JP6519256B2

JP6519256B2 - 光束径拡大素子および表示装置

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Publication number: JP6519256B2
Application number: JP2015059173A
Authority: JP
Inventors: 横山　修; 修横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: US9651778B2; JP2016177232A; US20160282615A1

Description

本発明は、光変調された光束を利用者の眼に入射させる表示装置、および光束径を拡大
する光束径拡大素子に関するものである。

光変調された光束を利用者の眼に入射させる網膜走査型の表示装置には、画像を表示す
るための光束を出射する光源部と、光源部から出射された光束を２方向に走査する走査光
学系と、走査光学系により走査された光束を反射して使用者の眼に入射させる導光系とが
設けられている。また、網膜走査型の表示装置では、光束が小さいと、瞳孔の位置が変化
した場合に光束が瞳孔に入射しないため、画像の欠け等が発生してしまう。そこで、網膜
走査型の表示装置では光束径拡大素子（瞳拡大素子）が設けられている。

一方、光束径拡大素子（瞳拡大素子）としては、２つの回折格子（第１回折格子および
第２回折格子）を対向させ、双方の格子周期を同一にして回折角を一致させたものが提案
されている（特許文献１）。

特開平７−７２４２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光束径拡大素子では、光束の偏光性が考慮されてい
ないため、格子周期が小さくなると、光束径を適正に拡大することができないという問題
点がある。すなわち、直線状に延在した凹部または凸部が周期的に配列された回折格子で
は回折効率の入射偏光依存性が強くなり、凹部または凸部の延在方向に電場ベクトルが振
動する偏光（ＴＥ波（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃＷａｖｅ））に対して
は、回折効率が高くなるが、凹部または凸部の延在方向に対して直交する方向に電場ベク
トルが振動する偏光（ＴＭ波（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅ））
に対しては、回折効率が低くなる。このため、回折格子に入射する光がＴＭ波の場合、光
束径を拡大する効果が小さくなり、回折格子に入射する光がランダム偏光の場合、光束径
を拡大する効果を十分に得ることが困難になる。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、入射光の偏光特性に対応した光束径拡大素子
を備えた表示装置、および光束径拡大素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、偏光光束を出射する光源部と、前記偏
光光束が入射され、前記偏光光束の光束径を拡大して出射する光束径拡大素子と、を有し
、前記光束径拡大素子に入射する前記偏光光束は、第１方向に電場ベクトルが振動し、前
記光束径拡大素子は、前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１
方向に対して交差した第２方向に沿う方向において周期的に配列された第１回折格子と、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向におい
て周期的に配列され、前記第１回折格子に対して対向配置された第２回折格子と、を備え
、前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第２回折格
子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じであることを特徴とする。

本発明において第１方向、および第１方向に対して交差する第２方向とは、光の進行方
向に沿う方向からみたときの方向である。

本発明では、光源部から出射された偏光光束は、光束径拡大素子の第１回折格子および
第２回折格子を順次、透過する。ここで、光束径拡大素子に入射する偏光光束では、第１
方向に電場ベクトルが振動し、第１回折格子および第２回折格子では、第１方向に沿って
直線状に延在する凹部または凸部が周期的に配列されている。このため、偏光光束は、第
１回折格子および第２回折格子にＴＥ波として入射するため、回折効率が高い。また、第
１回折格子および第２回折格子では、各々の凹部または凸部の格子周期が同じ周期である
ため、第２回折格子からは、光束径が第２方向に拡大された平行光として出射される。

本発明に係る表示装置において、前記光束径拡大素子は、前記第２方向に沿って直線状
に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第
２回折格子に対して前記第１回折格子とは反対側で対向配置された第３回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向にお
いて周期的に配列され、前記第３回折格子に対して前記第２回折格子とは反対側で対向配
置された第４回折格子と、前記第２回折格子と前記第３回折格子との間に配置された１／
２波長板と、を備え、前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期
は、前記第４回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じであること
が好ましい。かかる構成によれば、第２回折格子から出射された光束は、１／２波長板に
よって、第２方向に電場ベクトルが振動する偏光の光束に変換された後、第３回折格子お
よび第４回折格子を順次、透過する。ここで、第３回折格子および第４回折格子では、第
２方向に沿って直線状に延在する凹部または凸部が周期的に配列されている。このため、
第３回折格子および第４回折格子に入射する光は、ＴＥ波であるため、回折効率が高い。
また、第３回折格子および第４回折格子では、各々の凹部または凸部の格子周期が同じ周
期であるため、第４回折格子からは、光束径が第１方向および第２方向に拡大された平行
光が出射される。

本発明に係る表示装置において、前記第１回折格子と前記第２回折格子との間に第１透
光性基板が配置され、前記第３回折格子と前記第４回折格子との間に第２透光性基板が配
置されていることが好ましい。かかる構成によれば、第１透光性基板の一方面および他方
面に第１回折格子および第２回折格子を形成し、第２透光性基板の一方面および他方面に
第３回折格子および第４回折格子を形成することができるので、透光性基板の枚数が少な
くてよい。それ故、光束径拡大素子の薄型化を図ることができる。

本発明において、前記光束径拡大素子は、前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部
または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第２回折格子と前
記１／２波長板との間で前記第２回折格子に対して対向配置された第５回折格子と、前記
第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周
期的に配列され、前記第５回折格子と前記１／２波長板との間で前記第５回折格子に対し
て対向配置された第６回折格子と、を備え、前記第５回折格子に周期的に配列された凹部
または凸部の格子周期は、前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子
周期と、前記第６回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の両方と
同じであることが好ましい。かかる構成によれば、第１回折格子から出射された各回折光
は各々、第２回折格子に加えて、第５回折格子および第６回折格子によって第２方向に回
折される。このため、第６回折格子から平行に出射される各回折光の第２方向における間
隔を適正に狭めることができる。

本発明において、前記光束径拡大素子は、前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部
または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第４回折格子に対
して前記第３回折格子とは反対側に対向配置された第７回折格子と、前記第２方向に沿っ
て直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され
、前記第７回折格子に対して前記第４回折格子とは反対側で対向配置された第８回折格子
と、を有し、前記第７回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記
第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、前記第８回折格子に周
期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の両方と同じであることが好ましい。か
かる構成によれば、第３回折格子から出射された各回折光は各々、第４回折格子に加えて
、第７回折格子および第８回折格子によって第１方向に回折される。このため、第８回折
格子から平行に出射される各回折光の第１方向における間隔を適正に狭めることができる
。

