JP7259461B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、回折光学素子を用いた表示装置に関する。

近年、眼鏡型の表示装置が種々提案されている。こうした表示装置では、表示装置自体の透過性が高く外景が見えるシースルー型であるか否かを問わず、装置の小型化や薄型化が求められる。表示装置は、画像を形成する画像形成部と、眼の前に配置されて画像を表示する表示部と、両者を繋ぐ導光部から構成される。通常、導光部では、入射した光が内部で全反射を繰り返しながら導かれる。このため、表示装置の小型化・薄型化を図ろうとすると、画像形成部からの光を導光部に導くために、光の進行方向を大きく変更することが求められる。これは、導光部からの光を表示部に導く場合も同様である。こうした目的のために、回折光学素子（ホログラフィック光学素子ともいう）が用いられる（例えば特許文献１）。

特開２０１７－５８４００号公報

しかしながら、回折光学素子は、入射する光の画角に応じて回折効率が変化するので、画像形成部からの光の画角が異なると、画面位置によって明るさが相違してしまうという問題があった。複数色の表示を行なう場合には、波長毎に回折効率の分布が異なるため、色むらが生じる。単色であれば、明るさにムラが生じることになってしまう。

本開示は、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。

本開示の第１の態様として、表示装置が提供される。この表示装置は、縦方向が長辺かつ横方向が短辺となる画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像を前記横方向に沿って導く光学系と、光を回折させるパターンを備え、前記光学系において、前記画像光を偏向する第１回折光学素子と、を備え、前記第１回折光学素子は、前記パターンのピッチ方向が、前記第１回折光学素子において前記画像光により形成される横方向が短辺となる画像の前記横方向に一致するよう配置される。また、本開示の第２の態様としての表示装置は、縦方向が長辺かつ横方向が短辺となる画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像を、使用者の両眼の並び方向を前記横方向として、前記横方向に沿って導く光学系と、前記光学系に設けられ、前記画像光の進行方向を偏向する第１回折光学素子と、を備え、前記第１回折光学素子は、前記第１回折光学素子に入射する前記画像光の進行方向を、前記画像光により前記第１回折光学素子に形成される横方向が短辺となる画像の前記横方向に沿って偏向するものとされる。

第１実施形態の表示装置の外観を例示する斜視図。 左眼表示部の構成を模式的に示す説明図。 第１実施形態に即して方向を定義するための説明図。 出射回折光学素子と画像との関係を示す説明図。 出射回折光学素子の大きさと画像の形状との関係を示す説明図。 画像が使用者の瞳に入る際の画角が、画像の縦横に対してどのような大きさとなるかを模式的に示す説明図。 画像の左右端における正側幅端光，負側幅端光および軸光について、波長と回折効率との関係を示す説明図。 画像の上下端における正側高端光，負側高端光および軸光について、波長と回折効率との関係を示す説明図。 第２実施形態の表示装置の概略構成図。 第２実施形態における光学系の配置を示す説明図。 第３実施形態における左眼表示部の構造を模式的に示す説明図。 第４実施形態における左眼表示部の構造を模式的に示す説明図。 その他の実施形態における左眼表示部の構造を模式的に示す説明図。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としての表示装置２０の斜視図である。図１に示すように、この表示装置２０は、いわゆる眼鏡タイプのものであり、使用者は、表示装置２０を通して外景を視認できる、いわゆるシースルータイプである。表示装置２０は、使用者からみて左右に配置された左眼表示部３０および右眼表示部４０、両表示部３０，４０を繋ぐブリッジ２２、左眼表示部３０の端部に取り付けられた左テンプル３７、右眼表示部４０の端部に取り付けられた右テンプル４７、左テンプル３７の肉厚部に内蔵された左画像形成部３９，右テンプル４７の肉厚部に内蔵された右画像形成部４９、これら左画像形成部３９および右画像形成部４９に無線により画像データを送信する画像送信装置８０を備える。

