光学装置及び画像表示装置
【課題】画像観察者の瞳が移動したときにも、画像に色ムラや輝度ムラが生じ難い構造を有する光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置２０は、第１の導光板３０、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第２の導光板４０、第３回折格子部材４３、及び、第４回折格子部材４４を備え、第１の導光板３０の第１面３１と第２の導光板４０の第２面４２とが空気層２１を介して対向した状態で、第１の導光板３０と第２の導光板４０とは積層されており、第２の導光板４０の第２面４２から出射された平行光は、第２回折格子部材３４及び第１の導光板３０を通過して、第１の導光板３０の第２面３１から出射され、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有する。
【解決手段】光学装置２０は、第１の導光板３０、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第２の導光板４０、第３回折格子部材４３、及び、第４回折格子部材４４を備え、第１の導光板３０の第１面３１と第２の導光板４０の第２面４２とが空気層２１を介して対向した状態で、第１の導光板３０と第２の導光板４０とは積層されており、第２の導光板４０の第２面４２から出射された平行光は、第２回折格子部材３４及び第１の導光板３０を通過して、第１の導光板３０の第２面３１から出射され、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、及び、係る光学装置を組み込んだ画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ホログラム回折格子を用いた虚像表示装置が、例えば、国際公開ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１から周知である。
【０００３】
図２２に、従来の虚像表示装置の一例の概念図を示す。カラーの画像表示素子１１１から出射したそれぞれ赤色、緑色、青色の略同一波長帯域を有する表示光は、コリメート光学系１１２を通して画角の互いに異なる平行光とされた後、表面（入射面）１３２から第１の導光板１３０に入射する。これらの平行光の内、例えば、赤色及び青色の波長帯域を有する平行光は、第１の反射型体積ホログラム回折格子１３３に入射し、平行光のまま回折反射され、第１の導光板１３０の内部において表面１３２と表面１３１との間で全反射を繰り返しながら、第１の導光板１３０の他端に設けられた第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に向けて進行する。第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に入射した赤色及び青色の波長帯域を有する平行光は、回折反射により全反射条件から外れ、第１の導光板１３０から出射し、観察者の瞳１５０に入射する。
【０００４】
一方、例えば、緑色の波長帯域を有する平行光は、第１の導光板１３０を経て第１の反射型体積ホログラム回折格子１３３に入射するが、ここでは回折反射されず、これを透過し、空気層を経て表面（入射面）１４２から第２の導光板１４０に入射する。そして、この平行光は、第３の反射型体積ホログラム回折格子１４３に入射し、平行光のまま回折反射され、第２の導光板１４０の内部において表面１４２と表面１４１との間で全反射を繰り返しながら、第２の導光板１４０の他端に設けられた第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に向けて進行する。第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射した緑色の波長帯域を有する平行光は、回折反射により全反射条件から外れ、表面（出射面）１４２から出射し、空気層を経て第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射されることなく透過し、第１の導光板１３０を経て表面１３２から出射し、観察者の瞳１５０に入射する。
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射する平行光は、回折反射条件によって一部が瞳方向に回折反射され、残りは、単に反射される。尚、この残りの単に反射された平行光にあっては、反射型体積ホログラム回折格子の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる。ここで、図２２において、単に反射された平行光は図示していない。
【０００７】
図２２に示した従来の虚像表示装置において、赤色及び青色を回折反射する第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性と、緑色を回折反射する第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性とは、通常、相違している。また、たとえ、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４を材料から作製したとしても、例えば積層等によって厚さが異なることによる光学的特性の違いは無視できない。
【０００８】
そして、このように、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性と第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性が異なると、第１の導光板１３０内を伝播し、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射された赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量と、第２の導光板１４０内を伝播し、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射された緑色の波長帯域を有する光の光量とに相違が生じてしまう。そして、その結果、瞳１５０で観察したときに、画像に色ムラや輝度ムラが生じる。
【０００９】
例えば、第１の導光板１３０内を伝播し、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に第１回目に入射する直前の光の光量を「ＡＬ1」とし、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射され、第１の導光板１３０から出射される光の光量の割合を「α」とし、残りの単に反射された平行光において、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる割合を「α2」とすると、第１の導光板１３０から第１回目に出射される光の光量は、「α×ＡＬ1」である。また、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に第２回目に入射する直前の光の光量は「（１−α）×（１−α2）×ＡＬ1」であり、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射され、第１の導光板１３０から第２回目に出射される光の光量は「α×（１−α）×（１−α2）×ＡＬ1」となる。従って、例えば、第１の導光板１３０から第１回目及び第２回目に出射される光の光量の合計量は、
｛α＋α×（１−α）×（１−α2）｝×ＡＬ1
である。
【００１０】
一方、第２の導光板１４０内を伝播し、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に第１回目に入射する直前の光の光量を「ＡＬ2」とし、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射され、最終的に第１の導光板１３０から出射される光の光量の割合を「β」とし、残りの単に反射された平行光において、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる割合を「β2」とすると、最終的に第１の導光板１３０から第１回目に出射される光の光量は、「β×ＡＬ2」である。また、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に第２回目に入射する直前の光の光量は「（１−β）×（１−β2）×ＡＬ2」であり、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射され、最終的に第１の導光板１３０から第２回目に出射される光の光量は「β×（１−β）×（１−β2）×ＡＬ2」となる。従って、例えば、第２の導光板１４０から第１回目及び第２回目に出射される光の光量の合計量は、
｛β＋β×（１−β）×（１−β2）｝×ＡＬ2
である。
【００１１】
ここで、理想的な状態として、α＝β及びα2＝β2とすれば、赤色及び青色の波長帯域を有し、第１の導光板１３０から出射される光の光量と、緑色の波長帯域を有し、最終的に第１の導光板１３０から出射される光の光量との割合は、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４における回折反射に何ら依存しない。
【００１２】
然るに、上述したとおり、実際には、通常、α、α2の値とβ、β2の値が相違するので、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に入射する直前の赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量ＡＬ1と、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射する直前の緑色の波長帯域を有する光の光量ＡＬ2との割合（ＡＬ2／ＡＬ1）0が、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４における回折反射及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４における回折反射によって、保存されなくなるといった問題が生じる。
【００１３】
そして、このような問題が生じると、上述したとおり、観察される画像（虚像）に色ムラや輝度ムラが生じる原因となる。特に、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４において、多数回、回折反射が繰り返される場合、（ＡＬ2／ＡＬ1）0からの逸脱が大きくなる。即ち、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４から回折反射された赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量と、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４から回折反射された緑色の波長帯域を有する光の光量との差が大きくなる。それ故、瞳１５０を移動したときに、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が異なり、結果的に、観察部の瞳径を大きくとることができなくなるといった問題が生じる。
【００１４】
従って、本発明の目的は、導光板が積層された構造を有する画像形成装置において、例えば、画像観察者の瞳が移動したときにも、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が左程大きくならず、画像に色ムラや輝度ムラが生じ難い構造、構成を有する光学装置、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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の光学装置は、
（Ａ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置である。
【００１６】
そして、第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする。
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の画像表示装置は、画像形成装置と、画像形成装置から出射された光束を平行光とするコリメート光学系と、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光が入射され、導光され、出射される光学装置とから成る画像表示装置であって、光学装置は上記の構成、構造を有する。
【００１８】
本発明の光学装置あるいは本発明の画像表示装置における光学装置（以下、これらを総称して、『本発明の光学装置等』と呼ぶ）にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有するが、具体的には、
第２回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第２回折格子部材の法線をＸ軸、原点を通る第１の導光板の軸線をＹ軸とし、
第２回折格子部材によって回折反射され、第１の導光板の第２面から出射された平行光に基づく像を観察するＸ軸上の地点（Ｘ0，０）と、第２回折格子部材によって回折反射された平行光であってＸ−Ｙ平面内に位置する平行光の内、最も第１回折格子部材に近い平行光との成す角度を画角θ0、最も第１回折格子部材に遠い平行光との成す角度を画角−θ0としたときであって、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとし、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−１）
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−２）
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦５×１０-2 （１−３）
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−１）
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−２）
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦５×１０-2 （２−３）
を満足する形態とすることができる。
【００１９】
但し、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける平均値
である。
【００２０】
あるいは又、本発明の光学装置等にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有するが、具体的には、第２回折格子部材の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足する形態とすることができる。
【００２１】
但し、
η2：第２回折格子部材の回折効率
θ2：第２回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材の回折効率
θ4：第４回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
である。
【００２２】
ここで、式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材の厚さと第４回折格子部材の厚さとの最適化を図ることが望ましく、あるいは又、第２回折格子部材及び第４回折格子部材における屈折率変調の最適化を図ることが望ましく、あるいは又、第２回折格子部材は、その外面、あるいは、第１の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることが望ましく、あるいは又、第４回折格子部材は、その外面、あるいは、第２の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることが望ましい。あるいは又、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することで、回折格子部材を作製する場合、物体光及び参照光の照射時間を制御することで、上述したＡ2，Ａ4が変化する結果、式（３−３）を満足させることも可能である。
【００２３】
補償層は、例えば、回折格子部材を構成する材料と同じ材料や、回折格子部材を構成する材料と同じ材料に散乱材料や吸収材料を添加したものから構成することができる。補償層における光学的特性の制御は、例えば、補償層を構成する材料の選定、補償層の厚さの選定、補償層に含まれる散乱材料や吸収材料や添加割合の選定といった方法に基づき行うことができる。尚、回折反射特性を有していない補償層として、回折格子部材と同じ構成であるが、例えば、何ら干渉縞が形成されていないもの、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ものを挙げることができる。
【００２４】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光学装置等において、第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され；第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることができる。あるいは又、第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され；第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることができる。
【００２５】