本発明において、前記光源部は、前記偏光光束を出射する偏光光源を備えている構成を
採用することができる。

本発明において、前記光源部は、ランダム偏光の光を出射する光源と、前記光源から出
射された光における電場ベクトルの振動方向を揃える光学素子と、を備えている構成を採
用してもよい。

本発明に係る表示装置において、前記光源部から出射された前記偏光光束を走査して画
像とする走査光学系と、前記走査光学系により走査された光束を使用者の眼に入射させる
導光系と、を有し、前記光束径拡大素子は、前記走査光学系から前記導光系に到る光路、
または前記導光系の光路に配置されている構成を採用することができる。

本発明に係る光束径拡大素子の一態様は、第１方向に沿って直線状に延在した凹部また
は凸部が前記第１方向と交差した第２方向に沿う方向において周期的に配列された第１回
折格子と、前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う
方向において周期的に配列され、前記第１回折格子に対して対向配置された第２回折格子
と、前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向に
おいて周期的に配列され、前記第２回折格子に対して前記第１回折格子とは反対側で対向
配置された第３回折格子と、前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前
記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第３回折格子に対して前記第２回
折格子とは反対側で対向配置された第４回折格子と、前記第２回折格子と前記第３回折格
子との間に配置された１／２波長板と、を有し、前記第１回折格子に周期的に配列された
凹部または凸部の格子周期は、前記第２回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の
格子周期と同じであり、前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周
期は、前記第４回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じ周期であ
ることを特徴とする。

本発明に係る光束径拡大素子では、光源部から出射された偏光光束は、光束径拡大素子
の第１回折格子および第２回折格子を順次、透過する。ここで、第１回折格子および第２
回折格子では、第１方向に沿って直線状に延在する凹部または凸部が周期的に配列されて
いる。このため、光束径拡大素子に入射する偏光光束では、第１方向に電場ベクトルが振
動していれば、第１回折格子および第２回折格子にＴＥ波として入射するため、回折効率
が高い。また、第１回折格子および第２回折格子では、各々の凹部または凸部の格子周期
が同じ周期であるため、第２回折格子からは、光束径が第２方向に拡大された平行光とし
て出射される。また、光源部から出射された偏光光束は、光束径拡大素子の第３回折格子
および第４回折格子を順次、透過する。ここで、第３回折格子および第４回折格子では、
第２方向に沿って直線状に延在する凹部または凸部が周期的に配列されているが、第３回
折格子に入射する偏光光束は、１／２波長板によって、第２方向に電場ベクトルが振動す
るように偏光方向が回転される。このため、第３回折格子および第４回折格子に入射した
偏光光束は、ＴＥ波として入射するため、回折作用を受ける。また、第３回折格子および
第４回折格子では、各々の凹部または凸部の格子周期が同じ周期であるため、光束径が第
１方向に拡大される。それ故、第４回折格子からは、光束径が第１方向および第２方向に
拡大された平行光が出射される。

本発明を適用した網膜走査型の表示装置の一態様を示す説明図である。本発明を適用した網膜走査型の表示装置においてリレーレンズ系を用いた場合の効果を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第１構成例の一態様を示す説明図である。光束径拡大素子（瞳拡大素子）における光束の偏光方向と回折機能との関係を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第２構成例の一態様を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第３構成例の一態様を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第４構成例の一態様を示す説明図である。本発明を適用した光束径拡大素子（瞳拡大素子）の第５構成例の一態様を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

［網膜走査型の表示装置の構成］
図１は、本発明を適用した網膜走査型の表示装置１００の一態様を示す説明図であり、
図１（ａ）、（ｂ）は各々、光学系の一態様を示す説明図および表示装置１００の外観の
一態様を示す説明図である。図２は、本発明を適用した網膜走査型の表示装置１００にお
いてリレーレンズ系５４を用いた場合の効果を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は
各々、リレーレンズ系５４を用いた場合の光線の説明図、およびリレーレンズ系５４を用
いない場合の光線の説明図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）では、図６を参照して後述
する光束径拡大素子１０を用いた場合を図示してある。

図１（ａ）において、表示装置１００は、画像を表示するための光束を出射する光源部
５１と、光源部５１から出射された光束を走査して画像とする走査ミラー２１を備えた走
査光学系２０と、走査光学系２０により走査された光束Ｌ０を使用者の眼Ｅに入射させる
導光系５２とを有しており、本形態において、導光系５２は、走査光学系２０からの出射
側にリレーレンズ系５４と、投射レンズ系５５と、反射部材５３とを有している。リレー
レンズ系５４は、例えば、２つのレンズ５４１、５４２によって構成されている。本形態
において、リレーレンズ系５４はアフォーカル光学系からなる。

光源部５１は、光変調前の光源光、または光変調した変調光を出射する。本形態におい
て、光源部５１は、光変調した変調光を出射する変調光出射部として構成されている。よ
り具体的には、光源部５１は、光源として、赤色光（Ｒ）を出射する赤色用レーザー素子
５１１（Ｒ）、緑色光（Ｇ）を出射する緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色光
（Ｂ）を出射する青色用レーザー素子５１１（Ｂ）を有しているとともに、これらのレー
ザー素子の光路を合成する２つのハーフミラー５１２、５１３を有している。赤色用レー
ザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）および青色用レーザー素子５１
１（Ｂ）は、制御部５９による制御の下、表示すべき画像の各ドットに対応する光強度に
変調した光束を出射する。

走査光学系２０は、入射光を第１走査方向Ａ１、および第１走査方向Ａ１に交差する第
２走査方向Ａ２に走査し、走査された光束Ｌ０は、リレーレンズ系５４および投射レンズ
系５５を介して反射部材５３に投射される。かかる走査光学系２０の動作も、制御部５９
による制御の下、実施される。走査光学系２０は、例えば、シリコン基板等を用いてＭＥ
ＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術によ
り形成したマイクロミラーデバイスによって実現することができる。

