JP7795901B2 - レンズ部及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レンズ部及び表示装置に関する。

近年では、ユーザの頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを用いて、例えば仮想現実（ＶＲ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）を提供する技術が注目されている。ヘッドマウントディスプレイは、ユーザの眼前に設けられたディスプレイに画像が表示されるように構成されている。これにより、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザは、臨場感のある仮想現実空間を体験することができる。
このようなヘッドマウントディスプレイでは、薄型化及び軽量化の要望が高まっている。

特表２００３－５０４６６３号公報 特表２００３－５２９７９５号公報 特開２０１８－１０６１６０号公報 特開２０１９－５３１５２号公報 特開２０１９－１４８６２６号公報 特開２０１９－１４８６２７号公報

実施形態の目的は、表示品位を改善することが可能なレンズ部及び表示装置を提供することにある。

実施形態によれば、以下のレンズ部を提供することができる。

（１）
第１波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第１レンズ素子と、
前記第１レンズ素子に積層され、前記第１波長の前記第２円偏光を前記第１波長の前記第１円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第２レンズ素子と、を備え、
前記第１レンズ素子及び前記第２レンズ素子の各々は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
前記第１環状領域を囲む円、及び、前記第２環状領域を囲む円は、同一の中心を有し、
前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なり、
前記第１レンズ素子の前記第１環状領域は、前記第２レンズ素子の前記第１環状領域に重畳し、
前記第１レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向は、平面視において、前記中心を通る線について、前記第２レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向と線対称である、レンズ部。

（２）
第１波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第１レンズ素子と、
前記第１波長とは異なる第２波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第２レンズ素子と、
前記第１波長及び前記第２波長とは異なる第３波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第３レンズ素子と、を備え、
ｎを１以上の整数としたとき、
前記第１レンズ素子は、前記第１波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、前記第２波長及び前記第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有し、
前記第２レンズ素子は、前記第２波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、前記第１波長及び前記第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有し、
前記第３レンズ素子は、前記第３波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、前記第１波長及び前記第２波長に対する２ｎπの位相差と、を有し、
前記第１乃至第３レンズ素子において、前記第２波長に対する位相差は前記第１波長に対する位相差より小さく、前記第３波長に対する位相差は前記第２波長に対する位相差より小さく、
前記第１乃至第３レンズ素子の各々は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
前記第１環状領域を囲む円、及び、前記第２環状領域を囲む円は、同一の中心を有し、
前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なる、レンズ部。

（３）
第１波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束し、前記第１波長とは異なる第２波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束し、前記第１波長及び前記第２波長とは異なる第３波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第１レンズ素子と、
前記第１波長の前記第１円偏光を前記第２円偏光に変換しつつ集束し、前記第２波長の前記第１円偏光を前記第２円偏光に変換しつつ集束し、前記第３波長の前記第２円偏光を前記第１円偏光に変換しつつ発散するレンズ作用を有する第２レンズ素子と、
前記第１波長の前記第１円偏光を前記第２円偏光に変換しつつ集束し、前記第２波長の前記第２円偏光を前記第１円偏光に変換しつつ発散し、前記第３波長の前記第２円偏光を前記第１円偏光に変換しつつ発散するレンズ作用を有する第３レンズ素子と、
前記第１レンズ素子と前記第２レンズ素子との間に配置され、ｎを１以上の整数としたとき、前記第１波長及び前記第２波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、前記第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有する第１位相変換素子と、
前記第２レンズ素子と前記第３レンズ素子との間に配置され、前記第１波長及び前記第３波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、前記第２波長に対する２ｎπの位相差と、を有する第２位相変換素子と、を備え、
前記第１位相変換素子及び前記第２位相変換素子において、前記第２波長に対する位相差は前記第１波長に対する位相差より小さく、前記第３波長に対する位相差は前記第２波長に対する位相差より小さく、
前記第１波長は前記第２波長よりも短く、前記第２波長は前記第３波長よりも短く、
前記第１乃至第３レンズ素子の各々は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
前記第１環状領域を囲む円、及び、前記第２環状領域を囲む円は、同一の中心を有し、
前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なる、レンズ部。

実施形態によれば、以下の表示装置を提供することができる。

（４）
偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
半透過層と、
前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
第１直線偏光を透過し、前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射するように構成された反射偏光板と、
前記半透過層と前記反射偏光板との間に配置された第２位相差板と、
上記（１）に記載のレンズ部と、
前記反射偏光板と前記レンズ部との間に配置された第３位相差板と、
を備え、
前記レンズ部は、前記反射偏光板から離間し、
前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記第３位相差板は、１／４波長板である、表示装置。

（５）
偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
半透過層と、
前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
上記（１）に記載のレンズ部と、
前記半透過層と前記レンズ部との間に配置され、前記半透過層から離間した第１選択反射部と、
を備え、
前記レンズ部は、前記半透過層から離間し、
前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
前記第１選択反射部は、
第１波長の第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し且つ前記第１波長の前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１コレステリック液晶層を有する第１光学素子を備える、表示装置。

（６）
偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
半透過層と、
前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
第１直線偏光を透過し、前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射するように構成された反射偏光板と、
前記半透過層と前記反射偏光板との間に配置された第２位相差板と、
上記（２）または（３）に記載のレンズ部と、
前記反射偏光板と前記レンズ部との間に配置された第３位相差板と、を備え、
前記レンズ部は、前記反射偏光板から離間し、
前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記第３位相差板は、１／４波長板である、表示装置。

（７）
偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
半透過層と、
前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
上記（２）または（３）に記載のレンズ部と、
前記半透過層と前記レンズ部との間に配置され、前記半透過層から離間した第１選択反射部と、を備え、
前記レンズ部は、前記半透過層から離間し、
前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
前記第１選択反射部は、
第１波長の第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し且つ前記第１波長の前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１コレステリック液晶層を有する第１光学素子と、
前記第１光学素子に積層され、前記第１波長とは異なる第２波長の第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し且つ前記第２波長の前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第２コレステリック液晶層を有する第２光学素子と、
前記第２光学素子に積層され、前記第１波長及び前記第２波長とは異なる第３波長の第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し且つ前記第３波長の前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第３コレステリック液晶層を有する第３光学素子と、を備える、表示装置。

