JP4872499B2 - 回折格子部材、光学装置、及び、画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置によって形成された２次元画像を観察者に観察させるために使用される光学装置、並びに、係る光学装置での使用に適した回折格子部材、及び、係る光学装置を組み込んだ画像表示装置に関する。

画像形成装置によって形成された２次元画像を虚像光学系により拡大虚像として観察者に観察させるために、反射型体積ホログラム回折格子を用いた画像表示装置が、例えば、ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１から周知である。

図２１の（Ａ）に概念図を示すＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１に開示された画像表示装置１０は、画像形成装置１１と、画像形成装置１１から出射された光束を平行光束とするコリメート光学系１２と、コリメート光学系１２にて平行光束とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置１２０とから成る。そして、光学装置１２０は、
（Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板２１、
（Ｂ）導光板２１に入射した光が導光板２１の内部で全反射されるように、導光板２１に入射した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材１３０、及び、
（Ｃ）導光板２１から光を出射するように、導光板２１の内部を全反射により伝播した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材１４０、
を備えている。ここで、図面の参照番号５０は、導光板２１から出射された光が入射する観察者の瞳である。尚、図２１の（Ａ）、あるいは、後述する、図２、図６、図１１の（Ａ）、図１５においては、導光板２１と第１回折格子部材との界面、あるいは、導光板２１と第２回折格子部材との界面で光が回折反射されるように図示しているが、実際には、第１回折格子部材の内部、及び、第２回折格子部材の内部で光が回折反射される。

以下の説明において、回折格子部材における「回折領域」、「非回折領域」、「有効領域」、「非有効領域」を、次の意味で用いる。また、全反射という用語は、内部全反射、あるいは、導光板内部における全反射を意味する。

回折領域 ：所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された領域、あるいは又、所望の回折作用を有している領域。
非回折領域：干渉縞が形成されていない領域、あるいは又、干渉縞は形成されているものの、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞ではない干渉縞が形成された領域、あるいは又、回折作用を有していない領域。
有効領域 ：導光板に入射した光、あるいは、導光板の内部を全反射により伝播した光を、回折反射する領域。
非有効領域：導光板に入射した光によっては照射されない領域、あるいは、導光板の内部を全反射により伝播した光によっては照射されない領域。

そして、第１回折格子部材１３０及び第２回折格子部材１４０は、通常、フォトポリマー材料から作製されており、内部には、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されている。即ち、従来の第１回折格子部材１３０及び第２回折格子部材１４０は、回折領域のみから構成され、しかも、有効領域のみから構成されている。即ち、回折領域と有効領域とは一致している。そして、このような構成を採用することで、光が不所望の回折作用を受けることを防止している。

ここで、ブラッグ条件とは、以下の式（１）を満足する条件を指す。式（１）中、ｍは正の整数、λは波長、ｄは格子面の間隔（干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔）、Θは干渉縞への入射角の補角を意味する。尚、干渉縞の傾斜角φとは、回折格子部材の表面と干渉縞の成す角度を意味する。干渉縞は、回折格子部材の内部から表面に亙り、形成されている。以下においても同様である。また、入射角ψにて回折格子部材に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式（２）のとおりであり、図２１の（Ｃ）に図示する。

ｍ・λ＝２・ｄ・ｓｉｎ（Θ） （１）
Θ＝９０°−（φ＋ψ） （２）

ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１

このように、従来の第１回折格子部材１３０及び第２回折格子部材１４０は、フォトポリマー材料から作製されており、また、回折領域のみから構成され、しかも、有効領域のみから構成されているので、以下のような問題が発生する。即ち、回折格子部材を、或る期間、使用していると、図２２に示すように、幅１２ｍｍの回折格子部材において、その縁部から内部に向かって２ｍｍ程度の所まで、内部に形成されていた干渉縞の傾斜角φが変化していた。ここで、図２２の横軸は、第１の方向（図２１の（Ａ）参照）に沿って延びている干渉縞を有する回折格子部材の第１の方向に沿った縁部からの距離（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は、干渉縞の傾斜角φの変化量Δφ（単位：度）であり、測定点は、回折格子部材の縁部から１ｍｍ，３ｍｍ，５ｍｍ，７ｍｍ，９ｍｍ，１１ｍｍの６点とした。このような現象は、回折格子部材がフォトポリマー材料から作製されているので、湿度の影響によって生じると考えられている。また、干渉縞の傾斜角φの変化量Δφが０度のときの、輝度と画角θの関係を図２３の（Ａ）に示し、干渉縞の傾斜角φの変化量Δφが±０．３度のときの、輝度と画角の関係を図２３の（Ｂ）に示す。図２３の（Ａ）及び（Ｂ）から、干渉縞の傾斜角φが±０．３度、変化しただけで、輝度のバラツキが２倍程度大きくなることが判る。そして、このような干渉縞の傾斜角φに局所的な変化が生じると、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生し、画像品質が劣化するといった問題が生じる。

ここで、「画角」とは、光学系の物体範囲を光学系の像空間から見たときの視角であると定義される。

回折格子部材において、有効領域よりも回折領域を大きくすれば、上述した問題は解決できるように思われる。しかしながら、特に、第２回折格子部材１４０においては、導光板２１の内部を全反射により伝播した光は、有効領域を構成する回折領域だけでなく、有効領域以外の領域を構成する回折領域（図２１の（Ａ）においては、点線で囲んだ領域１４０Ａで示す）にも侵入するが故に、この有効領域以外の領域を構成する回折領域１４０Ａにおいて、不要な回折反射が発生するといった問題が生じてしまう。

また、図２１の（Ａ）に点線の円で囲んだ領域を図２１の（Ｂ）に拡大して図示するが、第１回折格子部材１３０の内部で回折反射され、第２回折格子部材１４０と対面する第１回折格子部材１３０の側面１３０Ａに衝突した光は、一旦、外部（空気中）に出射され、再び、導光板２１に入射するが、このような光は、第１回折格子部材１３０の内部で回折反射され、直接、導光板２１の内部を進行する光の挙動と相違する。その結果、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生したり、二重に分かれた再生画像が形成されてしまうといった問題が生じる。

従って、本発明の第１の目的は、内部に形成された干渉縞の傾斜角が経時的に変化し難く、しかも、不要な回折反射が発生し難い構造、構成を有する回折格子部材を備えた光学装置、係る光学装置での使用に適した回折格子部材、及び、係る光学装置を組み込んだ画像表示装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、第２回折格子部材と対面した第１回折格子部材の側面の存在によって、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生したり、二重に分かれた再生画像が形成されてしまうといった問題が生じることを確実に防止し得る構造、構成を有する回折格子部材を備えた光学装置、及び、係る光学装置を組み込んだ画像表示装置を提供することにある。

上記の第１の目的を達成するための本発明の回折格子部材は、
（Ａ）光が入射あるいは出射され、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された回折領域、及び、
（Ｂ）回折領域の縁部から延在し、回折領域から出射された光が入射し、あるいは又、回折領域に入射される光が出射され、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない非回折領域、
を有する反射型体積ホログラム回折格子から成ることを特徴とする。