尚、以下の説明における画角θとは、より厳密には、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。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。更には、干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材（あるいは回折格子層）の表面と干渉縞の成す角度を意味する。
【００２６】
以上に説明した好ましい構成を含む本発明の光学装置等において、第１回折格子部材〜第４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。そして、各回折格子部材には、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。
【００２７】
本発明の光学装置等において、第１回折格子部材あるいは第３回折格子部材を、異なるＰ種類（例えば、Ｐ＝２であり、赤色、緑色、青色の３種類の内の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光を回折反射させるために、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種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に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。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）を有する平行光が第１回折格子部材あるいは第３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。第２回折格子部材及び第４回折格子部材も同様とすることができる。
【００２８】
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り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。
【００２９】
また、本発明の光学装置等においては、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光を第１の導光板及び第２の導光板に入射することが望ましいが、このような、平行光であることの要請は、これら光が第１の導光板及び第２の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第１の導光板から出射された後も、また、第３回折格子部材と第４回折格子部材を介して、最終的に第１の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平行光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とされる場合には、第１の導光板及び第２の導光板においては、進行方位の異なる複数の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。第１回折格子部材及び第３回折格子部材においては、第１の導光板及び第２の導光板に入射された平行光が第１の導光板及び第２の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板及び第２の導光板に入射された平行光が回折反射される。更には、第２回折格子部材あるいは第４回折格子部材においては、第１の導光板及び第２の導光板の内部を全反射により伝播した平行光が回折反射され、第１の導光板及び第２の導光板から平行光の状態で出射される。
【００３０】
本発明の光学装置等において、第１の導光板は、第１の導光板の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面及び第２面）を有している。また、第２の導光板も、第２の導光板の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面及び第２面）を有している。ここで、平行光が入射する導光板の面を導光板入射面、平行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の導光板及び第２の導光板にあっては、第２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１面に第１回折格子部材及び第３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回折格子部材及び第３回折格子部材が配置されている。
【００３１】
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。導光板の形状は、平板に限定するものではなく、湾曲した形状を有していてもよい。
【００３２】
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〜第４回折格子部材の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や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。
【００３３】
本発明の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光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。画像形成装置を構成する画素の数は、画像形成装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０を例示することができる。画像形成装置は、周知の画像形成装置駆動装置、具体的には、上述した各種の発光素子、ライト・バルブや走査光学系等を制御する周知の駆動装置によって駆動することができる。
【００３４】
例えば、発光素子から構成された画像形成装置、発光素子とライト・バルブとから構成された画像形成装置として、より具体的には、以下の構成を例示することができる。
【００３５】
［画像形成装置−Ａ］
画像形成装置−Ａは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から射出された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズムであり、以下の説明においても同様である）、
を備えており、
第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御する。
【００３６】
［画像形成装置−Ｂ］
画像形成装置−Ｂは、
（α）青色を発光する第１発光素子、及び、青色を発光する第１発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第１光通過制御装置［一種のライト・バルブであり、例えば、液晶表示装置やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）から構成され、以下の説明においても同様である］から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子、及び、緑色を発光する第２発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第２光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子、及び、赤色を発光する第３発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第３光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１光通過制御装置、第２光通過制御装置及び第３光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。第１発光素子、第２発光素子、第３発光素子から射出された射出光を光通過制御装置へと案内するための手段（光案内部材）として、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することができる。
【００３７】
［画像形成装置−Ｃ］
画像形成装置−Ｃは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネル、及び、第１発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための青色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネル、及び、第２発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための緑色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネル、及び、第３発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための赤色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）青色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び赤色光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段を備えており、
光通過制御装置（ライト・バルブ）によってこれらの第１発光素子パネル、第２発光素子パネル及び第３発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００３８】
［画像形成装置−Ｄ］
画像形成装置−Ｄは、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子を備えた第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子を備えた第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子を備えた第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から射出された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００３９】
［画像形成装置−Ｅ］
画像形成装置−Ｅも、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置のそれぞれから射出された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００４０】
［画像形成装置−Ｆ］
画像形成装置−Ｆは、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのカラー表示の画像形成装置である。
【００４１】
［画像形成装置−Ｇ］
画像形成装置−Ｇは、２次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの射出光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）を備えており、発光素子ユニットにおける第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置である。
【００４２】
本発明の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。
【００４３】
本発明の画像表示装置を、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。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の光学装置及び画像表示装置にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有する。従って、例えば、第２回折格子部材に入射する直前の光の光量と、第４回折格子部材に入射する直前の光の光量との割合が、第２回折格子部材における回折反射及び第４回折格子部材における回折反射によって、保存されなくなるといった問題が生じることがない。その結果、例えば、画像観察者の瞳が移動したときにも、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が左程大きくならず、画像に色ムラや輝度ムラが生じ難い。また、観察部の瞳径を大きくとることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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】
【００４６】
実施例１は、本発明の光学装置及び画像表示装置に関する。実施例１の画像表示装置の概念図を図１に示す。
【００４７】
実施例１あるいは後述する実施例２における画像表示装置１０，１０Ａ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とされた平行光が入射され、導光され、出射される光学装置２０，２０Ａ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。尚、参照番号５０は、画像観察者の瞳である。
【００４８】
そして、実施例１における光学装置２０あるいは後述する実施例２における光学装置２０Ａは、第１の導光板３０、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第２の導光板４０、第３回折格子部材４３、及び、第４回折格子部材４４を備えている。
【００４９】
ここで、第１の導光板３０は、第１面３１、及び、この第１面３１と対向する第２面３２を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面３２から出射される。また、第１回折格子部材３３は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板３０に配設されており、第１の導光板３０に入射されたこの平行光が第１の導光板３０の内部で全反射されるように、第１の導光板３０に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第２回折格子部材３４は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板３０の第１面３１に配設されており、第１の導光板３０の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板３０から平行光のまま第２面３２から出射する。
【００５０】
また、第２の導光板４０は、第１面４１、及び、この第１面４１と対向する第２面４２を有し、上記の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面４２から出射される。更には、第３回折格子部材４３は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板４０に配設されており、第２の導光板４０に入射されたこの平行光が第２の導光板４０の内部で全反射されるように、第２の導光板４０に入射されたこの平行光を回折反射する。また、第４回折格子部材４４は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板４０の第１面４１に配設されており、第２の導光板４０の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板４０から平行光のまま第２面４２から出射する。
【００５１】
ここで、第１の導光板３０の第１面３１と第２の導光板４０の第２面４２とが空気層２１を介して対向した状態で、第１の導光板３０と第２の導光板４０とは積層されており、第２の導光板４０の第２面４２から出射された平行光は、空気層２１、第２回折格子部材３４及び第１の導光板３０を通過して、第１の導光板３０の第２面３２から出射される。
【００５２】
尚、光学装置２０，２０Ａの構成、構造に依存するが、第１の導光板３０に入射した平行光の一部が、第１回折格子部材３３で回折反射されることなく、第１回折格子部材３３を通過し、空気層２１を経由して、第２の導光板４０に入射する。但し、第２の導光板４０に入射した平行光の一部が、第３回折格子部材４３で回折反射されることなく、第３回折格子部材４３を通過し、第１の導光板３０に入射する構造としてもよい。
【００５３】
そして、実施例１にあっては、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有する。
【００５４】
尚、実施例１あるいは後述する実施例２にあっては、光学装置２０，２０Ａにおいて、第１の導光板３０は、上述したとおり、第１の導光板３０の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面３１及び第２面３２）を有している。また、第２の導光板４０も、上述したとおり、第２の導光板４０の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面４１及び第２面４２）を有している。ここで、平行光が入射する導光板３０，４０の面を導光板入射面、平行光が出射する導光板３０，４０の面を導光板出射面としたとき、実施例１における第１の導光板３０及び第２の導光板４０にあっては、第２面３２，４２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る。但し、これに限定するものではなく、第１面３１，４１によって導光板入射面が構成され、第２面３２，４２によって導光板出射面が構成されていてもよい。実施例１あるいは後述する実施例２にあっては、上述したとおり、第１面３１，４１に第１回折格子部材３３及び第３回折格子部材４３が配置されている。
