲ１と、第２ホログラム素子５２に最初に入射した画像光ＭＬによって形成される回折光ＤＬであって第１ホログラム素子５１を透過した反射光ＤＲ２と、第２ホログラム素子５２及び第１ホログラム素子５１による回折によってジグザグに進む２度回折光Ｄ２が第２ホログラム素子５２によってさらに回折されて形成された反射光ＤＲ３とは、画像表示に利用されない成分となる。以上により、２度回折光Ｄ２は、直進光ＳＬを基準としてシフト量ＤＳで－Ｘ方向にシフトさせた状態で、直進光ＳＬとともに－Ｚ方向つまり眼ＥＹ側（図２参照）に出射される。ここで、シフト量ＤＳは、第１ホログラム素子５１と第２ホログラム素子５２とのＺ方向の間隔をＷとして、
ＤＳ＝Ｗ・ｔａｎδｂ
となる。

図２を参照して、結像光学系１２の光軸ＡＸに平行な中央の光線群ＬＧ１について考えると、かかる中央の光線群ＬＧ１は、光学素子５０に入射し、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を順次通過し、直進光ＳＬとして射出瞳Ｐ１の位置に入射する。また、光線群ＬＧ１は、光学素子５０に入射し、第１ホログラム素子５１を通過し第２ホログラム素子５２での回折によって傾いて逆行するように反射され、第１ホログラム素子５１での回折によって光軸ＡＸに平行に伝搬し、２度回折光Ｄ２として射出瞳Ｐ１の位置よりもシフト量ＤＳだけ－Ｘ側に入射する。直進光ＳＬと２度回折光Ｄ２とによって、画像光ＭＬのＸ方向の幅が広がり、オリジナル光である直進光ＳＬと、複製光である２度回折光Ｄ２とを合わせた光線群ＬＧ１２である画像光ＭＬは、拡大された射出瞳Ｐ２に入射する。つまり、横のＸ方向に関して光学系の射出瞳拡大が達成されている。

詳細な説明を省略するが、結像光学系１２の光軸ＡＸに対して所定の傾斜角をなす右斜め方向（つまり－Ｘ及び＋Ｚ方向）からの光線群ＬＧ２についても、元の画像光ＭＬを部分的に透過させたオリジナル光である直進光ＳＬと、元の画像光ＭＬと傾斜角が等しい複製光である２度回折光Ｄ２とによって、画像光ＭＬのＸ方向の幅が広がり、直進光ＳＬと２度回折光Ｄ２とを合わせた光線群ＬＧ２２である画像光ＭＬは、拡大された射出瞳Ｐ２の位置に入射する。つまり、右斜め光についても、横のＸ方向に関して光学系の射出拡大が達成されている。

詳細な説明を省略するが、結像光学系１２の光軸ＡＸに対して所定の傾斜角をなす左斜め方向（つまり＋Ｘ及び＋Ｚ方向）からの光線群ＬＧ３についても、元の画像光ＭＬを部分的に透過させたオリジナル光である直進光ＳＬと、元の画像光ＭＬと傾斜角が等しい複製光である２度回折光Ｄ２とによって、画像光ＭＬのＸ方向の幅が広がり、直進光ＳＬと２度回折光Ｄ２とを合わせた光線群ＬＧ３２である画像光ＭＬは、拡大された射出瞳Ｐ２の位置に入射する。つまり、左斜め光についても、横のＸ方向に関して光学系の射出拡大が達成されている。

図４は、結像光学系１２の具体例を説明する平面図である。結像光学系１２は、投射レンズ２１と導光体２５とを備える。導光体２５は、導光部材７１と光透過部材７２とを接着層ＣＣを介して接合したものである。導光部材７１や光透過部材７２は、可視域で高い光透過性を示す樹脂材料で形成されている。導光部材７１は、第１～第５面Ｓ１１～Ｓ１５を有し、これらのうち第１及び第３面Ｓ１１，Ｓ１３は、互いに平行な平面であり、第２、第４、及び第５面Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５は、全体として凸の光学面であり、例えば自由曲面からなる。光透過部材７２は、第１～第３透過面Ｓ２１～Ｓ２３を有し、これらのうち第１及び第３透過面Ｓ２１，Ｓ２３は、互いに平行な平面であり、第２透過面Ｓ２２は、全体として凹の光学面であり、例えば自由曲面からなる。導光部材７１の第２面Ｓ１２と光透過部材７２の第２透過面Ｓ２２とは、凹凸を反転させた等しい形状を有し、両者の一方の表面に部分反射面ＭＣが形成されている。