本発明の回折格子部材を構成する材料として、フォトポリマー材料を挙げることができる。また、このような好ましい構成を含む本発明の回折格子部材にあっては、非回折領域の幅は２ｍｍ以上であることが望ましい。更には、以上に説明した各種の好ましい構成を含む本発明の回折格子部材にあっては、干渉縞は第１の方向に沿って延び、非回折領域は第１の方向に沿った回折領域の縁部から延在している構成とすることが好ましい。

上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る光学装置は、
（Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
（Ｂ）導光板に入射した光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材、及び、
（Ｃ）導光板から光を出射するように、導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
第２回折格子部材は、
（Ｃ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第２回折領域、及び、
（Ｃ−２）少なくとも、第１回折格子部材に面した第２回折領域の縁部から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第２非回折領域、
を有することを特徴とする。

上記の第２の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る光学装置は、
（Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
（Ｂ）導光板に入射した光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射した光を回折反射する第１有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材、及び、
（Ｃ）導光板から光を出射するように、導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射する第２有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
少なくとも、第２回折格子部材に面した第１回折格子部材の第１有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第２回折格子部材に向かって、導光板の第１領域上には第１光反射層が設けられていることを特徴とする。尚、第１光反射層の上には何も形成されていない形態、及び、第１回折格子部材の一部分が形成されている形態が含まれる。

上記の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る画像表示装置、あるいは、上記の第２の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る画像表示装置は、
（ａ）画像形成装置と、
（ｂ）画像形成装置から出射された光を平行光束とするコリメート光学系と、
（ｃ）コリメート光学系にて平行光束とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置、
から成る画像表示装置である。

そして、本発明の第１の態様に係る画像表示装置にあっては、光学装置は、上記の本発明の第１の態様に係る光学装置から構成されていることを特徴とする。また、本発明の第２の態様に係る画像表示装置にあっては、光学装置は、上記の本発明の第２の態様に係る光学装置から構成されていることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る光学装置あるいは画像表示装置（以下、これらを総称して、単に、第１の態様に係る本発明と呼ぶ場合がある）において、第１非回折領域及び第１回折領域の外形形状を矩形としたとき、便宜上、第１回折領域及び第１回折領域の各縁部を以下のように呼ぶ。同様に、第２非回折領域及び第２回折領域の外形形状を矩形としたとき、便宜上、第２回折領域及び第２回折領域の各縁部を以下のように呼ぶ。

回折領域／第１Ａ縁部：第２回折格子部材に面した第１回折領域の縁部
回折領域／第１Ｃ縁部：回折領域／第１Ａ縁部と対向する縁部
回折領域／第１Ｂ縁部、回折領域／第１Ｄ縁部：残りの縁部
回折領域／第２Ａ縁部：第１回折格子部材に面した第２回折領域の縁部
回折領域／第２Ｃ縁部：回折領域／第２Ａ縁部と対向する縁部
回折領域／第２Ｂ縁部、回折領域／第２Ｄ縁部：残りの縁部

非回折領域／第１Ａ縁部：第２回折格子部材に面した第１非回折領域の縁部
非回折領域／第１Ｃ縁部：非回折領域／第１Ａ縁部と対向する縁部
非回折領域／第１Ｂ縁部、非回折領域／第１Ｄ縁部：残りの縁部
非回折領域／第２Ａ縁部：第１回折格子部材に面した第２非回折領域の縁部
非回折領域／第２Ｃ縁部：非回折領域／第２Ａ縁部と対向する縁部
非回折領域／第２Ｂ縁部、非回折領域／第２Ｄ縁部：残りの縁部

更には、本発明の第２の態様に係る光学装置あるいは画像表示装置（以下、これらを総称して、単に、第２の態様に係る本発明と呼ぶ場合がある）において、第１有効領域及び第１非有効領域の外形形状を矩形としたとき、便宜上、第１有効領域及び第１非有効領域の各縁部を以下のように呼ぶ。同様に、第２有効領域及び第２非有効領域の外形形状を矩形としたとき、便宜上、第２有効領域及び第２非有効領域の各縁部を以下のように呼ぶ。

有効領域／第１Ａ縁部：第２回折格子部材に面した第１有効領域の縁部
有効領域／第１Ｃ縁部：有効領域／第１Ａ縁部と対向する縁部
有効領域／第１Ｂ縁部、有効領域／第１Ｄ縁部：残りの縁部
有効領域／第２Ａ縁部：第１回折格子部材に面した第２有効領域の縁部
有効領域／第２Ｃ縁部：有効領域／第２Ａ縁部と対向する縁部
有効領域／第２Ｂ縁部、有効領域／第２Ｄ縁部：残りの縁部

非有効領域／第１Ａ縁部：第２回折格子部材に面した第１非有効領域の縁部
非有効領域／第１Ｃ縁部：非有効領域／第１Ａ縁部と対向する縁部
非有効領域／第１Ｂ縁部、非有効領域／第１Ｄ縁部：残りの縁部
非有効領域／第２Ａ縁部：第１回折格子部材に面した第２非有効領域の縁部
非有効領域／第２Ｃ縁部：非有効領域／第２Ａ縁部と対向する縁部
非有効領域／第２Ｂ縁部、非有効領域／第２Ｄ縁部：残りの縁部

そして、第１の態様に係る本発明にあっては、第２非回折領域は第２回折領域を取り囲んでいる構成とすることが好ましいが、即ち、第２非回折領域は、第２回折領域の回折領域／第２Ａ縁部、回折領域／第２Ｂ縁部、回折領域／第２Ｃ縁部、及び、回折領域／第２Ｄ縁部から延在している構成とすることが好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、第２非回折領域は、第２回折領域の回折領域／第２Ａ縁部、及び、回折領域／第２Ｃ縁部から延在していてもよい。そして、このような構成を含む第１の態様に係る本発明にあっては、第２非回折領域の幅は２ｍｍ以上であることが好ましい。

また、以上に説明した好ましい構成を含む第１の態様に係る本発明にあっては、第１回折格子部材は、
（Ｂ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第１回折領域、及び、
（Ｂ−２）少なくとも、第２回折格子部材に面した第１回折領域の縁部から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第１非回折領域、
を有することが望ましい。

そして、このような構成の第１の態様に係る本発明にあっては、第１非回折領域は第１回折領域を取り囲んでいる構成とすることが好ましいが、即ち、第１非回折領域は、第１回折領域の回折領域／第１Ａ縁部、回折領域／第１Ｂ縁部、回折領域／第１Ｃ縁部、及び、回折領域／第１Ｄ縁部から延在している構成とすることが好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、第１非回折領域は、第１回折領域の回折領域／第１Ａ縁部、及び、回折領域／第１Ｃ縁部から延在していてもよい。そして、更には、このような構成を含む第１の態様に係る本発明にあっては、第１非回折領域の幅は２ｍｍ以上であることが好ましい。

また、以上に説明した好ましい構成を含む第１の態様に係る本発明にあっては、第１回折格子部材及び第２回折格子部材を構成する材料として、フォトポリマー材料を挙げることができる。

第２の態様に係る本発明において、第１光反射層は第１有効領域を取り囲んでいる構成とすることが好ましいが、即ち、第１光反射層は、第１有効領域の有効領域／第１Ａ縁部、有効領域／第１Ｂ縁部、有効領域／第１Ｃ縁部、及び、有効領域／第１Ｄ縁部に接して設けられている構成とすることが好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、第１光反射層は、第１有効領域の有効領域／第１Ａ縁部、及び、有効領域／第１Ｃ縁部に接して設けられていてもよい。

