JP7380268B2 - 表示モジュールおよび表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示モジュールおよび表示装置に関する。

複数の反射面を用いて画像光を反射させつつ観察者の眼に導く形態の頭部装着型表示装置が知られている。下記の特許文献１に、正のパワーを有する第１光学部と、第１回折素子を備え、正のパワーを有する第２光学部と、正のパワーを有する第３光学部と、第２回折素子を備え、正のパワーを有する第４光学部と、を備える頭部装着型の表示装置が開示されている。この表示装置において、第１光学部と第３光学部との間に画像光の第１中間像が形成され、第２光学部と第４光学部との間に瞳が形成され、第３光学部と第４光学部との間に画像光の第２中間像が形成され、第４光学部の第３光学部とは反対側に射出瞳が形成される。

特開２０１９－１３３１３２号公報

特許文献１の表示装置においては、２つの回折素子によって波長分散が補償されるように、各光学部材は、各光学部材間の位置関係が特定の条件を満たすように配置されている。そのため、各光学部材を配置するための多くの空間が必要となり、表示装置が大型化する場合がある。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の表示モジュールは、画像光を生成する画像光生成装置と、前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射部と、第１入射面を有し、前記第１反射部から射出され、前記第１入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させる第１回折素子と、前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射部と、第２入射面を有し、前記第２反射部から射出され、前記第２入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させ、射出瞳を形成する第２回折素子と、を備え、前記第１入射面の法線と前記第２入射面の法線とを含む仮想面の法線方向から見て、前記画像光生成装置から前記第１反射部に向かって進行する前記画像光の光軸と、前記第１回折素子から前記第２反射部に向かって進行する前記画像光の光軸と、は互いに交差する。

本発明の他の一つの態様の表示モジュールは、画像光を生成する画像光生成装置と、前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射部と、第１入射面を有し、前記第１反射部から射出され、前記第１入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させる第１回折素子と、前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射部と、第２入射面を有し、前記第２反射部から射出され、前記第２入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させ、射出瞳を形成する第２回折素子と、を備え、前記第１入射面の法線と前記第２入射面の法線とを含む仮想面の法線方向から見て、前記第１反射部において前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射領域の一部と、前記第２反射部において前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射領域の一部と、は互いに重なる。

本発明の一つの態様の表示装置は、本発明の一つの態様の表示モジュールと、前記表示モジュールを収容する筐体と、を備える。

第１実施形態の表示装置の斜視図である。 第１実施形態の表示モジュールの構成を示す平面図である。 反射型体積ホログラムの干渉縞の説明図である。 第１回折素子および第２回折素子の回折特性を示す図である。 第２実施形態の表示モジュールの構成を示す平面図である。 第３実施形態の表示モジュールの構成を示す平面図である。 第４実施形態の表示モジュールの構成を示す平面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１～図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態の頭部装着型表示装置を示す斜視図である。図２は、頭部装着型表示装置における表示モジュールの概略構成を示す平面図である。
以下の説明においては、頭部装着型表示装置を単に表示装置と称する。また、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

以下の各図面では、観察者が表示装置１００を頭部に装着した状態での前後方向、左右方向および上下方向を用いて、以下の方向を規定する。上下方向に沿う軸をＹ軸とし、下方から上方に向かう方向を＋Ｙ方向とし、上方から下方に向かう方向を－Ｙ方向とする。前後方向に沿う軸をＺ軸とし、後方から前方に向かう方向を＋Ｚ方向とし、前方から後方に向かう方向を－Ｚ方向とする。左右方向に沿う軸をＸ軸とし、右から左に向かう方向を＋Ｘ方向とし、左から右に向かう方向を－Ｘ方向とする。Ｙ軸、Ｚ軸およびＸ軸は、互いに直交する。

表示装置１００の構成要素を用いて上記の方向を定義すると、右眼用表示モジュール１０ａの第２回折素子７０ａの中心と左眼用表示モジュール１０ｂの第２回折素子７０ｂの中心とを結ぶ軸をＸ軸とし、第２回折素子７０ａから第２回折素子７０ｂに向かう方向を＋Ｘ方向とし、第２回折素子７０ｂから第２回折素子７０ａに向かう方向を－Ｘ方向とする。後述する表示モジュール１０において、射出瞳の光軸をＺ軸とし、射出瞳から第２回折素子７０ａまたは第２回折素子７０ｂに向かう方向を＋Ｚ方向とし、第２回折素子７０ａまたは第２回折素子７０ｂから射出瞳に向かう方向を－Ｚ方向とする。画像光生成装置２０の表示面の垂直方向に沿う軸をＹ軸とし、表示面の下方から上方に向かう方向を＋Ｙ方向とし、表示面の上方から下方に向かう方向を－Ｙ方向とする。