導光体２５の光射出面２５ｅである第１面Ｓ１１と第１透過面Ｓ２１とに対向して瞳拡大用の光学素子５０が配置されている。

以下、画像光ＭＬの光路について概要を説明する。導光部材７１は、投射レンズ２１から射出された画像光ＭＬを、第１～第５面Ｓ１１～Ｓ１５での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズ２１からの画像光ＭＬは、まず第４面Ｓ１４に入射して反射膜ＲＭの内面である第５面Ｓ１５で反射され、第４面Ｓ１４に内側から再度入射して全反射され、第３面Ｓ１３に入射して全反射され、第１面Ｓ１１に入射して全反射される。第１面Ｓ１１で全反射された画像光ＭＬは、第２面Ｓ１２に入射し、第２面Ｓ１２に設けた部分反射面ＭＣを部分的に透過しつつも部分的に反射されて第１面Ｓ１１に再度入射して通過する。第１面Ｓ１１を通過した画像光ＭＬは、光学素子５０によって光束幅が拡大され、観察者の眼ＥＹが配置される射出瞳Ｐ２の位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての画像光ＭＬにより画像を観察することになる。

導光体２５は、導光部材７１により観察者に画像光ＭＬを視認させるとともに、導光部材７１と光透過部材７２とを組み合わせた状態で、観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第３面Ｓ１３と第１面Ｓ１１とが互いに略平行な平面（視度略０）となっていることで、外界光ＯＬについて、収差等をほとんど生じさせない。また、第３透過面Ｓ２３と第１透過面Ｓ２１とが第１面Ｓ１１に略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。

以上では、光学素子５０は、緑色の画像光ＭＬに対して回折光ＤＬを生じさせるとしているが、青色や赤色の画像光ＭＬに対して所期の回折角の回折光ＤＬを生じさせるものであってもよい。ただし、光学素子５０が例えば青色用である場合、表示素子１１は、青色の画像光ＭＬを出射する装置とする必要がある。

上記実施形態の光学素子５０では、第２ホログラム層５２ａが第１ホログラム素子５１を通過した第１波長帯の光すなわち緑色の画像光ＭＬを部分的に第１ホログラム素子５１に向かって回折し、かつ、第１ホログラム層５１ａが第２ホログラム層５２ａで回折された緑色の画像光ＭＬを第２ホログラム層５２ａに再度向かうように回折するので、２度回折させた光である２度回折光Ｄ２を、第２ホログラム素子５２を介して、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を通過した直進光ＳＬと同一の方向に平行シフトさせた状態で出射させることができる。これにより、画像光ＭＬの光束幅を広げることができ、画像光ＭＬを出射する画像光生成部１０１の瞳拡大が可能になる。

〔第２実施形態〕
以下、図５を参照して、第２実施形態の光学素子等について説明する。第２実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子を部分的に変更して回折による分岐光路を増やしたものであり、共通部分については説明を省略する。

光学素子５０は、基板５０ａと、基板５０ａの一方側つまり外界側に設けられる第１ホログラム素子２５１と、基板５０ａの他方側つまり眼ＥＹのある内側に設けられる第２ホログラム素子２５２とを備える。第１ホログラム素子２５１は、シート状の第１ホログラム層５１ａと、シート状であるが第１ホログラム層５１ａとは異なるシート状の第３ホログラム層５１ｃとを有し、第２ホログラム素子２５２は、シート状の第２ホログラム層５２ａと、シート状であるが第２ホログラム層５２ａとは異なる第４ホログラム層５２ｃとを有する。第１ホログラム素子２５１において、第３ホログラム層５１ｃは、第１ホログラム層５１ａと基板５０ａとの間に配置されてこれらに接合され、第２ホログラム素子２５２において、第２ホログラム層５２ａは、第４ホログラム層５２ｃと基板５０ａとの間に配置されてこれらに接合されている。