画像送信装置８０は、写真や画像などを編集・保存可能な端末であり、例えばスマートフォンやタブレット等、あるいは専用装置として実現される。画像送信装置８０は、起動用の起動ボタン８１と、タッチパネルが表面に積層されたディスプレイ８２とを備え、タッチパネルを操作することで、記憶した写真などの静止画や動画などを、左右の画像形成部３９，４９に送信する。左右のテンプル３７，４７の先端は先セルとして下方に湾曲しており、使用者の耳介に表示装置２０を装着するのに利用される。

左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、左右対称に各部品が配置される点を除いて同一の構造を備えるので、以下、左眼表示部３０を例として、その構造を説明するが、各部の構成と機能は、右眼表示部４０についても同様である。図２は、左眼表示部３０の構成を模式的に示す説明図である。図示するように、左テンプル３７に内蔵された画像形成部３９は、アンテナ３８を介して、画像送信装置８０から画像の送信を受けると、受け取った画像を、ＥＬディスプレイ５１上に形成する。ＥＬディスプレイ５１は、ＲＧＢの３原色を発光する微小な素子が配列されたディスプレイである。ＥＬディスプレイ５１の大きさおよび解像度については、後で説明する。ＥＬディスプレイ５１上に形成された画像はＥＬディスプレイから画像光として出射され、コリメートレンズ５２により平行化されて、左眼表示部３０に入射する。なお、ＥＬディスプレイ５１に代えて、光源として機能するバックライトとＬＣＤの組合せや、微少なＬＥＤを配列したディスプレイ、あるいはレーザダイオードとＭＭＤの組み合わせなどを用いることも可能である。以下、ＥＬディスプレイ５１は、単にディスプレイ５１とも呼ぶ。ディスプレイ５１上に形成される画像は、静止画像であってもよいし、動画像であってもよい。また、画像は、モノクロを含む単色画像であってもよいし、カラー画像であってもよい。

左眼表示部３０は、導光体３１の両側端部付近におけるＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面とは反対側の面に、入射回折光学素子３３と出射回折光学素子３５とを備える。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５は、本実施形態では、光の回折を生じさせるパターンを備える反射型体積ホログラム（反射型体積ホログラフィック素子ともいう）を用いた。コリメートレンズ５２を介して入射する光は、入射回折光学素子３３により、その進行方向を大きく変え、導光体３１の境界面で全反射しながら導光体３１内を進み、出射回折光学素子３５で、その進行方向を、表示装置２０を装着した使用者の瞳ＥＹ方向へと大きく変える。

入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５として採用した回折光学素子は、反射型体積ホログラムであって、回折用のパターンとしての干渉縞を備える。干渉縞は互いに屈折率が異なる平面状の層が所定の方向（ピッチ方向）に沿って交互に積層された構造であり、所定の方向に沿った干渉縞の間隔をピッチｄ、入射する光の波長をλとすると、次式（１）を満たす角度方向αに、入射光を回折する。
ｄ・ｓｉｎα＝ｍ・λ …（１）
なお、式（１）において、ｍは、次数であり、一般にｍ＝１の方向への回折光が支配的となる。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５に形成された干渉縞等によるパターンは、光を偏向させるためのものなので、このパターンのピッチ方向は、入射光の進行方向に対し導光の方向に傾斜しており、入射光が入射する面に対して傾斜している。したがって、反射型体積ホログラムの入射光が入射する面上においては、導光の方向と交差する方向に延在する干渉縞等によるパターンが、導光の方向に沿ってピッチｄとは異なるピッチで配置されている。本実施形態では、出射回折光学素子３５が第１回折光学素子に相当し、入射回折光学素子３３が第２回折光学素子に相当するが、単一の回折光学素子を用いる場合には、導光体３１の入射側に用いる入射回折光学素子３３が第１回折光学素子に相当する。

本実施形態では導光体３１，４１は、図１および図３に示すように、使用者の両眼の並び方向に光を導光するように配置される。他の実施形態も含めて、本明細書での方向の呼び方について説明する。図３に示したように、使用者が直立して表示装置２０を装着した際の重力方向を下方向、その反対方向を上方向と呼ぶ。頭部に対しては、この方向を上下方向と呼ぶ。また、この上下方向に略直交し、両眼の並び方向を左右方向と呼ぶ。第１実施形態では、左眼表示部３０，右眼表示部４０は、左右方向に沿って配列されている。他方、導光体３１，４１に対しては、その内部において光が導かれる方向（一般に、導光体３１，４１の長手方向）を導光方向と呼び、導光体３１，４１の入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５が設けられている面内において、導光方向に直交する方向を幅方向とよぶ。第１実施形態では、左右方向が導光方向に一致し、上下方向が幅方向に一致している。