【００５５】
実施例１において、第１の導光板３０にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。具体的には、限定するものではないが、実施例１にあっては、赤色及び青色の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。一方、第２の導光板４０にあっては、３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。具体的には、緑色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。
【００５６】
実施例１にあっては、第１の導光板３０及び第２の導光板４０を光学ガラス（ＢＫ７）から作製した。また、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４は、フォトポリマー材料から成り、その内部から表面に亙り、所定の干渉縞が形成されている。
【００５７】
具体的には、実施例１にあっては、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４は、異なる２種類（赤色及び青色の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る２層の回折格子層３３Ｒ，３３Ｂ，３４Ｒ，３４Ｂが積層されて成る。尚、このような回折格子層の積層は、２層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、２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）すればよく、あるいは又、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り付けて回折格子層を作製することで、２層の回折格子層を作製してもよい。一方、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４は、緑色といった１種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する１種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る単層の回折格子層４３Ｇ，４４Ｇから成る。
【００５８】
実施例１の光学装置２０にあっては、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有するが、具体的には、第２回折格子部材３４の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材４４の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足する。ここで、各パラメータを、以下の表１に規定する。
【００５９】
［表１］
η2：第２回折格子部材３４の回折効率
θ2：第２回折格子部材３４の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材３４に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材３４における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材４４の回折効率
θ4：第４回折格子部材４４の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材４４に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材４４における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
【００６０】
光学装置２０における各回折格子部材の光透過率を実測した結果を、図８（赤色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）、図９（青色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）、及び、図１０（緑色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）に示す。これらの図において、「ＢＬ」で示すベースラインの光透過率の値に、反射型体積ホログラム回折格子と空気との境界面におけるフレネル反射に基づく表面反射率（一般に、約８％）を加えた値が、反射型体積ホログラム回折格子における垂直入射光の光透過率Ａ2，Ａ4である。図８、図９及び図１０に示した例では、垂直入射光の光透過率は、それぞれ、Ａ2＝８８％、Ａ2＝８８％、Ａ4＝９８％である。
【００６１】
導光板内を全反射して進行する平行光にあっては、回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度（全反射角度）をθ2，θ4としたとき、例えば、回折格子部材の第１面から出発した平行光が第２面において全反射され、再び回折格子部材の第１面に到達するまでに、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝で与えられる規格化された距離を通過するので、透過率は、Ａ2［θ2］，Ａ4［θ4］となる。尚、この透過率には、回折格子部材における吸収、散乱の両方の因子が含まれているが、これらを峻別する必要はない。
【００６２】
ところで、緑色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子において、反射回折によって失われる光量を実測した結果を図１１に示す。ここで、反射回折によって失われる光量の最大値は、図１１において線分ＢＬ’で示す値である。従って、回折効率η4は、図１１における実線矢印で示される値を、点線矢印で示される値で除することで求めることができる。回折効率η2も同様にして求めることができる。
【００６３】
このようにして、η2，Ａ2，η4，Ａ4を実測にて求めることができるので、式（３−１）、式（３−２）から内部反射率Ｔ2，Ｔ4を求めることができる。尚、回折格子部材においては、回折格子部材に入射する平行光の一部が回折反射されて導光板から出射され、残りの平行光は回折格子部材によって単に反射され、導光板内を伝播し、導光板の第２面で全反射し、再び回折格子部材に入射する。
【００６４】
図１１にて示した反射回折によって光量が失われる状態にあっては、回折格子部材に第１回目に入射する直前の光の光量を「１００」としたとき、回折格子部材に第１回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「４１」であり、回折格子部材に第２回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「１９」であり、回折格子部材に第３回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「９」であった。
【００６５】
式（３−３）を満足させるために、実施例１にあっては、第２回折格子部材３４の厚さと第４回折格子部材４４の厚さとの最適化を図った。
【００６６】
回折格子部材における回折効率等の議論を一般化するために、以下のパラメータを規定する。
【００６７】
Ｔ：回折格子部材の内部反射率
η：回折格子部材の回折効率
θ：回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ：回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの回折格子部材における光透過率
Ａ［θ］：光透過率Ａを底、｛２／ｃｏｓ（θ）｝を指数とする累乗の値
【００６８】
このとき、回折格子部材の内部反射率Ｔは、
Ｔ＝（１−η）×Ａ［θ］
で表すことができる。
【００６９】
ここで、回折格子部材の回折効率ηとＡ［θ］の値との組合せ（η，Ａ［θ］）から求められたＴの値Ｔ（η，Ａ［θ］）は、以下のとおりである。
【００７０】
Ｔ（０．２，１．０）＝０．８×１．０＝０．８
Ｔ（０．２，０．８）＝０．８×０．８＝０．６４
Ｔ（０．２，０．７）＝０．８×０．７＝０．５６
Ｔ（０．２，０．６）＝０．８×０．６＝０．４８
Ｔ（０．２，０．４）＝０．８×０．４＝０．３２
Ｔ（０．３，１．０）＝０．７×１．０＝０．７
Ｔ（０．３，０．８）＝０．７×０．８＝０．５６
Ｔ（０．３，０．７）＝０．７×０．７＝０．４９
Ｔ（０．３，０．６）＝０．７×０．６＝０．４２
Ｔ（０．３，０．４）＝０．７×０．４＝０．２８
Ｔ（０．４，１．０）＝０．６×１．０＝０．６
Ｔ（０．４，０．８）＝０．６×０．８＝０．４８
Ｔ（０．４，０．７）＝０．６×０．７＝０．４２
Ｔ（０．４，０．６）＝０．６×０．６＝０．３６
Ｔ（０．４，０．４）＝０．６×０．４＝０．２４
【００７１】
従って、例えば、回折格子部材の回折効率η＝０．２、Ａ［θ］＝０．６の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．２，０．６）の値（０．４８）は、回折格子部材の回折効率η＝０．４、Ａ［θ］＝０．８の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．２，０．６）の値（０．４８）と同じであり、あるいは又、回折格子部材の回折効率η＝０．３、Ａ［θ］＝０．７の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．３，０．７）の値（０．４９）とほぼ同じである。従って、回折格子部材の回折効率η及びＡ［θ］の適切な値が得られるように回折格子部材を設計することで、所望の内部反射率を有する回折格子部材を作製することができる。
【００７２】
こうして得られた実施例１の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳５０を地点（Ｘ0，０）（但し、Ｘ0＝１５ｍｍ）から、左右に１ｍｍ移動させたが（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に色ムラや輝度ムラは認められなかった。
【００７３】
尚、以上に説明した回折格子部材にあっては、第２回折格子部材３４の厚さと第４回折格子部材４４の厚さとの最適化を図ったが、代替的に、第２回折格子部材３４及び第４回折格子部材４４における屈折率変調の最適化を図ることで、式（３−３）を満足させてもよい。即ち、回折格子部材の作製時、高い屈折率（ｎH）を有する領域と低い屈折率（ｎL）を有する領域とを交互に形成することで干渉縞を形成するが、この干渉縞の形成の際の屈折率の値（ｎH，ｎL）を制御することで、式（３−３）を満足させることができる。
【００７４】
また、図２に概念図を示すように、代替的に、第１の導光板３０にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、第２の導光板４０にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることもできる。即ち、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４を、異なる２種類（赤色及び青色の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る２層の回折格子層４３Ｒ，４３Ｂ，４４Ｒ，４４Ｂが積層されて成る構成とし、一方、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４を、緑色といった１種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する１種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る単層の回折格子層３３Ｇ，３４Ｇから成る構成とする。次に述べる実施例２においても同様とすることができる。
【００７５】
あるいは又、図３に概念図を示すように、代替的に、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４を、異なる２種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に２種類の干渉縞が形成された構成とすることもできるし、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４を、異なる２種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に２種類の干渉縞が形成された構成とすることもできる。次に述べる実施例２においても同様とすることができる。
【実施例２】
【００７６】
実施例２は、実施例１の変形である。図４に実施例２の画像表示装置の概念図を示すが、実施例２の光学装置２０Ａにあっては、第４回折格子部材４４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層６０を備えている。ここで、補償層６０は、第４回折格子部材４４を構成する材料を回折反射させる回折格子層を構成する材料）と同じ材料から構成されている。第２回折格子部材３４における内部全反射率と、第４回折格子部材４４における内部全反射率とを等しくしているが、具体的には、第２回折格子部材３４の厚さ及び補償層６０の厚さの最適化を図ることによって、これを実現している。一方、比較例２においては、第４回折格子部材４４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層を備えておらず、この点が実施例２と相違する。
【００７７】
実施例２あるいは比較例２にあっては、±Ｙ0＝±１．０ｍｍ，±θ0＝±７度とした。また、瞳径を３．０ｍｍとした。そして、このような条件における、地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲（＋７度から−７度の画角範囲）で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１２に示し、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１３に示す。また、地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲（＋７度から−７度の画角範囲）で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを図１４に示す。併せて、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターン、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを、図１４に示す。尚、図１２、図１３、図１４、あるいは、後述する図１７、図１８、図１９において、「＋Ｒ」，「＋Ｂ」，「＋Ｒ」は、＋Ｙ0（＋１．０ｍｍ）における第２回折格子部材・規格化強度パターンを示し、「−Ｒ」，「−Ｂ」，「−Ｒ」は、−Ｙ0（−１．０ｍｍ）における第２回折格子部材・規格化強度パターンを示す。
【００７８】
更には、比較例２における同様の赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１７に示し、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１８に示し、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを図１９に示す。
【００７９】
そして、実施例２において、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける平均値
とし、それぞれを、以下の表２、表３、表４に示す。
【００８０】
更には、比較例２におけるこれらの値を、表５、表６、表７に示す。尚、比較例２は、上述したとおり、第４回折格子部材４４が、その外面、回折反射特性を有していない補償層を備えていない点が、実施例２と相違しているので、表２と表５、表３と表６とは、同じ内容となっている。
【００８１】
［表２］
実施例２：図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝１．０
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７５
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８２
【００８２】
［表３］
実施例２：図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４５
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．６８
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８３】
［表４］
実施例２：図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３５
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１５
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２５
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８４】
［表５］
比較例２：図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝１．０
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７５
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８２
【００８５】
［表６］
