JP6439453B2 - 画像表示装置、及び画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置、及び画像表示装置の製造方法に関する。

上記画像表示装置は、例えば、特許文献１に記載のように、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に用いられる。具体的には、図１４に示すように、光を出射する半導体レーザー光などの光源１０２と、光源１０２からの光を反射型回折光学素子１０４側に反射させるＭＥＭＳなどからなる走査ミラー１０３と、走査ミラー１０３からの光を回折により偏向させて１次回折光として観察するための反射型回折光学素子１０４と、を含んで構成されている。

図１４（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイを構成する画像表示装置を上方から見た概略平面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す画像表示装置を側方から見た概略側面図である。なお、一例として右目側の光学系のみの場合を示している。このような構成にすることにより、シースルー性を利用して、背景を見ながら映像も同時に見ることができる。

国際公開ＷＯ第０９／０４１０５５号

しかしながら、図１４に示すように、反射型回折光学素子１０４を正反射する０次回折光（画像光）が、例えば、光学系側の目（右目）とは反対側の目（左目）に入射する場合がある。これにより、左目には意図しない余分な光が入射するので、輝点（ゴースト像など）が見えるなど表示画像の品質が劣化するという課題がある。

本発明の態様は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る画像表示装置は、一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置であって、第１方向に進行する平面波の画像光を発する画像形成部と、前記画像形成部からの前記画像光が進行する方向を回折により第２方向へと偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、を有し、前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞が内部に形成され、前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、前記第１回折光学素子は、前記平面状の干渉縞の法線が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、干渉縞の法線が第２方向と第３方向とを含む平面と交差するように第１回折光学素子が配置されているので、第１回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

［適用例２］本適用例に係る画像表示装置は、一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置であって、第１方向を軸とした球面波の画像光を発する画像形成部と、前記画像形成部からの前記画像光を回折により第２方向が軸となるように偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、を有し、前記第１回折光学素子は、球面状の干渉縞が内部に形成され、前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、前記第１回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、干渉縞の軸の方向が第２方向と第３方向とを含む平面と交差するように第１回折光学素子が配置されているので、第１回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

［適用例３］上記適用例に係る画像表示装置において、前記画像形成部は、前記第２方向と前記第３方向とを含む平面上とは異なる位置に配置され、前記第１方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面に対して交差していることが好ましい。

本適用例によれば、上記のように画像形成部を配置することにより、第１回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

［適用例４］上記適用例に係る画像表示装置において、前記画像形成部は、光を発する光源と、前記光を走査して画像光とする走査ミラーと、を含むことが好ましい。

本適用例によれば、上記構成に画像形成部と走査ミラーとを加えることにより、画像光を発光させることが可能になると共に、画像光を変調して、使用者の目の網膜上に画像を表示することができる。

［適用例５］上記適用例に係る画像表示装置において、前記第１回折光学素子の前記干渉縞は、第１屈折率の部分と前記第１屈折率とは異なる第２屈折率の部分とで形成されていることが好ましい。

本適用例によれば、屈折率の異なる部分に干渉縞が形成されるので、その干渉縞で回折した入射光を視点側に進行させることができる。

［適用例６］上記適用例に係る画像表示装置において、前記第１回折光学素子は、体積ホログラムであることが好ましい。

本適用例によれば、体積ホログラムを用いるので、比較的高い効率で回折させることができる。

［適用例７］上記適用例に係る画像表示装置において、前記第１回折光学素子は、前記第１回折光学素子の端部が湾曲していることが好ましい。

本適用例によれば、第１回折光学素子が湾曲状になっているので、干渉縞の方向に対して光の入射角を小さくすることが可能となり、像面の形状歪みや非点収差の補正を基板の湾曲により行うことができる。

［適用例８］上記適用例に係る画像表示装置において、前記画像形成部と前記第１回折光学素子との間に配置され、前記画像光に含まれる所定の波長からずれた波長の光を補償する第２回折光学素子が配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、画像形成部と第１回折光学素子との間に第２回折光学素子が配置されているので、光を変調する速度を速くする高速変調などによって光源からの光の波長が正規の波長からずれた場合でも、第２回折光学素子を介すことによって、第１回折光学素子に入射する前に、正規の波長からのずれを補償する方向に予めずらしておくことができる。正規の波長のみを走査ミラー側に入射させることができる。つまり、第２回折光学素子を波長補償用として用いることができる。