図４に示すように、本実施形態では、ディスプレイ５１が形成する画像ＰＣは、縦横の寸法の割合（以下、アスペクト比という）が異なる。即ち、本実施形態において、形成される画像のアスペクト比は、１対１ではない。一般に、アスペクト比は、長辺の割合：短辺の割合を意味するので、本実施形態では、アスペクト比の値は、値１より大きい。そこで同じアスペクト比の画像であっても、縦長の画像と横長の画像とを区別する必要がある場合には、本明細書では、「縦長」「横長」の語を用いる。縦長の画像とは、その画像を見る側の視点に立って、縦に長い画像、つまり左右方向の寸法より上下または前後方向の寸法が大きい画像を意味し、横長の画像とは、これとは逆に、左右方向の寸法が上下または前後方向の寸法より大きい画像を意味するものとして扱う。前者は、アスペクトの狭い方向が横（左右）方向となり、後者は、アスペクトの広い方向が横（左右）方向となる。

ディスプレイ５１上に形成された画像ＰＣからの光は、入射回折光学素子３３から導光体３１を介して、出射回折光学素子３５に導かれる。このとき、導光体３１，４１を導かれて使用者の瞳に入射する画像ＰＣの形状は、左右の表示部３０，４０による導光の方向と関連付けられる。この点について、説明する。画像ＰＣの形状は、入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５による回折の方向、従って導光方向に沿った寸法が、導光体３１，４１の幅方向に沿った寸法より小さく設定される。第１実施形態では、出射回折光学素子３５において形成される画像（使用者により視認される画像）は、図４に示したように、縦長となる。

図３に示したように、左眼表示部３０および右眼表示部４０が、左右方向（水平方向）に沿って導光するよう表示装置２０が構成されている場合、形成される画像ＰＣは、図４に示すように、縦長とされる。この画像ＰＣは、対角長さＦＯＶの画像であり、高さＵＤの方が幅ＬＲより大きい画像である。これに対して、同じ対角長さＦＯＶの画像であっても、高さＵＤの方が幅ＬＲより小さい画像（横長の画像）があり得る。ここで、「高さ」とは、画像を上下方向を含む面内に配置した場合の上下方向の寸法、幅とは、上下方向に直交する方向の寸法である。本実施形態では、上述したように、画像を縦長に形成している。これは、本実施形態では、既に説明した様に、導光体３１，４１を、その導光の方向が水平方向（上下方向に略直交する方向）となるように配置しているからである。この理由については、後述する。

画像ＰＣの大きさと入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５の大きさとは一致している必要はない。図５に示すように、画像ＰＣが縦長である場合を例にとると、画像ＰＣの形状はそのままであれば、出射回折光学素子３５の方が画像ＰＣより大きくてもよく、出射回折光学素子３５が横長であっても差し支えない。これは、画像ＰＣと入射回折光学素子３３との関係においても同様である。

第１実施形態における画像ＰＣの形状が縦長となっている意義について説明する。図６は、画像が最終的に使用者の瞳ＥＹに入る際の画角が、画像ＰＣの縦横に対してどのような大きさとなるかを模式的に示す説明図である。図６では、瞳ＥＹは、出射回折光学素子３５から距離ＤＥだけ隔たっているものとする。このとき、画像ＰＣの幅ＬＲに対応する画角θLRは、画像ＰＣの高さＵＤに対応する画角θUDより小さくなる。それぞれの画角の中心軸を通る光を軸光ＣＡＦとし、幅方向の左端および右端で画角±θLR／２となる光を正側幅端光ＡＦＲおよび負側幅端光ＡＦＬとし、高さ方向の上端および下端で画角±θUD／２となる光を正側高端光ＡＦＵおよび負側高端光ＡＦＤとする。