比較例２：図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４５
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．６８
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８６】
［表７］
比較例２：図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１２
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８５
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８７
【００８７】
尚、実施例２において、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを緑色に関して規格化したグラフを図１５に示し、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを緑色に関して規格化したグラフを図１６に示す。尚、図１５、図１６、あるいは、後述する図２０、図２１において、「＋（Ｒ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「Ａ」で示す），「＋（Ｂ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「Ｂ」で示す）は、＋Ｙ0（＋１．０ｍｍ）におけるグラフであり、「−（Ｒ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「ａ」で示す），「−（Ｂ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「ｂ」で示す）は、−Ｙ0（−１．０ｍｍ）におけるグラフである。
【００８８】
また、比較例２において、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフを図２０に示し、図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフを図２１に示す。
【００８９】
従って、実施例２の光学装置２０にあっては、赤色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０２
である。
【００９０】
また、実施例２の光学装置２０にあっては、青色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０２
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０
である。
【００９１】
一方、比較例２の光学装置にあっては、赤色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．２
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０８
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
であり、式（１−１）、式（１−３）、を満足していない。
【００９２】
更には、比較例２の光学装置にあっては、青色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１５
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１３
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１５
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０７
であり、式（１−１）、式（１−３）、式（２−２）、式（２−３）を満足していない。
【００９３】
こうして得られた実施例２の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳５０を地点（Ｘ0，０）（但し、Ｘ0＝１５ｍｍ）から、左右に１ｍｍ移動させたが（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に色ムラや輝度ムラは認められなかった。一方、比較例２の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳を地点（Ｘ0，０）から、左右に１ｍｍ移動させたところ（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に明らかな色ムラや輝度ムラが認められた。
【００９４】
尚、図５に概念図を示すように、第４回折格子部材４４と第２の導光板４０の第１面４１との間に回折反射特性を有していない補償層６０を備えている構成とすることもできる。あるいは又、図６に概念図を示すように、第２回折格子部材３４と第１の導光板３０の第１面３１との間に、回折反射特性を有していない補償層６０Ａを備える構成とすることもできる。ここで、補償層６０Ａは、第２回折格子部材３４を構成する材料と同じ材料から構成されている。そして、この場合においても、第２回折格子部材３４における内部全反射率は、第４回折格子部材４４における内部全反射率よりも低い。あるいは又、図７に概念図を示すように、第２回折格子部材３４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層６０Ａを備えている構成とすることもできる。
【００９５】
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。実施例において説明した画像表示装置の構成、構造は例示であり、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、実施例１の画像表示装置の概念図である。
【図２】図２は、実施例１の画像表示装置の変形例の概念図である。
【図３】図３は、実施例１の画像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図４】図４は、実施例２の画像表示装置の概念図である。
【図５】図５は、実施例２の画像表示装置の変形例の概念図である。
【図６】図６は、実施例２の画像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図７】図７は、実施例２の画像表示装置の更に別の変形例の概念図である。
【図８】図８は、実施例１の光学装置における赤色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例１の光学装置における青色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１の光学装置における緑色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例１の光学装置の回折格子部材において、反射回折によって失われる光量を実測した結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例２の光学装置における、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例２の光学装置における、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例２の光学装置における、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例２の光学装置における、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図１６】図１６は、実施例２の光学装置における、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図１７】図１７は、比較例２の光学装置における、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１８】図１８は、比較例２の光学装置における、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１９】図１９は、比較例２の光学装置における、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図２０】図２０は、比較例２の光学装置における、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図２１】図２１は、比較例２の光学装置における、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図２２】図２２は、従来の虚像表示装置の一例の概念図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０，１０Ａ・・・画像表示装置、１１・・・画像形成装置、１２・・・コリメート光学系、２０，２０Ａ・・・光学装置、２１・・・空気層、３０・・・第１の導光板、３１・・・第１の導光板の第１面、３２・・・第１の導光板の第２面、３３・・・第１回折格子部材、３４・・・第２回折格子部材、３３Ｒ，３３Ｂ，３４Ｒ，３４Ｂ，４３Ｇ，４４Ｇ・・・回折格子層、４０・・・第２の導光板、４１・・・第２の導光板の第１面、４２・・・第２の導光板の第２面、４３・・・第３回折格子部材、４４・・・第４回折格子部材、５０・・・瞳、６０，６０Ａ・・・補償層
【技術分野】
【０００１】
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、及び、係る光学装置を組み込んだ画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ホログラム回折格子を用いた虚像表示装置が、例えば、国際公開ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１から周知である。
【０００３】
図２２に、従来の虚像表示装置の一例の概念図を示す。カラーの画像表示素子１１１から出射したそれぞれ赤色、緑色、青色の略同一波長帯域を有する表示光は、コリメート光学系１１２を通して画角の互いに異なる平行光とされた後、表面（入射面）１３２から第１の導光板１３０に入射する。これらの平行光の内、例えば、赤色及び青色の波長帯域を有する平行光は、第１の反射型体積ホログラム回折格子１３３に入射し、平行光のまま回折反射され、第１の導光板１３０の内部において表面１３２と表面１３１との間で全反射を繰り返しながら、第１の導光板１３０の他端に設けられた第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に向けて進行する。第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に入射した赤色及び青色の波長帯域を有する平行光は、回折反射により全反射条件から外れ、第１の導光板１３０から出射し、観察者の瞳１５０に入射する。
【０００４】
一方、例えば、緑色の波長帯域を有する平行光は、第１の導光板１３０を経て第１の反射型体積ホログラム回折格子１３３に入射するが、ここでは回折反射されず、これを透過し、空気層を経て表面（入射面）１４２から第２の導光板１４０に入射する。そして、この平行光は、第３の反射型体積ホログラム回折格子１４３に入射し、平行光のまま回折反射され、第２の導光板１４０の内部において表面１４２と表面１４１との間で全反射を繰り返しながら、第２の導光板１４０の他端に設けられた第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に向けて進行する。第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射した緑色の波長帯域を有する平行光は、回折反射により全反射条件から外れ、表面（出射面）１４２から出射し、空気層を経て第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射されることなく透過し、第１の導光板１３０を経て表面１３２から出射し、観察者の瞳１５０に入射する。
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ ２００５／０９３４９３ Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射する平行光は、回折反射条件によって一部が瞳方向に回折反射され、残りは、単に反射される。尚、この残りの単に反射された平行光にあっては、反射型体積ホログラム回折格子の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる。ここで、図２２において、単に反射された平行光は図示していない。
【０００７】
図２２に示した従来の虚像表示装置において、赤色及び青色を回折反射する第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性と、緑色を回折反射する第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性とは、通常、相違している。また、たとえ、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４を材料から作製したとしても、例えば積層等によって厚さが異なることによる光学的特性の違いは無視できない。
【０００８】
そして、このように、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性と第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性が異なると、第１の導光板１３０内を伝播し、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射された赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量と、第２の導光板１４０内を伝播し、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射された緑色の波長帯域を有する光の光量とに相違が生じてしまう。そして、その結果、瞳１５０で観察したときに、画像に色ムラや輝度ムラが生じる。
【０００９】
例えば、第１の導光板１３０内を伝播し、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に第１回目に入射する直前の光の光量を「ＡＬ1」とし、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射され、第１の導光板１３０から出射される光の光量の割合を「α」とし、残りの単に反射された平行光において、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる割合を「α2」とすると、第１の導光板１３０から第１回目に出射される光の光量は、「α×ＡＬ1」である。また、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に第２回目に入射する直前の光の光量は「（１−α）×（１−α2）×ＡＬ1」であり、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４にて回折反射され、第１の導光板１３０から第２回目に出射される光の光量は「α×（１−α）×（１−α2）×ＡＬ1」となる。従って、例えば、第１の導光板１３０から第１回目及び第２回目に出射される光の光量の合計量は、
｛α＋α×（１−α）×（１−α2）｝×ＡＬ1
である。
【００１０】
一方、第２の導光板１４０内を伝播し、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に第１回目に入射する直前の光の光量を「ＡＬ2」とし、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射され、最終的に第１の導光板１３０から出射される光の光量の割合を「β」とし、残りの単に反射された平行光において、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４の光学的特性（例えば、吸収や散乱）によって、その有するエネルギーの一部（即ち、光量の一部）が失われる割合を「β2」とすると、最終的に第１の導光板１３０から第１回目に出射される光の光量は、「β×ＡＬ2」である。また、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に第２回目に入射する直前の光の光量は「（１−β）×（１−β2）×ＡＬ2」であり、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４にて回折反射され、最終的に第１の導光板１３０から第２回目に出射される光の光量は「β×（１−β）×（１−β2）×ＡＬ2」となる。従って、例えば、第２の導光板１４０から第１回目及び第２回目に出射される光の光量の合計量は、
｛β＋β×（１−β）×（１−β2）｝×ＡＬ2
である。
【００１１】
ここで、理想的な状態として、α＝β及びα2＝β2とすれば、赤色及び青色の波長帯域を有し、第１の導光板１３０から出射される光の光量と、緑色の波長帯域を有し、最終的に第１の導光板１３０から出射される光の光量との割合は、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４における回折反射に何ら依存しない。
【００１２】