更には、上記の好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第１光反射層上には、第１有効領域から延在する第１非有効領域が形成されていることが好ましく、更には、第１非有効領域の幅は２ｍｍ以上であることが望ましい。

あるいは又、以上に説明した各種の好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明にあっては、少なくとも、第１回折格子部材に面した第２回折格子部材の第２有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第１回折格子部材に向かって、導光板の第２領域上には第２光反射層が設けられている構成とすることができる。そして、この場合、第２光反射層は第２有効領域を取り囲んでいる構成とすることが好ましいが、即ち、第２光反射層は、第２有効領域の有効領域／第２Ａ縁部、有効領域／第２Ｂ縁部、有効領域／第２Ｃ縁部、及び、有効領域／第２Ｄ縁部に接して設けられている構成とすることが好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、第２光反射層は、第２有効領域の有効領域／第２Ａ縁部、及び、有効領域／第２Ｃ縁部に接して設けられていてもよい。尚、第２光反射層の上には何も形成されていない形態、及び、第２回折格子部材の一部分が形成されている形態が含まれる。

更には、上記の好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第２光反射層上には、第２有効領域から延在する第２非有効領域が形成されていることが好ましく、更には、第２非有効領域の幅は２ｍｍ以上であることが望ましい。

また、以上に説明した好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第１光反射層と第２光反射層とは、導光板上を延び、一体化されている構成とすることもできる。

更には、以上に説明した好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第１光反射層及び第２光反射層は、偏光選択性を有する構成とすることができ、この場合、第１光反射層及び第２光反射層は、具体的には、誘電体多層膜から成ることが好ましい。より具体的には、誘電体多層膜として、偏光ビームスプリッター用の誘電体多層膜を挙げることができる。ここで、係る誘電体多層膜に光（Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分が含まれている）が入射すると、Ｓ偏光成分は誘電体多層膜によって反射され、Ｐ偏光成分は誘電体多層膜を通過する。即ち、このような構成にすることで、誘電体多層膜を通して外部（外系）を目視することが可能となる。云い換えれば、シースルー化を達成することができる。

あるいは又、以上に説明した好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第１光反射層及び第２光反射層は、波長選択性を有することが好ましい。

尚、偏光選択性あるいは波長選択性を有する第１光反射層及び第２光反射層を、具体的には、例えば、低屈折率層と、低屈折率層よりも高い屈折率を有する高屈折率層とを積層させた（例えば、交互に複数積層させた）多層膜から構成することで、第１光反射層及び第２光反射層に偏光選択性を付与することができ、あるいは又、第１光反射層及び第２光反射層における光の波長に依存した光透過率を所望の値に変化させることができる。ここで、低屈折率層を構成する材料としてＳｉＯ_Xを挙げることができるし、高屈折率層を構成する材料として五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を挙げることができる。尚、使用する材料、積層構成、各層の厚さ等を適切に選択することで、適切な偏光選択性を付与することができ、あるいは又、光の波長に依存した光透過率を所望の値に変化させることができる。

あるいは又、以上に説明した好ましい構成を含む第２の態様に係る本発明において、第１光反射層及び第２光反射層は、金属又は合金から成ることが好ましく、あるいは又、増反射膜やクロミック・フィルム（光の強度に応じて変色するフィルム）から構成することもできる。金属として、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）を例示することができるし、合金として、これらの金属を含む合金を挙げることができる。まら、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができるし、ＳｉＯ₂等の低屈折率薄膜とＴｉＯ₂やＴａ₂Ｏ₅等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。

第１光反射層及び第２光反射層は、一般に、真空蒸着法やスパッタリング法を含む各種の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）や、ＭＯＣＶＤ法を含む各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布法等によって形成することができる。

本発明の回折格子部材、あるいは、第１の態様に係る本発明において、非回折領域には所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていないが、より具体的には、非回折領域には何ら干渉縞が形成されていない形態、非回折領域には、干渉縞は形成されているものの、例えば、傾斜角が０度であるような、所望のブラッグ条件から全く逸脱した条件の干渉縞が形成されている形態を挙げることができる。

また、有効領域が回折領域と一致するとは、有効領域の射影像と回折領域の射影像とが重なり合うことを意味する。更には、有効領域が回折領域の内部に位置するとは、有効領域の射影像が回折領域の射影像の内部に位置すること、あるいは、有効領域の射影像の一部が回折領域の射影像の一部と重なり、且つ、有効領域の射影像の残りの部分が回折領域の射影像の内部に位置することを意味する。

あるいは又、広くは、或る名称の領域（便宜上、領域Ａと呼ぶ）と、別の名称の領域（便宜上、領域Ｂと呼ぶ）とが一致するとは、領域Ａの射影像と領域Ｂの射影像とが重なり合うことを意味する。また、領域Ａが領域Ｂの内部に位置するとは、領域Ａの射影像が領域Ｂの射影像の内部に位置すること、あるいは、領域Ａの射影像の一部が領域Ｂの射影像の一部と重なり、且つ、領域Ａの射影像の残りの部分が領域Ｂの射影像の内部に位置することを意味する。

本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発明において、第１回折格子部材を、異なるＰ種類（例えば、Ｐ＝であり、赤色、緑色、青色の３種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。尚、各回折格子層には１種類の波長帯域（あるいは、波長）に対応する干渉縞が形成されている。あるいは又、異なるＰ種類の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応するために、１層の回折格子層から成る第１回折格子部材にＰ種類の干渉縞が形成されている構成とすることもできる。あるいは又、画角を例えば三等分して、第１回折格子部材を、各画角に対応する回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。そして、これらの構成を採用することで、各波長帯域（あるいは、波長）を有する光が第１回折格子部材において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。

以上に説明した各種の好ましい構成、形態を含む第１の態様に係る発明あるいは第２の態様に係る発明においては、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光束とされた平行光束群を導光板に入射することが望ましいが、このような、平行光束であることの要請は、これら光束が導光板へ入射したときの光波面情報が、第１回折格子部材と第２回折格子部材を介して導光板から出射された後も保存される必要があることに基づく。尚、具体的には、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群を生成するためには、コリメート光学系における焦点距離の所（位置）に、画像形成装置を位置させればよい。ここで、コリメート光学系は、画像形成装置から出射された光束の画像形成装置における画素の位置情報を、光学装置の光学系における角度情報に変換する機能を有する。また、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光束とされる場合には、導光板においては、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。第１回折格子部材においては、導光板に入射された平行光束群が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された平行光束群が回折反射される。更には、第２回折格子部材においては、導光板の内部を全反射により伝播した平行光束群が回折反射され、導光板から平行光束群の状態で出射される。

第１の態様に係る発明あるいは第２の態様に係る発明において、導光板は、導光板の軸線と平行に延びる２つの平行面（便宜上、第１面及び第２面と呼ぶ）を有している。ここで、光が入射する導光板の面を導光板入射面、光が出射する導光板の面を導光板出射面としたとき、第１面によって導光板入射面及び導光板出射面が構成されていてもよいし、第１面によって導光板入射面が構成され、第２面によって導光板出射面が構成されていてもよい。前者の場合、第２面に第１回折格子部材及び第２回折格子部材が配置されている。一方、後者の場合、第２面に第１回折格子部材が配置され、第１面に第２回折格子部材が配置されている。