本形態において、表示装置１００は、網膜走査方式の投射型表示装置として構成されて
いる。このため、反射部材５３は、投射された光束Ｌ０を反射して使用者の眼Ｅに光束Ｌ
として入射させる凹曲面状の反射面５３０を備えている。かかる表示装置１００（網膜走
査方式の投射型表示装置）では、走査光学系２０によって、第１走査方向Ａ１、および第
１走査方向Ａ１に対して交差する第２走査方向Ａ２に走査された光束Ｌ０が反射部材５３
の反射面５３０で、第１走査方向Ａ１に対応する第１入射方向Ｃ１、および第２走査方向
Ａ２に対応する第２入射方向Ｃ２に反射されて瞳孔Ｅ１を介して網膜Ｅ２に到達すること
により、利用者に画像を認識させる。本形態において、反射部材５３は、部分透過反射性
のコンバイナーである。このため、外光も反射部材５３（コンバイナー）を介して眼に入
射するため、利用者は、表示装置１００で形成した画像と外光（背景）とが重畳した画像
を認識することができる。すなわち、表示装置１００は、シースルー型の網膜走査型投射
装置として構成されている。

また、表示装置１００において、走査光学系２０から反射部材５３に到る光路（走査光
学系２０から導光系５２に到る光路、または導光系５２の光路）には、後述する回折格子
を用いた光束径拡大素子１０が配置されている。光束径拡大素子１０は、走査光学系２０
から出射された光束を第１走査方向Ａ１（第１入射方向Ｃ１）に対応する第１拡大方向Ｂ
１、および第２走査方向Ａ２（第２入射方向Ｃ２）に対応する第２拡大方向Ｂ２のうちの
少なくとも一方に拡大する。

光束径拡大素子１０は、走査光学系２０から導光系５２に到る光路、または導光系５２
の光路のいずれに配置してもよいが、本形態では、導光系５２の光路に配置されている。
より具体的には、導光系５２の光路のうち、リレーレンズ系５４の出射側のレンズ５４２
と投射レンズ系５５との間に配置されている。従って、光束径拡大素子１０およびリレー
レンズ系５４からなる光学系５７の入射瞳の位置に走査光学系２０の走査ミラー２１が配
置され、光学系５７の出射瞳の位置に光束径拡大素子１０の最終出射面が配置されている
。

このように構成した表示装置１００を、シースルー型のヘッドマウントディスプレイ（
アイグラスディスプレイ）として構成する場合、図１（ｂ）に示すように、表示装置１０
０は、眼鏡のような形状に形成される。また、観察者の左右の眼Ｅの各々に変調光を入射
させる場合、表示装置１００は、左眼用の反射部材５３および左眼用の反射部材５３を前
部分６１で支持するフレーム６０を有しており、フレーム６０の左右のテンプル６２の各
々に、図１（ａ）を参照して説明した光学部品を含む光学ユニット５６が設けられる。こ
こで、光学ユニット５６には、光源部５１、走査光学系２０、リレーレンズ系５４、光束
径拡大素子１０、および投射レンズ系５５の全てが設けられることがある他、光学ユニッ
ト５６には、走査光学系２０、リレーレンズ系５４、光束径拡大素子１０、および投射レ
ンズ系５５のみを設け、光学ユニット５６と光源部５１とを光ケーブル等で接続してもよ
い。

本形態の表示装置１００において、利用者が認識する画像では、反射部材５３からの光
束Ｌの第２入射方向Ｃ２が、両眼が並ぶ横方向に対応し、それ故、走査光学系２０での第
２走査方向Ａ２、および光束径拡大素子１０での第２拡大方向Ｂ２は、画像の横方向に対
応する。また、反射部材５３からの光束Ｌの第１入射方向Ｃ１は、両眼が並ぶ横方向に対
して交差する縦に対応し、それ故、走査光学系２０での第１走査方向Ａ１、および光束径
拡大素子１０での第１拡大方向Ｂ１は、画像の縦方向に対応する。

このように構成した表示装置１００において、走査ミラー２１で走査された光束Ｌ０（
レーザービーム）は、リレーレンズ系５４を介して光束径拡大素子１０に入射し、光束径
拡大素子１０で光束径が拡大された光束Ｌ１が投射レンズ系５５に入射する。ここで、リ
レーレンズ系５４は、平行光である光束を平行光のまま出射させるために、アフォーカル
光学系となっている。従って、図２（ａ）に示すように、光束径拡大素子１０で光束径が
拡大された光束Ｌ１は、光束径拡大素子１０の出射面と装置光軸Ｌａが交わる点を中心と
して走査されると見なすことができるので、光束径拡大素子１０および投射レンズ系５５
を小型化することができる。これに対して、リレーレンズ系５４を用いない場合、図２（
ｂ）に示すように、走査される光束の回転中心が走査ミラー２１の位置なので、光束径拡
大素子１０では、光束Ｌ０、Ｌ１が大きく走査されることになる。従って、光束径拡大素
子１０および投射レンズ系５５が大型化してしまう。それ故、リレーレンズ系５４を用い
ることで、光束径拡大素子１０および投射レンズ系５５を小型化することができる結果、
図１（ｂ）に示すヘッドマウントディスプレイに適用した場合、光学系が配置される側頭
部付近のサイズを小型化することができる。

［光束径拡大素子１０の第１構成例］
図３は、本発明を適用した光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）の第１構成例の一態様を
示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、光束径拡大素子１０を光入射側からみた
ときの構成を模式的に示す説明図、および光束径拡大素子１０を通過する光の光線図であ
る。図４は、光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）における光束Ｌ０の偏光方向と回折機能
との関係を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は各々、本形態の光束径拡大素子１０
における光束Ｌ０の偏光方向と回折機能との関係を示す説明図、および参考例に係る光束
径拡大素子１０における光束Ｌ０の偏光方向と回折機能との関係を示す説明図である。な
お、図３（ｂ）には、光束径拡大素子１０から平行光として出射される光線のみを図示し
てある。

以下の説明では、回折格子が形成された面内において、Ｚ方向に延在する装置光軸Ｌａ
に交差する面内において、互いに直交する第１方向および第２方向のうち、第１方向をＸ
方向とし、第２方向をＹ方向として説明する。ここで、第１方向Ｘは、例えば、図１に示
す第１拡大方向Ｂ１（縦方向）に対応し、第２方向Ｙは、図１に示す第２拡大方向Ｂ２（
横方向）に対応する。

図３に示すように、図１に示す光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）は、４つの回折格子
１１、１２、１３、１４を対向させ、各々の格子周期Ｐ１を同一にして回折角を一致させ
てある。ここで、回折格子１１、１２、１３、１４と、本発明における「第１回折格子」
「第２回折格子」「第５回折格子」および「第６回折格子」は以下の関係
回折格子１１＝本発明における「第１回折格子」
回折格子１２＝本発明における「第２回折格子」
回折格子１３＝本発明における「第５回折格子」
回折格子１４＝本発明における「第６回折格子」
になっている。