図１は、実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。 図３は、表示装置ＤＳＰの実施例１を示す断面図である。 図４は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一例を示す平面図である。 図５は、図３に示したレンズ部１０の第１構成例を示す断面図である。 図６は、図５に示した第１レンズ素子１１のレンズ作用を説明するための図である。 図７は、図５に示した第２レンズ素子１２のレンズ作用を説明するための図である。 図８は、図５に示した第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２のレンズ作用を説明するための図である。 図９は、第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の一例を示す断面図である。 図１０は、図９に示した第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２における配向パターンの一例を示す図である。 図１１は、レンズ素子を構成する液晶層の波長特性を説明するための図である。 図１２は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。 図１３Ａは、図３に示したレンズ部１０の第２構成例を示す断面図である。 図１３Ｂは、図３に示したレンズ部１０の他の構成例を示す断面図である。 図１４は、図１３Ａに示したレンズ部１０のレンズ作用を説明するための図である。 図１５は、第１位相変換素子ＰＣ１及び第２位相変換素子ＰＣ２の波長特性を説明するための図である。 図１６は、レンズ素子を構成する液晶層の波長特性を説明するための図である。 図１７は、表示装置ＤＳＰの実施例２を示す断面図である。 図１８は、図１７に示した第１選択反射部２０１の一構成例を示す断面図である。 図１９は、図１８に示した第１光学素子２１の一例を示す断面図である。 図２０は、図１８に示した第１光学素子２１、第２光学素子２２、及び、第３光学素子２３を説明するための図である。 図２１は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向を第１方向Ｘと称し、Ｙ軸に沿った方向を第２方向Ｙと称し、Ｚ軸に沿った方向を第３方向Ｚと称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

図１は、本実施形態に係る表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ１の外観の一例を示す斜視図である。
ヘッドマウントディスプレイ１は、例えば、右眼用の表示装置ＤＳＰＲと、左眼用の表示装置ＤＳＰＬと、を備えている。ユーザがヘッドマウントディスプレイ１を頭部に装着した状態では、表示装置ＤＳＰＲは当該ユーザの右眼の眼前に位置するように配置され、また、表示装置ＤＳＰＬは当該ユーザの左眼の眼前に位置するように配置されている。

図２は、図１に示したヘッドマウントディスプレイ１の構成の概要を説明するための図である。
表示装置ＤＳＰＲは、表示装置ＤＳＰＬと実質的に同様に構成されている。

表示装置ＤＳＰＲは、表示パネル２Ｒと、照明装置３Ｒと、点線で示した光学システム４Ｒと、を備えている。照明装置３Ｒは、表示パネル２Ｒの背面に配置され、表示パネル２Ｒを照明するように構成されている。光学システム４Ｒは、表示パネル２Ｒの前面（あるいはユーザの右眼ＥＲと表示パネル２Ｒとの間）に配置され、表示パネル２Ｒからの表示光を右眼ＥＲに導くように構成されている。

表示パネル２Ｒは、例えば、液晶パネル及び偏光板を含んでいる。表示パネル２Ｒは、照明装置３Ｒと光学システム４Ｒとの間に配置されている。表示パネル２Ｒには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｒ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｒが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｒは、表示パネル２Ｒの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｒの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＬは、表示パネル２Ｌと、照明装置３Ｌと、点線で示した光学システム４Ｌと、を備えている。照明装置３Ｌは、表示パネル２Ｌの背面に配置され、表示パネル２Ｌを照明するように構成されている。光学システム４Ｌは、表示パネル２Ｌの前面（あるいはユーザの左眼ＥＬと表示パネル２Ｌとの間）に配置され、表示パネル２Ｌからの表示光を左眼ＥＬに導くように構成されている。

表示パネル２Ｌは、例えば、液晶パネル及び偏光板を含んでいる。表示パネル２Ｌは、照明装置３Ｌと光学システム４Ｌとの間に配置されている。表示パネル２Ｌには、例えば、ドライバＩＣチップ５Ｌ及びフレキシブルプリント回路基板６Ｌが接続されている。ドライバＩＣチップ５Ｌは、表示パネル２Ｌの駆動を制御する（特に、表示パネル２Ｌの表示動作を制御する）。

表示装置ＤＳＰＲを構成する表示パネル２Ｒ、照明装置３Ｒ、及び、光学システム４Ｒは、それぞれ表示装置ＤＳＰＬを構成する表示パネル２Ｌ、照明装置３Ｌ、及び、光学システム４Ｌと同様に構成されている。

本実施形態に係る表示装置ＤＳＰにおいては、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、液晶パネルを含む例に限らず、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤなどの自発光型の発光素子を備えた表示パネルを含んでいてもよい。表示パネルが発光素子を備えた表示パネルである場合、照明装置３Ｒ及び３Ｌは省略される。詳細については後述するが、表示パネル２Ｒ及び２Ｌは、直線偏光の表示光を出射するように構成されており、必要に応じて偏光板を含んでいる。

外部に設けられたホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒとそれぞれ接続されている。ホストコンピュータＨは、表示パネル２Ｌ及び２Ｒに表示される画像に対応した画像データを出力する。表示パネル２Ｌに表示される画像は、左眼用の画像（あるいはユーザの左眼ＥＬで視認される画像）である。また、表示パネル２Ｒに表示される画像は、右眼用の画像（あるいはユーザの右眼ＥＲで視認される画像）である。

例えば、ヘッドマウントディスプレイ１がＶＲ用として利用される場合、左眼用の画像及び右眼用の画像は、両目の視差を再現した互いに類似する画像である。表示パネル２Ｌに表示された左眼用の画像がユーザの左眼ＥＬで視認され、また、表示パネル２Ｒに表示された右眼用の画像がユーザの右眼ＥＲで視認された場合には、ユーザは仮想現実空間として立体的な空間（３次元空間）を把握することができる。

次に、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰのいくつかの実施例について説明する。

《実施例１》
図３は、表示装置ＤＳＰの実施例１を示す断面図である。
表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、照明装置３と、光学システム４と、を備えている。なお、ここで説明する表示装置ＤＳＰは、上記の表示装置ＤＳＰＲ及びＤＳＰＬの各々に適用することができる。表示パネル２は、上記の表示パネル２Ｒ及び２Ｌの各々に適用することができる。照明装置３は、上記の照明装置３Ｒ及び３Ｌの各々に適用することができる。光学システム４は、上記の光学システム４Ｒ及び４Ｌの各々に適用することができる。

表示パネル２は、Ｘ－Ｙ平面に亘って延在した平板状に形成されている。表示パネル２は、第１基板ＳＵＢ１と、第２基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、第１偏光板ＰＬ１と、第２偏光板ＰＬ２と、を備えている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に保持され、シールＳＥによって封止されている。第１偏光板ＰＬ１は、照明装置３と第１基板ＳＵＢ１との間に配置されている。第２偏光板ＰＬ２は、第２基板ＳＵＢ２と光学システム４との間に配置されている。表示パネル２の表示領域ＤＡは、照明装置３からの照明光を選択的に変調するように構成されている。照明光の一部は、第２偏光板ＰＬ２を透過し、直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