［適用例９］本適用例に係る画像表示装置は、一方の目と他方の目との各々に画像を表示する画像表示装置であって、球面波の画像光を発する第１画像形成部と、前記第１画像形成部からの前記画像光を回折により第１方向が軸となるように偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、球面波の画像光を発する第２画像形成部と、前記第２画像形成部からの前記画像光を回折により第２方向が軸となるように偏向させて前記他方の目に入射させる第３回折光学素子と、を有し、前記第１回折光学素子と前記第３回折光学素子とは、それぞれ球面状の干渉縞が内部に形成され、前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、前記第１回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第１方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置され、前記第３回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、上記のように第１回折光学素子及び第３回折光学素子が配置されているので、第１回折光学素子及び第３回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子及び第３回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。また、左目用の画像光が反対側の右目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

［適用例１０］本適用例に係る画像表示装置の製造方法は、一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置の製造方法であって、基材を準備する工程と、前記基材を第１方向に進行する平面波の参照光と第２方向に進行する平面波の物体光とで干渉露光をして前記基材の内部に平面状の干渉縞を形成する工程と、平面波の画像光を発する画像形成部と前記干渉露光をした前記基材とを配置する工程と、を有し、前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、前記基材を配置する工程は、前記平面波の画像光が前記第１方向に沿って前記基材に入射し、入射した前記画像光が前記基材で回折されて前記第２方向に進行して前記一方の目に入射するように、前記画像形成部及び前記基材を、前記平面状の干渉縞の法線が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置する工程であることを特徴とする。

本適用例によれば、上記のように二光束（物体光及び参照光）の平面波で干渉露光した基材を、干渉縞の法線が第２方向と第３方向とを含む平面と交差するように配置するので、第１回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

［適用例１１］本適用例に係る画像表示装置の製造方法は、一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置の製造方法であって、基材を準備する工程と、前記基材を第１方向を軸とした球面波の参照光と第２方向を軸とした球面波の物体光とで干渉露光をして前記基材の内部に球面状の干渉縞を形成する工程と、球面波の画像光を発する画像形成部と前記干渉露光をした前記基材とを配置する工程と、を有し、前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、前記基材を配置する工程は、前記球面波の画像光が前記第１方向を軸として前記基材に入射し、入射した前記画像光が前記基材で回折されて前記第２方向を軸として前記一方の目に入射するように、前記画像形成部及び前記基材を、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置する工程であることを特徴とする。

本適用例によれば、上記のように二光束（物体光及び参照光）の球面波で干渉露光した基材を、干渉縞の軸の方向が第２方向と第３方向とを含む平面と交差するように配置するので、第１回折光学素子で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、第１回折光学素子で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

第１実施形態の画像表示装置を備えた装着型画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の全体像を示す概略斜視図。 ヘッドマウントディスプレイを上方から見た模式平面図。 図２に示すヘッドマウントディスプレイのＡ部の画像表示装置の構成を拡大して示す概略図。 反射型回折光学素子の製造方法を示す概略図。 平面波を用いて反射型回折光学素子を露光する露光方法（露光配置）を示す概略図。 反射型回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図。 従来の反射型回折光学素子の製造方法（露光配置）を示す概略図。 従来の回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図。 反射型回折光学素子に球面波を用いて露光を行う方法を示す概略図。 球面波を用いて露光した反射型回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図。 第２実施形態の画像表示装置の構成を示す概略図。 画像表示装置を構成する反射型回折光学素子の製造方法を示す模式図。 第３実施形態の画像表示装置の構成を示す模式図。 従来の画像表示装置の構成を示す概略図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

（第１実施形態）
＜装着型画像表示装置の構成＞
図１は、画像表示装置を備えた装着型画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の全体像を示す概略斜視図である。図２は、ヘッドマウントディスプレイを上方から見た模式平面図である。以下、ヘッドマウントディスプレイの構成を、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０００は、眼鏡のような形状を有する本体部１００と、使用者の手で持つことが可能な程度の大きさを有する制御部２００と、を備える。