入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５は、回折素子であり、その回折角度αは既述した式（１）に従う。このため、入射回折光学素子３３であれば、ディスプレイ５１からの光は、同じ角度で入射回折光学素子３３に入射するのではなく、ディスプレイ５１の中心と左右端および上下端とでは、入射回折光学素子３３に対する入射角が異なる。仮に入射する光の波長λが同じであり、ディスプレイ５１の中心の光、軸光ＣＡＦに対して、入射回折光学素子３３の回折効率が最も高くなるように、入射回折光学素子３３の干渉縞のピッチｄが選択されていれば、左右端および上下端での回折効率はこれより低くなる。回折効率の低下は、入射する光の角度がαからずれるほど大きくなる。従って、幅方向での左右端における正負側幅端光ＡＦＬ，ＡＦＲに対する回折効率の低下が一番大きくなる。

同様に上下端における正負側高端光ＡＦＵ，ＡＦＤに対する回折効率を考えると、高さＵＤは幅ＲＬより大きいので、正負側高端光ＡＦＵ，ＡＦＤでの回折効率は、左右端における正負側幅端光ＡＦＲ，ＡＦＬに対する回折効率より低くなる。この状態を、図７、図８に示した。図７は、横軸に波長をとり、縦軸に回折効率をとり、左右端における正負側幅端光ＡＦＲ，ＡＦＬおよび軸光ＣＡＦについて、波長と回折効率との関係を示す。図８は、同様に、上下端における正負側高端光ＡＦＵ，ＡＦＤおよび軸光ＣＡＦについて、波長と回折効率との関係を示す。

図示するように、回折させようとする波長（基準波長）の光は、軸光ＣＡＦにおいて最大効率となるように回折素子の干渉縞のピッチ等が調整されているから、左右端の正負側幅端光ＡＦＲ，ＡＦＬに対する回折効率は、標準波長においては低下する。既述した式（１）から見て取れるように、最大効率となる波長が、軸光から左右端に行くほど、短波長側、長波長側にそれぞれシフトすると言うこともできる。回折効率の低下、あるいは最大効率の波長のシフトは、図７、図８を比較すれば分かるように、画角が設計値（通常は法線）から離れるに従って、大きくなる。こうした回折効率の低下や最大効率となる波長のシフトは、入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５においては、入射した光の方向を変更する方向、つまり導光方向に対して生じる。換言すれば、干渉縞のピッチ方向に生じる。他方、これに直交する方向、つまり干渉縞の縞の方向には、生じない。

第１実施形態の表示装置２０では、図１～図３に示したように、左眼表示部３０や右眼表示部４０の導光の方向を左右方向にとり、しかもディスプレイ５１により形成する画像ＰＣを縦長、つまり導光の方向の画像の幅ＲＬを、導光方向に直交する方向の画像の高さＵＤより小さくしている。このため、画像ＰＣの幅方向端部では、特定の波長の光の明るさは、中心部より低下するものの、その低下の割合は抑制される。仮に、ディスプレイ５１が形成する画像ＰＣが横長であれば、画像ＰＣの幅方向端部の明るさは、第１実施形態と比べて大きく低下する。入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５に入射する光が所定の波長範囲の光を含んでいれば、図７から分かるように、軸光ＣＡＦと左右端の正負側幅端光ＡＦＲ，ＡＦＬとを比較すると、正負側幅端光ＡＦＲ，ＡＲＬでは、ピーク波長が長波長側および短波長側にそれぞれ遷移する。画像のアスペクト比が１６対９、対角画角約２３度として計算すると、ピーク波長の遷移は、ＲＧＢの光のそれぞれについて、Ｒ：約±１７ｎｍ、Ｇ：約±１５ｎｍ、Ｂ：約±１２ｎｍ程度である。これに対して、仮にディスプレイ５１が形成する画像ＰＣが横長であれば、図８に示したように、正負側高端光ＡＦＵ，ＡＦＤは、軸光ＣＡＦに対して、ピーク波長が大きく遷移する。ピーク波長の遷移は、ＲＧＢの光のそれぞれについて、Ｒ：約±３０ｎｍ、Ｇ：約±２５ｎｍ、Ｂ：約±２０ｎｍ程度である。この結果、入射する光が所定の波長範囲の光を含んでいると、画像が縦長でも横長でも、センタと比べて両端では明るさのムラや色ずれを起こすことになるが、水平方向に導光する第１実施形態では、縦長の画像、つまり導光の方向に沿った寸法がこれに直交する方向に沿った寸法より短寸の画像をディスプレイ５１に形成し、これを導光しているので、端部での明るさのムラや色ずれは抑制される。