然るに、上述したとおり、実際には、通常、α、α2の値とβ、β2の値が相違するので、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４に入射する直前の赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量ＡＬ1と、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４に入射する直前の緑色の波長帯域を有する光の光量ＡＬ2との割合（ＡＬ2／ＡＬ1）0が、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４における回折反射及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４における回折反射によって、保存されなくなるといった問題が生じる。
【００１３】
そして、このような問題が生じると、上述したとおり、観察される画像（虚像）に色ムラや輝度ムラが生じる原因となる。特に、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４及び第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４において、多数回、回折反射が繰り返される場合、（ＡＬ2／ＡＬ1）0からの逸脱が大きくなる。即ち、第２の反射型体積ホログラム回折格子１３４から回折反射された赤色及び青色の波長帯域を有する光の光量と、第４の反射型体積ホログラム回折格子１４４から回折反射された緑色の波長帯域を有する光の光量との差が大きくなる。それ故、瞳１５０を移動したときに、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が異なり、結果的に、観察部の瞳径を大きくとることができなくなるといった問題が生じる。
【００１４】
従って、本発明の目的は、導光板が積層された構造を有する画像形成装置において、例えば、画像観察者の瞳が移動したときにも、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が左程大きくならず、画像に色ムラや輝度ムラが生じ難い構造、構成を有する光学装置、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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の光学装置は、
（Ａ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置である。
【００１６】
そして、第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする。
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の画像表示装置は、画像形成装置と、画像形成装置から出射された光束を平行光とするコリメート光学系と、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光が入射され、導光され、出射される光学装置とから成る画像表示装置であって、光学装置は上記の構成、構造を有する。
【００１８】
本発明の光学装置あるいは本発明の画像表示装置における光学装置（以下、これらを総称して、『本発明の光学装置等』と呼ぶ）にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有するが、具体的には、
第２回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第２回折格子部材の法線をＸ軸、原点を通る第１の導光板の軸線をＹ軸とし、
第２回折格子部材によって回折反射され、第１の導光板の第２面から出射された平行光に基づく像を観察するＸ軸上の地点（Ｘ0，０）と、第２回折格子部材によって回折反射された平行光であってＸ−Ｙ平面内に位置する平行光の内、最も第１回折格子部材に近い平行光との成す角度を画角θ0、最も第１回折格子部材に遠い平行光との成す角度を画角−θ0としたときであって、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとし、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−１）
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−２）
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦５×１０-2 （１−３）
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−１）
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−２）
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦５×１０-2 （２−３）
を満足する形態とすることができる。
【００１９】
但し、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける平均値
である。
【００２０】
あるいは又、本発明の光学装置等にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有するが、具体的には、第２回折格子部材の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足する形態とすることができる。
【００２１】
但し、
η2：第２回折格子部材の回折効率
θ2：第２回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材の回折効率
θ4：第４回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
である。
【００２２】
ここで、式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材の厚さと第４回折格子部材の厚さとの最適化を図ることが望ましく、あるいは又、第２回折格子部材及び第４回折格子部材における屈折率変調の最適化を図ることが望ましく、あるいは又、第２回折格子部材は、その外面、あるいは、第１の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることが望ましく、あるいは又、第４回折格子部材は、その外面、あるいは、第２の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることが望ましい。あるいは又、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することで、回折格子部材を作製する場合、物体光及び参照光の照射時間を制御することで、上述したＡ2，Ａ4が変化する結果、式（３−３）を満足させることも可能である。
【００２３】
補償層は、例えば、回折格子部材を構成する材料と同じ材料や、回折格子部材を構成する材料と同じ材料に散乱材料や吸収材料を添加したものから構成することができる。補償層における光学的特性の制御は、例えば、補償層を構成する材料の選定、補償層の厚さの選定、補償層に含まれる散乱材料や吸収材料や添加割合の選定といった方法に基づき行うことができる。尚、回折反射特性を有していない補償層として、回折格子部材と同じ構成であるが、例えば、何ら干渉縞が形成されていないもの、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ものを挙げることができる。
【００２４】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光学装置等において、第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され；第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることができる。あるいは又、第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され；第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることができる。
【００２５】
尚、以下の説明における画角θとは、より厳密には、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。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。更には、干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材（あるいは回折格子層）の表面と干渉縞の成す角度を意味する。
【００２６】
以上に説明した好ましい構成を含む本発明の光学装置等において、第１回折格子部材〜第４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。そして、各回折格子部材には、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。
【００２７】
本発明の光学装置等において、第１回折格子部材あるいは第３回折格子部材を、異なるＰ種類（例えば、Ｐ＝２であり、赤色、緑色、青色の３種類の内の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光を回折反射させるために、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種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に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。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）を有する平行光が第１回折格子部材あるいは第３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。第２回折格子部材及び第４回折格子部材も同様とすることができる。
【００２８】
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り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。
【００２９】
また、本発明の光学装置等においては、コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光を第１の導光板及び第２の導光板に入射することが望ましいが、このような、平行光であることの要請は、これら光が第１の導光板及び第２の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第１の導光板から出射された後も、また、第３回折格子部材と第４回折格子部材を介して、最終的に第１の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平行光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とされる場合には、第１の導光板及び第２の導光板においては、進行方位の異なる複数の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。第１回折格子部材及び第３回折格子部材においては、第１の導光板及び第２の導光板に入射された平行光が第１の導光板及び第２の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板及び第２の導光板に入射された平行光が回折反射される。更には、第２回折格子部材あるいは第４回折格子部材においては、第１の導光板及び第２の導光板の内部を全反射により伝播した平行光が回折反射され、第１の導光板及び第２の導光板から平行光の状態で出射される。
【００３０】
本発明の光学装置等において、第１の導光板は、第１の導光板の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面及び第２面）を有している。また、第２の導光板も、第２の導光板の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面及び第２面）を有している。ここで、平行光が入射する導光板の面を導光板入射面、平行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の導光板及び第２の導光板にあっては、第２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１面に第１回折格子部材及び第３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回折格子部材及び第３回折格子部材が配置されている。
【００３１】
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。導光板の形状は、平板に限定するものではなく、湾曲した形状を有していてもよい。
【００３２】
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〜第４回折格子部材の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や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。
【００３３】
本発明の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光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。画像形成装置を構成する画素の数は、画像形成装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０を例示することができる。画像形成装置は、周知の画像形成装置駆動装置、具体的には、上述した各種の発光素子、ライト・バルブや走査光学系等を制御する周知の駆動装置によって駆動することができる。
【００３４】
例えば、発光素子から構成された画像形成装置、発光素子とライト・バルブとから構成された画像形成装置として、より具体的には、以下の構成を例示することができる。
【００３５】
［画像形成装置−Ａ］
画像形成装置−Ａは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から射出された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズムであり、以下の説明においても同様である）、
を備えており、
第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御する。
【００３６】
［画像形成装置−Ｂ］
画像形成装置−Ｂは、
（α）青色を発光する第１発光素子、及び、青色を発光する第１発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第１光通過制御装置［一種のライト・バルブであり、例えば、液晶表示装置やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）から構成され、以下の説明においても同様である］から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子、及び、緑色を発光する第２発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第２光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子、及び、赤色を発光する第３発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御するための第３光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１光通過制御装置、第２光通過制御装置及び第３光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。第１発光素子、第２発光素子、第３発光素子から射出された射出光を光通過制御装置へと案内するための手段（光案内部材）として、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することができる。
【００３７】
［画像形成装置−Ｃ］
画像形成装置−Ｃは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネル、及び、第１発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための青色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネル、及び、第２発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための緑色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネル、及び、第３発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御するための赤色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）青色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び赤色光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段を備えており、
光通過制御装置（ライト・バルブ）によってこれらの第１発光素子パネル、第２発光素子パネル及び第３発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００３８】
［画像形成装置−Ｄ］