本体部１００と制御部２００とは、有線または無線で、通信可能に接続される。本実施形態では、本体部１００と制御部２００とがケーブル３００で通信可能に接続されている。そして、本体部１００と制御部２００とは、このケーブル３００を介して、画像信号や制御信号を通信する。

本体部１００は、右目用表示部１１０Ａと、左目用表示部１１０Ｂとを備えている。右目用表示部１１０Ａは、右目用画像の平面波の画像光を形成する画像形成部１２０Ａを備える。左目用表示部１１０Ｂは、左目用画像の平面波の画像光を形成する画像形成部１２０Ｂを備える。

画像形成部１２０Ａは、眼鏡型の本体部１００において眼鏡のつる部分（右側）に収容されている。一方、画像形成部１２０Ｂは、眼鏡型の本体部１００において眼鏡のつる部分（左側）に収容されている。

本体部１００には、光透過性を有する視認部１３１Ａが設けられている。視認部１３１Ａは、右目用画像の画像光を使用者の右目（一方の目）に向けて射出する。また、ヘッドマウントディスプレイ１０００においては、視認部１３１Ａが光透過性を有し、視認部１３１Ａを介して周囲を視認可能となっている。

また、本体部１００には、光透過性を有する視認部１３１Ｂが設けられている。視認部１３１Ｂは、左目用画像の画像光を使用者の左目（他方の目）に向けて射出する。また、ヘッドマウントディスプレイ１０００においては、視認部１３１Ｂが光透過性を有し、視認部１３１Ｂを介して周囲を視認可能となっている。

制御部２００は、操作部２１０と、操作ボタン部２２０、を備える。使用者は、制御部２００の操作部２１０や操作ボタン部２２０に対して操作入力を行い、本体部１００に対する指示を行う。

また、図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１０００は、フレーム１４０部分に画像形成部を構成する光源１０及び走査ミラー２０などが配置されている。なお、フレーム１４０の右側部分にのみ符号を付しているが、左側のフレームも同様である。

光源１０は、半導体レーザー光であり、赤色レーザー光源と、青色レーザー光源と、緑色レーザー光源とから出力される各レーザー光を合波したレーザー光である。そして、各色レーザー光源からの出力を適切に変調することで、任意の色のレーザー光を出力することができる。さらに、後述する走査ミラー２０などと連動させて変調することで、使用者の目の網膜上に映像を表示することができる。

また、フレーム１４０には、使用者の目の網膜上に映像を表示させるための、第１回折光学素子としての反射型回折光学素子３０が右目（第１回折光学素子）と左目（第３回折光学素子）とに対応して配置されている。なお、少なくとも光源１０、走査ミラー２０、及び反射型回折光学素子３０を含めて画像表示装置５０と称する。次に、画像表示装置５０について説明する。

＜画像表示装置の構成＞
図３は、図２に示すヘッドマウントディスプレイのＡ部の画像表示装置の構成を拡大して示す概略図である。図３（ａ）は、画像表示装置の構成を示す概略平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の画像表示装置をＹ方向側（左目側）から見た概略側面図である。以下、画像表示装置の構成を、図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、画像表示装置５０は、光源１０と、光源１０からの光を反射させる走査ミラー２０と、走査ミラー２０で反射させた光を回折させて観察者に表示させる反射型回折光学素子３０と、を備えている。

光源１０は、上記したように、各色レーザー光を合波したレーザー光である。走査ミラー２０は、例えば、ＭＥＭＳによって構成されている。具体的には、ミラーをある周波数で振動制御するものであり、小型化が実現されている。

反射型回折光学素子３０は、平坦な材料で形成されており、体積ホログラム、表面レリーフホログラム、ブレーズ回折格子などによって構成されている。体積ホログラムを用いる場合には、比較的高い効率で回折させることができる。表面レリーフホログラムを用いる場合には、量産性に優れており、製造コストを低減させることができる。