ここで、第１ホログラム層５１ａと第２ホログラム層５２ａとは、互いに対になって、第１実施形態と同様に機能する。また、第３ホログラム層５１ｃと第４ホログラム層５２ｃとは、互いに対になって、第１ホログラム層５１ａ及び第２ホログラム層５２ａと同様に機能するが、第１ホログラム層５１ａ及び第２ホログラム層５２ａとは回折の方向が横の±Ｘ方向に関して左右反転する。具体的には、第３ホログラム層５１ｃは、入射される画像光ＭＬの一部を反射によって＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との間の方向に回折し、入射される画像光ＭＬの一部を透過し直進させる。第４ホログラム層５２ｃは、第３ホログラム層５１ｃを透過した画像光ＭＬの一部を反射によって＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との間の方向に回折し、第３ホログラム層５１ｃを透過した画像光ＭＬの一部を透過し直進させる。このため、第１ホログラム層５１ａにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向は、隣接する第３ホログラム層５１ｃにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向とＸＹ面を挟んで鏡面対称であり、第２ホログラム層５２ａにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向は、第４ホログラム層５２ｃにおける干渉縞ＲＰの傾斜方向とＸＹ面を挟んで鏡面対称である。つまり、第３ホログラム層５１ｃ中の干渉縞ＲＰは、ＸＺ断面において、光軸ＡＸの延びる＋Ｚ方向に対して＋Ｘ側に角度θだけ傾斜している。また、第３ホログラム層５１ｃ中の干渉縞ＲＰの周期間隔は、外界側に隣接する第１ホログラム層５１ａ中の干渉縞ＲＰの周期間隔と等しい。第４ホログラム層５２ｃ中の干渉縞ＲＰは、ＸＺ断面において、光軸ＡＸの延びる＋Ｚ方向に対して＋Ｘ側に角度θだけ傾斜している。また、第４ホログラム層５２ｃ中の干渉縞ＲＰの周期間隔は、外界側に隣接する第２ホログラム層５２ａ中の干渉縞ＲＰの周期間隔と等しい。

なお、第３ホログラム層５１ｃ及び第４ホログラム層５２ｃで回折された回折光ＤＬは、第１ホログラム層５１ａ及び第２ホログラム層５２ａに記録されている傾斜方向の干渉縞ＲＰに対して回折効率が低い。逆に、第１ホログラム層５１ａ及び第２ホログラム層５２ａで回折された回折光ＤＬは、第３ホログラム層５１ｃ及び第４ホログラム層５２ｃに記録されている傾斜方向の干渉縞ＲＰに対して回折効率が低い。したがって、第３ホログラム層５１ｃ及び第４ホログラム層５２ｃでの回折と、第１ホログラム層５１ａ及び第２ホログラム層５２ａでの回折とは、実質的に独立と考えてよい。

光路に関して、第２ホログラム層５２ａは、入射される画像光ＭＬを部分的に第１ホログラム層５２ａに回折することにより、第１方向（－Ｘ方向）に傾斜させて伝搬させる。より具体的には、第２ホログラム層５２ａは、入射した画像光ＭＬを回折することにより、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に向けて画像光ＭＬを出射させ、第１ホログラム層５１ａは、第２ホログラム層５２ａで回折されて戻ってきた回折光ＤＬを、第２ホログラム層５２ａに再度向かうように回折することにより、光軸ＡＸに平行な元の方向に出射させる。結果的に、２度回折光Ｄ２は、直進光ＳＬを基準としてシフト量ＤＳで－Ｘ方向にシフトさせた状態で、直進光ＳＬとともに－Ｚ方向つまり眼ＥＹ側（図２参照）に出射される。

第４ホログラム層５２ｃは、入射される画像光ＭＬを部分的に第３ホログラム層５１ｃに向かって回折することにより、第２方向（＋Ｘ方向）に傾斜させて伝搬させる。より具体的には、第４ホログラム層５２ｃは、入射した画像光ＭＬを回折することにより、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して反時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に向けて画像光ＭＬを出射させ、第３ホログラム層５１ｃは、第４ホログラム層５２ｃで回折されて戻ってきた回折光ＤＬを第４ホログラム層５２ｃに再度向かうように回折することによって、光軸ＡＸに平行な方向に画像光ＭＬを出射させる。第４ホログラム層５２ｃによる回折と第３ホログラム層５１ｃによる回折とによってジグザグに進む２度回折光Ｄ２は、光軸ＡＸに平行に伝搬し、第２ホログラム素子５２を介して、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を通過した直進光ＳＬと同一の方向に平行シフトさせた状態で出射する。以上により、２度回折光Ｄ２は、直進光ＳＬを基準としてシフト量ＤＳで＋Ｘ方向にシフトさせた状態で、直進光ＳＬとともに－Ｚ方向つまり眼ＥＹ側（図２参照）に出射される。ここで、第４ホログラム層５２ｃと第３ホログラム層５１ｃとによる２度回折光Ｄ２のシフト量ＤＳは、第２ホログラム層５２ａと第１ホログラム層５１ａとによる２度回折光Ｄ２のシフト量ＤＳと等しくなっている。つまり、本実施形態の光学素子５０では、横の±Ｘ方向に関して、第１実施形態の２倍、つまり値２ＤＳに相当する分、瞳サイズが左右対称的に拡大している。