ここで説明する実施例１に限らず、他の実施例においても同様に、表示パネル２は、液晶パネルに限らない。表示パネル２が自発光型の発光素子を備えた表示パネルである場合、上記の通り照明装置３は省略される。また、この場合、発光素子から出射された表示光ＤＬは、偏光板を透過して直線偏光の表示光ＤＬに変換される。

光学システム４は、第１構造体４Ａ及び第２構造体４Ｂを備えている。第１構造体４Ａは、第２構造体４Ｂから離間している。図３に示す例では、第１構造体４Ａと第２構造体４Ｂとの間には、空気層４Ｃが設けられている。第１構造体４Ａは、表示パネル２と第２構造体４Ｂとの間（あるいは表示パネル２と空気層４Ｃとの間）に配置されている。

第１構造体４Ａは、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、第２位相差板Ｒ２と、を備えている。第１位相差板Ｒ１及び第２位相差板Ｒ２は、１／４波長板であり、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。半透過層ＨＭは、入射光のうちの一部の光を透過し、その他の光を反射するものである。一例として、半透過層ＨＭは、アルミニウムや銀などの金属材料で形成された薄膜である。また、半透過層ＨＭの透過率は、約５０％である。

第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。また、第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１位相差板Ｒ１は表示パネル２（あるいは第２偏光板ＰＬ２）に接し、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１に接し、第２位相差板Ｒ２は半透過層ＨＭに接し、第１位相差板Ｒ１は表示パネル２と半透過層ＨＭとの間に配置され、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１と第２位相差板Ｒ２との間に配置されている。

第２構造体４Ｂは、反射偏光板ＰＲと、第３位相差板Ｒ３と、レンズ部１０と、を備えている。反射偏光板ＰＲは、入射光のうち、第１直線偏光を透過し、第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射するものである。一例として、反射偏光板ＰＲは、多層薄膜型のものや、ワイヤグリッド型のものなどである。第３位相差板Ｒ３は、１／４波長板であり、透過する光に対して１／４波長の位相差を付与するものである。

レンズ部１０の詳細については後述するが、レンズ部１０は、複数のレンズ素子を備えている。レンズ素子は、特定波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第１円偏光及び第２円偏光のいずれか一方を集束または発散するレンズ作用を有している。第２円偏光は、第１円偏光とは逆回りの円偏光である。

反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、レンズ部１０は、Ｘ－Ｙ平面において、表示領域ＤＡよりも広い範囲に亘って延在している。また、反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、レンズ部１０は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第３位相差板Ｒ３は反射偏光板ＰＲに接し、レンズ部１０は第３位相差板Ｒ３に接し、第２位相差板Ｒ２は半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間に配置され、第３位相差板Ｒ３は反射偏光板ＰＲとレンズ部１０との間に配置されている。反射偏光板ＰＲは、第２位相差板Ｒ２から離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して第２位相差板Ｒ２と対向している。

表示パネル２及び第１位相差板Ｒ１は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。また、第１構造体４Ａを構成する第１位相差板Ｒ１、半透過層ＨＭ、及び、第２位相差板Ｒ２は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。さらに、第２構造体４Ｂを構成する反射偏光板ＰＲ、第３位相差板Ｒ３、及び、レンズ部１０は、空気層を介することなく互いに密着していることが望ましい。これにより、部材間の界面での不所望な反射あるいは屈折を抑制することができる。

第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３は、例えば、少なくとも緑波長の光に対して１／４波長の位相差を付与するものであるが、これに限らない。例えば、第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３としては、赤波長、緑波長、及び、青波長の各々の光に対しても略１／４波長の位相差を付与する広帯域型位相差板であってもよい。このような広帯域型位相差板としては、例えば、１／４波長板の遅相軸と１／２波長板の遅相軸とが所定の角度をなす状態で、１／４波長板と１／２波長板とを貼り合わせたものなどを適用することができる。これにより、第１位相差板Ｒ１、第２位相差板Ｒ２、及び、第３位相差板Ｒ３における波長依存性を緩和することができる。

図４は、図３に示した表示装置ＤＳＰに適用可能な照明装置３の一例を示す平面図である。
なお、図４では、照明装置３の主要部のみを示している。

照明装置３は、導光板ＬＧと、複数の発光素子ＬＤと、を備えている。複数の発光素子ＬＤは、第１方向または第２方向において、それぞれ導光板ＬＧの側面ＬＧＳと対向している。発光素子ＬＤは、第１波長の光を出射する第１発光素子ＬＤ１と、第２波長の光を出射する第２発光素子ＬＤ２と、第３波長の光を出射する第３発光素子ＬＤ３と、を含んでいる。第１発光素子ＬＤ１、第２発光素子ＬＤ２、及び、第３発光素子ＬＤ３は、間隔をおいて並んでいる。第１波長、第２波長、及び、第３波長は、互いに異なる波長である。一例では、第１波長は青波長Ｂに相当し、第２波長は緑波長Ｇに相当し、第３波長は赤波長Ｒに相当するが、この例に限らない。

発光素子ＬＤからの出射光は、スペクトル幅が狭い（あるいは、色純度が高い）ことが望ましい。このため、発光素子ＬＤとしては、レーザー光源を適用することが望ましい。第１発光素子（第１レーザー素子）ＬＤ１から出射される青レーザー光の中心波長をλｂとし、第２発光素子（第２レーザー素子）ＬＤ２から出射される緑レーザー光の中心波長をλｇとし、第３発光素子（第３レーザー素子）ＬＤ３から出射される赤レーザー光の中心波長をλｒとする。

なお、照明装置３は、図４に示した構成に限らず、第３方向において表示パネルと対向する複数の発光素子ＬＤを備えた直下型の照明装置であってもよい。

《レンズ部の第１構成例》
図５は、図３に示したレンズ部１０の第１構成例を示す断面図である。
レンズ部１０は、第１液晶層ＬＣ１１を有する第１レンズ素子１１と、第２液晶層ＬＣ１２を有する第２レンズ素子１２と、第３液晶層ＬＣ１３を有する第３レンズ素子１３と、第４液晶層ＬＣ１４を有する第４レンズ素子１４と、第５液晶層ＬＣ１５を有する第５レンズ素子１５と、第６液晶層ＬＣ１６を有する第６レンズ素子１６と、を備えている。