導光板を構成する材料として、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。

反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材及び第２回折格子部材の基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構造と同じとすればよい。ここで、反射型体積ホログラム回折格子とは、＋１次の回折光のみを回折反射するホログラム回折格子を意味する。

回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材を構成する部材（例えば、フォトポリマー材料）に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材を構成する部材に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材を構成する部材の内部に記録すればよい。第１の所定の方向、第２の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角を得ることができる。

第１回折格子部材を、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層の積層構造から構成する場合、このような回折格子層の積層は、Ｐ層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、Ｐ層の回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層（接着）すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて１層の回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼付けて回折格子層を作製することで、Ｐ層の回折格子層を作製してもよい。

本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る画像表示装置を構成する画像形成装置として、例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、無機ＥＬ、発光ダイオード（ＬＥＤ）といった発光素子から構成された画像形成装置；光源［例えば、ＬＥＤ］とライト・バルブ［例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の透過型あるいは反射型の液晶表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）］との組合せから成る画像形成装置；光源と光源から出射された平行光束を水平走査及び垂直走査する走査光学系［例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ガルバノ・ミラー］との組合せから成る画像形成装置を挙げることができる。尚、画像形成装置を構成する発光素子の数は、画像形成装置に要求される仕様に基づき、決定すればよい。

本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る画像表示装置を構成するコリメート光学系として、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、ホログラムレンズを、単独、若しくは、組み合わせた、全体として正の光学的パワーを持つ光学系を例示することができる。

本発明の光学装置を、例えば、頭部装着型のＨＭＤ（Head Mounted Display）に組み込むことができるし、本発明の画像表示装置によって、例えば、ＨＭＤを構成することができ、装置の軽量化、小型化を図ることができ、装置装着時の不快感を大幅に軽減させることが可能となるし、更には、製造コストダウンを図ることも可能となる。

本発明の回折格子部材、あるいは又、本発明の第１の態様に係る光学装置、本発明の第１の態様に係る画像表示装置にあっては、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第２非回折領域が設けられているので、例えば、この第２非回折領域に入射した光によって不要な回折反射が発生するといった問題の発生を確実に回避することができる。しかも、第２非回折領域が存在するので、第２回折領域において内部に形成されていた干渉縞の傾斜角φが経時的に変化してしまうといった現象が発生することがなく、従って、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生し、画像品質が劣化するといった問題が生じることがない。

また、本発明の第２の態様に係る光学装置、本発明の第２の態様に係る画像表示装置にあっては、第１回折格子部材の内部で回折反射され、第２回折格子部材と対面する第１回折格子部材の側面に衝突した光は、一旦、外部（空気中）に出射されるが、第１光反射層が設けられているので、導光板に入射することが妨げられる結果、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生したり、二重に分かれた再生画像が形成されてしまうといった問題が生じることを確実に回避することができる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の回折格子部材、本発明の第１の態様に係る光学装置、及び、本発明の第１の態様に係る画像表示装置に関する。実施例１の光学装置の模式的な平面図を図１の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１の（Ｂ）に示す。また、実施例１の画像表示装置の概念図を図２に示す。

実施例１の画像表示装置１０は、画像形成装置１１と、画像形成装置１１から出射された光を平行光束とするコリメート光学系１２と、コリメート光学系１２にて進行方位の異なる複数の平行光束とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置２０とから成る。画像形成装置１１は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）から構成され、コリメート光学系１２は、例えば、凸レンズから構成され、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群を生成するために、コリメート光学系１２における焦点距離の所（位置）に画像形成装置１１が配置されている。

実施例１の光学装置２０は、
（Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板２１、
（Ｂ）導光板２１に入射した光が導光板２１の内部で全反射されるように、導光板２１に入射した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材３０、及び、
（Ｃ）導光板２１から光を出射するように、導光板２１の内部を全反射により伝播した光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材４０、
を備えている。

尚、参照番号２１Ａは、導光板２１の第１面であり、導光板入射面及び導光板出射面に相当する。また、参照番号２１Ｂは、導光板２１の第１面と対向する第２面であり、第２面２１Ｂに第１回折格子部材３０及び第２回折格子部材４０が配置されている。実施例２〜実施例１１にあっても、同様である。

そして、実施例１の回折格子部材４０は、
（Ａ）光が入射あるいは出射され、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された回折領域４１、及び、
（Ｂ）回折領域４１の縁部（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ）から延在し、回折領域４１から出射された光が入射し、あるいは又、回折領域に入射される光が出射され（実施例１においては、回折領域４１に入射される光が出射され）、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない非回折領域４２、
を有する反射型体積ホログラム回折格子から成る。

あるいは又、第２回折格子部材４０は、
（Ｃ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第２回折領域４１、及び、
（Ｃ−２）少なくとも、第１回折格子部材３０に面した第２回折領域４１の縁部（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第２非回折領域４２、
を有する。

より具体的には、実施例１にあっては、第２回折格子部材４０は第２回折領域４１及び第２非回折領域４２から構成されており、あるいは又、第２回折格子部材４０は、第２有効領域４４、及び、第２有効領域４４を取り囲む第２非有効領域４５から構成されている。尚、実施例１においては、第２有効領域４４は、第２回折領域４１の内部に位置している。また、第２非有効領域４５の射影像は、第２回折領域４１の射影像と重なり合っている。

即ち、平面形状が矩形の第２回折領域４１及び第２非有効領域４５は、
［Ａ−２］回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ（第２回折格子部材４０に面した第２回折領域４１の縁部）、あるいは、非有効領域／第２Ａ縁部（第２回折格子部材４０に面した第２非有効領域４５の縁部）、
［Ｂ−２］回折領域／第２Ｃ縁部４１Ｃ（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａと対向する縁部）、あるいは、非有効領域／第２Ｃ縁部（非有効領域／第２Ａ縁部と対向する縁部）、並びに、
［Ｃ−２］回折領域／第２Ｂ縁部４１Ｂ及び回折領域／第２Ｄ縁部４１Ｄ（残りの縁部）、あるいは、非有効領域／第２Ｂ縁部及び非有効領域／第２Ｄ縁部（残りの縁部）、
から構成されている。一方、平面形状が矩形の第２有効領域４４は、
［Ｄ−２］有効領域／第２Ａ縁部４４Ａ（第２回折格子部材４０に面した第２有効領域４４の縁部であり、回折領域／第２Ａ縁部４１Ａと一致している）、
［Ｅ−２］有効領域／第２Ｃ縁部４４Ｃ（有効領域／第２Ａ縁部４４Ａと対向する縁部）、並びに、
［Ｆ−２］有効領域／第２Ｂ縁部４４Ｂ及び有効領域／第２Ｄ縁部４４Ｃ（残りの縁部）、
から構成されている。尚、第２非回折領域４２の縁部を参照番号４２Ａで示す。