本実施形態では、体積ホログラムを用いるものとする。体積ホログラムは、例えば、低屈折率層（低屈折率部、第１屈折率）と高屈折率層（高屈折率部、第２屈折率）とが交互に積層されて構成されている（図６参照）。言い換えれば、低屈折層と高屈折層とにより平面状の干渉縞３１（図６参照）が形成されている。体積ホログラムの形成方法としては、例えば、干渉露光で形成することができる（図４参照）。

このような反射型回折光学素子３０を用いることにより、一般的なミラーだと光を正反射しか進行させられないのに対して、図３（ａ）に示すように、正反射だけではない任意の方向に光の向きを変えることが可能となる。また、一般的なミラーと比較して、反射型回折光学素子３０を小型化することができる。

また、反射型回折光学素子３０は、ヘッドマウントディスプレイ１０００の外側から入射する外光を透過させて、観察者が景色（背景）を観察することが可能となっている。具体的には、光源１０のレーザー光の波長は狭帯域であり、外光の波長は広帯域である。よって、光源１０に含まれる波長の光を選択的に反射させる反射型回折光学素子３０を通して外光を観察することが可能となる。つまり、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ１０００は、シースルー性を有し、背景と同時に画像を見ることができる。

また、図３（ｂ）に示すように、反射型回折光学素子３０は、目に対して正対して配置されている。反射型回折光学素子３０は、走査ミラー２０からの光を回折させ、１次回折光として右目に入射するように設計されている。

走査ミラー２０は、瞳の中心に対して垂直なＺ軸と、両目の中心を結んだＹ軸と、を含む面（ＹＺ面）以外の位置に配置する。本実施形態では、ＹＺ面（目の高さ）より高い位置Ｈに走査ミラー２０が配置されている。

具体的には、例えば、瞳径が４ｍｍだとすると、少なくとも瞳の中心から２ｍｍ以上の高さＨに走査ミラー２０が配置されていればよい。瞳の中心から離れる高さの上限としては、例えば、ヘッドマウントディスプレイ１０００として機能する範囲内である。

このように配置することにより、走査ミラー２０から反射型回折光学素子３０に入射した入射光のうち、０次回折光の進行方向は、左目と異なる高さに進行し、左目に入射しない。

一方、走査ミラー２０から反射型回折光学素子３０へ入射した入射光のうち１次回折光は、右目に入射する。よって、画像を見ることができる。０次回折光及び１次回折光の方向は、反射型回折光学素子３０を製造する際の、露光光学系の構成により調整することが可能となっている。

図４は、反射型回折光学素子の製造方法を示す概略図である。図５は、平面波を用いて反射型回折光学素子を露光する露光方法（露光配置）を示す概略図である。図６は、反射型回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図である。以下、反射型回折光学素子の製造方法を、図４〜図６を参照しながら説明する。

反射型回折光学素子３０は、上記したように、体積ホログラムである。図４に示すように、体積ホログラムを製造するための露光光学系は、二光束の干渉露光により形成される。二光束とは、物体光と参照光とである。具体的には、反射型回折光学素子３０の一方の面に平面波（図５参照）の物体光で露光し、他方の面に物体光と交差するように平面波の参照光で露光する。この物体光と参照光とが交差する角度によって、反射型回折光学素子３０（体積ホログラム）の特性が決定される。

図４に示すように、０次回折光（正反射）と１次回折光とが平行にならない場合、参照光と物体光とは、少なくとも一方はＹＺ面に角度を持った光軸方向で露光される。

なお、露光の方法としては、図５に示すように、平面波を使用する。このように、平面波で記録された場合、反射型回折光学素子３０の干渉縞３１の角度は、図６に示すように、ホログラム全体でＺ軸に対して垂直以外の角度で記録される。また、平面波を使用するので、記録される干渉縞３１も直線（平面状）となる。

図６に示す干渉縞３１は、フォトポリマーの部分を拡大して示す概略図である。干渉縞３１は、屈折率の分布が斜めの線のようになっている。つまり、高屈折率と低屈折率とが交互に分布している。また、高屈折率の幅Ｗ１と低屈折率の幅Ｗ２とは、略同等の幅である。干渉縞３１の幅は、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度である。