第１ホログラム素子２５１において、第１ホログラム層５１ａと第３ホログラム層５１ｃとの順番を入れ替えることができ、第３ホログラム層５１ｃを第１ホログラム層５１ａの外界側に配置することができる。この場合も、シフト量が左右で若干異なるが、同様の瞳拡大効果が得られる。また、第２ホログラム素子２５２において、第２ホログラム層５２ａと第４ホログラム層５２ｃとの順番を入れ替えることができ、第４ホログラム層５２ｃを第２ホログラム層５２ａの外界側（基板５０ａ側）に配置することができる。

上記実施形態の光学素子５０では、第４ホログラム層５２ｃが第１ホログラム素子２５１を通過した第１波長帯の光すなわち緑色の画像光ＭＬを部分的に第３ホログラム層５１ｃに向かって回折し、かつ、第３ホログラム層５１ｃが第４ホログラム層５２ｃで回折された緑色の画像光ＭＬを第４ホログラム層５２ｃに再度向かうように回折するので、得られた２度回折光Ｄ２を、第２ホログラム素子５２を介して、第１ホログラム素子５１及び第２ホログラム素子５２を通過した直進光ＳＬと同一の方向に平行シフトさせた状態で出射させることができる。この際、第２ホログラム層５２ａによる回折光ＤＬの伝搬の傾斜方向と第４ホログラム層５２ｃによる回折光ＤＬの伝搬の傾斜方向とが逆であり、第２ホログラム層５２ａからの回折光ＤＬ又は２度回折光Ｄ２と、第４ホログラム層５２ｃからの回折光ＤＬ又は２度回折光Ｄ２とは、互いに逆方向に平行シフトしたものとなり、画像光ＭＬの光束幅を対称的に広げることができる。

〔第３実施形態〕
以下、図６を参照して、第３実施形態の光学素子等について説明する。第３実施形態の光学素子は、第１実施形態の光学素子を部分的に変更してカラー表示に対応させたものであり、共通部分については説明を省略する。

光学素子５０には、単色の緑色光ではなく、カラーの画像光ＭＬｃが入射する。画像光ＭＬｃは、第１波長帯の緑色成分ＭＬｇと、第２波長帯の青色成分ＭＬｂと、第３波長帯の赤色成分ＭＬｒとを含む。ここで、第２波長帯は、具体的には波長約４７０ｎｍを含み、第３波長帯は、具体的には波長約６３０ｎｍを含む。

光学素子５０は、基板５０ａの一方側である外界側に、第１ホログラム素子２５１と、第３ホログラム素子５３と、第５ホログラム素子５５とを備え、基板５０ａの他方側である内側に、第２ホログラム素子２５２と、第４ホログラム素子５４と、第６ホログラム素子５６とを備える。第１ホログラム素子２５１と第２ホログラム素子２５２とは、第２実施形態を構成する一対の素子と同一のものであり、緑色の画像光である緑色成分ＭＬｇに関して瞳サイズを拡大する。第３ホログラム素子５３と第４ホログラム素子５４とは、緑色成分ＭＬｇよりも短波長である青色成分ＭＬｂに関して瞳サイズを拡大する。第５ホログラム素子５５と第６ホログラム素子５６とは、緑色成分ＭＬｇよりも長波長である赤色成分ＭＬｒに関して瞳サイズを拡大する。

第３ホログラム素子５３は、第５ホログラム層５３ａと第７ホログラム層５３ｃとを有し、第４ホログラム素子５４は、第６ホログラム層５４ａと第８ホログラム層５４ｃとを有する。第５ホログラム素子５５は、第９ホログラム層５５ａと第１１ホログラム層５５ｃとを有し、第６ホログラム素子５６は、第１０ホログラム層５６ａと第１２ホログラム層５６ｃとを有する。