一例では、第１レンズ素子１１は、第３方向Ｚにおいて、第３位相差板Ｒ３と対向している。また、第１レンズ素子１１、第２レンズ素子１２、第３レンズ素子１３、第４レンズ素子１４、第５レンズ素子１５、及び、第６レンズ素子１６は、第３方向Ｚに沿ってこの順に積層されているが、積層順については図示した例とは異なっていてもよい。

第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２は、第１波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第１波長の第１円偏光及び第２円偏光のいずれか一方を集束または発散するレンズ作用を有している。
例えば、第１レンズ素子１１は、第３位相差板Ｒ３を透過した第１波長（例えば青波長Ｂ）の第１円偏光Ｂ１を第１波長の第２円偏光Ｂ２に変換しつつ、この第２円偏光Ｂ２を集束するレンズ作用を有している。また、第２レンズ素子１２は、第１レンズ素子１１を透過した第２円偏光Ｂ２を第１円偏光Ｂ１に変換しつつ、この第１円偏光Ｂ１を集束するレンズ作用を有している。

第３レンズ素子１３及び第４レンズ素子１４は、第２波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第２波長の第１円偏光及び第２円偏光のいずれか一方を集束または発散するレンズ作用を有している。
例えば、第３レンズ素子１３は、第３位相差板Ｒ３を透過した第２波長（例えば緑波長Ｇ）の第１円偏光Ｇ１を第２波長の第２円偏光Ｇ２に変換しつつ、この第２円偏光Ｇ２を集束するレンズ作用を有している。また、第４レンズ素子１４は、第３レンズ素子１３を透過した第２円偏光Ｇ２を第１円偏光Ｇ１に変換しつつ、この第１円偏光Ｇ１を集束するレンズ作用を有している。

第５レンズ素子１５及び第６レンズ素子１６は、第３波長の光に対して１／２波長の位相差を付与するとともに、第３波長の第１円偏光及び第２円偏光のいずれか一方を集束または発散するレンズ作用を有している。
例えば、第５レンズ素子１５は、第３位相差板Ｒ３を透過した第３波長（例えば赤波長Ｒ）の第１円偏光Ｒ１を第３波長の第２円偏光Ｒ２に変換しつつ、この第２円偏光Ｒ２を集束するレンズ作用を有している。また、第６レンズ素子１６は、第５レンズ素子１５を透過した第２円偏光Ｒ２を第１円偏光Ｒ１に変換しつつ、この第１円偏光Ｒ１を集束するレンズ作用を有している。

図６は、図５に示した第１レンズ素子１１のレンズ作用を説明するための図である。
第１レンズ素子１１は、第１上面１１Ａと、第１下面１１Ｂと、を有している。ここでは、第１波長の第１円偏光Ｂ１及び第２円偏光Ｂ２が第１上面１１Ａから第１下面１１Ｂに向かって透過する場合について説明する。

図６の左側に示すように、第１レンズ素子１１に第１円偏光Ｂ１が入射した場合、第１レンズ素子１１は正の焦点距離ｆ１を有し、第１レンズ素子１１の透過光は第２円偏光Ｂ２に変換されるとともに集束される。
図６の右側に示すように、第１レンズ素子１１に第２円偏光Ｂ２が入射した場合、第１レンズ素子１１は負の焦点距離ｆ１を有し、第１レンズ素子１１の透過光は第１円偏光Ｂ１に変換されるとともに発散される。

第２レンズ素子１２の構成は、第１レンズ素子１１の構成と実質的に同一である。つまり、第２レンズ素子１２においても、第１波長の第１円偏光Ｂ１及び第２円偏光Ｂ２が第２上面１２Ａから第２下面１２Ｂに向かって透過する場合には、図６に示したのと同様のレンズ作用が発揮される。

図７は、図５に示した第２レンズ素子１２のレンズ作用を説明するための図である。
第２レンズ素子１２は、第２上面１２Ａと、第２下面１２Ｂと、を有している。ここでは、第１波長の第１円偏光Ｂ１及び第２円偏光Ｂ２が第２下面１２Ｂから第２上面１２Ａに向かって透過する場合について説明する。つまり、図７に示す第２レンズ素子１２は、図６に示した第１レンズ素子１１の表裏を反転したものに相当する。

図７の左側に示すように、第２レンズ素子１２に第２円偏光Ｂ２が入射した場合、第２レンズ素子１２は正の焦点距離ｆ２を有し、第２レンズ素子１２の透過光は第１円偏光Ｂ１に変換されるとともに集束される。
図７の右側に示すように、第２レンズ素子１２に第１円偏光Ｂ１が入射した場合、第２レンズ素子１２は負の焦点距離ｆ２を有し、第２レンズ素子１２の透過光は第２円偏光Ｂ２に変換されるとともに発散される。

図８は、図５に示した第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２のレンズ作用を説明するための図である。
第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２は、光の進行方向に並んでいる。第１下面１１Ｂは、第２下面１２Ｂと対向している。このときの第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の合成焦点距離ｆｓは、第１レンズ素子１１の正の焦点距離ｆ１、第２レンズ素子１２の正の焦点距離ｆ２、及び、第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２のレンズ間距離ｄに基づいて、図中に示す式（１）で表すことができる。つまり、焦点距離ｆ１が焦点距離ｆ２と等しく、且つ、レンズ間距離ｄが極めて小さい場合、合成焦点距離ｆｓは、焦点距離ｆ１の約１／２となる。これは、第１レンズ素子１１を単独で使用した場合と比較して、第１レンズ素子１１と第２レンズ素子１２とを組み合わせることで、焦点距離を短縮できることを意味するものである。

上記の通り、図６乃至図８を参照して、第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の組合せについて説明したが、第３レンズ素子１３及び第４レンズ素子１４の組合せ、及び、第５レンズ素子１５及び第６レンズ素子１６の組合せについても第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の組合せと同様のレンズ作用を発揮する。

つまり、第４レンズ素子１４は、第３レンズ素子１３の表裏を反転したものに相当する。これにより、第３レンズ素子１３を単独で使用した場合と比較して、第３レンズ素子１３と第４レンズ素子１４とを組み合わせることで、焦点距離を短縮することができる。
また、第６レンズ素子１６は、第５レンズ素子１５の表裏を反転したものに相当する。これにより、第５レンズ素子１５を単独で使用した場合と比較して、第５レンズ素子１５と第６レンズ素子１６とを組み合わせることで、焦点距離を短縮することができる。

図９は、第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の一例を示す断面図である。
ここでは、第１レンズ素子１１の第１液晶層ＬＣ１１及び第２レンズ素子１２の第２液晶層ＬＣ１２について説明する。なお、第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２の各々は、透明基板及び配向膜を備えている場合があり得るが、ここでは図示及び説明を省略する。