このように、反射型回折光学素子３０の干渉縞３１は、上から見ても（図６（ａ）参照）、横から見ても（図６（ｂ）参照）、斜めになるように記録される。

図７は、比較例として従来の反射型回折光学素子の製造方法（露光配置）を示す概略図である。図８は、従来の回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図である。以下、従来の反射型回折光学素子の製造方法を、図７、図８、及び図１４を参照しながら説明する。

図１４に示すように、従来の画像表示装置１０１は、左目に０次回折光が入射する場合がある。０次回折光（正反射）と１次回折光とが同じ高さ（ＹＺ面と平行）に進行する場合、右目に入射するべく画像光が左目（反対側の目）にも入射する（意図しない０次回折光が入射する）ことになり、画像が劣化する要因となる。また、左目に０次回折光が入射する場合、走査ミラー１０３と反射型回折光学素子１０４とが、同じ高さになるように設定されている。

図７に示すように、従来の反射型回折光学素子１０４は干渉露光でつくるが、レーザー光を２つに分岐をさせて、ホログラム材に光を当てる。従来の製造方法は、走査ミラー１０３の高さと目の高さとが同じになるように反射型回折光学素子１０４をつくる。つまり、走査ミラー１０３の高さと目の高さとが同じ高さなので、全て同じ平面上に光学系（参照光、物体光）を配置して製造する。

具体的には、参照光及び物体光の両方は、ＹＺ面に平行な光軸で露光される。言い換えれば、同じ高さで参照光及び物体光の露光を行う。更に、上から見た場合には、参照光と物体光とは少し角度を変えて露光を行う。このとき記録される体積ホログラムの干渉縞３１の面は、Ｚ面に対して垂直となる方向に記録される。

図９は、体積ホログラム（反射型回折光学素子）に球面波で露光を行う方法を示す概略図である。図１０は、球面波で露光した反射型回折光学素子の干渉縞の模様を示す概略図である。以下、球面波を用いた露光方法について、図９及び図１０を参照しながら説明する。

図９に示すように、球面波で露光する（球面波で記録した）場合、主光線（光の中心を通る光）が通る位置において干渉縞３２の傾きの条件が成り立つ。なお、球面波の物体光の交差する位置が目の位置に相当する。また、球面波の参照光の集光する位置が走査ミラーの位置に相当する。このようにして体積ホログラムを露光すると、図１０に示すような球面状の干渉縞３２が発生する。

従来の球面波を用いた製造方法では、物体光の中心と参照光の中心とが、同じ高さになる。しかしながら、本実施形態のように、物体光の中心と参照光の中心とが異なる高さにするので（目の高さより走査ミラー２０の位置を高くするので）、反射型回折光学素子３０で反射した１次回折光を、目に入射させることができる。また、反射型回折光学素子３０で反射した０次回折光を目の高さより下方に進行させることが可能となり、０次回折光が左目に入射することを防ぐことができる。

以上詳述したように、第１実施形態の画像表示装置５０、及び画像表示装置５０の製造方法によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）第１実施形態の画像表示装置５０によれば、視点と異なる高さに走査ミラー２０が配置され、入射光に対して交差するように干渉縞３１，３２が延在する反射型回折光学素子３０に画像光が入射するので、反射型回折光学素子３０で反射した１次回折光（正反射とは別の方向に進む画像光）を視点の方向に進行させることができる。また、反射型回折光学素子３０で反射した０次回折光（正反射の画像光）は、視点とは異なる高さの方向に逃がすことができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。言い換えれば、ノイズとなる光が目に入射することを抑制することができる。

（２）第１実施形態の画像表示装置５０の製造方法によれば、上記のように二光束（物体光及び参照光）の平面波及び球面波で干渉露光するので、視点の高さと異なる高さから反射型回折光学素子３０に画像光が入射すると、１次回折光は視点の方向に進行し、０次回折光は視点の高さと異なる高さに向かって進行させることができる。よって、例えば、右目用の画像光が反対側の左目に入射することによる、画像品質が劣化することを抑えることができる。