本形態の光束径拡大素子１０は、装置光軸Ｌａに交差する第１面４５１の面内方向にお
いて第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１１１を備えた回折
格子１１と、第１面４５１に出射側で対向する第２面４５２の面内方向において第１方向
Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１２１を備えた回折格子１２とを
有している。回折格子１１および回折格子１２において、格子パターン１１１および格子
パターン１２１は、第２方向Ｙに沿う方向において周期的に配列されている。また、光束
径拡大素子１０は、第２面４５２に対して第１面４５１とは反対側で対向する第３面４５
３の面内方向において第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１
３１を備えた回折格子１３と、第３面４５３に対して第２面４５２とは反対側で対向する
第４面４５４の面内方向において第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子
パターン１４１を備えた回折格子１４とを有している。回折格子１３および回折格子１４
において、格子パターン１３１および格子パターン１４１は、第２方向Ｙに沿う方向にお
いて周期的に配列されている。かかる光束径拡大素子１０では、回折格子１１と回折格子
１２とが対向配置され、回折格子１２に対して回折格子１１とは反対側に回折格子１３が
対向配置され、回折格子１３に対して回折格子１２とは反対側に回折格子１４が対向配置
されている。ここで、格子パターン１１１、１２１、１３１、１４１は、格子周期Ｐ１が
同一である。

本形態において、回折格子１１、１２、１３、１４のうち、隣接する２つの回折格子の
間に、透光性基板が配置されている。より具体的には、第１面４５１、第２面４５２、第
３面４５３、および第４面４５４のうち、光軸方向で隣り合ういずれか２つの面の一方は
、透光性基板の一方面に形成され、他方は透光性基板の他方面に形成されている。本形態
では、第１面４５１は、透光性基板１（第１透光性基板）の一方面１ａであり、第２面４
５２は透光性基板１の他方面１ｂである。第３面４５３は、透光性基板２（第３透光性基
板）の一方面２ａであり、第４面４５４は透光性基板２の他方面２ｂである。また、格子
パターン１１１、１２１、１３１、１４１は各々、透光性基板１および第２透光性基板２
に形成された膜からなる。また、透光性基板１、２は、厚さが同一の透光性基板である。
このため、第１面４５１と第２面４５２との間隔と、第３面４５３と第４面４５４との間
隔とが等しい。なお、格子パターン１１１、１２１、１３１、１４１は各々、透光性基板
１および第２透光性基板２に対するエッチング等により形成された凹部として形成しても
よい。

このように構成した光束径拡大素子１０において、図１を参照して説明した光源部５１
には、光源として、赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）
および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）が用いられており、これらの光源は、光束径拡大
素子１０に入射する際に第１方向Ｘに電場ベクトルが振動する偏光の光束Ｌ０（偏光光束
）を出射する偏光光源である。それ故、光束径拡大素子１０に入射する光束Ｌ０は、第１
方向Ｘに直線状に延在する凸部からなる格子パターン１１１、１２１、１３１、１４１を
備えた回折格子１１、１２、１３、１４に対してＴＥ光として入射する。

従って、回折格子１１、１２について着目すると、図４（ａ）に示すように、光束Ｌ０
は、回折格子１１、１２によって第２方向Ｙに回折される。例えば、格子パターン１１１
、１２１の格子周期Ｐ１が０．４８μｍである場合、０次回折効率は４２％、１次回折効
率は２８％である。従って、回折格子１２から出射される光束において、入射光と同一の
角度で出射される３本の出射ビームには、０次回折×０次回折で入射光に対して１８％の
０次回折光と、１次回折×１次回折で入射光に対して８％の１次回折光とが含まれること
になる。また、０次回折効率および１次回折効率を３０％とすれば、回折格子１２から出
射される光束において、入射光と同一の角度で出射される３本の出射ビームには、入射光
に対して９％の０次回折光（０次回折×０次回折）と、入射光に対して９％の１次回折光
（１次回折×１次回折）とが含まれることになる。

これに対して、図４（ｂ）に示すように、回折格子１１、１２に対して、光束Ｌ０が第
２方向Ｙ（第２方向）に電場ベクトルが振動するＴＭ光として入射した場合、０次回折効
率は９３％、１次回折効率は２％となる。このため、回折格子１２から出射される光束に
おいて、入射光と同一の角度で出射される３本の出射ビームには、入射光に対して８６％
の０次回折光（０次回折×０次回折）と、入射光に対して０．０４％の１次回折光（１次
回折×１次回折）とが含まれることになってしまう。それ故、図４（ｂ）に示す参考例で
は、第２方向Ｙへの光束径の拡大機能が十分に得られないことになる。

また、本形態では、図３に示すように、４つの回折格子１１、１２、１３、１４には、
同一の格子周期Ｐ１をもって第１方向Ｘに延在する格子パターン１１１、１２１、１３１
、１４１が形成されている。それ故、光束径拡大素子１０では、光束Ｌ０が回折格子１１
に入射すると、０次回折光Ｌａ、＋１次回折光Ｌｂ、および−１次回折Ｌｃが生成され、
かかる回折光は、回折格子１２に入射する。従って、回折格子１２では、０次回折光Ｌａ
から０次回折光Ｌａａ、＋１次回折光（図示せず）、および−１次回折光（図示せず）が
生成され、＋１次回折光Ｌｂから０次回折光（図示せず）、＋１次回折光（図示せず）、
および−１次回折光Ｌｂｃが生成され、−１次回折光Ｌｃから０次回折光（図示せず）、
＋１次回折光Ｌｃｂ、および−１次回折光（図示せず）が生成され、かかる回折光は、回
折格子１３に入射する。従って、回折格子１３では、０次回折光Ｌａａから０次回折光Ｌ
ａａａ、＋１次回折光Ｌａａｂ、および−１次回折光Ｌａａｃが生成され、−１次回折光
Ｌｂｃから０次回折光Ｌｂｃａ、＋１次回折光Ｌｂｃｂ、および−１次回折光Ｌｂｃｃが
生成され、＋１次回折光Ｌｃｂから０次回折光Ｌｃｂａ、＋１次回折光Ｌｃｂｂ、および
−１次回折光Ｌｃｂｃが生成され、かかる回折光は、回折格子１４に入射する。