図１に示すように、表示装置１００は、画像光Ｌ０ａを観察者の右眼Ｅａに入射させる右眼用表示モジュール１０ａと、画像光Ｌ０ｂを観察者の左眼Ｅｂに入射させる左眼用表示モジュール１０ｂと、右眼用表示モジュール１０ａと左眼用表示モジュール１０ｂとを収容する筐体９０と、を備えている。表示装置１００は、例えば眼鏡のような形状を有する。表示装置１００は、筐体９０によって観察者の頭部に装着される。

筐体９０は、フレーム９１と、フレーム９１の右側に設けられ、観察者の右耳に係止されるテンプル９２ａと、フレーム９１の左側に設けられ、観察者の左耳に係止されるテンプル９２ｂと、を有する。フレーム９１は、両側部に収納空間９１ｓを有しており、収納空間９１ｓ内に、後述する表示モジュール１０を構成する種々の光学素子が収容されている。テンプル９２ａ，９２ｂは、ヒンジ９５によってフレーム９１に対して折り畳み可能に連結されている。

右眼用表示モジュール１０ａと左眼用表示モジュール１０ｂとは、各光学部材が左右対称に配置されている点で異なるが、基本構成は同一である。したがって、以下の説明では、右眼用表示モジュール１０ａと左眼用表示モジュール１０ｂとを区別せず、表示モジュール１０として構成を説明する。

図２に示すように、本実施形態の表示モジュール１０は、画像光生成装置２０と、投射光学系２５と、第１反射部３０と、第１回折素子５０と、第２反射部６０と、第２回折素子７０と、を備える。画像光生成装置２０は、画像光Ｌ０を生成する。投射光学系２５は、画像光生成装置２０により生成された画像光Ｌ０を投射する。第１反射部３０は、画像光生成装置２０から射出される画像光Ｌ０を反射させる。第１回折素子５０は、第１反射部３０から射出される画像光Ｌ０を回折させて偏向させる。第２反射部６０は、第１回折素子５０から射出される画像光Ｌ０を反射させる。第２回折素子７０は、第２反射部６０から射出される画像光Ｌ０を回折させて偏向させ、射出瞳Ｇを形成する。

画像光生成装置２０は、例えば有機エレクトロルミネッセンス表示素子等の表示パネルから構成されている。画像光生成装置２０は、観察者が表示装置１００を装着した状態において、眼Ｅの側方よりもやや後方に配置され、顔から離れる側の斜め前方に向けて画像光Ｌ０を射出する。

なお、画像光生成装置２０は、互いに異なる色に対応する複数の表示パネルと、複数の表示パネルから射出された各色の画像光を合成する合成光学系と、を有していてもよい。また、画像光生成装置２０は、照明光源と、照明光源から射出された照明光を変調する液晶表示素子等の表示パネルと、を有していてもよい。もしくは、画像光生成装置２０は、レーザー光をマイクロミラーデバイスで変調する構成であってもよい。もしくは、画像光生成装置２０は、マイクロＬＥＤ、ＭＥＭＳディスプレイ等で構成されていてもよい。

投射光学系２５は、画像光生成装置２０により生成された画像光Ｌ０を投射する光学系であって、投射レンズから構成されている。図２では、投射光学系２５が１枚の投射レンズから構成される例を挙げたが、複数枚の投射レンズから構成されていてもよい。さらに、複数枚の投射レンズが貼り合わされた構成、例えば貼り合わせ色消しレンズ等が用いられてもよい。また、投射レンズは、自由曲面レンズ等の非球面レンズであってもよいし、球面レンズであってもよい。

第１反射部３０は、全反射ミラーから構成されている。具体的には、第１反射部３０は、基材３０１と、基材３０１の一面に形成された誘電体多層膜、金属膜等からなる反射層３０２と、を有する。第１反射部３０は、反射面３０ａの法線Ｖ１とＺ軸とのなす角度が４５°以下であり、射出瞳Ｇから遠い側の端部３０ｃが射出瞳Ｇに近い側の端部３０ｄに対して－Ｚ方向に位置するように傾いて配置されている。これにより、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１と反射面３０ａの法線Ｖ１とは、４５°以下の角度をなす。反射面３０ａが曲面で構成されていることにより、第１反射部３０は正のパワーを有する。第１反射部３０は、画像光生成装置２０から射出される画像光Ｌ０を反射させ、第１回折素子５０に向けて偏向させる。