（第２実施形態）
＜画像表示装置の構成＞
図１１は、第２実施形態の画像表示装置の構成を示す概略図である。図１１（ａ）は、画像表示装置を上方から見た概略平面図である。図１１（ｂ）は、画像表示装置を側方から見た概略側面図である。図１２は、画像表示装置を構成する反射型回折光学素子の製造方法を示す模式図である。図１２（ａ）は、反射型回折光学素子を上方から見た概略平面図である。図１２（ｂ）は、反射型回折光学素子を側方から見た概略側面図である。以下、画像表示装置、反射型回折光学素子の構成、及び反射型回折光学素子の製造方法を、図１１及び図１２を参照しながら説明する。

第２実施形態の画像表示装置１５０は、上述の第１実施形態の画像表示装置５０と比べて、反射型回折光学素子１３０の形状が湾曲形状（円弧状）になっている部分が異なり、その他の部分については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図１１に示すように、第２実施形態の画像表示装置１５０は、第１実施形態と同様に、光源１０と、光源１０からの光を反射させる走査ミラー２０と、走査ミラー２０で反射させた画像光を回折させて観察者に表示させる反射型回折光学素子１３０と、を備えている。

第２実施形態の特徴としては、反射型回折光学素子１３０が湾曲している。具体的には、反射型回折光学素子１３０の端部１３０ａが光源１０側に曲がった湾曲形状をしている。なお、反対方向に湾曲させるようにしてもよい。湾曲形状にすることによる効果は、像面の歪みを補正したり、非点収差を低減したりすることができる。

加えて、０次回折光を目に入射させない干渉縞３１の傾きと曲面基板とを組み合わせることにより、更にノイズの少ない明るい画像を得ることができる。

第２実施形態の反射型回折光学素子１３０の製造方法は、略第１実施形態と同様にして製造する。第１実施形態の反射型回折光学素子３０の代わりに、第２実施形態の反射型回折光学素子１３０を配置する。なお、使用するときのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を、上記第１実施形態と同様に合わせる。

以上詳述したように、第２実施形態の画像表示装置１５０によれば、以下に示す効果が得られる。

（３）第２実施形態の画像表示装置１５０によれば、反射型回折光学素子１３０が湾曲状になっているので、像面の歪みを補正したり、非点収差を低減したりすることができる。

（第３実施形態）
＜画像表示装置の構成＞
図１３は、第３実施形態の画像表示装置の構成を示す模式図である。以下、画像表示装置の構成を、図１３を参照しながら説明する。

第３実施形態の画像表示装置２５０は、上述の第１実施形態と比較して、反射型回折光学素子３０と光源１０との間の光路上に反射型回折光学素子の機能を有する第２回折光学素子としての波長補償素子３１０を設け、走査ミラー２０の前に波長補償素子３１０に光を入射させる部分が異なり、その他の部分については概ね同様である。このため第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図１３に示すように、第３実施形態の画像表示装置２５０は、第１実施形態と同様に、光源１０と、光源１０からの光を反射させる走査ミラー２０と、走査ミラー２０で反射させた画像光を回折させて観察者に表示させる反射型回折光学素子３０と、を備えている。

第３実施形態の特徴としては、反射型回折光学素子３０と光源１０との間の光路上に波長補償素子３１０を配置している。波長補償素子３１０は、所定の波長からずれてしまった光源１０の光が、反射型回折光学素子３０に入射する前に、所定の波長からのずれを補償する方向に予めずらしておくことができる。

具体的には、光源１０で光を変調する速度を速くする高速変調など光の波長が所定の波長からずれた場合、この波長が反射型回折光学素子３０に入射すると、回折する方向がずれる（画像の位置がずれる）ことから、表示画像の品質が劣化する恐れがある。つまり、波長によって得られる画像に影響を及ぼす。このように、光源１０で高速変調をした場合でも、画像の位置ずれを抑えることができる。