また、第１実施形態の表示装置２０では、左右眼用の表示部３０，４０において、入射回折光学素子３３と出射回折光学素子３５とを対にして用いているので、表示装置２０の薄型化、小型化を図ることができる上、ディスプレイ５１が形成する画像からの光の画角が備える角度情報を保持したまま、導光体３１を導光させることができる。更に、本実施形態では、回折光学素子として、面内方向における間隔および奥行き方向における傾きが均一な干渉縞を有する反射型体積ホログラムを用いているので、高い透過性を実現でき、外景とディスプレイ５１に形成された画像とを、同時に視認することが容易となる。

しかも、第１実施形態では、使用者の瞳ＥＹに入射する光は、出射回折光学素子３５，４５からの反射光であり、出射回折光学素子３５，４５は、反射する光以外の波長の光は透過するので、出射回折光学素子３５，４５を介して外景を容易に視認することができる。また、第１実施形態では、表示装置２０は、眼鏡に似た形態としたので、装用した際の違和感が小さい。

Ｂ．第２実施形態：
次に第２実施形態の表示装置２５について説明する。第２実施形態の表示装置２５は、図９および図１０に示すように、使用者の頭部に装着する頭部装着具７０を備え、この頭部装着具７０から、左眼表示部３０と右眼表示部４０とが上下方向に設けられた構造を備える。左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、第１実施形態と同様の構成を備える。もとより、第１実施形態に似せて、眼鏡型とし、ディスプレイ５１を瞳ＥＹより上方または下方に設け、左眼表示部３０および右眼表示部４０を上下方向に沿った配置しても差し支えない。

頭部装着具７０には、左眼表示部３０および右眼表示部４０に合せて、画像形成部３９，４９が設けられている。画像形成部３９，４９は、第１実施形態と同様の構成（図２参照）を備え、そのディスプレイ５１に形成された画像が、左眼表示部３０および右眼表示部４０の入射回折光学素子３３，４３に入射し、導光体３１，４１を介して、出射回折光学素子３５，４５まで導かれる。

第２実施形態では、第１実施形態と、左眼表示部３０と右眼表示部４０それぞれの構成は同一なので、ディスプレイ５１が形成する画像は、使用者に対しては、横長となる。つまり、使用者ＰＳの瞳ＥＹの眼前に形成される画像は、通常のテレビやコンピュータの表示装置と同様に、横長である。しかし、画像の縦横比と導光方向との関係は第１実施形態と同じになっている。

第２実施形態でも、入射回折光学素子３５，４５および出射回折光学素子３５，４５に対する光の画角により、反射効率の変化やピーク波長の遷移は生じるが、こうした変化や遷移が生じるのは導光の方向（導光体３１，４１の導光方向）であり、導光体３１，４１の幅方向には生じない。この結果、入射する光が所定の波長範囲の光を含んでいると、画像が縦長でも横長でも、センタと比べて両端では色ずれを起こすことになるが、上下方向に導光する第２実施形態では、横長の画像、つまり導光の方向に沿った寸法（縦寸法）がこれに直交する方向に沿った寸法（横寸法）より短寸の画像をディスプレイ５１に形成し、これを導光しているので、端部での色ずれは抑制される。

更に、第２実施形態では、左右眼に対して、明るさや色のむらは、左右眼に対して同じ上下方向に同じように発生するので、違和感が小さくなる。このほか、第２実施形態は第１実施形態と同様の作用効果を奏する。本実施形態でも、出射回折光学素子３５が第１回折光学素子に相当し、入射回折光学素子３３が第２回折光学素子に相当するが、単一の回折光学素子を用いる場合には、導光体３１の入射側に用いる入射回折光学素子３３が第１回折光学素子に相当することは同様である。