なお、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１は、画像光生成装置２０の表示領域の中心から射出される画像光Ｌ０の中心主光線が通る軸である。換言すると、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１は、画像光生成装置２０の画像光射出面の法線と平行な軸である。また、画像光生成装置２０がレーザー光源と、レーザー光源からの光を走査するミラーと、で構成されている場合には、レーザー光の走査によって像面が形成されるため、画像光Ｌ０の光軸は、像面の中心を通り、像面の法線と平行な軸である。

第１回折素子５０は、反射型体積ホログラムを有する。第１回折素子５０は、画像光Ｌ０が入射する第１入射面５０ａが凹んだ凹曲面になっている。換言すると、第１入射面５０ａは、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状を有する。これにより、第１回折素子５０は、正のパワーを有し、画像光Ｌ０を第２反射部６０に向けて効率良く偏向させることができる。第１回折素子５０は、第１入射面５０ａの法線Ｖ２とＺ軸とのなす角度が４５°以下であり、かつ、第１反射部３０の反射面３０ａの法線Ｖ１とＺ軸とのなす角度よりも小さくなるように、傾いて配置されている。また、第１回折素子５０は、射出瞳Ｇから遠い側の端部５０ｃが射出瞳Ｇに近い側の端部５０ｄに対して＋Ｚ方向に位置するように、傾いて配置されている。これにより、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１と第１入射面５０ａの法線Ｖ２とは、４５°以下の角度をなす。

なお、第１回折素子５０は、反射型の回折素子であれば、体積ホログラムに限らず、例えば表面レリーフ型回折素子、表面レリーフホログラフィック素子等であってもよい。第１回折素子５０は、いずれの構成を有していても、第１入射面５０ａの法線方向から画像光Ｌ０が入射したときに、一つの特定の方向に回折効率が最も高い回折光を射出する特性を有する。

図３は、第１回折素子５０を構成する反射型体積ホログラムの干渉縞の説明図である。
図３に示すように、第１回折素子５０を構成する反射型体積ホログラムには、特定の波長に対応するピッチを有する干渉縞５０２が設けられている。干渉縞５０２は、ホログラム材料の屈折率差としてホログラム感光層に記録されており、干渉縞５０２は特定の入射角度に対応するように、第１回折素子５０の第１入射面５０ａに対して一方向に傾いている。したがって、第１回折素子５０は、画像光Ｌ０を所定の方向に回折して偏向する。特定の波長および特定の入射角度は、画像光Ｌ０の波長と入射角とに対応する。干渉縞５０２は、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｓを用いてホログラム感光層に干渉露光を行うことで形成することができる。

本実施形態では、画像光Ｌ０は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを含むカラー表示用の光である。このため、第１回折素子５０においては、特定の波長に対応するピッチで干渉縞５０２が形成されている。例えば、赤色光用の干渉縞５０２Ｒは、赤色域の波長５８０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲のうち、例えば波長６１５ｎｍに対応するピッチで形成されている。緑色光用の干渉縞５０２Ｇは、緑色域の波長５００ｎｍから５８０ｎｍの波長範囲のうち、例えば波長５３５ｎｍに対応するピッチで形成されている。青色光用の干渉縞５０２Ｂは、青色域の波長４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲のうち、例えば波長４６０ｎｍに対応するピッチで形成されている。

なお、図３においては、干渉縞５０２を直線的に描いているが、第１回折素子５０に入射する画像光Ｌ０が球面波である場合、干渉露光時に例えば物体光Ｌｓとして球面波を用いる。その場合、ホログラム感光層に複数の干渉縞５０２がそれぞれ湾曲した状態で形成される。したがって、干渉縞５０２は、湾曲した状態で第１回折素子５０の第１入射面５０ａに対して一方向に傾いている。これにより、第１回折素子５０は、第１入射面５０ａの法線方向から単一波長の球面波からなる画像光Ｌ０が入射された際に、法線方向から傾いた特定の方向に回折効率が最も高い回折光Ｌ１を射出する。干渉縞５０２が湾曲している場合、干渉縞５０２の傾き方向は、例えば干渉縞５０２の両端を結ぶ直線の傾きとして定義される。

第２反射部６０は、全反射ミラーから構成されている。具体的には、第２反射部６０は、基材６０１と、基材６０１の一面に形成された誘電体多層膜、金属膜等からなる反射層６０２と、を有する。第２反射部６０は、反射面６０ａの法線方向とＺ軸とのなす角度が略４５°となる方向に傾いて配置されている。これにより、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１と反射面６０ａの法線Ｖ３とは、４５°以上の角度をなす。反射面６０ａが曲面で構成されていることにより、第２反射部６０は正のパワーを有する。第２反射部６０は、第１回折素子５０から射出される画像光Ｌ０を反射させ、第２回折素子７０に向けて偏向させる。