波長補償素子３１０としては、上記実施形態のように、体積ホログラムである。製造方法も上記実施形態と同様である。

光源１０と走査ミラー２０との間に波長補償素子３１０を配置することにより、まず光源１０からの光を波長補償素子３１０に照射させることができる。これにより、光源１０での高速変調などにより波長が変化した場合でも、波長補償素子３１０を用いることにより、反射型回折光学素子３０での回折する方向のずれの発生を抑制することができる。

具体的には、波長補償素子３１０によって、０次光の進行方向をずらし、他の光学部品に入射させないようにすることができる。よって、フィルターとして、１次回折光と同時に生じる０次回折光の進行方向をずらすことが可能となり、走査ミラー２０に入射しないようにさせることができる。

つまり、温度などによって波長が変化した場合、波長補償素子３１０を配置せずに、波長が変化した光を反射型回折光学素子３０で反射させた場合のように、回折角が異なることによって画像表示装置２５０の光学系で迷光となり、画像の位置ずれ、画像が劣化することを抑えることができる。その結果、高解像度で表示を行うことができる。

なお、波長補償素子３１０と走査ミラー２０との高さ関係は、波長補償素子３１０から出てきた０次回折光が走査ミラー２０に当たらない位置関係が好ましく、例えば、走査ミラー２０の径が１ｍｍの場合には、波長補償素子３１０が１ｍｍ以上程度ずれていることが好ましい。これにより、１次回折光を走査ミラー２０の方向に進行させ、０次回折光を走査ミラー２０から外れた方向に進行させることができる。

以上詳述したように、第３実施形態の画像表示装置２５０によれば、以下に示す効果が得られる。

（４）第３実施形態の画像表示装置２５０によれば、反射型回折光学素子３０と光源１０との間の光路上に波長補償素子３１０が配置され、光源１０からの光が走査ミラー２０に入射する前に波長補償素子３１０に入射するので、温度変化などによって光源１０からの光の波長が正規の波長からずれた場合でも、波長補償素子３１０を介すことによって、正規の波長のみを走査ミラー２０側に入射させることができる。つまり、反射型回折光学素子を波長補償用として用いることができる。その結果、画像光の位置がずれることが抑えられ、表示画像の品質を向上させることができる。

なお、本発明の態様は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、本発明の態様の技術範囲に含まれるものである。また、以下のような形態で実施することもできる。

（変形例１）
上記したように、光源１０の位置と走査ミラー２０の位置との高さ関係は、略同じ高さに配置されていることに限定されず、同じ高さに配置されていなくてもよい。例えば、走査ミラー２０に対して光源１０が下側に配置された場合、走査ミラー２０で反射した０次回折光が頭上に抜けるため、他の光学部品に入射することを抑えることができる。

また、走査ミラー２０に対して光源１０を下側に配置した場合、重心が下方にあり安定感が増すため、ヘッドマウントディスプレイ１０００を耳にかけたときのフィッティング性を向上させることができる。

一方、走査ミラー２０に対して光源１０が上側に配置された場合、光源１０を観察者の耳から遠ざけることが可能となり、よりヘッドマウントディスプレイ１０００を耳に近づけることができる。よって、ヘッドマウントディスプレイ１０００を小型化することができる。

（変形例２）
上記したように、走査ミラー２０が視点より上側に配置されていることに限定されず、例えば、走査ミラー２０が視点より下側に配置されているようにしてもよい。

（変形例３）
上記したように、画像表示装置５０における右側（右目、一方の目）の場合を重点的に説明したが、これに限定されず、左側（左目、他方の目）の場合も同様の現象が起きるため、本発明を適用することができる。

（変形例４）
上記したように、第３実施形態の反射型回折光学素子３０は平坦な形状であるが、これに限定されず、第２実施形態のような湾曲状の反射型回折光学素子１３０を適用するようにしてもよい。

１０…画像形成部としての光源、２０…走査ミラー、３０…第１回折光学素子としての反射型回折光学素子、３１，３２…干渉縞、５０…画像表示装置、１００…本体部、１０１…画像表示装置、１０３…走査ミラー、１０４…反射型回折光学素子、１１０Ａ…右目用表示部、１１０Ｂ…左目用表示部、１２０Ａ…画像形成部、１２０Ｂ…画像形成部、１３０…反射型回折光学素子、１３０ａ…端部、１３１Ａ…視認部、１３１Ｂ…視認部、１４０…フレーム、１５０…画像表示装置、２００…制御部、２１０…操作部、２２０…操作ボタン部、２５０…画像表示装置、３００…ケーブル、３１０…波長補償素子、１０００…ヘッドマウントディスプレイ。