Ｃ．第３実施形態：
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の表示装置は、第１，第２実施形態の表示装置２０または２５と同様の全体構成を備え、左右眼表示部のみその構成が異なる。図１１は、このうちの左眼表示部３０Ａの構造を模式的に示す説明図である。なお、右眼表示部も同様の構成を備える。

この左眼表示部３０Ａは、フルカラー画像を形成するディスプレイ５１と、ディスプレイ５１から出射される第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光をそれぞれ導く導光経路を備える。即ち、ディスプレイ５１は、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、左眼表示部３０Ａは、これら赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画像光を、個別に導く３つの導光経路を備える。赤色光Ｒ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｒ、導光体３１Ｒ、出射回折光学素子３５Ｒからなり、緑色光Ｇ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｇ、導光体３１Ｇ、出射回折光学素子３５Ｇからなり、青色光Ｂ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｂ、導光体３１Ｂ、出射回折光学素子３５Ｂからなる。左眼表示部３０Ａは、これら３つの導光経路が重ねられた構成を備える。このように重ねても、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、例えばＲＧＢの光の内、Ｂの光は、ディスプレイ５１側に存在するＲ用の入射回折光学素子３３Ｒ、Ｇ用の入射回折光学素子３３Ｇを透過し、Ｂ用の入射回折光学素子３３Ｂに到達する。ＲＧＢの光の内、Ｇの光も、手前の入射回折光学素子３３Ｒを透過する。

図１１に示した左眼表示部３０Ａは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対応して独立に用意された３つの導光経路によりディスプレイ５１から使用者の瞳ＥＹまで導くので、フルカラーの画像を表示するとができる。しかも、表示される画像は、いずれも導光方向に沿った寸法が、これに直交する幅方向に沿った寸法より小さいので、ＲＧＢのいずれについても、そのビーク波長のズレは、画像の縦長・横長が逆である場合と比べて抑制される。ＲＧＢの各色のピーク波長のズレが抑制されれば、画像全体の色むらは低減される。なお、右眼表示部も、同様の構成を備えるので、右眼に対する画像表示としても、同様の効果を奏する。更に、表示装置全体としての他の作用効果は、第１，第２実施形態と同様である。

Ｄ．第４実施形態：
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態の表示装置は、第１，第２実施形態の表示装置２０または２５と同様の全体構成を備え、その左右眼表示部のみその構成が異なる。図１２は、このうちの左眼表示部３０Ｂの構造を模式的に示す説明図である。なお、右眼表示部も同様の構成を備える。

この左眼表示部３０Ｂは、ディスプレイ５１においてフルカラー画像を形成する三原色、ＲＧＢを同じ１つの導光経路により使用者の瞳ＥＹまで導く。ディスプレイ５１は、第３実施形態と同様に、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光を出射する。左眼表示部３０Ｂは、１つの導光体３１上に、三原色ＲＧＢ用の入射回折光学素子１３３と、三原色ＲＧＢ用の出射回折光学素子１３５を備える。入射回折光学素子１３３および出射回折光学素子１３５は、三原色ＲＧＢの各色用の回折光学素子を積層もしくは重畳しているが、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、各色の光は対応する回折光学素子の位置まで到達する。

図１２に示した左眼表示部３０Ｂは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対してまとめて用意された１つの導光体３１により、ディスプレイ５１から使用者の瞳ＥＹまで導くので、装置構成を薄型化することができる。しかも、フルカラーの画像を表示するとができる。このとき、表示される画像は、第３実施形態と同様、導光の方向に沿った寸法が、これに直交する幅方向に沿った寸法より小さいので、ＲＧＢのいずれについても、そのビーク波長のズレは、画像の縦長・横長が逆である場合と比べて抑制される。ＲＧＢの各色のピーク波長のズレが抑制されれば、画像全体の色むらは低減される。なお、右眼表示部も、同様の構成を備えるので、右眼に対する画像表示としても、同様の効果を奏する。更に、表示装置全体としての他の作用効果は、第１，第２実施形態と同様である。