第２回折素子７０は、反射型体積ホログラムを有する。第２回折素子７０は、画像光Ｌ０が入射する第２入射面７０ｆが凹んだ凹曲面になっている。換言すると、第２入射面７０ｆは、画像光Ｌ０の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。これにより、第２回折素子７０は、正のパワーを有し、画像光Ｌ０を射出瞳Ｇに向けて効率良く偏向させることができる。第２回折素子７０は、第２入射面７０ｆの法線Ｖ４とＺ軸とのなす角度が４５°以下となるように、傾いて配置されている。また、第２回折素子７０は、鼻に近い側の端部７０ｃが鼻から遠い側の端部７０ｄに対して－Ｚ方向に位置するように、傾いて配置されている。これにより、画像光Ｌ０の光軸Ｌ０１と第２入射面７０ｆの法線とは、４５°以上の角度をなす。

第２回折素子７０を構成する反射型体積ホログラムの基本構成は、第１回折素子５０を構成する反射型体積ホログラムの基本構成と同一であるため、反射型体積ホログラムの詳細な説明を省略する。ただし、第２回折素子７０を構成する反射型体積ホログラムは、入射する光の一部を反射させ、他の一部を透過させる部分反射型回折光学素子で構成される。そのため、第２回折素子７０は、部分透過反射性のコンバイナーとして機能する。これにより、外光が第２回折素子７０を介して観察者の眼Ｅに入射するため、観察者は、画像光生成装置２０が形成した画像と背景とが重畳された画像を視認することができる。

なお、第２回折素子７０は、第１回折素子５０と同様、反射型の回折素子であれば、体積ホログラムに限らず、例えば表面レリーフ型回折素子、表面レリーフホログラフィック素子等であってもよい。第２回折素子７０は、いずれの構成を有していても、第２入射面７０ｆの法線方向から画像光Ｌ０が入射したときに、特定の方向に回折効率が最も高い回折光を射出する特性を有する。

図４は、第１回折素子５０および第２回折素子７０の回折特性を示す図である。
図４は、反射型体積ホログラム上の１点に光線が入射したときの特定波長と周辺波長の回折角の差を示している。図４では、特定波長を５３１ｎｍとしたとき、波長が５２６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを実線Ｌ５２６で示し、波長が５３６ｎｍの周辺波長の光の回折角度のずれを破線Ｌ５３６で示している。

図４に示すように、反射型体積ホログラムに記録された同じ干渉縞に光線が入射した場合であっても、光線の波長が長い程、大きい角度で回折し、光線の波長が短い程、小さい角度で回折する。そのため、第１回折素子５０および第２回折素子７０からなる２つの回折素子を用いた場合、特定波長に対して長波長の光および短波長の光の入射角度を考慮して入射させないと、収差を適切に補償することができない。また、干渉縞の本数によって回折角が異なるため、干渉縞の構成を考慮する必要がある。図２に示す本実施形態の表示モジュール１０では、第１回折素子５０と第２回折素子７０との間における中間像の形成回数と反射回数の和が奇数であるか偶数であるかに対応して、画像光Ｌ０に対する第１回折素子５０および第２回折素子７０の向き等が適正化されているため、収差の補償が可能である。

ここで、第１回折素子５０の第１入射面５０ａの法線Ｖ２と第２回折素子７０の第２入射面７０ｆの法線Ｖ４とを含む仮想面を想定する。本実施形態の場合、仮想面は、図２の紙面であって、ＸＺ平面である。

本実施形態では、第１回折素子５０から第２回折素子７０までの間における画像光Ｌ０の反射回数と中間像の生成回数との和が偶数である。このため、仮想面の法線方向から見たとき、第１回折素子５０と第２回折素子７０とでは、各々の入射面５０ａ，７０ｆの法線方向から光線が入射した場合に、最も高い回折効率で回折光が射出される方向が、各々の入射面５０ａ，７０ｆの法線方向を基準として同じ側に設定されている。

より具体的には、本実施形態では、第１回折素子５０と第２回折素子７０との間の画像光Ｌ０の光路上に第２反射部６０が設けられているため、第１回折素子５０と第２回折素子７０との間において、画像光Ｌ０は１回反射する。また、第１反射部３０、第１回折素子５０および第２反射部６０がそれぞれ正のパワーを有しているため、第２反射部６０と第２回折素子７０との間で１つの中間像が生成される。したがって、第１回折素子５０から第２回折素子７０までの間での画像光の反射回数と中間像の生成回数の和は、２回、すなわち偶数である。