第３ホログラム素子５３を構成する第５ホログラム層５３ａと第７ホログラム層５３ｃには、青色成分ＭＬｂを対象とし青色の波長に関して回折効率を高めた干渉縞ＲＰが形成され、青色成分ＭＬｂを第１ホログラム素子２５１における緑色成分ＭＬｇと同様の方向に回折させる。第４ホログラム素子５４を構成する第６ホログラム層５４ａと第８ホログラム層５４ｃには、青色成分ＭＬｂを対象とし青色の波長に関して回折効率を高めた干渉縞ＲＰが形成され、青色成分ＭＬｂを第２ホログラム素子２５２における緑色成分ＭＬｇと同様の方向に回折させる。第５ホログラム素子５５を構成する第９ホログラム層５５ａと第１１ホログラム層５５ｃには、赤色成分ＭＬｒを対象とし赤色の波長に関して回折効率を高めた干渉縞ＲＰが形成され、赤色成分ＭＬｒを第１ホログラム素子２５１における緑色成分ＭＬｇと同様の方向に回折させる。第６ホログラム素子５６を構成する第１０ホログラム層５６ａと第１２ホログラム層５６ｃには、赤色成分ＭＬｒを対象とし赤色の波長に関して回折効率を高めた干渉縞ＲＰが形成され、赤色成分ＭＬｒを第２ホログラム素子２５２における緑色成分ＭＬｇと同様の方向に回折させる。

青色に関して、第６ホログラム層５４ａは、入射される青色成分ＭＬｂを回折によって部分的に反射することによって、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に青色成分ＭＬｂを出射させ、第５ホログラム層５３ａは、第６ホログラム層５４ａで回折されて戻ってきた回折光ＤＬｂを、第６ホログラム層５４ａに再度向かうように回折することによって角度δｂの傾斜を相殺する－Ｚ方向に出射させる。第６ホログラム層５４ａと第５ホログラム層５３ａとを経た２度回折光Ｄ２ｂは、直進光ＳＬと同一の方向に直進光ＳＬに対して－Ｘ方向に平行シフトした状態で、光学素子５０から眼ＥＹが配置される内側に出射する。

青色に関して、第８ホログラム層５４ｃは、入射される青色成分ＭＬｂを回折によって部分的に反射することによって、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して反時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に青色成分ＭＬｂを出射させ、第７ホログラム層５３ｃは、第８ホログラム層５４ｃで回折されて戻ってきた回折光ＤＬｂを、第８ホログラム層５４ｃに再度向かうように回折することによって角度δｂの傾斜を相殺する－Ｚ方向に出射させる。第８ホログラム層５４ｃと第７ホログラム層５３ｃとを経た２度回折光Ｄ２ｂは、直進光ＳＬと同一の方向に直進光ＳＬに対して＋Ｘ方向に平行シフトした状態で、光学素子５０から眼ＥＹが配置される内側に出射する。

以上により、青色成分ＭＬｂについては、直進光ＳＬと一対の２度回折光Ｄ２との合成によって、横の±Ｘ方向に関して瞳サイズが拡大される。

赤色に関して、第１０ホログラム層５６ａは、入射される赤色成分ＭＬｒを回折によって部分的に反射することによって、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に赤色成分ＭＬｒを出射させ、第９ホログラム層５５ａは、第１０ホログラム層５６ａで回折されて戻ってきた回折光ＤＬｒを、第１０ホログラム層５６ａに再度向かうように回折することによって角度δｂの傾斜を相殺する－Ｚ方向に出射させる。第１０ホログラム層５６ａと第９ホログラム層５５ａとを経た２度回折光Ｄ２ｒは、直進光ＳＬと同一の方向に直進光ＳＬに対して－Ｘ方向に平行シフトした状態で、光学素子５０から眼ＥＹが配置される内側に出射する。

赤色に関して、第１２ホログラム層５６ｃは、入射される赤色成分ＭＬｒを回折によって部分的に反射することによって、光軸ＡＸに平行な＋Ｚ方向に対して反時計方向に角度δｂだけ回転させた傾斜方向に赤色成分ＭＬｒを出射させ、第１１ホログラム層５５ｃは、第１２ホログラム層５６ｃで回折されて戻ってきた回折光ＤＬｒを、第１２ホログラム層５６ｃに再度向かうように回折することによって角度δｂの傾斜を相殺する－Ｚ方向に出射させる。第１２ホログラム層５６ｃと第１１ホログラム層５５ｃとを経た２度回折光Ｄ２ｒは、直進光ＳＬと同一の方向に直進光ＳＬに対して＋Ｘ方向に平行シフトした状態で、光学素子５０から眼ＥＹが配置される内側に出射する。