その結果、回折格子１４からは、＋１次回折光Ｌｂｃｂから生成された−１次回折光Ｌ
ｂｃｂｃが出射される。また、回折格子１４からは、０次回折光Ｌｂｃａから生成された
０次回折光Ｌｂｃａａと、＋１次回折光Ｌａａｂから生成された−１次回折光Ｌａａｂｃ
とが重なって出射される。また、回折格子１４からは、−次回折光Ｌｂｃｃから生成され
た＋１次回折光Ｌｂｃｃｂと、０次回折光Ｌａａａから生成された０次回折光Ｌａａａａ
と、＋次回折光Ｌｃｂｂから生成された−１次回折光Ｌｃｂｂｃとが重なって出射される
。また、回折格子１４からは、−次回折光Ｌａａｃから生成された＋１次回折光Ｌａａｃ
ｂと、０次回折光Ｌｃｂａから生成された０次回折光Ｌｃｂａａとが重なって出射される
。また、回折格子１４からは、−１次回折光Ｌｃｂｃから生成された＋１次回折光Ｌｃｂ
ｃｂが出射される。

ここで、−１次回折光Ｌｂｃｂｃ、＋１次回折光Ｌｂｃａａ（−１次回折光Ｌａａｂｃ
）、＋１次回折光Ｌｂｃｃｂ（０次回折光Ｌａａａａ、−１次回折光Ｌｃｂｂｃ）、＋１
次回折光Ｌａａｃｂ（０次回折光Ｌｃｂａａ）、および＋１次回折光Ｌｃｂｃｂは、第２
方向Ｙで離間する５個所から互いに平行に進行する光であり、光束Ｌ０は、第２方向Ｙで
径が、例えば、６ｍｍまで拡大した光束Ｌ１として出射される。図１に示す瞳孔Ｅ１の直
径を２ｍｍとした場合、光束Ｌ１の径６ｍｍに瞳孔Ｅ１の半径１ｍｍを両側に加算した計
８ｍｍの範囲では、眼Ｅが第２方向Ｙが移動しても画像を見ることができる。また、光束
Ｌ１においては、第２方向Ｙにおける各回折光の間隔が１．５ｍｍであり、間隔が狭い。

また、本形態では、第１面４５１は、透光性基板１の一方面１ａであり、第２面４５２
は透光性基板１の他方面１ｂであり、第３面４５３は、透光性基板２の一方面２ａであり
、第４面４５４は透光性基板２の他方面２ｂである。従って、第２方向Ｙに径を拡大する
光束径拡大素子１０を２枚の透光性基板（透光性基板１、２）によって構成することがで
きるので、光束径拡大素子１０の薄型化および低コスト化を図ることができる。

［光束径拡大素子１０の第２構成例］
図５は、本発明を適用した光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）の第２構成例の一態様を
示す説明図である。なお、本形態および後述する構成例の基本的な構成は、構成例１と同
様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図３に示す構成例では、第１面４５１および第２面４５２が同一の透光性基板１の基板
面であり、第３面４５３および第４面４５４も同一の透光性基板２の基板面であったが、
図５に示すように、第１面４５１、第２面４５２、第３面４５３および第４面４５４が各
々、別の透光性基板の基板面であってもよい。例えば、第１面４５１は、透光性基板１０
１の一方の基板面１０１ａであり、第２面４５２は、透光性基板１０２の一方の基板面１
０２ａである。また、透光性基板１の基板面１０１ａとは反対側の面１０１ｂと、透光性
基板１０２の基板面１０２ａとは反対側の面１０２ｂとは透光性の接着剤１０５ａによっ
て貼り合わされている。また、図５にかっこ書きで示すように、第３面４５３は、透光性
基板１０３の一方の基板面１０３ａであり、第４面４５４は、透光性基板１０４の一方の
基板面１０４ａである。また、透光性基板１０３の基板面１０３ａとは反対側の面１０３
ｂと、透光性基板１０４の基板面１０４ａとは反対側の面１０４ｂとは透光性の接着剤１
０５ｂによって貼り合わされている。

かかる構成によれば、格子パターンを形成する際、個別の透光性基板の一方面に格子パ
ターンを形成すればよいので、格子パターンの形成工程を効率よく行うことができる。

［光束径拡大素子１０の第３構成例］
図６は、本発明を適用した光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）の第３構成例の一態様を
示す説明図である。図３および図５を参照して説明した構成例１、２では、第１面４５１
と第２面４５２との間隔と、第３面４５３と第４面４５４との間隔とが等しかったが、図
６に示すように、本例では、第１面４５１と第２面４５２との間隔と、第３面４５３と第
４面４５４との間隔とが異なっている。例えば、透光性基板１の厚さＴ１は、透光性基板
２の厚さＴ２より厚いため、第１面４５１と第２面４５２との間隔は、第３面４５３と第
４面４５４との間隔より広い。

従って、最終的に出射される各回折光の第２方向Ｙにおける出射位置を適正に設定する
ことができるため、第２方向Ｙにおける光強度の変化を小さく抑えることができる。例え
ば、透光性基板１および第２透光性基板２として屈折率が１．５２のガラスを用い、回折
格子１１、回折格子１２、回折格子１３、および回折格子１４として、格子周期が１μｍ
の表面レリーフ型回折格子を構成する。その際、透光性基板１の厚さＴ１を９ｍｍとし、
透光性基板２の厚さＴ２を３ｍｍとし、透光性基板１と透光性基板２の間隔ｄを１ｍｍと
する。その結果、入射角１０°で入射した光束Ｌ０は、第２方向Ｙで径が６ｍｍまで拡大
した光束Ｌ１として出射される際、−１次回折光Ｌｂｃｂｃ、＋１次回折光Ｌｂｃａａ、
−１次回折光Ｌａａｂｃ、＋１次回折光Ｌｂｃｃｂ、０次回折光Ｌａａａａ、−１次回折
光Ｌｃｂｂｃ、＋１次回折光Ｌａａｃｂ、０次回折光Ｌｃｂａａ、および＋１次回折光Ｌ
ｃｂｃｂが第２方向Ｙで離間する９個所位置から平行に進行する光として出射される。こ
こで、図６に２点鎖線で示す位置を原点として９個所の出射位置座標をｙ１、ｙ２・・ｙ
８、ｙ９とすると、各出射位置座標は、表１に示す結果となる。なお、表１には、赤色光
（６３８ｎｍ）、緑色光（５２０ｎｍ）、および青色光（４５０ｎｍ）のレーザー光を入
射した場合の結果を示してあり、座標の単位はｍｍとしている。