したがって、第１入射面５０ａの法線方向から画像光Ｌ０を入射した際に最も高い回折効率で画像光Ｌ０が射出される方向を第１方向とし、第２入射面７０ｆの法線方向から画像光Ｌ０を入射した際に最も高い回折効率で画像光Ｌ０が射出される方向を第２方向とし、仮想面の法線方向から見たとき、第１入射面５０ａの法線方向に対する第１方向と第２入射面７０ｆの法線方向に対する第２方向とが同じ側に位置するように構成されている。

より具体的には、図２に示すように、第１回折素子５０の第１入射面５０ａに対して法線方向から光が入射した際、回折効率が最も高い回折光が射出される第１方向Ｋ１１は、第１入射面５０ａの法線方向Ｋ１０を基準としたときに時計周り方向ＣＷに回転した位置にある。また、第２回折素子７０の第２入射面７０ｆに対して法線方向から光が入射した際、回折効率が最も高い回折光が射出される第２方向Ｋ２２は、第２入射面７０ｆの法線方向Ｋ２０を基準としたときに時計周り方向ＣＷに回転した位置にある。

すなわち、第１回折素子５０において回折効率が最も高い回折光が射出される第１方向Ｋ１１と、第２回折素子７０において回折効率が最も高い回折光が射出される第２方向Ｋ２２とは、各々の入射面５０ａ，７０ｆの法線方向Ｋ１０，Ｋ２０を基準としたときに同じ側に位置する。この構成は、第１回折素子５０の干渉縞の傾き方向と第２回折素子７０の干渉縞の傾き方向とを対応させることによって実現される。

この構成によれば、第１回折素子５０の第１入射面５０ａの法線方向Ｋ１０から最適な波長の光線が入射した場合を基準とすると、最適な波長よりも長い波長の光線が入射した際の回折光は、時計周りに回転した方向に傾く。したがって、最適な波長よりも長い波長の光線の回折光は、第２反射部６０を経由して第２回折素子７０の第２入射面７０ｆに入射する際、最適な波長の光線よりも時計周りに回転した方向から入射する。このため、最適な波長の光線と最適な波長よりも長い波長の光線とは、第２回折素子７０から同一方向に向けて射出される。その結果、解像度の低下が発生しにくくなる。そのため、本実施形態によれば、波長補償が実現でき、画像光Ｌ０の波長が変動した場合の画像のずれを小さく抑制することができる。

各光学素子の位置関係については、観察者から見て、第１反射部３０は画像光生成装置２０よりも顔から遠い位置に配置され、第１回折素子５０は第１反射部３０よりも後方、すなわち耳に近い位置に配置され、第２反射部６０は第１回折素子５０よりも前方、すなわち耳から遠い位置に配置されている。また、画像光生成装置２０は、第１回折素子５０よりも射出瞳Ｇに近い位置に配置されている。

これらの光学素子の配置により、第１反射部３０から射出される画像光Ｌ０は、第１回折素子５０に対して射出瞳Ｇから遠い側から近い側に向けて入射し、第１回折素子５０から射出される画像光Ｌ０は、第２反射部６０に対して射出瞳Ｇから遠い側から近い側に向けて入射する。

したがって、仮想面の法線方向から見て、画像光生成装置２０から第１反射部３０に向かって進行する画像光Ｌ０の光軸と、第１回折素子５０から第２反射部６０に向かって進行する画像光Ｌ０の光軸とは、互いに交差する。さらに、仮想面の法線方向から見て、画像光生成装置２０から射出されて第１反射部３０に入射する画像光Ｌ０の光路の一部と、第１回折素子５０から射出されて第２反射部６０に入射する画像光Ｌ０の光路の一部とは、互いに重なっている。

特許文献１の表示装置においては、画像光生成装置から第１回折素子に向かって進行する画像光と、第１回折素子からミラーに向かって進行する画像光とは、互いに重なっていない。そのため、画像光生成装置を観察者の顔から離れた位置に配置しなければならず、装置が大型化する場合がある。

これに対して、本実施形態の表示モジュール１０によれば、画像光生成装置２０から第１反射部３０に向かって進行する画像光Ｌ０の光軸と、第１回折素子５０から第２反射部６０に向かって進行する画像光Ｌ０の光軸とは、互いに交差する。換言すると、画像光生成装置２０から第２反射部６０に至る画像光Ｌ０の光路は、第１反射部３０と第１回折素子５０とによって折り返されている。これにより、画像光生成装置２０、第１反射部３０、第１回折素子５０等の光学素子を観察者の側頭部の前方に配置することができる。特に観察者の側頭部の前方には、フレーム９１とテンプル９２ａ，９２ｂと顔とに囲まれる空間が存在し、各種の光学素子を配置するのに適している。そのため、本実施形態の表示モジュール１０によれば、無理なく光学系の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の表示装置１００は、上記の効果を有する表示モジュール１０を備えているため、小型でデザイン性にも優れる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
第２実施形態の表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、第１反射部と第２反射部との構成が第１実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略する。
図５は、第２実施形態の表示モジュールの概略構成を示す平面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の表示モジュール１２は、画像光生成装置２０と、投射光学系２５と、第１反射部３０と、第１回折素子５０と、第２反射部６０と、第２回折素子７０と、基材２７と、を備える。