画像形成装置−Ｄは、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子を備えた第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子を備えた第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子を備えた第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から射出された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００３９】
［画像形成装置−Ｅ］
画像形成装置−Ｅも、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光素子パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光素子パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光素子パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置のそれぞれから射出された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から射出された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子パネルから射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００４０】
［画像形成装置−Ｆ］
画像形成装置−Ｆは、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのカラー表示の画像形成装置である。
【００４１】
［画像形成装置−Ｇ］
画像形成装置−Ｇは、２次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの射出光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）を備えており、発光素子ユニットにおける第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子から射出された射出光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置である。
【００４２】
本発明の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。
【００４３】
本発明の画像表示装置を、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。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の光学装置及び画像表示装置にあっては、第２回折格子部材と第４回折格子部材とは等しい内部反射率を有する。従って、例えば、第２回折格子部材に入射する直前の光の光量と、第４回折格子部材に入射する直前の光の光量との割合が、第２回折格子部材における回折反射及び第４回折格子部材における回折反射によって、保存されなくなるといった問題が生じることがない。その結果、例えば、画像観察者の瞳が移動したときにも、赤色、緑色、青色の光の輝度の変化（差異）が左程大きくならず、画像に色ムラや輝度ムラが生じ難い。また、観察部の瞳径を大きくとることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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】
【００４６】
実施例１は、本発明の光学装置及び画像表示装置に関する。実施例１の画像表示装置の概念図を図１に示す。
【００４７】
実施例１あるいは後述する実施例２における画像表示装置１０，１０Ａ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とされた平行光が入射され、導光され、出射される光学装置２０，２０Ａ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。尚、参照番号５０は、画像観察者の瞳である。
【００４８】
そして、実施例１における光学装置２０あるいは後述する実施例２における光学装置２０Ａは、第１の導光板３０、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第２の導光板４０、第３回折格子部材４３、及び、第４回折格子部材４４を備えている。
【００４９】
ここで、第１の導光板３０は、第１面３１、及び、この第１面３１と対向する第２面３２を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面３２から出射される。また、第１回折格子部材３３は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板３０に配設されており、第１の導光板３０に入射されたこの平行光が第１の導光板３０の内部で全反射されるように、第１の導光板３０に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第２回折格子部材３４は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板３０の第１面３１に配設されており、第１の導光板３０の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板３０から平行光のまま第２面３２から出射する。
【００５０】
また、第２の導光板４０は、第１面４１、及び、この第１面４１と対向する第２面４２を有し、上記の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面４２から出射される。更には、第３回折格子部材４３は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板４０に配設されており、第２の導光板４０に入射されたこの平行光が第２の導光板４０の内部で全反射されるように、第２の導光板４０に入射されたこの平行光を回折反射する。また、第４回折格子部材４４は、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板４０の第１面４１に配設されており、第２の導光板４０の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板４０から平行光のまま第２面４２から出射する。
【００５１】
ここで、第１の導光板３０の第１面３１と第２の導光板４０の第２面４２とが空気層２１を介して対向した状態で、第１の導光板３０と第２の導光板４０とは積層されており、第２の導光板４０の第２面４２から出射された平行光は、空気層２１、第２回折格子部材３４及び第１の導光板３０を通過して、第１の導光板３０の第２面３２から出射される。
【００５２】
尚、光学装置２０，２０Ａの構成、構造に依存するが、第１の導光板３０に入射した平行光の一部が、第１回折格子部材３３で回折反射されることなく、第１回折格子部材３３を通過し、空気層２１を経由して、第２の導光板４０に入射する。但し、第２の導光板４０に入射した平行光の一部が、第３回折格子部材４３で回折反射されることなく、第３回折格子部材４３を通過し、第１の導光板３０に入射する構造としてもよい。
【００５３】
そして、実施例１にあっては、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有する。
【００５４】
尚、実施例１あるいは後述する実施例２にあっては、光学装置２０，２０Ａにおいて、第１の導光板３０は、上述したとおり、第１の導光板３０の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面３１及び第２面３２）を有している。また、第２の導光板４０も、上述したとおり、第２の導光板４０の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面４１及び第２面４２）を有している。ここで、平行光が入射する導光板３０，４０の面を導光板入射面、平行光が出射する導光板３０，４０の面を導光板出射面としたとき、実施例１における第１の導光板３０及び第２の導光板４０にあっては、第２面３２，４２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る。但し、これに限定するものではなく、第１面３１，４１によって導光板入射面が構成され、第２面３２，４２によって導光板出射面が構成されていてもよい。実施例１あるいは後述する実施例２にあっては、上述したとおり、第１面３１，４１に第１回折格子部材３３及び第３回折格子部材４３が配置されている。
【００５５】
実施例１において、第１の導光板３０にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。具体的には、限定するものではないが、実施例１にあっては、赤色及び青色の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。一方、第２の導光板４０にあっては、３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。具体的には、緑色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される。
【００５６】
実施例１にあっては、第１の導光板３０及び第２の導光板４０を光学ガラス（ＢＫ７）から作製した。また、第１回折格子部材３３、第２回折格子部材３４、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４は、フォトポリマー材料から成り、その内部から表面に亙り、所定の干渉縞が形成されている。
【００５７】
具体的には、実施例１にあっては、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４は、異なる２種類（赤色及び青色の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る２層の回折格子層３３Ｒ，３３Ｂ，３４Ｒ，３４Ｂが積層されて成る。尚、このような回折格子層の積層は、２層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、２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）すればよく、あるいは又、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り付けて回折格子層を作製することで、２層の回折格子層を作製してもよい。一方、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４は、緑色といった１種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する１種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る単層の回折格子層４３Ｇ，４４Ｇから成る。
【００５８】
実施例１の光学装置２０にあっては、第２回折格子部材３４と第４回折格子部材４４とは、等しい内部反射率を有するが、具体的には、第２回折格子部材３４の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材４４の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足する。ここで、各パラメータを、以下の表１に規定する。
【００５９】
［表１］
η2：第２回折格子部材３４の回折効率
θ2：第２回折格子部材３４の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材３４に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材３４における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材４４の回折効率
θ4：第４回折格子部材４４の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材４４に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材４４における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
【００６０】
光学装置２０における各回折格子部材の光透過率を実測した結果を、図８（赤色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）、図９（青色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）、及び、図１０（緑色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子）に示す。これらの図において、「ＢＬ」で示すベースラインの光透過率の値に、反射型体積ホログラム回折格子と空気との境界面におけるフレネル反射に基づく表面反射率（一般に、約８％）を加えた値が、反射型体積ホログラム回折格子における垂直入射光の光透過率Ａ2，Ａ4である。図８、図９及び図１０に示した例では、垂直入射光の光透過率は、それぞれ、Ａ2＝８８％、Ａ2＝８８％、Ａ4＝９８％である。
【００６１】
導光板内を全反射して進行する平行光にあっては、回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度（全反射角度）をθ2，θ4としたとき、例えば、回折格子部材の第１面から出発した平行光が第２面において全反射され、再び回折格子部材の第１面に到達するまでに、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝で与えられる規格化された距離を通過するので、透過率は、Ａ2［θ2］，Ａ4［θ4］となる。尚、この透過率には、回折格子部材における吸収、散乱の両方の因子が含まれているが、これらを峻別する必要はない。
【００６２】
ところで、緑色の平行光を回折反射する反射型体積ホログラム回折格子において、反射回折によって失われる光量を実測した結果を図１１に示す。ここで、反射回折によって失われる光量の最大値は、図１１において線分ＢＬ’で示す値である。従って、回折効率η4は、図１１における実線矢印で示される値を、点線矢印で示される値で除することで求めることができる。回折効率η2も同様にして求めることができる。
【００６３】
このようにして、η2，Ａ2，η4，Ａ4を実測にて求めることができるので、式（３−１）、式（３−２）から内部反射率Ｔ2，Ｔ4を求めることができる。尚、回折格子部材においては、回折格子部材に入射する平行光の一部が回折反射されて導光板から出射され、残りの平行光は回折格子部材によって単に反射され、導光板内を伝播し、導光板の第２面で全反射し、再び回折格子部材に入射する。
【００６４】
図１１にて示した反射回折によって光量が失われる状態にあっては、回折格子部材に第１回目に入射する直前の光の光量を「１００」としたとき、回折格子部材に第１回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「４１」であり、回折格子部材に第２回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「１９」であり、回折格子部材に第３回目に入射し、回折反射されて導光板から出射する光の光量は「９」であった。
【００６５】
式（３−３）を満足させるために、実施例１にあっては、第２回折格子部材３４の厚さと第４回折格子部材４４の厚さとの最適化を図った。
【００６６】
回折格子部材における回折効率等の議論を一般化するために、以下のパラメータを規定する。
【００６７】
Ｔ：回折格子部材の内部反射率
η：回折格子部材の回折効率
θ：回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ：回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの回折格子部材における光透過率
Ａ［θ］：光透過率Ａを底、｛２／ｃｏｓ（θ）｝を指数とする累乗の値
【００６８】
このとき、回折格子部材の内部反射率Ｔは、
Ｔ＝（１−η）×Ａ［θ］
で表すことができる。
【００６９】
ここで、回折格子部材の回折効率ηとＡ［θ］の値との組合せ（η，Ａ［θ］）から求められたＴの値Ｔ（η，Ａ［θ］）は、以下のとおりである。
【００７０】
Ｔ（０．２，１．０）＝０．８×１．０＝０．８
Ｔ（０．２，０．８）＝０．８×０．８＝０．６４
Ｔ（０．２，０．７）＝０．８×０．７＝０．５６
Ｔ（０．２，０．６）＝０．８×０．６＝０．４８
Ｔ（０．２，０．４）＝０．８×０．４＝０．３２
Ｔ（０．３，１．０）＝０．７×１．０＝０．７
Ｔ（０．３，０．８）＝０．７×０．８＝０．５６
Ｔ（０．３，０．７）＝０．７×０．７＝０．４９
Ｔ（０．３，０．６）＝０．７×０．６＝０．４２
Ｔ（０．３，０．４）＝０．７×０．４＝０．２８
Ｔ（０．４，１．０）＝０．６×１．０＝０．６
Ｔ（０．４，０．８）＝０．６×０．８＝０．４８
Ｔ（０．４，０．７）＝０．６×０．７＝０．４２
Ｔ（０．４，０．６）＝０．６×０．６＝０．３６
Ｔ（０．４，０．４）＝０．６×０．４＝０．２４
【００７１】