表１から分かるように、光束Ｌ０（入射光束）と同じ角度で出射される回折光を、赤色
光の場合で１．０６〜１．７９ｍｍ程度の間隔で１１．４３ｍｍ程度の範囲に渡って出射
することができ、緑色光の場合で０．９０〜１．３４ｍｍ程度の間隔で８．９７ｍｍ程度
の範囲に渡って出射することができ、青色光の場合で０．７９〜１．１１ｍｍ程度の間隔
で７．６２ｍｍ程度の範囲に渡って出射することができる。

［光束径拡大素子１０の第４構成例］
図７は、本発明を適用した光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）の第４構成例の一態様を
示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は各々、光束径拡大素子１０の構成を示す説明図
、および回折光の位置関係を示す説明図である。本形態では、図７に示すように、０次回
折光、＋１次回折光および−１次回折光の組合せによって、出射角が光束Ｌ０の入射角と
等しくなる光線を含む光束Ｌ１として、第２方向Ｙにおいて、８ｍｍの範囲に渡って隣り
合う緑色光の回折光の間隔が０．５ｍｍとなるような構成としてある。より具体的には、
透光性基板１、２として屈折率が１．５２のガラスを用い、回折格子１１、１２、１３、
１４として、格子周期Ｐ１が０．８μｍの表面レリーフ型回折格子を構成する。その際、
透光性基板１の厚さＴ１を５．２８ｍｍとし、透光性基板２の厚さＴ２を１．０６ｍｍと
し、透光性基板１と透光性基板２の間隔ｄを１．０７ｍｍとする。

かかる構成によれば、光束Ｌ１において、回折光の間に光がほとんど存在しない空間の
発生を防止することができる。例えば、図１（ａ）に示す光源（赤色用レーザー素子５１
１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）、および青色用レーザー素子５１１（Ｂ））
が光束の径の方向の強度分布がガウス分布である光を発する結果、光束径拡大素子１０に
入射する光束Ｌ０（レーザービーム）の強度分布がガウス分布であり、その強度がピーク
の１／ｅ^２（ｅは自然対数の底）倍になるビーム直径が１ｍｍであるとする。この場合、
８ｍｍの範囲に渡って隣り合う１７本の回折光の間隔が０．５ｍｍであれば、８ｍｍの範
囲に渡って隣接するビーム間を光で満たすことができる。すなわち、回折格子１４から出
射された光は、回折格子１１に入射した光の強度のピーク値の１／ｅ^２（ｅは自然対数の
底）倍よりも大きい強度の光が光束の径の方向に連続するように分布した光となる。

［光束径拡大素子１０の第５構成例］
図８は、本発明を適用した光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）の第５構成例の一態様を
示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、光束径拡大素子１０を光入射側
からみたときの構成を模式的に示す説明図、回折格子１１、１２、１３、１４の格子パタ
ーン１１１、１２１、１３１、１４１の説明図、および回折格子１５、１６、１７、１８
の格子パターン１５１、１６１、１７１、１８１の説明図である。

図８に示すように、本形態の光束径拡大素子１０（瞳拡大素子）は、第１方向Ｘに直線
状に延在する凸部からなる格子パターン１１１、１２１、１３１、１４１を備えた４つの
回折格子１１、１２、１３、１４が順に対向配置されており、各々の格子周期Ｐ１を同一
にして回折角を一致させてある。また、本形態の光束径拡大素子１０は、第２方向Ｙに直
線状に延在する凸部からなる格子パターン１５１、１６１、１７１、１８１を備えた４つ
の回折格子１５、１６、１７、１８が順に対向配置されており、各々の格子周期Ｐ２を同
一にして回折角を一致させてある。さらに、回折格子１４と回折格子１５との間には、１
／２波長板１９が配置されている。

ここで、回折格子１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８と、本発明におけ
る「第１回折格子」、「第２回折格子」、「第３回折格子」、「第４回折格子」、「第５
回折格子」、「第６回折格子」、「第７回折格子」および「第８回折格子」は以下の関係
回折格子１１＝本発明における「第１回折格子」
回折格子１２＝本発明における「第２回折格子」
回折格子１３＝本発明における「第５回折格子」
回折格子１４＝本発明における「第６回折格子」
回折格子１５＝本発明における「第３回折格子」
回折格子１６＝本発明における「第４回折格子」
回折格子１７＝本発明における「第７回折格子」
回折格子１８＝本発明における「第８回折格子」
になっている。

従って、本形態の光束径拡大素子１０は、互いに対向配置された４つの回折格子１１、
１２、１５、１６（第１回折格子、第２回折格子、第３回折格子、第４回折格子）と、回
折格子１２（第２回折格子）と回折格子１５（第３回折格子）との間に配置された１／２
波長板１９とを有している。また、光束径拡大素子１０は、回折格子１２（第２回折格子
）と１／２波長板１９との間で回折格子１２（第２回折格子）に対して対向配置された回
折格子１３（第５回折格子）と、回折格子１３（第５回折格子）と１／２波長板１９との
間で回折格子１３（第５回折格子）に対して対向配置された回折格子１４（第６回折格子
）とを有している。さらに、光束径拡大素子１０は、回折格子１６（第４回折格子）に対
して回折格子１５（第３回折格子）とは反対側に対向配置された回折格子１７（第７回折
格子）と、回折格子１７（第７回折格子）に対して回折格子１６（第４回折格子）とは反
対側で対向配置された回折格子１８（第８回折格子）とを有している。

より具体的には、図８に示すように、本形態の光束径拡大素子１０は、実施の形態１と
同様、装置光軸Ｌａに交差する第１面４５１の面内方向において第１方向Ｘに沿って直線
状に延在する凸部からなる格子パターン１１１を備えた回折格子１１と、第１面４５１に
対向する第２面４５２の面内方向において第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部から
なる格子パターン１２１を備えた回折格子１２とを有している。また、光束径拡大素子１
０は、第２面４５２に対して第１面４５１とは反対側で対向する第３面４５３の面内方向
において第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１３１を備えた
回折格子１３と、第３面４５３に対して第２面４５２とは反対側で対向する第４面４５４
の面内方向において第１方向Ｘに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１４
１を備えた回折格子１４とを備えている。回折格子１１、１２、１３、１４において、格
子パターン１１１、１２１、１３１、１４１は、第２方向Ｙに沿う方向において周期的に
配列されている。かかる光束径拡大素子１０では、回折格子１１と回折格子１２とが対向
配置され、回折格子１２と１／２波長板１９との間では回折格子１２に対して回折格子１
３が対向配置され、回折格子１３と１／２波長板１９との間では回折格子１３に対して回
折格子１４が対向配置されている。ここで、格子パターン１１１、１２１、１３１、１４
１は、格子周期Ｐ１が同一である。