第２回折領域４１には、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されている。一方、第２非回折領域４２には、干渉縞が形成されていない。あるいは又、第２非回折領域４２を、干渉縞は形成されているものの、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞ではない干渉縞が形成された領域とすることもできる。第２非回折領域４２及び第２有効領域４４には、導光板２１の内部を全反射により伝播した光が入射する（図２参照）。第２非回折領域４２においては、入射した光は全反射される。一方、第２有効領域４４においては、導光板２１の内部を全反射により伝播した光が回折反射される。

一方、第１回折格子部材３０は第１回折領域３１から構成されており、また、第１回折格子部材３０は、第１有効領域３４、及び、第１有効領域３４を取り囲む第１非有効領域３５から構成されている。尚、実施例１においては、第１有効領域３４は、第１回折領域３１の内部に位置している。また、第１非有効領域３５は、第１回折領域３１と一致している。

即ち、平面形状が矩形の第１回折領域３１及び第１非有効領域３５は、
［Ａ−１］回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ（第２回折格子部材４０に面した第１回折領域３１の縁部）、あるいは、非有効領域／第１Ａ縁部（第２回折格子部材４０に面した第１非有効領域３５の縁部）、
［Ｂ−１］回折領域／第１Ｃ縁部３１Ｃ（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａと対向する縁部）、あるいは、非有効領域／第１Ｃ縁部（非有効領域／第１Ａ縁部と対向する縁部）、並びに、
［Ｃ−１］回折領域／第１Ｂ縁部３１Ｂ及び回折領域／第１Ｄ縁部３１Ｄ（残りの縁部）、あるいは、非有効領域／第１Ｂ縁部及び非有効領域／第１Ｄ縁部（残りの縁部）、
から構成されている。一方、平面形状が矩形の第１有効領域３４は、
［Ｄ−１］有効領域／第１Ａ縁部３４Ａ（第２回折格子部材４０に面した第１有効領域３４の縁部）、
［Ｅ−１］有効領域／第１Ｃ縁部３４Ｃ（有効領域／第１Ａ縁部３４Ａと対向する縁部）、並びに、
［Ｆ−１］有効領域／第１Ｂ縁部３４Ｂ及び有効領域／第１Ｄ縁部３４Ｄ（残りの縁部）、
から構成されている。

第１回折領域３１には、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されている。第１有効領域３４においては、導光板２１に入射した光が回折反射される。更にはコリメート光学系１２を適切に設計することで、第１非有効領域３５は、導光板に入射した光によっては照射されない。

ここで、第１回折格子部材３０及び第２回折格子部材４０は、フォトポリマー材料から作製されている。また、第２非回折領域４２の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）であり、第１非有効領域３５及び第２非有効領域４５の幅も２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。第１回折格子部材３０及び第２回折格子部材４０において、干渉縞は、第１の方向に沿って延びている。そして、第２非回折領域４２は、第１の方向に沿った第２回折領域４１の縁部（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ）から延在している。ここで、「幅」とは、各領域を構成する縁部が延びる方向に直角な方向に沿った長さを意味する。即ち、例えば、図１の（Ａ）に示す第２非回折領域４２における幅とは、第１の方向に直角な方向に沿った第２非回折領域４２の長さを意味する。

第１回折格子部材３０は、導光板２１の所望の領域上にフォトポリマー材料から成るフォトポリマー材料層を、例えば、貼り付け、このフォトポリマー材料層に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、フォトポリマー材料層に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞をフォトポリマー材料層の内部に記録することで作製することができる。回折領域のみから構成された回折格子部材は、同様の方法で作製することができる。一方、第２回折格子部材４０は、導光板２１の所望の領域上にフォトポリマー材料から成るフォトポリマー材料層を、例えば、貼り付け、第２回折領域４１を形成すべきフォトポリマー材料層の部分に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、フォトポリマー材料層の係る部分に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞をフォトポリマー材料層の第２回折領域４１を形成すべき部分の内部に記録することで作製することができる。マスキングすることで物体光あるいは参照光をフォトポリマー材料層に照射しないことで、第２非回折領域４２を形成することができる。回折領域及び非回折領域のみから構成された回折格子部材は、同様の方法で作製することができる。

実施例１にあっては、第２回折格子部材４０には、第１回折格子部材３０に面した第２回折領域４１の縁部（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第２非回折領域４２が設けられているので、導光板２１の内部を全反射により伝播した光が第２非回折領域４２に入射するが（図２参照）、不要な回折反射が発生するといった問題の発生を確実に回避することができる。しかも、第２非回折領域４２が存在するので、第２回折領域４１において内部に形成されている干渉縞の傾斜角φが経時的に変化してしまうといった現象が発生することがなく、従って、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生し、画像品質が劣化するといった問題が生じることがない。

実施例１の回折格子部材あるいは光学装置の変形例を、図３の（Ａ）の模式的な平面図、及び、図３の（Ｂ）の模式的な断面図に示す。この変形例にあっては、第２非回折領域４２は、第２回折領域４１の回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ、及び、回折領域／第２Ｃ縁部４１Ｃから延在している。尚、第２有効領域４４の縁部を参照番号４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄで示し、第２回折領域４１の縁部を参照番号４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄで示し、第２非回折領域４２の縁部を参照番号４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄで示す。

実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の光学装置の変形例の模式的な平面図を図４に示すように、第２非回折領域４２は第２回折領域４１を取り囲んでいる。即ち、第２非回折領域４２は、第２回折領域４１の回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ、回折領域／第２Ｂ縁部４１Ｂ、回折領域／第２Ｃ縁部４１Ｃ、及び、回折領域／第２Ｄ縁部４１Ｄから延在している。そして、第２有効領域４４の射影像は、第２回折領域４１の射影像と重なり合っており、第２非有効領域４５の射影像は、第２非回折領域４２の射影像と重なり合っている。

以上の点を除き、実施例２の回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例３も、実施例１の変形である。実施例３の光学装置の模式的な平面図を図５の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図５の（Ｂ）に示す。また、実施例３の画像表示装置の概念図を図６に示す。

そして、実施例３の回折格子部材３０は、
（Ａ）光が入射あるいは出射され、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された回折領域３１、及び、
（Ｂ）回折領域３１の縁部（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ）から延在し、回折領域３１から出射された光が入射し、あるいは又、回折領域に入射される光が出射され（実施例３においては、回折領域３１から出射された光が入射する）、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない非回折領域３２、
を有する反射型体積ホログラム回折格子から成る。

あるいは又、第１回折格子部材３０は、
（Ｂ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第１回折領域３１、及び、
（Ｂ−２）少なくとも、第２回折格子部材４０に面した第１回折領域３０の縁部（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第１非回折領域３２、
を有する。

より具体的には、実施例３にあっては、第１回折格子部材３０は第１回折領域３１及び第１非回折領域３２から構成されており、あるいは又、第１回折格子部材３０は、第１有効領域３４、及び、第１有効領域３４を取り囲む第１非有効領域３５から構成されている。尚、第１有効領域３４は、第１回折領域３１の内部に位置している。また、第１非有効領域３５の射影像は、第１回折領域３１の射影像と重なり合っている。第１非回折領域３２の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）であり、第１非有効領域３５及び第１非有効領域３５の幅も２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。そして、第１非回折領域３２は、第１の方向に沿った第１回折領域３１の縁部（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ）から延在している。第１非回折領域３２の縁部を参照番号３２Ａで示す。