第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々は、第３方向Ｚに沿って同等の厚さｄを有している。第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々は、第３方向Ｚに沿った配向方向が揃ったネマティック液晶を有している。

第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々は、複数の液晶構造体ＬＳ１を有している。１つの液晶構造体ＬＳ１に着目すると、液晶構造体ＬＳ１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ１１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ１２と、を有している。液晶分子ＬＭ１１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ１２の配向方向は、ほぼ一致している。また、液晶分子ＬＭ１１と液晶分子ＬＭ１２との間の他の液晶分子ＬＭ１の配向方向も、液晶分子ＬＭ１１の配向方向とほぼ一致している。なお、ここでの液晶分子ＬＭ１の配向方向とは、Ｘ－Ｙ平面における液晶分子の長軸の方向に相当する。

また、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＳ１は、互いに配向方向が異なっている。同様に、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＳ１についても、互いに配向方向が異なっている。第１方向Ｘに沿って並んだ複数の液晶分子ＬＭ１１の配向方向は、連続的（あるいは線形）に変化している。

このような第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々は、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ１の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。同様に、第３レンズ素子１３の第３液晶層ＬＣ１３、第４レンズ素子１４の第４液晶層ＬＣ１４、第５レンズ素子１５の第５液晶層ＬＣ１５、及び、第６レンズ素子１６の第６液晶層ＬＣ１６の各々についても、第１液晶層ＬＣ１１と同様に、液晶分子ＬＭ１１及び液晶分子ＬＭ１２を含む液晶分子ＬＭ１の配向方向が固定された状態で硬化している。
このため、第１レンズ素子１１、第２レンズ素子１２、第３レンズ素子１３、第４レンズ素子１４、第５レンズ素子１５、及び、第６レンズ素子１６は、配向制御のための電極を備えていない。

第１液晶層ＬＣ１１、第２液晶層ＬＣ１２、第３液晶層ＬＣ１３、第４液晶層ＬＣ１４、第５液晶層ＬＣ１５、及び、第６液晶層ＬＣ１６の各々について、屈折率異方性あるいは複屈折性（異常光に対する屈折率ｎｅと常光に対する屈折率ｎｏとの差分）をΔｎとし、厚さをｄとしたとき、位相差Γは、特定波長λの１／２相当に設定されている。
つまり、位相差Γは、以下の式で規定される。
Γ＝（２π／λ）・（Δｎ・ｄ）＝π …（２）
例えば、第１発光素子ＬＤ１から出射される青レーザー光の中心波長λｂを第１波長としたとき、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々の位相差Γは、波長λｂの１／２相当に設定される。
同様に、第２発光素子ＬＤ２から出射される緑レーザー光の中心波長λｇを第２波長としたとき、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４の各々の位相差Γは、波長λｇの１／２相当に設定される。
さらに、第３発光素子ＬＤ３から出射される赤レーザー光の中心波長λｒを第３波長としたとき、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６の各々の位相差Γは、波長λｒの１／２相当に設定される。

なお、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々の屈折率異方性Δｎ及び厚さｄは同一であり、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４の各々の屈折率異方性Δｎ及び厚さｄは同一であり、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６の各々の屈折率異方性Δｎ及び厚さｄは同一である。但し、第１液晶層ＬＣ１１、第３液晶層ＬＣ１３、及び、第５液晶層ＬＣ１５の各々の屈折率異方性Δｎは、互いに異なる場合があり得る。また、第１液晶層ＬＣ１１、第３液晶層ＬＣ１３、及び、第５液晶層ＬＣ１５の各々の厚さｄは、互いに異なる場合があり得る。

図１０は、図９に示した第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２における配向パターンの一例を示す図である。
図１０には、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の各々のＸ－Ｙ平面における空間位相の一例が示されている。ここに示す空間位相は、液晶構造体ＬＳ１に含まれる液晶分子ＬＭ１の配向方向として示している。

図中の点線で示した同心円では、空間位相が揃っている。あるいは、隣接する２つの同心円で囲まれた環状領域では、液晶分子ＬＭ１の配向方向が揃っている。但し、隣接する環状領域の液晶分子ＬＭ１の配向方向は、互いに異なっている。

例えば、第１液晶層ＬＣ１１は、Ｘ－Ｙ平面において、第１環状領域Ｃ１と、第２環状領域Ｃ２と、を有している。第２環状領域Ｃ２は、第１環状領域Ｃ１の外側に位置している。第１環状領域Ｃ１は、同一方向に配向した複数の第１液晶分子ＬＭ１１１によって構成されている。また、第２環状領域Ｃ２は、同一方向に配向した複数の第２液晶分子ＬＭ１１２によって構成されている。第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向は、第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向とは異なっている。

また、同心円の中心Ｏから径方向に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１の配向方向は、互いに異なり、連続的に変化している。つまり、図示したＸ－Ｙ平面内において、第１液晶層ＬＣ１１の空間位相は、径方向に沿って異なり、連続的に変化している。

同様に、第２液晶層ＬＣ１２は、Ｘ－Ｙ平面において、第１環状領域Ｃ１と、第２環状領域Ｃ２と、を有している。第２環状領域Ｃ２は、第１環状領域Ｃ１の外側に位置している。第１環状領域Ｃ１は、同一方向に配向した複数の第１液晶分子ＬＭ１１１によって構成されている。また、第２環状領域Ｃ２は、同一方向に配向した複数の第２液晶分子ＬＭ１１２によって構成されている。第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向は、第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向とは異なっている。

また、同心円の中心Ｏから径方向に沿って並んだ液晶分子ＬＭ１の配向方向は、互いに異なり、連続的に変化している。つまり、図示したＸ－Ｙ平面内において、第２液晶層ＬＣ１２の空間位相は、径方向に沿って異なり、連続的に変化している。

第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の関係に着目すると、第２液晶層ＬＣ１２の第１環状領域Ｃ１は、第３方向Ｚにおいて、第１液晶層ＬＣ１１の第１環状領域Ｃ１に重畳している。第２液晶層ＬＣ１２の第２環状領域Ｃ２は、第３方向Ｚにおいて、第１液晶層ＬＣ１１の第２環状領域Ｃ２に重畳している。第２液晶層ＬＣ１２において第１環状領域Ｃ１及び第２環状領域Ｃ２を囲む円の中心Ｏは、第３方向Ｚにおいて、第１液晶層ＬＣ１１において第１環状領域Ｃ１及び第２環状領域Ｃ２を囲む円の中心Ｏに重畳している。