以上により、赤色成分ＭＬｒについては、直進光ＳＬと一対の２度回折光Ｄ２との合成によって、横の±Ｘ方向に関して瞳サイズが拡大される。

図６に示す光学素子５０は、図２に示す虚像表示装置１００に組み込むことができる。この場合、画像光生成部１０１を構成する表示素子１１は、カラーの動画や静止画を表示する。

上記実施形態において、外界側の第１ホログラム素子２５１、第３ホログラム素子５３、及び第５ホログラム素子５５は、相互に順番を入れ替えることができ、内側の第２ホログラム素子２５２、第４ホログラム素子５４、及び第６ホログラム素子５６も、相互に順番を入れ替えることができる。ただし、第１ホログラム素子２５１及び第２ホログラム素子２５２の間隔と、第３ホログラム素子５３及び第４ホログラム素子５４の間隔と、第５ホログラム素子５５及び第６ホログラム素子５６の間隔とを一致させるように入れ替えることが、瞳サイズの拡大を各色間で一致させることができる観点で望ましい。

上記実施形態の光学素子５０では、第１波長帯の緑色成分ＭＬｇ、第２波長帯の青色成分ＭＬｂ、及び第３波長帯の赤色成分ＭＬｒについて光束幅を広げることができ、カラーの画像光ＭＬｃについて瞳拡大が可能になる。特に、第１ホログラム素子２５１、第２ホログラム素子２５２、第３ホログラム素子５３、第４ホログラム素子５４、第５ホログラム素子５５、及び第６ホログラム素子５６が反射型回折素子であることから、色のクロストークが生じにくく、これらの反射型回折素子を光軸ＡＸに沿って配置することで小型化が容易となる。

〔変形例その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

虚像表示装置１００に組み込む結像光学系１２は、図４に例示するものに限らず、様々な構成とすることができる。例えば、図４に示す例では、結像光学系１２がＸ方向又は横方向に非対称性を持たせた横型の軸外し光学系となっているが、Ｙ方向又は縦方向に非対称性を持たせた軸外し光学系とすることもできる。結像光学系１２を構成する光学要素についても、図４に示すものは単なる例示であり、導光部材７１や光透過部材７２をレンズ、ミラー等に置き換えることができる。

光学素子５０の眼ＥＹ側に視力矯正レンズを着脱可能に配置することもできる。視力矯正レンズは、光学素子５０に固定してもよいが、光学素子５０や結像光学系１２の支持体に固定することもできる。

結像光学系１２については、外界光ＯＬを透過させない非シースルー視型の光学系とすることができる。この場合、虚像表示装置１００は、クローズド型の虚像表示装置となる。

以上では、虚像表示装置１００が頭部に装着されて使用されることを前提としたが、上記虚像表示装置１００は、頭部に装着せず双眼鏡のようにのぞき込むハンドヘルドディスプレイとしても用いることができる。

具体的な態様における光学素子は、基板と、基板の一方側に設けられる第１ホログラム素子と、第１ホログラム素子と基板を挟むように基板の他方側に設けられる第２ホログラム素子と、を備え、第１ホログラム素子は、入射される第１波長帯の光の一部を回折し、入射される第１波長帯の光の他の一部を透過する第１ホログラム層を有し、第２ホログラム素子は、第１ホログラム層を透過した第１波長帯の光の一部を第１ホログラム素子に向けて回折し、第１ホログラム層を透過した第１波長帯の光の他の一部を透過する第２ホログラム層を有する。

上記光学素子では、第２ホログラム層が第１ホログラム素子を通過した第１波長帯の光を部分的に回折し、かつ、第１ホログラム層が第２ホログラム層で回折された第１波長帯の光を第１ホログラム素子に向けて再度回折するので、２度回折させた光を、第２ホログラム素子を介して、第１ホログラム素子及び第２ホログラム素子を通過した光と同一の方向に平行シフトさせた状態で出射させることができる。これにより、画像光の光束幅を広げることができ、画像光を出射する画像光生成部の瞳拡大が可能になる。