平面形状が矩形の第１回折領域３１及び第１非有効領域３５を構成する縁部に関しては、実施例１において説明したと同様であるので、詳細な説明は省略する。尚、平面形状が矩形の第１有効領域３４を構成する有効領域／第１Ａ縁部３４Ａ（第２回折格子部材４０に面した第１有効領域３４の縁部）は、回折領域／第１Ａ縁部３１Ａと一致している。

第１回折領域３１には、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されている。一方、第１非回折領域３２には、干渉縞が形成されていない。あるいは又、第１非回折領域３２には、干渉縞は形成されているものの、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞ではない干渉縞が形成された領域とすることもできる。また、第１非回折領域３２及び第１有効領域３４には、導光板２１に入射した光が入射する（図６参照）。第１非回折領域３２においては、入射した光は全反射される。一方、第１有効領域３４においては、導光板２１に入射した光が回折反射される。

実施例３にあっては、第１回折格子部材３０にも、第２回折格子部材４０に面した第１回折領域３１の縁部（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第１非回折領域３２が設けられているので、導光板２１に入射した光が第１非回折領域３２に入射し、あるいは又、第１回折領域３１によって回折反射された光が第１非回折領域３２に入射し、不要な回折反射が発生するといった問題の発生を確実に回避することができる。しかも、第１非回折領域３２が存在するので、第１回折領域３１において内部に形成されていた干渉縞の傾斜角φが経時的に変化してしまうといった現象が発生することがなく、従って、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生し、画像品質が劣化するといった問題が生じることがない。

実施例３の回折格子部材あるいは光学装置の変形例を、図７の（Ａ）の模式的な平面図、及び、図７の（Ｂ）の模式的な断面図に示す。この変形例にあっては、第１非回折領域３２は、第１回折領域３１の回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ、及び、回折領域／第１Ｃ縁部３１Ｃから延在している。尚、第１有効領域３４の縁部を参照番号３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄで示し、第１回折領域３１の縁部を参照番号３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄで示し、第１非回折領域３２の縁部を参照番号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄで示す。

以上の点を除き、実施例３の回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例４は、実施例３の変形である。実施例４の光学装置の変形例の模式的な平面図を図８に示すように、第１非回折領域３２は第１回折領域３１を取り囲んでいる。即ち、第１非回折領域３２は、第１回折領域３１の回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ、回折領域／第１Ｂ縁部３１Ｂ、回折領域／第１Ｃ縁部３１Ｃ、及び、回折領域／第１Ｄ縁部３１Ｄから延在している。そして、第１有効領域３４の射影像は、第１回折領域３１の射影像と重なり合っており、第１非有効領域３５の射影像は、第１非回折領域３２の射影像と重なり合っている。

以上の点を除き、実施例４の回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例３において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例５は、実施例２及び実施例４の組み合わせである。実施例５の光学装置を、図９の（Ａ）の模式的な平面図、及び、図９の（Ｂ）の模式的な断面図に示すが、第２非回折領域４２は第２回折領域４１を取り囲んでいる。そして、第２有効領域４４の射影像は、第２回折領域４１の射影像と重なり合っており、第２非有効領域４５の射影像は、第２非回折領域４２の射影像と重なり合っている。一方、第１非回折領域３２は第１回折領域３１を取り囲んでいる。そして、第１有効領域３４の射影像は、第１回折領域３１の射影像と重なり合っており、第１非有効領域３５の射影像は、第１非回折領域３２の射影像と重なり合っている。

以上の点を除き、実施例５の回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例６は、本発明の第２の態様に係る光学装置、及び、本発明の第２の態様に係る画像表示装置に関する。実施例６の光学装置の模式的な平面図を図１０の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１０の（Ｂ）に示す。また、実施例６の画像表示装置の概念図を図１１の（Ａ）に示す。

実施例６の画像表示装置１０は、実施例１の画像表示装置１０と同様に、画像形成装置１１と、画像形成装置１１から出射された光を平行光束とするコリメート光学系１２と、コリメート光学系１２にて進行方位の異なる複数の平行光束とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置２０とから成る。画像形成装置１１は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）から構成され、コリメート光学系１２は、例えば、凸レンズから構成され、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群を生成するために、コリメート光学系１２における焦点距離の所（位置）に画像形成装置１１が配置されている。

実施例６の光学装置２０は、
（Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板２１、
（Ｂ）導光板２１に入射した光が導光板２１の内部で全反射されるように、導光板２１に入射した光を回折反射する第１有効領域３４を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材３０、及び、
（Ｃ）導光板２１から光を出射するように、導光板２１の内部を全反射により伝播した光を回折反射する第２有効領域４４を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材４０、
を備えている。

そして、実施例６にあっては、少なくとも、第２回折格子部材４０に面した第１回折格子部材３０の第１有効領域３４の端部（有効領域／第１Ａ縁部３４Ａ）に対応した導光板２１の部分から、第２回折格子部材４０に向かって、導光板２１の第１領域２２上には、例えば幅４ｍｍの第１光反射層３７が設けられている。より具体的には、実施例１と同様に、第１回折格子部材３０は第１回折領域３１から構成されており、また、第１回折格子部材３０は、第１有効領域３４、及び、第１有効領域３４を取り囲む第１非有効領域３５から構成されている。実施例６においても、第１有効領域３４は、第１回折領域３１の内部に位置している。また、第１非有効領域３５は、第１回折領域３１と一致している。そして、第１光反射層３７上には、第１有効領域３４から延在する第１非有効領域３５が形成されている。第１非有効領域３５の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。

ここで、第１光反射層３７、あるいは、後述する第２光反射層４７は、偏光選択性を有する。より具体的には、第１光反射層３７、あるいは、後述する第２光反射層４７は、例えば、誘電体多層膜から作製されている。誘電体多層膜として、例えば、偏光ビームスプリッター用の誘電体多層膜を挙げることができる。係る誘電体多層膜に光（Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分が含まれている）が入射すると、Ｓ偏光成分は誘電体多層膜によって反射され、Ｐ偏光成分は誘電体多層膜を通過する。このような特性の一例を、図２０に示すが、例えば４５０ｎｍから６５０ｎｍの波長帯域で光反射層への入射角が６０度の場合のＰ偏光透過率を９５％以上、Ｓ偏光反射率を９５％以上とすることが可能である。あるいは又、第１光反射層３７、あるいは、後述する第２光反射層４７は、波長選択性を有することが好ましい。このような偏光選択性あるいは波長選択性を有する第１光反射層３７あるいは第２光反射層４７を、具体的には、例えば、低屈折率層と、低屈折率層よりも高い屈折率を有する高屈折率層とを積層させた（例えば、交互に複数積層させた）多層膜から構成することで、より具体的には、例えば、ＳｉＯ_Xから成る低屈折率層と、低屈折率層よりも高い屈折率を有する五酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）から成る高屈折率層とを積層させた（例えば、交互に複数積層させた）多層膜から構成することで、偏光選択性を付与することができ、あるいは又、光の波長に依存した光透過率を所望の値に変化させることができる。あるいは又、第１光反射層３７、あるいは、後述する第２光反射層４７は、金属又は合金から成ることが好ましく、あるいは又、増反射膜やクロミック・フィルムから構成することもできる。金属として、銀（Ａｇ）やアルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）を例示することができるし、合金として、これらの金属を含む合金を挙げることができる。まら、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができるし、ＳｉＯ₂等の低屈折率薄膜とＴｉＯ₂やＴａ₂Ｏ₅等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。