従って、例えば、回折格子部材の回折効率η＝０．２、Ａ［θ］＝０．６の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．２，０．６）の値（０．４８）は、回折格子部材の回折効率η＝０．４、Ａ［θ］＝０．８の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．２，０．６）の値（０．４８）と同じであり、あるいは又、回折格子部材の回折効率η＝０．３、Ａ［θ］＝０．７の場合の回折格子部材の内部反射率Ｔ（０．３，０．７）の値（０．４９）とほぼ同じである。従って、回折格子部材の回折効率η及びＡ［θ］の適切な値が得られるように回折格子部材を設計することで、所望の内部反射率を有する回折格子部材を作製することができる。
【００７２】
こうして得られた実施例１の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳５０を地点（Ｘ0，０）（但し、Ｘ0＝１５ｍｍ）から、左右に１ｍｍ移動させたが（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に色ムラや輝度ムラは認められなかった。
【００７３】
尚、以上に説明した回折格子部材にあっては、第２回折格子部材３４の厚さと第４回折格子部材４４の厚さとの最適化を図ったが、代替的に、第２回折格子部材３４及び第４回折格子部材４４における屈折率変調の最適化を図ることで、式（３−３）を満足させてもよい。即ち、回折格子部材の作製時、高い屈折率（ｎH）を有する領域と低い屈折率（ｎL）を有する領域とを交互に形成することで干渉縞を形成するが、この干渉縞の形成の際の屈折率の値（ｎH，ｎL）を制御することで、式（３−３）を満足させることができる。
【００７４】
また、図２に概念図を示すように、代替的に、第１の導光板３０にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、第２の導光板４０にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射される形態とすることもできる。即ち、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４を、異なる２種類（赤色及び青色の２種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る２層の回折格子層４３Ｒ，４３Ｂ，４４Ｒ，４４Ｂが積層されて成る構成とし、一方、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４を、緑色といった１種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する１種類の光を回折反射させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成る単層の回折格子層３３Ｇ，３４Ｇから成る構成とする。次に述べる実施例２においても同様とすることができる。
【００７５】
あるいは又、図３に概念図を示すように、代替的に、第１回折格子部材３３及び第２回折格子部材３４を、異なる２種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に２種類の干渉縞が形成された構成とすることもできるし、第３回折格子部材４３及び第４回折格子部材４４を、異なる２種類の波長帯域（あるいは、波長）を有する２種類の光を回折反射させるために、１層の回折格子層に２種類の干渉縞が形成された構成とすることもできる。次に述べる実施例２においても同様とすることができる。
【実施例２】
【００７６】
実施例２は、実施例１の変形である。図４に実施例２の画像表示装置の概念図を示すが、実施例２の光学装置２０Ａにあっては、第４回折格子部材４４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層６０を備えている。ここで、補償層６０は、第４回折格子部材４４を構成する材料を回折反射させる回折格子層を構成する材料）と同じ材料から構成されている。第２回折格子部材３４における内部全反射率と、第４回折格子部材４４における内部全反射率とを等しくしているが、具体的には、第２回折格子部材３４の厚さ及び補償層６０の厚さの最適化を図ることによって、これを実現している。一方、比較例２においては、第４回折格子部材４４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層を備えておらず、この点が実施例２と相違する。
【００７７】
実施例２あるいは比較例２にあっては、±Ｙ0＝±１．０ｍｍ，±θ0＝±７度とした。また、瞳径を３．０ｍｍとした。そして、このような条件における、地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲（＋７度から−７度の画角範囲）で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１２に示し、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１３に示す。また、地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲（＋７度から−７度の画角範囲）で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを図１４に示す。併せて、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターン、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを、図１４に示す。尚、図１２、図１３、図１４、あるいは、後述する図１７、図１８、図１９において、「＋Ｒ」，「＋Ｂ」，「＋Ｒ」は、＋Ｙ0（＋１．０ｍｍ）における第２回折格子部材・規格化強度パターンを示し、「−Ｒ」，「−Ｂ」，「−Ｒ」は、−Ｙ0（−１．０ｍｍ）における第２回折格子部材・規格化強度パターンを示す。
【００７８】
更には、比較例２における同様の赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１７に示し、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを図１８に示し、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを図１９に示す。
【００７９】
そして、実施例２において、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：
第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材３４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：
第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：
地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：
第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材４４で回折反射され第１の導光板３０から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：
第４規格化パターンにおける平均値
とし、それぞれを、以下の表２、表３、表４に示す。
【００８０】
更には、比較例２におけるこれらの値を、表５、表６、表７に示す。尚、比較例２は、上述したとおり、第４回折格子部材４４が、その外面、回折反射特性を有していない補償層を備えていない点が、実施例２と相違しているので、表２と表５、表３と表６とは、同じ内容となっている。
【００８１】
［表２］
実施例２：図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝１．０
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７５
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８２
【００８２】
［表３］
実施例２：図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４５
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．６８
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８３】
［表４］
実施例２：図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３５
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１５
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２５
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８４】
［表５］
比較例２：図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝１．０
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．７５
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８２
【００８５】
［表６］
比較例２：図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．４５
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．３
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．６８
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８
【００８６】
［表７］
比較例２：図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づく
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．２
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．０５
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0） ＝１．１２
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．９５
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８５
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）＝０．８７
【００８７】
尚、実施例２において、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを緑色に関して規格化したグラフを図１５に示し、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを緑色に関して規格化したグラフを図１６に示す。尚、図１５、図１６、あるいは、後述する図２０、図２１において、「＋（Ｒ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「Ａ」で示す），「＋（Ｂ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「Ｂ」で示す）は、＋Ｙ0（＋１．０ｍｍ）におけるグラフであり、「−（Ｒ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「ａ」で示す），「−（Ｂ−Ｇ）／Ｇ」（曲線「ｂ」で示す）は、−Ｙ0（−１．０ｍｍ）におけるグラフである。
【００８８】
また、比較例２において、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフを図２０に示し、図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフを図２１に示す。
【００８９】
従って、実施例２の光学装置２０にあっては、赤色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０２
である。
【００９０】
また、実施例２の光学装置２０にあっては、青色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０５
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０２
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０
である。
【００９１】
一方、比較例２の光学装置にあっては、赤色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．２
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．０８
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
であり、式（１−１）、式（１−３）、を満足していない。
【００９２】
更には、比較例２の光学装置にあっては、青色に関して、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１５
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ＝０．１３
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０５
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．１５
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜＝０．０７
であり、式（１−１）、式（１−３）、式（２−２）、式（２−３）を満足していない。
【００９３】
こうして得られた実施例２の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳５０を地点（Ｘ0，０）（但し、Ｘ0＝１５ｍｍ）から、左右に１ｍｍ移動させたが（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に色ムラや輝度ムラは認められなかった。一方、比較例２の画像表示装置に基づき、画像を観察したところ、画像観察者の瞳を地点（Ｘ0，０）から、左右に１ｍｍ移動させたところ（±Ｙ0＝±１ｍｍ）、観察された画像に明らかな色ムラや輝度ムラが認められた。
【００９４】
尚、図５に概念図を示すように、第４回折格子部材４４と第２の導光板４０の第１面４１との間に回折反射特性を有していない補償層６０を備えている構成とすることもできる。あるいは又、図６に概念図を示すように、第２回折格子部材３４と第１の導光板３０の第１面３１との間に、回折反射特性を有していない補償層６０Ａを備える構成とすることもできる。ここで、補償層６０Ａは、第２回折格子部材３４を構成する材料と同じ材料から構成されている。そして、この場合においても、第２回折格子部材３４における内部全反射率は、第４回折格子部材４４における内部全反射率よりも低い。あるいは又、図７に概念図を示すように、第２回折格子部材３４は、その外面、回折反射特性を有していない補償層６０Ａを備えている構成とすることもできる。
【００９５】
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。実施例において説明した画像表示装置の構成、構造は例示であり、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】図１は、実施例１の画像表示装置の概念図である。
【図２】図２は、実施例１の画像表示装置の変形例の概念図である。
【図３】図３は、実施例１の画像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図４】図４は、実施例２の画像表示装置の概念図である。
【図５】図５は、実施例２の画像表示装置の変形例の概念図である。
【図６】図６は、実施例２の画像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図７】図７は、実施例２の画像表示装置の更に別の変形例の概念図である。
【図８】図８は、実施例１の光学装置における赤色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例１の光学装置における青色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１の光学装置における緑色の平行光を回折反射する回折格子部材の光透過率を実測した結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例１の光学装置の回折格子部材において、反射回折によって失われる光量を実測した結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例２の光学装置における、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例２の光学装置における、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例２の光学装置における、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例２の光学装置における、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１２に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図１６】図１６は、実施例２の光学装置における、図１４に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１３に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図１７】図１７は、比較例２の光学装置における、赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１８】図１８は、比較例２の光学装置における、青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図１９】図１９は、比較例２の光学装置における、緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを示すグラフである。