基材２７は、第１反射部３０と第２反射部６０とを支持する。具体的には、基材２７は、滑らかに連続した曲面を有し、光透過性を有するプラスチック等の板材で構成されている。第１反射部３０と第２反射部６０とは、基材２７の２つの面のうち、観察者の顔と対向する側の第１面２７ａに設けられている。第１反射部３０および第２反射部６０は、基材２７の第１面２７ａに直接形成されていてもよいし、別途作製された第１反射部３０および第２反射部６０が基材２７の第１面２７ａに貼り付けられた構成でもよい。

第１実施形態の図２と比較すると、本実施形態の第２反射部６０の設置角度は、第１実施形態の第２反射部６０の設置角度と同じである。したがって、本実施形態では、第１反射部３０と第２反射部６０とを共通の基材２７に支持させたことにより、第２反射部６０の設置角度に合わせて、第１反射部３０の設置角度は、第１実施形態における第１反射部３０の設置角度とは異なる。具体的には、第１反射部３０の反射面３０ａの法線Ｖ１とＺ軸とのなす角度は、第１実施形態における第１反射部３０の反射面３０ａの法線Ｖ１とＺ軸とのなす角度よりも大きい。

さらに、第１反射部３０の設置角度の変更に伴い、画像光生成装置２０および投射光学系２５の位置は、第１実施形態における画像光生成装置２０および投射光学系２５の位置とは異なる。具体的には、画像光生成装置２０および投射光学系２５は、第１実施形態における画像光生成装置２０および投射光学系２５よりも観察者の顔の前方側に移動している。
表示モジュール１２のその他の構成は、第１実施形態の表示モジュール１０と同様である。

本実施形態においても、小型の表示モジュールおよび表示装置を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の表示モジュール１２においては、第１反射部３０と第２反射部６０とが共通の基材２７に支持されているため、部品点数を削減することができる。また、第１反射部３０と第２反射部６０とが配置された部分の表示モジュール１２の外形が滑らかな曲面となるため、スマートな外観を実現することができる。

また、本実施形態の表示モジュール１２においては、画像光生成装置２０および投射光学系２５が、第１実施形態における画像光生成装置２０および投射光学系２５よりも観察者の顔の前方側、具体的には、観察者のこめかみ付近の前方側に移動している。これにより、画像光生成装置２０および投射光学系２５の位置が観察者の顔から離れるため、画像光生成装置２０および投射光学系２５が観察者の顔と干渉しにくく、光学系の設計が容易になる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
第３実施形態の表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、第１反射部と第２反射部との構成が第１実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略する。
図６は、第３実施形態の表示モジュールの概略構成を示す平面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の表示モジュール１４は、画像光生成装置２０と、投射光学系２５と、第１反射部３２と、第１回折素子５０と、第２反射部６２と、第２回折素子７０と、を備える。

本実施形態の表示モジュール１４において、第１反射部３２と第２反射部６２とは、なだらかに連続した曲面を有する一体の反射部材３６で構成されている。ここで、各反射部３２，６２のうち、画像光Ｌ０が実際に入射して画像光Ｌ０の反射に寄与する領域を反射領域３２ｒ，６２ｒと定義する。第１反射部３２において画像光生成装置２０から射出される画像光Ｌ０を反射させる第１反射領域３２ｒの一部と、第２反射部６２において第１回折素子５０から射出される画像光Ｌ０を反射させる第２反射領域６２ｒの一部と、が互いに重なっている。換言すると、第１反射領域３２ｒと第２反射領域６２ｒとは、反射部材３６の同一の部分を共有している。
表示モジュール１４のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、小型の表示モジュールおよび表示装置を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の表示モジュール１４においては、第１反射部３２と第２反射部６２とが一体の反射部材３６で構成されているため、部品点数を削減することができる。また、第１反射部３２と第２反射部６２とを構成する反射部材３６の外形が滑らかな曲面となるため、スマートな外観を有する表示モジュール１４を実現することができる。