但し、第２液晶層ＬＣ１２の第１環状領域Ｃ１における第１液晶分子ＬＭ１１１は、Ｘ－Ｙ平面において、第１液晶層ＬＣ１１の第１環状領域Ｃ１における第１液晶分子ＬＭ１１１とは異なる方向に配向している。また、第２液晶層ＬＣ１２の第２環状領域Ｃ２における第２液晶分子ＬＭ１１２は、Ｘ－Ｙ平面において、第１液晶層ＬＣ１１の第２環状領域Ｃ２における第２液晶分子ＬＭ１１２とは異なる方向に配向している。

そして、第２液晶層ＬＣ１２の第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向は、Ｘ－Ｙ平面において、中心Ｏを通る線ＯＬについて、第１液晶層ＬＣ１１の第１液晶分子ＬＭ１１１の配向方向と線対称である。また、第２液晶層ＬＣ１２の第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向は、Ｘ－Ｙ平面において、線ＯＬについて、第１液晶層ＬＣ１１の第２液晶分子ＬＭ１１２の配向方向と線対称である。

このように、図９及び図１０で説明した第１レンズ素子１１の第１液晶層ＬＣ１１は、図６を参照して説明したような焦点距離ｆ１のレンズ作用を発揮し、また、第２レンズ素子１２の第２液晶層ＬＣ１２は、図７を参照して説明したような焦点距離ｆ２のレンズ作用を発揮する。

ここで、第１液晶層ＬＣ１１に着目する。簡易的に焦点距離をｆと表記し、Ｘ－Ｙ平面における中心Ｏからの半径をｒと表記し、中心Ｏから半径ｒの位置での液晶分子ＬＭ１の傾きをθ（ｒ）と表記したとき、図中の式（３）の関係が成り立つ。つまり、焦点距離ｆは、位相差には依存しないものの、波長λによって異なる。

要するに、第１液晶層ＬＣ１１が第１波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮するように構成されたとしても、場合によっては第２波長及び第３波長の光に対して焦点距離ｆとは異なる焦点距離のレンズ作用を発揮してしまう。このため、第１液晶層ＬＣ１１は、第１波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮する一方で、第２波長及び第３波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しない。具体的には、図１１を参照しながら説明する。

第３液晶層ＬＣ１３、第４液晶層ＬＣ１４、第５液晶層ＬＣ１５、及び、第６液晶層ＬＣ１６も、第１液晶層ＬＣ１１と同様に、液晶分子の配向方向が揃った環状領域を複数有しており、隣接する環状領域の液晶分子の配向方向が互いに異なっている。

第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４における液晶分子ＬＭ１の配向パターンは、図中の式（３）に基づき、第２波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮するように設定されている。また、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４は、第１波長及び第３波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しない。具体的には、図１１を参照しながら説明する。

第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６における液晶分子ＬＭ１の配向パターンは、図中の式（３）に基づき、第３波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮するように設定されている。また、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６は、第１波長及び第２波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しない。具体的には、図１１を参照しながら説明する。

図１１は、レンズ素子を構成する液晶層の波長特性を説明するための図である。
図１１の上段は、第１波長（青波長：４５０ｎｍ）に好適な第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の波長特性を示す図である。図１１の中段は、第２波長（緑波長：５３０ｎｍ）に好適な第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４の波長特性を示す図である。図１１の下段は、第３波長（赤波長：６３０ｎｍ）に好適な第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６の波長特性を示す図である。

波長特性を示す各図において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸はΔｎ・ｄ（ｎｍ）である。

上記の通り、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２には、第１波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮し、第２波長及び第３波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しないことが要求される。
第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４には、第２波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮し、第１波長及び第３波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しないことが要求される。
第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６には、第３波長の光に対して焦点距離ｆのレンズ作用を発揮し、第１波長及び第２波長の光に対してはレンズ作用をほとんど発揮しないことが要求される。

上記の式（２）で説明したように、位相差Γがπ、あるいは、（２ｎ－１）πの条件を満たすとき、第１液晶層ＬＣ１１、第２液晶層ＬＣ１２、第３液晶層ＬＣ１３、第４液晶層ＬＣ１４、第５液晶層ＬＣ１５、及び、第６液晶層ＬＣ１６の各々は、所望のレンズ作用を発揮する。ここでのｎは１以上の整数である。一方で、位相差Γが２π、あるいは、２ｎπの条件を満たすときには、第１液晶層ＬＣ１１、第２液晶層ＬＣ１２、第３液晶層ＬＣ１３、第４液晶層ＬＣ１４、第５液晶層ＬＣ１５、及び、第６液晶層ＬＣ１６の各々は、レンズ作用をほとんど発揮しない。

それゆえ、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２は、第１波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第２波長及び第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有するように構成されている。図１１の上段に示す例では、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２は、第１波長に対して９πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝２０２５ｎｍ）と、第２波長に対して６πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１５９０ｎｍ）と、第３波長に対して４πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１２６０ｎｍ）と、を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２の波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に減少する。このような波長特性を有する第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２は、容易に作製することができる。

第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４は、第２波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第１波長及び第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有するように構成されている。図１１の中段に示す例では、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４は、第１波長に対して６πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１３５０ｎｍ）と、第２波長に対して３πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝７９５ｎｍ）と、第３波長に対して２πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝６３０ｎｍ）と、を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４の波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に減少する。このような波長特性を有する第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４も、容易に作製することができる。

第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６は、第３波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第１波長及び第２波長に対する２ｎπの位相差と、を有するように構成されている。図１１の下段に示す例では、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６は、第１波長に対して６πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１３５０ｎｍ）と、第２波長に対して４πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１０６０ｎｍ）と、第３波長に対して３πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝９４５ｎｍ）と、を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６の波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に減少する。このような波長特性を有する第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６も、容易に作製することができる。

なお、図１１に示す位相差は一例であり、波長の増加に伴って位相差が単調に減少すればよい。例えば、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２は、第１波長に対して７πまたは５πに相当する位相差と、第２波長に対して４πに相当する位相差と、第３波長に対して２πに相当する位相差と、を有するように構成されてもよい。

これにより、第１液晶層ＬＣ１１及び第２液晶層ＬＣ１２は、第１波長の光を焦点距離ｆの位置に集束し、第３液晶層ＬＣ１３及び第４液晶層ＬＣ１４は、第２波長の光を焦点距離ｆの位置に集束し、第５液晶層ＬＣ１５及び第６液晶層ＬＣ１６は、第３波長の光を焦点距離ｆの位置に集束することができる。