具体的な態様において、第１ホログラム素子は、透過率が５％以上かつ５０％以下であり、第２ホログラム素子は、透過率が５％以上かつ５０％以下である。透過率を５％以上とすることにより、直進光の減衰を抑えて、画像光の輝度を確保することができる。また、透過率を５０％以下とすることにより、２度回折させた光の減衰を抑えて、瞳拡大に対応する画像光の輝度を確保することができる。

具体的な態様において、第１ホログラム素子が設けられている領域の大きさは、第２ホログラム素子が設けられている領域の大きさと同じである。この場合、第１ホログラム素子から出射される光を第２ホログラム素子に取り込むことができ、光のロスを低減することができる。

具体的な態様において、第１ホログラム層は、干渉縞を有し、第２ホログラム層は、干渉縞を有し、第１ホログラム層における干渉縞の傾斜方向は、第２ホログラム層における干渉縞の傾斜方向と同じである。ホログラム層における干渉縞の傾斜方向は、回折によって反射される光が偏向される角度に対応するものとなっている。

具体的な態様において、第１ホログラム層における干渉縞の周期間隔は、第２ホログラム層における干渉縞の周期間隔と同一である。両ホログラム層における干渉縞の周期間隔は、回折によって反射される光の波長や偏向方向を反映したものとなっている。

具体的な態様において、第１ホログラム素子は、第１ホログラム層とは異なる第３ホログラム層を有し、第２ホログラム素子は、第２ホログラム層とは異なる第４ホログラム層を有し、第３ホログラム層は、入射される第１波長帯の光の一部を回折し、入射される第１波長帯の光の他の一部を透過し、第４ホログラム層は、第３ホログラム層を透過した第１波長帯の光の一部を第３ホログラム層に向けて回折し、第３ホログラム層を透過した第１波長帯の光の他の一部を透過し、第２ホログラム層は、第１ホログラム層を透過した第１波長帯の光の一部を回折することで、第１波長の光を第１方向に傾斜させて伝搬させ、第４ホログラム層は、第３ホログラム層を透過した第１波長帯の光の一部を回折することで、第１波長の光を第１方向とは反対の第２方向に傾斜させて伝搬させる。この場合、第４ホログラム層が第１ホログラム素子を通過した第１波長帯の光を部分的に回折し、かつ、第３ホログラム層が第４ホログラム層で回折された第１波長帯の光を再度回折するので、２度回折させた光を、第２ホログラム素子を介して、第１ホログラム素子及び第２ホログラム素子を通過した光と同一の方向に平行シフトさせた状態で出射させることができる。この際、第２ホログラム層による回折光の伝搬の傾斜方向と第４ホログラム層による回折光の伝搬の傾斜方向とが逆であり、第２ホログラム層からの回折光と、第４ホログラム層からの回折光とは、互いに逆方向に平行シフトしたものとなり、画像光の光束幅を対称的に広げることができる。

具体的な態様において、第１ホログラム素子において、第３ホログラム層は、第１ホログラム層と基板との間に設けられ、第２ホログラム素子において、第２ホログラム層は、第４ホログラム層と基板との間に設けられる。この場合、第３ホログラム層と第４ホログラム層との間隔が第１ホログラム素子と第２ホログラム層との間隔に等しくなる。

具体的な態様において、第３ホログラム層は、干渉縞を有し、第４ホログラム層は、干渉縞を有し、第１ホログラム層における干渉縞の傾斜方向は、第３ホログラム層における干渉縞の傾斜方向と鏡面対称であり、第２ホログラム層における干渉縞の傾斜方向は、第４ホログラム層における干渉縞の傾斜方向と鏡面対称である。両ホログラム層における干渉縞の傾斜方向は、回折される光が偏向される角度に対応するものとなっている。

具体的な態様において、第１波長帯よりも短波長帯である第２波長帯に対応する第３ホログラム素子と第４ホログラム素子と、を備え、第１波長帯よりも長波長帯である第３波長帯に対応する第５ホログラム素子と第６ホログラム素子と、を備える。この場合、第１波長帯、第２波長帯、及び第３波長帯で、画像光の光束幅を広げることができ、カラーの画像光について瞳拡大が可能になる。

具体的な態様における虚像表示装置は、画像光を生成する画像光生成部と、上記光学素子とを備え、光学素子は、画像光生成部から出射された画像光を射出瞳が形成される位置に出射する。