【図２０】図２０は、比較例２の光学装置における、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１７に示した赤色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図２１】図２１は、比較例２の光学装置における、図１９に示した緑色に関する第４回折格子部材・規格化強度パターンを基準として、図１８に示した青色に関する第２回折格子部材・規格化強度パターンを規格化したグラフである。
【図２２】図２２は、従来の虚像表示装置の一例の概念図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０，１０Ａ・・・画像表示装置、１１・・・画像形成装置、１２・・・コリメート光学系、２０，２０Ａ・・・光学装置、２１・・・空気層、３０・・・第１の導光板、３１・・・第１の導光板の第１面、３２・・・第１の導光板の第２面、３３・・・第１回折格子部材、３４・・・第２回折格子部材、３３Ｒ，３３Ｂ，３４Ｒ，３４Ｂ，４３Ｇ，４４Ｇ・・・回折格子層、４０・・・第２の導光板、４１・・・第２の導光板の第１面、４２・・・第２の導光板の第２面、４３・・・第３回折格子部材、４４・・・第４回折格子部材、５０・・・瞳、６０，６０Ａ・・・補償層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、
第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、
第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
第２回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第２回折格子部材の法線をＸ軸、原点を通る第１の導光板の軸線をＹ軸とし、
第２回折格子部材によって回折反射され、第１の導光板の第２面から出射された平行光に基づく像を観察するＸ軸上の地点（Ｘ0，０）と、第２回折格子部材によって回折反射された平行光であってＸ−Ｙ平面内に位置する平行光の内、最も第１回折格子部材に近い平行光との成す角度を画角θ0、最も第１回折格子部材に遠い平行光との成す角度を画角−θ0としたときであって、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとし、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−１）
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−２）
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦５×１０-2 （１−３）
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−１）
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−２）
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦５×１０-2 （２−３）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
但し、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：第４規格化パターンにおける平均値
【請求項３】
第２回折格子部材の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
但し、
η2：第２回折格子部材の回折効率
θ2：第２回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材の回折効率
θ4：第４回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
【請求項４】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材の厚さと第４回折格子部材の厚さとの最適化を図ることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材及び第４回折格子部材における屈折率変調の最適化を図ることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項６】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材は、その外面、あるいは、第１の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項７】
式（３−３）を満足させるために、第４回折格子部材は、その外面、あるいは、第２の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項８】
第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、
第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、
第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
画像形成装置と、
画像形成装置から出射された光束を平行光とするコリメート光学系と、
コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光が入射され、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−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、
第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、
第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
（Ａ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、
第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、
第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
第２回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第２回折格子部材の法線をＸ軸、原点を通る第１の導光板の軸線をＹ軸とし、
第２回折格子部材によって回折反射され、第１の導光板の第２面から出射された平行光に基づく像を観察するＸ軸上の地点（Ｘ0，０）と、第２回折格子部材によって回折反射された平行光であってＸ−Ｙ平面内に位置する平行光の内、最も第１回折格子部材に近い平行光との成す角度を画角θ0、最も第１回折格子部材に遠い平行光との成す角度を画角−θ0としたときであって、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第２回折格子部材・規格化強度パターンとし、
地点（Ｘ0，０）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを第４回折格子部材・規格化強度パターンとしたとき、
｜Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−１）
｜Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦１×１０-1 （１−２）
｜Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）−Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）｜ ≦５×１０-2 （１−３）
｜Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−１）
｜Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦１×１０-1 （２−２）
｜Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）−Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）｜≦５×１０-2 （２−３）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
但し、
Ｍａｘ1（Ｘ0，Ｙ0）：地点（Ｘ0，Ｙ0）［但し、Ｙ0＞０］において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第１規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ1（Ｘ0，Ｙ0）：第１規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ1（Ｘ0，Ｙ0）：第１規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ2（Ｘ0，−Ｙ0）：地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第２回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第２回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第２規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ2（Ｘ0，−Ｙ0）：第２規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ2（Ｘ0，−Ｙ0）：第２規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ3（Ｘ0，Ｙ0）：地点（Ｘ0，Ｙ0）において−θ0から＋θ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第３規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ3（Ｘ0，Ｙ0）：第３規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ3（Ｘ0，Ｙ0）：第３規格化パターンにおける平均値
Ｍａｘ4（Ｘ0，−Ｙ0）：地点（Ｘ0，−Ｙ0）において−θ0からθ0の画角範囲で観察された、第４回折格子部材で回折反射され第１の導光板から出射された平行光の光強度パターンを、第４回折格子部材・規格化強度パターンに基づき規格化して得られる第４規格化パターンにおける最大値
Ｍｉｎ4（Ｘ0，−Ｙ0）：第４規格化パターンにおける最小値
Ａｖｅ4（Ｘ0，−Ｙ0）：第４規格化パターンにおける平均値
【請求項３】
第２回折格子部材の内部反射率をＴ2、第４回折格子部材の内部反射率をＴ4としたとき、Ｔ2，Ｔ4は、それぞれ、
Ｔ2＝（１−η2）×Ａ2［θ2］ （３−１）
Ｔ4＝（１−η4）×Ａ4［θ4］ （３−２）
で表され、
０．８≦｜Ｔ2／Ｔ4｜≦１．２ （３−３）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
但し、
η2：第２回折格子部材の回折効率
θ2：第２回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ2：第２回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第２回折格子部材における光透過率
Ａ2［θ2］：光透過率Ａ2を底、｛２／ｃｏｓ（θ2）｝を指数とする累乗の値
η4：第４回折格子部材の回折効率
θ4：第４回折格子部材の内部における平行光の全反射の角度
Ａ4：第４回折格子部材に平行光が法線方向から入射し、法線方向に出射したと想定したときの第４回折格子部材における光透過率
Ａ4［θ4］：光透過率Ａ4を底、｛２／ｃｏｓ（θ4）｝を指数とする累乗の値
【請求項４】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材の厚さと第４回折格子部材の厚さとの最適化を図ることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材及び第４回折格子部材における屈折率変調の最適化を図ることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項６】
式（３−３）を満足させるために、第２回折格子部材は、その外面、あるいは、第１の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項７】
式（３−３）を満足させるために、第４回折格子部材は、その外面、あるいは、第２の導光板の第１面との間に、回折反射特性を有していない補償層を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項８】
第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の２色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、
第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの１色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
第１の導光板にあっては、赤色、緑色及び青色の３色の平行光の内の１色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射され、
第２の導光板にあっては、該３色の平行光の内の残りの２色の平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、出射されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
画像形成装置と、
画像形成装置から出射された光束を平行光とするコリメート光学系と、
コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた平行光が入射され、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−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第１の導光板、
（Ａ−２）第１の導光板に入射された該平行光が第１の導光板の内部で全反射されるように、第１の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板に配設された第１回折格子部材、及び、
（Ａ−３）第１の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第１の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第１の導光板の第１面に配設された第２回折格子部材、並びに、
（Ｂ−１）第１面、及び、該第１面と対向する第２面を有し、平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、第２面から出射される第２の導光板、
（Ｂ−２）第２の導光板に入射された該平行光が第２の導光板の内部で全反射されるように、第２の導光板に入射された該平行光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板に配設された第３回折格子部材、及び、
（Ｂ−３）第２の導光板の内部を全反射により伝播した該平行光を、複数回、回折反射し、第２の導光板から平行光のまま第２面から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、第２の導光板の第１面に配設された第４回折格子部材、
を備えた光学装置であって、
第１の導光板の第１面と第２の導光板の第２面とが空気層を介して対向した状態で、第１の導光板と第２の導光板とは積層されており、
第２の導光板の第２面から出射された平行光は、第２回折格子部材及び第１の導光板を通過して、第１の導光板の第２面から出射され、
第２回折格子部材と第４回折格子部材とは、等しい内部反射率を有することを特徴とする画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１８６７９４（Ｐ２００９−１８６７９４Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７２４２（Ｐ２００８−２７２４２）
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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