以上、図５乃至図１１を参照して説明したレンズ部１０の第１構成例を適用することにより、第１波長、第２波長、及び、第３波長の各々の光について、焦点距離ｆを一致させることができる。

図１２は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。
ここでは、表示パネル２から出射される表示光ＤＬのうち第１波長の光に対する光学作用を説明し、また、レンズ部１０のうち第１レンズ素子１１及び第２レンズ素子１２のレンズ作用について説明する。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。ここでの第１直線偏光ＬＰ１とは、例えば紙面に垂直な方向に振動する直線偏光である。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過する際に、１／４波長の位相差が付与される。これにより、表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過した後に、第１円偏光ＣＰ１に変換される。ここでの第１円偏光ＣＰ１とは、例えば左回りの円偏光である。

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第２位相差板Ｒ２を透過する際に、１／４波長の位相差が付与され、第２直線偏光ＬＰ２に変換される。ここでの第２直線偏光ＬＰ２とは、第１直線偏光ＬＰ１とは直交する方向、つまり紙面に平行な方向に振動する直線偏光である。

なお、第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第１円偏光ＣＰ１とは逆回りの第２円偏光ＣＰ２に変換される。ここでの第２円偏光ＣＰ２とは、例えば右回りの円偏光である。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第１位相差板Ｒ１を透過して第２直線偏光ＬＰ２に変換され、表示パネル２において吸収される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第２直線偏光ＬＰ２は、反射偏光板ＰＲで反射される。反射偏光板ＰＲで反射された第２直線偏光ＬＰ２は、第２位相差板Ｒ２を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射され、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過する。第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第２位相差板Ｒ２を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。
なお、半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１位相差板Ｒ１を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。

第２位相差板Ｒ２を透過した第１直線偏光ＬＰ１は、反射偏光板ＰＲを透過し、さらに、第３位相差板Ｒ３を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。第３位相差板Ｒ３を透過した第１円偏光ＣＰ１は、レンズ部１０の第１レンズ素子１１において、第２円偏光ＣＰ２に変換されるとともにレンズ作用を受けて集束される。さらに、第１レンズ素子１１を透過した第２円偏光は、第２レンズ素子１２において、第１円偏光ＣＰ１に変換されるとともにレンズ作用を受けて、ユーザの瞳Ｅに集束される。

また、表示光ＤＬのうち第２波長の光は、第１波長の光と同様に、レンズ部１０のうち第３レンズ素子１３及び第４レンズ素子１４のレンズ作用によりユーザの瞳Ｅに集束される。表示光ＤＬのうち第３波長の光も、第１波長の光と同様に、レンズ部１０のうち第５レンズ素子１５及び第６レンズ素子１６のレンズ作用によりユーザの瞳Ｅに集束される。

このような表示装置ＤＳＰによれば、光学システム４は、半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間を３回通る光路を有している。つまり、光学システム４において、半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間の光学的な距離は、実際の半透過層ＨＭと反射偏光板ＰＲとの間隔（あるいは空気層４Ｃの厚さ）の約３倍となる。表示パネル２は、レンズ作用を有するレンズ部１０の焦点よりも内側に設置されている。これにより、ユーザは、拡大された虚像を観察することができる。

また、照明装置３はスペクトル幅が狭い光を出射するレーザー光源を備え、また、レンズ部１０の各レンズ素子の焦点距離はレーザー光源から出射される光の中心波長に合わせて最適化されている。これにより、第１波長、第２波長、及び、第３波長の光を効率よく且つ同一の焦点距離で集束することができ、鮮明な画像をユーザに視認させることができる。

さらに、ガラスや樹脂などで形成された光学部品を備える光学システムと比較して、第３方向Ｚに沿った厚さを薄くすることができ、しかも、軽量化を実現することができる。

なお、図１２を参照して説明した第１直線偏光ＬＰ１を第２直線偏光ＬＰ２に置換してもよいし、第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

《レンズ部の第２構成例》
図１３Ａは、図３に示したレンズ部１０の第２構成例を示す断面図である。
レンズ部１０は、第１液晶層ＬＣ１１１を有する第１レンズ素子１１１と、第２液晶層ＬＣ１１２を有する第２レンズ素子１１２と、第３液晶層ＬＣ１１３を有する第３レンズ素子１１３と、第１レンズ素子１１１と第２レンズ素子１１２との間に配置された第１位相変換素子ＰＣ１と、第２レンズ素子１１２と第３レンズ素子１１３との間に配置された第２位相変換素子ＰＣ２と、を備えている。

一例では、第１レンズ素子１１１は、第３方向Ｚにおいて、第３位相差板Ｒ３と対向している。また、第１レンズ素子１１１、第１位相変換素子ＰＣ１、第２レンズ素子１１２、第２位相変換素子ＰＣ２、及び、第３レンズ素子１１３は、第３方向Ｚに沿ってこの順に積層されている。

第２構成例における第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々は、図６を参照して説明した第１構成例の第１レンズ素子１１と同様に、例えば、第１円偏光を第２円偏光に変換しつつ集束し、また、第２円偏光を第１円偏光に変換しつつ発散するレンズ作用を有している。第１レンズ素子１１１の第１液晶層ＬＣ１１１、第２レンズ素子１１２の第２液晶層ＬＣ１１２、及び、第３レンズ素子１１３の第３液晶層ＬＣ１１３は、図９及び図１０を参照して説明した第１液晶層ＬＣ１１と同様に構成されている。これにより、第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々のレンズ作用が発揮される。

第１位相変換素子ＰＣ１及び第２位相変換素子ＰＣ２は、円偏光の回転方向を波長毎に制御するものである。

図１４は、図１３Ａに示したレンズ部１０のレンズ作用を説明するための図である。
第１レンズ素子１１１は、第１波長（青波長）Ｂ、第２波長（緑波長）Ｇ、及び、第３波長（赤波長）Ｒの光に対してそれぞれπあるいは（２ｎ－１）πの位相差を有している。第１レンズ素子１１１は、第１波長Ｂの第１円偏光Ｂ１を第２円偏光Ｂ２に変換しつつ集束し、第２波長Ｇの第１円偏光Ｇ１を第２円偏光Ｇ２に変換しつつ集束し、第３波長Ｒの第１円偏光Ｒ１を第２円偏光Ｒ２に変換しつつ集束するレンズ作用を有している。第１波長Ｂの光に対する焦点距離ｆ１Ｂは第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ１Ｇより大きく、第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ１Ｇは第３波長Ｒの光に対する焦点距離ｆ１Ｒより大きい（ｆ１Ｂ＞ｆ１Ｇ＞ｆ１Ｒ）。