１１…表示素子、１２…結像光学系、１３…制御装置、２１…投射レンズ、２５…導光体、５０…光学素子、５０ａ…基板、７１…導光部材、７２…光透過部材、１００，１００Ａ，１００Ｂ…虚像表示装置、１０１…画像光生成部、ＣＣ…接着層、ＲＰ…干渉縞、ＲＰａ…基準面、ＡＸ…光軸、Ｐ１，Ｐ２…射出瞳、ＥＡ…有効領域、Ｄ２…２度回折光、Ｄ２ｂ，Ｄ２ｒ…２度回折光、ＤＬ…回折光、ＤＬｂ，ＤＬｒ…回折光、ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３…反射光、ＬＧ１，ＬＧ２，ＬＧ３…光線群、ＬＧ１２，ＬＧ２２，ＬＧ３２…光線群、ＭＬ…画像光、ＭＬ０…主光線、ＭＬｂ…青色成分、ＭＬｇ…緑色成分、ＭＬｒ…赤色成分、ＯＬ…外界光、ＳＬ…直進光、ＥＹ…眼、ＵＳ…装着者

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の一方側に設けられる第１ホログラム素子と、
   前記１ホログラム素子と前記基板を挟むように前記基板の他方側に設けられる第２ホログラム素子と、を備え、
   前記第１ホログラム素子は、入射される第１波長帯の光の一部を回折し、入射される前記第１波長帯の光の他の一部を透過する第１ホログラム層を有し、
   前記第２ホログラム素子は、前記第１ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の一部を前記第１ホログラム層に向けて回折し、前記第１ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の他の一部を透過する第２ホログラム層を有する、光学素子。
2. 前記第１ホログラム素子は、透過率が５％以上かつ５０％以下であり、前記第２ホログラム素子は、透過率が５％以上かつ５０％以下である、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１ホログラム素子が設けられている領域の大きさは、前記第２ホログラム素子が設けられている領域の大きさと同じである、請求項１及び２のいずれか一項に記載の光学素子。
4. 前記第１ホログラム層は、干渉縞を有し、
   前記第２ホログラム層は、干渉縞を有し、
   前記第１ホログラム層における前記干渉縞の傾斜方向は、前記第２ホログラム層における前記干渉縞の傾斜方向と同じである、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記第１ホログラム層における前記干渉縞の周期間隔は、前記第２ホログラム層における前記干渉縞の周期間隔と同一である、請求項４に記載の光学素子。
6. 前記第１ホログラム素子は、前記第１ホログラム層とは異なる第３ホログラム層を有し、
   前記第２ホログラム素子は、前記第２ホログラム層とは異なる第４ホログラム層を有し、
   前記第３ホログラム層は、入射される前記第１波長帯の光の一部を回折し、入射される前記第１波長帯の光の他の一部を透過し、
   前記第４ホログラム層は、前記第３ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の一部を前記第３ホログラム層に向けて回折し、前記第３ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の他の一部を透過し、
   前記第２ホログラム層は、前記第１ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の一部を回折することで、前記第１波長の光を第１方向に傾斜させて伝搬させ、
   前記第４ホログラム層は、前記第３ホログラム層を透過した前記第１波長帯の光の一部を回折することで、前記第１波長の光を前記第１方向とは反対の第２方向に傾斜させて伝搬させる、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記第１ホログラム素子において、前記第３ホログラム層は、前記第１ホログラム層と前記基板との間に設けられ、
   前記第２ホログラム素子において、前記第２ホログラム層は、前記第４ホログラム層と前記基板との間に設けられる、請求項６に記載の光学素子。
8. 前記第３ホログラム層は、干渉縞を有し、
   前記第４ホログラム層は、干渉縞を有し、
   前記第１ホログラム層における前記干渉縞の傾斜方向は、前記第３ホログラム層における干渉縞の傾斜方向と鏡面対称であり、
   前記第２ホログラム層における前記干渉縞の傾斜方向は、前記第４ホログラム層における干渉縞の傾斜方向と鏡面対称である、請求項６及び７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記第１波長帯よりも短波長帯である第２波長帯に対応する第３ホログラム素子と第４ホログラム素子と、を備え、
   前記第１波長帯よりも長波長帯である第３波長帯に対応する第５ホログラム素子と第６ホログラム素子と、を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 画像光を生成する画像光生成部と、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の光学素子と、を備え、
    前記光学素子は、前記画像光生成部から出射された前記画像光を射出瞳が形成される位置に出射する、虚像表示装置。

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