また、第１反射領域３２ｒと第２反射領域６２ｒとが互いに重なっているため、第１反射部３２と第２反射部６２とを合わせた部分の長さを短くできるとともに、第１実施形態の表示モジュール１０よりも第１回折素子５０の位置を前方に移動でき、第１反射部３２と第１回折素子５０との間隔を短くできる。これにより、表示モジュール１４のＺ軸方向の寸法を短縮することができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
第４実施形態の表示装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、第１反射部、第２反射部および第２回折素子の構成が第１実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略する。
図７は、第４実施形態の表示モジュール１６の概略構成を示す平面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の表示モジュール１６は、画像光生成装置２０と、投射光学系２５と、第１反射部３０と、第１回折素子５０と、第２反射部６０と、第２回折素子７０と、基材２９と、を備える。

基材２９は、第１反射部３０と第２反射部６０と第２回折素子７０とを支持する。具体的には、基材２９は、滑らかに連続した曲面を有し、光透過性を有するプラスチック等の板材で構成されている。第１反射部３０、第２反射部６０および第２回折素子７０は、基材２９の第１面２９ａに設けられている。第１反射部３０および第２反射部６０は、例えばプラスチック板の第１面に蒸着によって形成された金属ミラーまたは誘電体ミラーまたはダイクロイックミラーで構成されている。第２回折素子７０は、透明プラスチックからなる保護板にホログラム材料が形成された体積ホログラムがプラスチック板の第１面に貼り合わされた構成を有する。すなわち、第２回折素子７０は、基材２９の第１面２９ａに設けられている。
表示モジュール１６のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態においても、小型の表示モジュールおよび表示装置を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態の表示モジュール１６においては、第１反射部３０、第２反射部６０および第２回折素子７０が共通の基材２９に支持されているため、部品点数を削減することができる。また、第１反射部３０、第２反射部６０および第２回折素子７０が配置された部分の表示モジュール１６の外形が滑らかな曲面となるため、第２実施形態よりもさらにスマートな外観を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、第１反射部、第２反射部、第２回折素子等の光学素子が基材の第１面に配置された例を示したが、これらの光学素子は基材の２つの面のいずれに配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１回折素子から第２回折素子までの間の画像光の反射回数と中間像の生成回数との和が偶数である構成を示したが、第１回折素子から第２回折素子までの間の画像光の反射回数と中間像の生成回数との和が奇数であってもよい。例えば第２反射部と第２回折素子との間に第３反射部が設けられ、上記の和が３回になってもよい。その場合、仮想面の法線方向から見て、第１入射面の法線方向に対する第１方向と第２入射面の法線方向に対する第２方向とが互いに異なる側に位置すればよい。したがって、例えば第１入射面の法線方向に対する第１方向および第２入射面の法線方向に対する第２方向のうち、一方が時計回り方向に位置し、他方が反時計回り方向に位置していればよい。

具体的には、上記実施形態では、第１回折素子から第２回折素子までの間の画像光の反射回数と中間像の生成回数との和が２回または３回の例を示したが、２以外の偶数であってもよい。また、上記の和は０回であってもよく、０回は偶数に含まれる。また、上記の和は３以外の奇数であってもよい。

その他、表示モジュールおよび表示装置の各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。

本発明の一つの態様の表示モジュールは、以下の構成を有していてもよい。
（１）本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、前記射出瞳の位置から見て、前記画像光生成装置は、前記第１回折素子よりも前記射出瞳に近い位置に配置されていてもよい。

（２）本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、前記第１反射部から射出される前記画像光は、前記第１回折素子に対して前記射出瞳から遠い側から近い側に向けて入射し、前記第１回折素子から射出される前記画像光は、前記第２反射部に対して前記射出瞳から遠い側から近い側に向けて入射してもよい。

（３）本発明の一つの態様の表示モジュールは、前記第１反射部と前記第２反射部とを支持する基材をさらに備え、前記第１反射部と前記第２反射部とは、前記基材の第１面に設けられていてもよい。

（４）本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、前記第２回折素子は、前記基材の前記第１面に設けられていてもよい。

（５）本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、前記仮想面に垂直な方向から見て、前記画像光生成装置から射出されて前記第１反射部に入射する前記画像光の光路の一部と、前記第１回折素子から射出されて前記第２反射部に入射する前記画像光の光路の一部と、が互いに重なってもよい。

（６）本発明の一つの態様の表示モジュールにおいて、前記第１回折素子は、前記第１入射面の法線方向から前記画像光を入射した場合に第１方向に最も高い回折効率で前記画像光を回折し、前記第２回折素子は、前記第２入射面の法線方向から前記画像光を入射した場合に第２方向に最も高い回折効率で前記画像光を回折し、前記第１回折素子および前記第２回折素子は、前記第１回折素子から前記第２回折素子までの間の前記画像光の反射回数と中間像の生成回数との和が偶数である場合には、前記仮想面の法線方向から見て、前記第１入射面の法線方向に対する前記第１方向の向きと前記第２入射面の法線方向に対する前記第２方向の向きとが互いに同じ方向となるように配置され、前記和が奇数である場合には、前記仮想面の法線方向から見て、前記第１入射面の法線方向に対する前記第１方向の向きと前記第２入射面の法線方向に対する前記第２方向の向きとが互いに異なる方向となるように配置されていてもよい。