また、本形態の光束径拡大素子１０は、装置光軸Ｌａに交差する第５面４５５の面内方
向において第２方向Ｙに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１５１を備え
た回折格子１５と、第５面４５５に回折格子１５の出射側で対向する第６面４５６の面内
方向において第２方向Ｙに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１６１を備
えた回折格子１６とを有している。また、光束径拡大素子１０は、第６面４５６に対して
第５面４５５とは反対側で対向する第７面４５７の面内方向において第２方向Ｙに沿って
直線状に延在する凸部からなる格子パターン１７１を備えた回折格子１７と、第７面４５
７に対して第６面４５６とは反対側で対向する第８面４５８の面内方向において第２方向
Ｙに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１８１を備えた回折格子１８とを
備えている。回折格子１５、１６、１７、１８において、格子パターン１５１、１６１、
１７１、１８１は、第１方向Ｘに沿う方向において周期的に配列されている。かかる光束
径拡大素子１０では、回折格子１５に対して１／２波長板１９と反対側で回折格子１６が
対向配置され、回折格子１６に対して回折格子１５とは反対側で回折格子１７が対向配置
され、回折格子１７に対して回折格子１６とは反対側で回折格子１８が対向配置されてい
る。ここで、格子パターン１５１、１６１、１７１、１８１は、格子周期Ｐ２が同一であ
る。また、本形態では、格子周期Ｐ１、Ｐ２が同一である。

本形態において、本形態において、回折格子１１、１２、１３、１４のうち、隣接する
２つの回折格子の間に、透光性基板が配置されている。より具体的には、第１面４５１、
第２面４５２、第３面４５３、および第４面４５４のうち、装置光軸Ｌａ方向で隣り合う
いずれか２つの面の一方は、透光性基板の一方面に形成され、他方は透光性基板の他方面
に形成されている。また、回折格子１５、１６、１７、１８のうち、隣接する２つの回折
格子の間に、透光性基板が配置されている。より具体的には、第５面４５５、第６面４５
６、第７面４５７、および第８面４５８のうち、光軸方向で隣り合ういずれか２つの面の
一方は、透光性基板の一方面に形成され、他方は透光性基板の他方面に形成されている。

より具体的には、第１面４５１は、透光性基板１（第１透光性基板）の一方面１ａであ
り、第２面４５２は透光性基板１の他方面１ｂである。第３面４５３は、透光性基板２（
第３透光性基板）の一方面２ａであり、第４面４５４は透光性基板２の他方面２ｂである
。第５面４５５は、透光性基板３（第２透光性基板）の一方面３ａであり、第６面４５６
は透光性基板３の他方面３ｂである。第７面４５７は、透光性基板４（第４透光性基板）
の一方面４ａであり、第８面４５８は透光性基板４の他方面４ｂである。

ここで、透光性基板１、２は、厚さが同一の透光性基板である。このため、第１面４５
１と第２面４５２との間隔と、第３面４５３と第４面４５４との間隔とが等しい。また、
透光性基板３、４は、厚さが同一の透光性基板である。このため、第５面４５５と第６面
４５６との間隔と、第７面４５７と第８面４５８との間隔とが等しい。なお、格子パター
ン１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１は各々、透光性基
板１、２、３、４に対するエッチング等により形成された凹部として形成してもよい。

このように構成した光束径拡大素子１０において、図１を参照して説明した光源部５１
には、光源として、赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）
および青色用レーザー素子５１１（Ｂ）が用いられており、これらの光源は、光束径拡大
素子１０に入射する際に第１方向Ｘに電場ベクトルが振動する偏光の光束Ｌ０を出射する
偏光光源である。それ故、光束径拡大素子１０に入射する光束Ｌ０は、第１方向Ｘに沿っ
て直線状に延在する凸部からなる格子パターン１１１、１２１、１３１、１４１を備えた
回折格子１１、１２、１３、１４に対してＴＥ光として入射する。従って、回折格子１１
、１２、１３、１４によれば、入射した光束Ｌ０の径を第２方向Ｙにおいて拡大して光束
Ｌ１（図３（ｂ）参照）として出射することができる。

また、回折格子１５、１６、１７、１８は、第２方向Ｙに沿って直線状に延在する凸部
からなる格子パターン１５１、１６１、１７１、１８１を備えており、回折格子１４から
出射された光束Ｌ１は、１／２波長板１９によって、第２方向Ｙに電場ベクトルが振動す
る偏光（光束Ｌ２）に変換される。このため、回折格子１５に入射する光束Ｌ２は、第２
方向Ｙに沿って直線状に延在する凸部からなる格子パターン１５１、１６１、１７１、１
８１を備えた回折格子１５、１６、１７、１８に対してＴＥ光として入射する。従って、
回折格子１５、１６、１７、１８によれば、入射した光束Ｌ２の径を第１方向Ｘにおいて
拡大して光束Ｌ３として出射することができる。

それ故、本形態の光束径拡大素子１０によれば、入射した光束Ｌ０の径を第１方向Ｘお
よび第２方向Ｙにおいて拡大して光束Ｌ３として出射することができる。

なお、本形態において、透光性基板１、２は、厚さが同一の透光性基板であったが、図
６および図７を参照して説明した第３構成例および第４構成例と同様、透光性基板１の厚
さと透光性基板２の厚さとを相違させて、第１面４５１と第２面４５２との間隔と、第３
面４５３と第４面４５４との間隔とを相違させてもよい。また、本形態において、透光性
基板３、４は、厚さが同一の透光性基板であったが、図６および図７を参照して説明した
第３構成例および第４構成例と同様、透光性基板３の厚さと透光性基板４の厚さとを相違
させて、第５面４５５と第６面４５６との間隔と、第７面４５７と第８面４５８との間隔
とを相違させてもよい。かかる構成によれば、第３構成例および第４構成例と同様、第１
方向Ｘおよび第２方向Ｙのいずれにおいても、最終的に出射される各回折光の第１方向Ｘ
および第２方向Ｙにおける出射位置を適正に設定することができる。なお、本形態では、
８枚の回折格子を用いたが、回折格子の数は、偶数枚であれば、上記以外の態様であって
もよい。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、導光系５２のコンバイナーとしてハーフミラー（反射部材５３）
を用いたが、ホログラフック光学素子をコンバイナーとして用いた表示装置に本発明を適
用してもよい。