第４実施形態では、三原色であるＲＧＢの各光を個別に偏向する回折光学素子を積層もしくは重畳して用いたが、図１３に左眼表示部３０Ｃの変形例を示したように、入射回折光学素子２３３，出射回折光学素子２３５として、回折光学素子に各色に対応した干渉縞を形成した一体型のホログラムを用いることも差し支えない。

Ｅ．その他の実施形態：
上記実施形態では、表示装置２０，２５は外景を視認することができるシースルー型としたが、必ずしもシースルー型にする必要はない。また、両眼タイプに限る必要なく、片眼用の表示装置としてもよい。ディスプレイ５１に形成する画像は、１６対９のアスペクト比に限られず、４対３など他のアスペクト比であっても差し支えない。また、表示される画像は、数学的な意味での長方形に限る必要はなく、全体として縦長・横長の形状をしていれば、差し支えない。また、ディスプレイ５１自体の形状と、表示される画像の形状とは一致している必要はない。

第３，第４実施形態では、三原色であるＲＧＢの各色に対して、回折光学素子を用意したが、三原色に限る必要はない。例えばＲＧ、ＧＢ、ＲＢなど、２つの色の組み合わせとして実現してもよい。更に、第３、第４実施形態を組み合わせとして実現してもよい。例えばＲ/ＧＢ、ＲＧ/Ｂ、Ｇ/ＲＢなどの組み合わせとして実現してもよい。またＲＧＢに限る必要はなく、Ｙ、Ｃ、Ｍなど、異なる色の組み合わせとして表示装置を構成してもよい。

回折光学素子としては、反射型体積ホログラムに限る必要はなく、他の回折素子であっても良い。例えばＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面側に透過型体積ホログラムを備える構成でも良く、基材の表面に凹凸を形成した表面レリーフホログラムでも採用可能である。

更に本開示は、以下の実施形態としても実現可能である。
（１）表示装置は、縦横のアスペクト比が１対１でない画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く光学系と、光を回折させるパターンを備え、前記光学系において、前記画像光を偏向する第１回折光学素子と、を備える。ここで、前記第１回折光学素子は、前記第１回折光学素子の前記画像光が入射する面において、前記パターンのピッチ方向が前記画像のアスペクトの狭い方向に一致するよう配置してもよい。こうすれば、表示装置は、表示される画像の明るさのムラや色むらを、抑制することができる。

（２）表示装置は、縦横のアスペクト比が１対１でない画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く光学系と、前記光学系に設けられ、前記画像光の進行方向を、前記画像のアスペクトの狭い方向に向けて偏向する第１回折光学素子と、を備える。こうしても、表示装置は、表示される画像の明るさのムラや色むらを、抑制できる。

（３）こうした表示装置において、前記光学系は、前記画像光を導く導光体を備え、前記第１回折光学素子は、前記導光体の出射側に設けられるものとしてよい。出射側は、表示装置を使用する者の瞳の近くに配置されるので、表示装置の薄型化、小型化を図る上で望ましい。

（４）こうした表示装置において、前記画像光の進行方向を、前記画像のアスペクトの狭い方向に向けて偏向する第２回折光学素子を、更に備え、前記第２回折光学素子は、前記導光体の入射側に設けられてよい。導光体の入射側に第２回折光学素子を用いれば、表示装置の薄型化、小型化を更に図ることができる上、画像光の画角が備える角度情報を保持したまま、画像光を導光体を導光させることができる。

（５）こうした表示装置において、前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムとしてよい。この場合でも、画像光の画角が備える角度情報を保持したまま、画像光を導光体にて導光させることができる。また、反射型体積ホログラムは、特定の波長の光に対して選択的に回折を起こすので、他の波長の光に対しては、これを透過させる。従って、高い透過性を実現でき、外景と画像形成部が形成する画像とを、同時に視認することが容易となる。

（６）こうした表示装置において、前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光とを含み、前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞とが積層または重畳されているものとしてよい。こうすれば、波長の互いに異なる第１画像光および第２画像光によるカラー画像を容易に表示できる。

（７）こうした表示装置において、前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光と第３画像光とを含み、前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層または重畳されているものとしてよい。こうすれば、波長の互いに異なる第１画像光，第２画像光，第３画像光によるカラー画像を容易に表示できる。