Claims (11)

1. 一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置であって、
   第１方向に進行する平面波の画像光を発する画像形成部と、
   前記画像形成部からの前記画像光が進行する方向を回折により第２方向へと偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、を有し、
   前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞が内部に形成され、
   前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、
   前記第１回折光学素子は、前記平面状の干渉縞の法線が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置であって、
   第１方向を軸とした球面波の画像光を発する画像形成部と、
   前記画像形成部からの前記画像光を回折により第２方向が軸となるように偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、を有し、
   前記第１回折光学素子は、球面状の干渉縞が内部に形成され、
   前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、
   前記第１回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、
   前記画像形成部は、前記第２方向と前記第３方向とを含む平面上とは異なる位置に配置され、前記第１方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面に対して交差していることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
   前記画像形成部は、光を発する光源と、前記光を走査して画像光とする走査ミラーと、を含むことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
   前記第１回折光学素子の前記干渉縞は、第１屈折率の部分と前記第１屈折率とは異なる第２屈折率の部分とで形成されていることを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
   前記第１回折光学素子は、体積ホログラムであることを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
   前記第１回折光学素子は、前記第１回折光学素子の端部が湾曲していることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像表示装置において、
   前記画像形成部と前記第１回折光学素子との間に配置され、前記画像光に含まれる所定の波長からずれた波長の光を補償する第２回折光学素子が配置されていることを特徴とする画像表示装置。
9. 一方の目と他方の目との各々に画像を表示する画像表示装置であって、
   球面波の画像光を発する第１画像形成部と、
   前記第１画像形成部からの前記画像光を回折により第１方向が軸となるように偏向させて前記一方の目に入射させる第１回折光学素子と、
   球面波の画像光を発する第２画像形成部と、
   前記第２画像形成部からの前記画像光を回折により第２方向が軸となるように偏向させて前記他方の目に入射させる第３回折光学素子と、を有し、
   前記第１回折光学素子と前記第３回折光学素子とは、それぞれ球面状の干渉縞が内部に形成され、
   前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、
   前記第１回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第１方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置され、
   前記第３回折光学素子は、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
10. 一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置の製造方法であって、
    基材を準備する工程と、
    前記基材を第１方向に進行する平面波の参照光と第２方向に進行する平面波の物体光とで干渉露光をして前記基材の内部に平面状の干渉縞を形成する工程と、
    平面波の画像光を発する画像形成部と前記干渉露光をした前記基材とを配置する工程と、を有し、
    前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、
    前記基材を配置する工程は、前記平面波の画像光が前記第１方向に沿って前記基材に入射し、入射した前記画像光が前記基材で回折されて前記第２方向に進行して前記一方の目に入射するように、前記画像形成部及び前記基材を、前記平面状の干渉縞の法線が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置する工程であることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
11. 一方の目と他方の目とのうち、少なくとも一方の目に画像を表示する画像表示装置の製造方法であって、
    基材を準備する工程と、
    前記基材を第１方向を軸とした球面波の参照光と第２方向を軸とした球面波の物体光とで干渉露光をして前記基材の内部に球面状の干渉縞を形成する工程と、
    球面波の画像光を発する画像形成部と前記干渉露光をした前記基材とを配置する工程と、を有し、
    前記一方の目と前記他方の目とを結ぶ方向を第３方向としたとき、
    前記基材を配置する工程は、前記球面波の画像光が前記第１方向を軸として前記基材に入射し、入射した前記画像光が前記基材で回折されて前記第２方向を軸として前記一方の目に入射するように、前記画像形成部及び前記基材を、前記球面状の干渉縞の軸の方向が前記第２方向と前記第３方向とを含む平面と交差するように配置する工程であることを特徴とする画像表示装置の製造方法。

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