以上の点を除き、第１回折格子部材３０の構成、構造を、実施例１における第１回折格子部材３０の構成、構造と同様とした。また、第２回折格子部材４０の構成、構造も、実施例１における第２回折格子部材４０の構成、構造と同様とした。更には、実施例６の画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例６にあっては、図１１の（Ｂ）に示すように、第１回折格子部材３０の内部で回折反射され、第２回折格子部材４０と対面する第１回折格子部材３０の側面である回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ（第２回折格子部材４０に面した第１回折領域３１の縁部）に衝突した光は、一旦、外部（空気中）に出射されるが、第１光反射層３７が設けられているので、導光板２１に入射することが妨げられる結果、再生画像に縦筋状の輝度ムラが発生したり、二重に分かれた再生画像が形成されてしまうといった問題が生じることを確実に回避することができ、画像品質が劣化するといった問題が生じることがない。

実施例７は、実施例６の変形である。実施例７の光学装置の模式的な平面図を図１２の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１２の（Ｂ）に示す。この実施例７の光学装置にあっては、第１光反射層３７は第１有効領域３４を取り囲んでいる。そして、実施例６と同様に、第１光反射層３７上には、第１有効領域３４から延在する第１非有効領域３５が形成されており、第１非有効領域３５の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。尚、第１有効領域３４の縁部を参照番号３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄで示し、第１回折領域３１の縁部を参照番号３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄで示し、第１非回折領域３２の縁部を参照番号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄで示す。

実施例７の変形例を、図１３の（Ａ）の模式的な平面図、及び、図１３の（Ｂ）の模式的な断面図に示す。この変形例にあっては、第１回折格子部材３０は、実施例４における第１回折格子部材３０と同様に、
（Ｂ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第１回折領域３１、及び、
（Ｂ−２）少なくとも、第２回折格子部材４０に面した第１回折領域３１の縁部（回折領域／第１Ａ縁部３１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第１非回折領域３２、
を有し、
第１有効領域３５は、第１回折領域３１と一致し、若しくは、第１回折領域３１の内部に位置し（図示した例では、第１有効領域３５は第１回折領域３１と一致している）、第１非回折領域３２と導光板２１との間に第１光反射層３７が設けられている。このような構成にあっても、第１非有効領域３５と一致する第１非回折領域３２の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。尚、第１非回折領域４２は第１回折領域４１を取り囲んでいる。

以上の点を除き、実施例７あるいはその変形例の光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例６において説明した光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例８も、実施例６の変形である。実施例８の光学装置の模式的な平面図を図１４の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１４の（Ｂ）に示す。また、実施例８の画像表示装置の概念図を図１５に示す。この実施例８の光学装置にあっては、少なくとも、第１回折格子部材３０に面した第２回折格子部材４０の第２有効領域４４の端部（有効領域／第２Ａ縁部４４Ａ）に対応した導光板２１の部分から、第１回折格子部材３０に向かって、導光板２１の第２領域２３上には、例えば幅４ｍｍの第２光反射層４７が設けられている。より具体的には、実施例６における第１回折格子部材３０と同様に、第２回折格子部材４０は第２回折領域４１から構成されており、また、第２回折格子部材４０は、第２有効領域４４、及び、第２有効領域４４を取り囲む第２非有効領域４５から構成されている。実施例８においても、第２有効領域４４は、第２回折領域４１の内部に位置している。また、第２非有効領域４５は、第２回折領域４１と一致している。そして、第２光反射層４７上には、第２有効領域４４から延在する第２非有効領域４５が形成されている。第２非有効領域４５の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。

以上の点を除き、第２回折格子部材４０の構成、構造を、実施例１における第１回折格子部材３０の構成、構造と同様とした。また、実施例８の画像表示装置の構成、構造は、実施例６において説明した画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例９は、実施例８の変形である。実施例９の光学装置の模式的な平面図を図１６の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１６の（Ｂ）に示す。この実施例９の光学装置にあっては、第２光反射層４７は第２有効領域４４を取り囲んでいる。そして、実施例８と同様に、第２光反射層４７上には、第２有効領域４４から延在する第２非有効領域４５が形成されており、第２非有効領域４５の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。尚、第２有効領域４４の縁部を参照番号４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄで示し、第２回折領域４１の縁部を参照番号４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄで示し、第２非回折領域４２の縁部を参照番号４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄで示す。

実施例９の変形例の模式的な平面図を図１７の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１７の（Ｂ）に示す。この変形例にあっては、第２回折格子部材４０は、実施例２における第２回折格子部材４０と同様に、
（Ｃ−１）所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成された第２回折領域４１、及び、
（Ｃ−２）少なくとも、第１回折格子部材３０に面した第２回折領域４１の縁部（回折領域／第２Ａ縁部４１Ａ）から延在し、所望のブラッグ条件を満足する干渉縞が形成されていない第２非回折領域４２、
を有し、第２有効領域４４は、第２回折領域４１と一致し、若しくは、第２回折領域４１の内部に位置し（図示した例では、第２有効領域４４は第２回折領域４１と一致している）、第２非回折領域４２と導光板２１との間に第２光反射層４７が設けられている。このような構成にあっても、第２非有効領域４５と一致する第２非回折領域４２の幅は２ｍｍ以上（例えば、３ｍｍ）である。尚、第２非回折領域４２は第２回折領域４１を取り囲んでいる。

以上の点を除き、実施例９あるいはその変形例の光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例６において説明した光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例１０は、実施例７及び実施例９の組み合わせである。実施例１０の光学装置の模式的な平面図を図１８の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１８の（Ｂ）に示す。実施例１０にあっては、第１光反射層３７は第１有効領域３４を取り囲んでいる。そして、第１有効領域３４の射影像は、第１回折領域３１の射影像と重なり合っており、第１非有効領域３５の射影像は、第１非回折領域３２の射影像と重なり合っている。一方、第２光反射層４７は第２有効領域４４を取り囲んでいる。そして、第２有効領域４４の射影像は、第２回折領域４１の射影像と重なり合っており、第２非有効領域４５の射影像は、第２非回折領域４２の射影像と重なり合っている。

以上の点を除き、実施例１０の光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例１１は、実施例１０の変形である。実施例１１の光学装置の模式的な平面図を図１９の（Ａ）に示し、模式的な断面図を図１９の（Ｂ）に示す。実施例１１にあっては、第１光反射層と第２光反射層とは、導光板２１上を延び、一体化されている。尚、このような光反射層を、図１９の（Ａ）及び（Ｂ）においては、参照番号３９で示す。

以上の点を除き、実施例１１の光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した回折格子部材、光学装置、あるいは、画像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