上記実施の形態では、図１を参照して説明した光源部５１には、光源として、光束径拡
大素子１０に入射する際に第１方向Ｘに電場ベクトルが振動する偏光の光束Ｌ０を出射す
る偏光光源（赤色用レーザー素子５１１（Ｒ）、緑色用レーザー素子５１１（Ｇ）および
青色用レーザー素子５１１（Ｂ））を用いた。但し、第１方向Ｘに電場ベクトルが振動す
る偏光、および第２方向Ｙに電場ベクトルが振動する偏光を含むランダム偏光の光を出射
する光源と、光源から出射された光を第１方向Ｘに電場ベクトルが振動する光に揃える偏
光変換素子や偏光板等の光学素子とによって、光源部５１を構成してもよい。

１・・透光性基板（第１透光性基板）、２・・透光性基板（第３透光性基板）、３・・透
光性基板（第２透光性基板）、４・・透光性基板（第４透光性基板）、１０・・光束径拡
大素子、１１・・回折格子（第１回折格子）、１２・・回折格子（第２回折格子）、１３
・・回折格子（第５回折格子）、１４・・回折格子（第６回折格子）、１５・・回折格子
（第３回折格子）、１６・・回折格子（第４回折格子）、１７・・回折格子（第７回折格
子）、１８・・回折格子（第８回折格子）、１９・・１／２波長板、２０・・走査光学系
、２１・・走査ミラー、５１・・光源部、５２・・導光系、５３・・反射部材、５４・・
リレーレンズ系、５５・・投射レンズ系、５７・・光学系、５９・・制御部、６０・・フ
レーム、６１・・前部分、６２・・テンプル、１００・・表示装置、１１１、１２１、１
３１、１４１、１５１、１６１、１７１、１８１・・格子パターン、４５１・・第１面、
４５２・・第２面、４５３・・第３面、４５４・・第４面、４５５・・第５面、４５６・
・第６面、４５７・・第７面、４５８・・第８面、５１１（Ｂ）・・青色用レーザー素子
（偏光光源）、５１１（Ｇ）・・緑色用レーザー素子（偏光光源）、５１１（Ｒ）・・赤
色用レーザー素子（偏光光源）、５１２、５１３・・ハーフミラー、５３０・・反射面、
Ｘ・・第１方向、Ｙ・・第２方向

Claims

偏光光束を出射する光源部と、
前記偏光光束が入射され、前記偏光光束の光束径を拡大して出射する光束径拡大素子と、
を有し、
前記光束径拡大素子に入射する前記偏光光束は、第１方向に電場ベクトルが振動し、
前記光束径拡大素子は、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に対して交差した第２方向において周期的に配列された第１回折格子と、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第１回折格子に対して対向配置された第２回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第２回折格子に対して前記第１回折格子とは反対側で対向配置された第３回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第３回折格子に対して前記第２回折格子とは反対側で対向配置された第４回折格子と、
前記第２回折格子と前記第３回折格子との間に配置された１／２波長板と、
を備え、
前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第２回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じであり、
前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第４回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じであることを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記第１回折格子と前記第２回折格子との間に第１透光性基板が配置され、
前記第３回折格子と前記第４回折格子との間に第２透光性基板が配置されていることを特徴とする表示装置。
請求項１または２に記載の表示装置において、
前記光束径拡大素子は、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第２回折格子と前記１／２波長板との間で前記第２回折格子に対して対向配置された第５回折格子と、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第５回折格子と前記１／２波長板との間で前記第５回折格子に対して対向配置された第６回折格子と、
を備え、
前記第５回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、前記第６回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の両方と同じであることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の表示装置において、
前記光束径拡大素子は、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第４回折格子に対して前記第３回折格子とは反対側に対向配置された第７回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第７回折格子に対して前記第４回折格子とは反対側で対向配置された第８回折格子と、
を有し、
前記第７回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、前記第８回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の両方と同じであることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の表示装置において、
前記光源部は、前記偏光光束を出射する偏光光源を備えていることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の表示装置において、
前記光源部は、ランダム偏光の光を出射する光源と、前記光源から出射された光における電場ベクトルの振動方向を揃える光学素子と、を備えていることを特徴とする表示装置。
請求項１乃至６の何れか一項に記載の表示装置において、
前記光源部から出射された前記偏光光束を走査して画像とする走査光学系と、
前記走査光学系により走査された光束を使用者の眼に入射させる導光系と、
を有し、
前記光束径拡大素子は、前記走査光学系から前記導光系に到る光路、または前記導光系の光路に配置されていることを特徴とする表示装置。
第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向と交差した第２方向沿う方向において周期的に配列された第１回折格子と、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第１回折格子に対して対向配置された第２回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第２回折格子に対して前記第１回折格子とは反対側で対向配置された第３回折格子と、
前記第２方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第３回折格子に対して前記第２回折格子とは反対側で対向配置された第４回折格子と、
前記第２回折格子と前記第３回折格子との間に配置された１／２波長板と、
を有し、
前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第２回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じであり、
前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第４回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と同じ周期であることを特徴とする光束径拡大素子。
請求項８に記載の光束径拡大素子において、
前記第１回折格子と前記第２回折格子との間に第１透光性基板が配置され、
前記第３回折格子と前記第４回折格子との間に第２透光性基板が配置されていることを特徴とする光束径拡大素子。
請求項８または９に記載の光束径拡大素子において、
第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向と交差した第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第２回折格子と前記１／２波長板との間で前記第２回折格子に対して対向配置された第５回折格子と、
前記第１方向に沿って直線状に延在した凹部または凸部が前記第２方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第５回折格子と前記１／２波長板との間で前記第５回折格子に対して対向配置された第６回折格子と、を有し、
前記第５回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第１回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、前記第６回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の双方と同じであることを特徴とする光束径拡大素子。
請求項８乃至１０の何れか一項に記載の光束径拡大素子において、
前記第２方向に直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第４回折格子に対して前記第３回折格子とは反対側に対向配置された第７回折格子と、
前記第２方向に直線状に延在した凹部または凸部が前記第１方向に沿う方向において周期的に配列され、前記第７回折格子に対して前記第４回折格子とは反対側で対向配置された第８回折格子と、
を有し、
前記第７回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期は、前記第３回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、前記第８回折格子に周期的に配列された凹部または凸部の格子周期と、の双方と同じであることを特徴とする光束径拡大素子。