（８）前記第１画像光のピーク波長は赤（Ｒ）であり、前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）であるものとしてもよい。こうすれば、表示装置は、フルカラーを表示することができる。

（９）こうした表示装置において、当該表示装置を頭部に装着するための支持部を備え、前記光学系は、前記頭部に対して左右方向外側から、中心部方向の前記表示位置まで前記画像光を導くように配置されており、前記画像形成部が形成する前記画像の前記アスペクトが狭い方向が、前記左右方向に一致するものとしてもよい。こうすれば、眼鏡に似た形状の表示装置を実現でき、頭部に装着した場合の違和感を緩和できる。

（１０）こうした表示装置において、当該表示装置を頭部に装着するための支持部を備え、前記光学系は、前記頭部の上下方向の外側から、中心部方向の前記表示位置まで前記画像光を導くように配置されており、前記画像形成部が形成する前記画像の前記アスペクトが狭い方向が、前記上下方向に一致するものとしてもよい。こうすれば、横長の画像を、明るさや色のムラを抑制して表示できる。

（１１）上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…表示装置、２２…ブリッジ、２５…表示装置、３０…左眼表示部、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…左眼表示部、３１…導光体、３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ…導光体、３３…入射回折光学素子、３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ…入射回折光学素子、３５…出射回折光学素子、３５Ｂ，３５Ｇ，３５Ｒ…出射回折光学素子、３７…左テンプル、３８…アンテナ、３９…左画像形成部、４０…右眼表示部、４７…右テンプル、４９…右画像形成部、５１…ディスプレイ、５２…コリメートレンズ、７０…頭部装着具、８０…画像送信装置、８１…起動ボタン、８２…ディスプレイ、１３３…入射回折光学素子、１３５…出射回折光学素子、ＡＦＲ…正側幅端光、ＡＦＬ…負側幅端光、ＡＦＵ…正側高端光、ＡＦＤ…負側高端光、ＣＡＦ…軸光

Claims (9)

1. 縦方向が長辺かつ横方向が短辺となる画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、
   前記画像光を前記横方向に沿って導く光学系と、
   光を回折させるパターンを備え、前記光学系において、前記画像光を偏向する第１回折光学素子と、
   を備え、
   前記第１回折光学素子は、前記パターンのピッチ方向が、前記第１回折光学素子において前記画像光により形成される横方向が短辺となる画像の前記横方向に一致するよう配置された
   表示装置。
2. 縦方向が長辺かつ横方向が短辺となる画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、
   前記画像光を、使用者の両眼の並び方向を前記横方向として、前記横方向に沿って導く光学系と、
   前記光学系に設けられ、前記画像光の進行方向を偏向する第１回折光学素子と、
   を備え、
   前記第１回折光学素子は、前記第１回折光学素子に入射する前記画像光の進行方向を、前記画像光により前記第１回折光学素子に形成される横方向が短辺となる画像の前記横方向に沿って偏向する
   表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された表示装置であって、
   前記光学系は、前記画像光を導く導光体を備え、
   前記第１回折光学素子は、前記導光体の出射側に設けられた表示装置。
4. 前記光学系において、前記画像光の進行方向を、前記画像のアスペクトの狭い方向に向けて偏向する第２回折光学素子を、更に備え、
   前記第２回折光学素子は、前記導光体の入射側に設けられた請求項３記載の表示装置。
5. 前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムである請求項１から請求項４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光とを含み、
   前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞とが積層または重畳されている、請求項５記載の表示装置。
7. 前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光と第３画像光とを含み、
   前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層または重畳されている、請求項５記載の表示装置。
8. 前記第１画像光のピーク波長は赤（Ｒ）であり、
   前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、
   前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）である
   請求項７記載の表示装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の表示装置であって、
   当該表示装置を頭部に装着するための支持部を備え、
   前記光学系は、前記頭部に対して左右方向の外側から、中心部方向の前記表示位置まで前記画像光を導くように配置されており、
   前記画像形成部が形成する前記画像の前記横方向が、前記左右方向に一致する
   表示装置。

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