１０，１２，１４，１６…表示モジュール、１０ａ…右眼用表示モジュール、１０ｂ…左眼用表示モジュール、２０…画像光生成装置、２７，２９…基材、２７ａ，２９ａ…第１面、３０，３２…第１反射部、３２ｒ…第１反射領域、５０…第１回折素子、５０ａ…第１入射面、６０，６２…第２反射部、６２ｒ…第２反射領域、７０，７０ａ，７０ｂ…第２回折素子、７０ｆ…第２入射面、９０…筐体、１００…表示装置、Ｌ０，Ｌ０ａ，Ｌ０ｂ…画像光、Ｇ…射出瞳、Ｋ１０，Ｋ２０…法線方向、Ｋ１１…第１方向、Ｋ２２…第２方向。

Claims (9)

1. 画像光を生成する画像光生成装置と、
   前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射部と、
   第１入射面を有し、前記第１反射部から射出され、前記第１入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させる第１回折素子と、
   前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射部と、
   第２入射面を有し、前記第２反射部から射出され、前記第２入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させ、射出瞳を形成する第２回折素子と、
   を備え、
   前記第１入射面の法線と前記第２入射面の法線とを含む仮想面の法線方向から見て、前記画像光生成装置から前記第１反射部に向かって進行する前記画像光の光軸と、前記第１回折素子から前記第２反射部に向かって進行する前記画像光の光軸と、は互いに交差する、表示モジュール。
2. 画像光を生成する画像光生成装置と、
   前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射部と、
   第１入射面を有し、前記第１反射部から射出され、前記第１入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させる第１回折素子と、
   前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射部と、
   第２入射面を有し、前記第２反射部から射出され、前記第２入射面から入射される前記画像光を回折させて偏向させ、射出瞳を形成する第２回折素子と、
   を備え、
   前記第１入射面の法線と前記第２入射面の法線とを含む仮想面の法線方向から見て、前記第１反射部において前記画像光生成装置から射出される前記画像光を反射させる第１反射領域の一部と、前記第２反射部において前記第１回折素子から射出される前記画像光を反射させる第２反射領域の一部と、は互いに重なる、表示モジュール。
3. 前記射出瞳の位置から見て、前記画像光生成装置は、前記第１回折素子よりも前記射出瞳に近い位置に配置される、請求項１または請求項２に記載の表示モジュール。
4. 前記第１反射部から射出される前記画像光は、前記第１回折素子に対して前記射出瞳から遠い側から近い側に向けて入射し、
   前記第１回折素子から射出される前記画像光は、前記第２反射部に対して前記射出瞳から遠い側から近い側に向けて入射する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の表示モジュール。
5. 前記第１反射部と前記第２反射部とを支持する基材をさらに備え、
   前記第１反射部と前記第２反射部とは、前記基材の第１面に設けられている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の表示モジュール。
6. 前記第２回折素子は、前記基材の前記第１面に設けられている、請求項５に記載の表示モジュール。
7. 前記仮想面に垂直な方向から見て、前記画像光生成装置から射出されて前記第１反射部に入射する前記画像光の光路の一部と、前記第１回折素子から射出されて前記第２反射部に入射する前記画像光の光路の一部と、が互いに重なる、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の表示モジュール。
8. 前記第１回折素子は、前記第１入射面の法線方向から前記画像光を入射した場合に第１方向に最も高い回折効率で前記画像光を回折し、
   前記第２回折素子は、前記第２入射面の法線方向から前記画像光を入射した場合に第２方向に最も高い回折効率で前記画像光を回折し、
   前記第１回折素子および前記第２回折素子は、
   前記第１回折素子から前記第２回折素子までの間の前記画像光の反射回数と中間像の生成回数との和が偶数である場合には、前記仮想面の法線方向から見て、前記第１入射面の法線方向に対する前記第１方向の向きと前記第２入射面の法線方向に対する前記第２方向の向きとが互いに同じ方向となるように配置され、
   前記和が奇数である場合には、前記仮想面の法線方向から見て、前記第１入射面の法線方向に対する前記第１方向の向きと前記第２入射面の法線方向に対する前記第２方向の向きとが互いに異なる方向となるように配置されている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の表示モジュール。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の表示モジュールと、
   前記表示モジュールを収容する筐体と、を備える、表示装置。

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