実施例１１の光学装置にあっては、導光板２１において、光反射層が存在する領域の反射率と反射層が存在しない領域の反射率（全反射）との差異をなくすことができる結果、輝度や色度の均一化を一層高めることができる。また、光反射層３９を構成する材料を選択することで、画像形成装置１１から出射された光の光利用効率を最大化しながら、高いシースルー特性を保持することが可能となるし、あるいは又、光反射層３９にサングラスとしての機能を付加することも可能となる。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。各実施例において説明した第１回折格子部材３０と第２回折格子部材４０とを、個々別々に独立して組み合わせることが可能であるし、実施例１１において説明した光反射層を、実施例１〜実施例１０において説明した光学装置に、適宜、適用することが可能である。また、回折格子部材に形成された干渉縞の傾斜角は、一定であってもよいし、傾斜角の値に変化を付けてもよい。即ち、例えば、第１回折格子部材において、傾斜角が最小傾斜角となる最小傾斜角領域よりも第２回折格子部材から遠い所に位置する外側領域に形成された干渉縞の傾斜角は、最小傾斜角領域から離れるほど大きく；最小傾斜角領域よりも第２回折格子部材に近い所に位置する内側領域に形成された干渉縞の傾斜角は、最小傾斜角領域に隣接する内側領域において最大傾斜角であり、最小傾斜角領域から離れるほど小さくなるといった構成を採用してもよい。あるいは又、第１回折格子部材は、反射型体積ホログラム回折格子から成るＱ層の仮想回折格子層が積層されて成ると仮定したとき、第１回折格子部材を構成する各仮想回折格子層の表面における干渉縞のピッチは等しく、且つ、仮想回折格子層相互の干渉縞のピッチも等しく、仮想回折格子層における干渉縞が仮想回折格子層の表面と成す角度を傾斜角としたとき、各仮想回折格子層において：（ａ）傾斜角が最小傾斜角となる最小傾斜角領域よりも第２回折格子部材から遠い所に位置する外側領域に形成された干渉縞の傾斜角は、最小傾斜角領域から離れるほど大きく、（ｂ）最小傾斜角領域よりも第２回折格子部材に近い所に位置する内側領域に形成された干渉縞の傾斜角は、最小傾斜角領域に隣接する内側領域において最大傾斜角であり、最小傾斜角領域から離れるほど小さくなり、第１回折格子部材を、最も第２回折格子部材に近い部分から最も第２回折格子部材から遠い部分まで、Ｒ個の区画に分けたとき、ｒ番目（但し、ｒ＝１，２・・・Ｒ）の第１回折格子部材の区画ＲＧ_{1_r}は、Ｑ層の仮想回折格子層を、最も第２回折格子部材に近い部分から最も第２回折格子部材から遠い部分まで、Ｒ個の区画に分けたとき得られる仮想回折格子層の区画ＶＧ_(r,q)（但し、ｑは、１からＱの範囲内で選択された、重複の無い、任意の整数）の積層構造から構成されているといった構成を採用してもよい。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図２は、実施例１の画像表示装置の概念図である。 図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の光学装置の変形例の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図３は、実施例２の光学装置の模式的な平面図である。 図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例３の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図６は、実施例３の画像表示装置の概念図である。 図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例３の光学装置の変形例の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図８は、実施例４の光学装置の模式的な平面図である。 図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例５の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例６の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６の画像表示装置の概念図である。 図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例７の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例７の光学装置の変形例の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例８の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１５は、実施例６の画像表示装置の概念図である。 図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例９の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例９の光学装置の変形例の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１０の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図１９の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１１の光学装置の模式的な平面図、及び、模式的な断面図である。 図２０は、誘電体多層膜に光（Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分が含まれている）が入射されたときのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の通過／反射特性の一例を示すグラフである。 図２１の（Ａ）は、ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１ に開示された画像表示装置の概念図であり、図２１の（Ｂ）は、問題点を説明するための図であり、図２１の（Ｃ）は、干渉縞への入射角の補角Θ、干渉縞の傾斜角φ、回折格子部材に光が侵入しているときの入射角ψの関係を示す図である。 図２２は、回折格子部材の内部に形成された干渉縞の傾斜角φの変化量Δφを示すグラフである。 図２３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、干渉縞の傾斜角の変化量Δφが０度のときの輝度と画角θの関係を示すグラフ、及び、干渉縞の傾斜角の変化量Δφが±０．３度のときの、輝度と画角θの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０・・・画像表示装置、１１・・・画像形成装置、１２・・・コリメート光学系、２０・・・光学装置、２１・・・導光板、２１Ａ・・・導光板の第１面、２１Ｂ・・・導光板の第２面、２２・・・第１領域、２３・・・第２領域、３０・・・第１回折格子部材、３１・・・第１回折領域、３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ・・・第１回折領域の縁部、３２・・・第１非回折領域、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ・・・第１非回折領域の縁部、３４・・・第１有効領域、３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ・・・第１有効領域の縁部、３５・・・第１非有効領域、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ・・・第１非有効領域の縁部、３７・・・第１光反射層、３９・・・光反射層、４０・・・第２回折格子部材、４１・・・第２回折領域、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ・・・第２回折領域の縁部、４２・・・第２非回折領域、４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ・・・第２非回折領域の縁部、４４・・・第２有効領域、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ・・・第２有効領域の縁部、４５・・・第２非有効領域、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ・・・第２非有効領域の縁部、４７・・・第２光反射層、５０・・・瞳

Claims (16)

1. （Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
   （Ｂ）導光板に入射した光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射した光を回折反射する第１有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材、及び、
   （Ｃ）導光板から光を出射するように、導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射する第２有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材、
   を備えた光学装置であって、
   少なくとも、第２回折格子部材に面した第１回折格子部材の第１有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第２回折格子部材に向かって、導光板の第１領域上には第１光反射層が設けられていることを特徴とする光学装置。
2. 第１光反射層は第１有効領域を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 第１光反射層上には、第１有効領域から延在する第１非有効領域が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 第１非有効領域の幅は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 少なくとも、第１回折格子部材に面した第２回折格子部材の第２有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第１回折格子部材に向かって、導光板の第２領域上には第２光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
6. 第２光反射層は第２有効領域を取り囲んでいることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 第２光反射層上には、第２有効領域から延在する第２非有効領域が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
8. 第２非有効領域の幅は２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 第１光反射層と第２光反射層とは、導光板上を延び、一体化されていることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
10. 第１光反射層及び第２光反射層は、偏光選択性を有することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
11. 第１光反射層及び第２光反射層は、誘電体多層膜から成ることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
12. 第１光反射層及び第２光反射層は、波長選択性を有することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
13. 第１光反射層及び第２光反射層は、金属又は合金から成ることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
14. （ａ）画像形成装置と、
    （ｂ）画像形成装置から出射された光を平行光束とするコリメート光学系と、
    （ｃ）コリメート光学系にて平行光束とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置、
    から成る画像表示装置であって、
    光学装置は、
    （Ａ）光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
    （Ｂ）導光板に入射した光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射した光を回折反射する第１有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材、及び、
    （Ｃ）導光板から光を出射するように、導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射する第２有効領域を有し、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２回折格子部材、
    を備えており、
    少なくとも、第２回折格子部材に面した第１回折格子部材の第１有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第２回折格子部材に向かって、導光板の第１領域上には第１光反射層が設けられていることを特徴とする画像表示装置。
15. 少なくとも、第１回折格子部材に面した第２回折格子部材の第２有効領域の端部に対応した導光板の部分から、第１回折格子部材に向かって、導光板の第２領域上には第２光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置。
16. 第１光反射層と第２光反射層とは、導光板上を延び、一体化されていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。

Images