第１位相変換素子ＰＣ１は、第１波長Ｂ及び第２波長Ｇの光に対してそれぞれπあるいは（２ｎ－１）πの位相差と、第３波長Ｒの光に対して２πあるいは２ｎπの位相差と、を有している。このため、第１位相変換素子ＰＣ１は、第１レンズ素子１１１を透過した第２円偏光Ｂ２を第１円偏光Ｂ１に変換し、第２円偏光Ｇ２を第１円偏光Ｇ１に変換し、第２円偏光Ｒ２の偏光状態を維持する。

第２レンズ素子１１２は、第１波長Ｂ、第２波長Ｇ、及び、第３波長Ｒの光に対してそれぞれπあるいは（２ｎ－１）πの位相差を有している。第２レンズ素子１１２は、第１位相変換素子ＰＣ１を透過した第１円偏光Ｂ１を第２円偏光Ｂ２に変換しつつ集束し、第１円偏光Ｇ１を第２円偏光Ｇ２に変換しつつ集束し、第２円偏光Ｒ２を第１円偏光Ｒ１に変換しつつ発散するレンズ作用を有している。第１波長Ｂの光に対する焦点距離ｆ２Ｂは第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ２Ｇより大きく、第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ２Ｇは第３波長Ｒの光に対する焦点距離ｆ２Ｒ（絶対値）より大きい（ｆ２Ｂ＞ｆ２Ｇ＞ｆ２Ｒ）。

第２位相変換素子ＰＣ２は、第１波長Ｂ及び第３波長Ｒの光に対してそれぞれπあるいは（２ｎ－１）πの位相差と、第２波長Ｇの光に対して２πあるいは２ｎπの位相差と、を有している。このため、第２位相変換素子ＰＣ２は、第２レンズ素子１１２を透過した第２円偏光Ｂ２を第１円偏光Ｂ１に変換し、第２円偏光Ｇ２の偏光状態を維持し、第１円偏光Ｒ１を第２円偏光Ｒ２に変換する。

第３レンズ素子１１３は、第１波長Ｂ、第２波長Ｇ、及び、第３波長Ｒの光に対してそれぞれπあるいは（２ｎ－１）πの位相差を有している。第３レンズ素子１１３は、第２位相変換素子ＰＣ２を透過した第１円偏光Ｂ１を第２円偏光Ｂ２に変換しつつ集束し、第２円偏光Ｇ２を第１円偏光Ｇ１に変換しつつ発散し、第２円偏光Ｒ２を第１円偏光Ｒ１に変換しつつ発散するレンズ作用を有している。第１波長Ｂの光に対する焦点距離ｆ３Ｂは第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ３Ｇ（絶対値）より大きく、第２波長Ｇの光に対する焦点距離ｆ３Ｇは第３波長Ｒの光に対する焦点距離ｆ３Ｒ（絶対値）より大きい（ｆ３Ｂ＞ｆ３Ｇ＞ｆ３Ｒ）。

第１レンズ素子１１１の焦点距離ｆ１Ｂ、ｆ１Ｇ、ｆ１Ｒ、第２レンズ素子１１２の焦点距離ｆ２Ｂ、ｆ２Ｇ、ｆ２Ｒ、及び、第３レンズ素子１１３の焦点距離ｆ３Ｂ、ｆ３Ｇ、ｆ３Ｒは、図中の式（４）、（５）、（６）を満たすように設定される。なお、ここでは、レンズ間距離が極めて小さい場合を想定している。これにより、レンズ部１０における第１波長Ｂの焦点距離ｆＢ、第２波長Ｇの焦点距離ｆＧ、及び、第３波長Ｒの焦点距離ｆＲは、いずれも同一の焦点距離ｆとなる。つまり、第１波長Ｂ、第２波長Ｇ、及び、第３波長Ｒの光は、同一の焦点距離で集束される。

図１５は、第１位相変換素子ＰＣ１及び第２位相変換素子ＰＣ２の波長特性を説明するための図である。
図１５の上段は、第１位相変換素子ＰＣ１の波長特性を示す図である。図１５の下段は、第２位相変換素子ＰＣ２の波長特性を示す図である。波長特性を示す各図において、横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸はΔｎ・ｄ（ｎｍ）である。

上記の通り、第１位相変換素子ＰＣ１には、第１波長（青波長：４５０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を変換し、第２波長（緑波長：５３０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を変換し、第３波長（赤波長：６３０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を維持することが要求される。
第２位相変換素子ＰＣ２には、第１波長の光に対しては円偏光の回転方向を変換し、第２波長の光に対しては円偏光の回転方向を維持し、第３波長の光に対しては円偏光の回転方向を変換することが要求される。

それゆえ、ｎを１以上の整数としたとき、第１位相変換素子ＰＣ１は、第１波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第２波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第３波長に対する２ｎπの位相差と、を有するように構成されている。図１５の上段に示す例では、第１位相変換素子ＰＣ１は、第１波長に対して７πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１５７５ｎｍ）と、第２波長に対して５πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１３２５ｎｍ）と、第３波長に対して４πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１２６０ｎｍ）と、を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、第１位相変換素子ＰＣ１の波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に減少する。

第２位相変換素子ＰＣ２は、第１波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第２波長に対する２ｎπの位相差と、第３波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、を有するように構成されている。図１５の下段に示す例では、第２位相変換素子ＰＣ２は、第１波長に対して５πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝１１２５ｎｍ）と、第２波長に対して２πに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝５３０ｎｍ）と、第３波長に対してπに相当する位相差（Δｎ・ｄ＝３１５ｎｍ）と、を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、第２位相変換素子ＰＣ２の波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に減少する。

なお、図１５に示す位相差は一例であり、波長の増加に伴って位相差が単調に減少すればよい。例えば、第１位相変換素子ＰＣ１は、第１波長に対して５πに相当する位相差と、第２波長に対して３πに相当する位相差と、第３波長に対して２πに相当する位相差と、を有するように構成されてもよい。

図１６は、レンズ素子を構成する液晶層の波長特性を説明するための図である。
横軸は波長（ｎｍ）であり、縦軸はΔｎ・ｄ（ｎｍ）である。

上記の通り、第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々には、第１波長（青波長：４５０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を変換し、第２波長（緑波長：５３０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を変換し、第３波長（赤波長：６３０ｎｍ）の光に対しては円偏光の回転方向を変換することが要求される。

それゆえ、第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々は、第１波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第２波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、第３波長に対する（２ｎ－１）πの位相差と、を有するように構成されている。なお、ｎは１以上の整数である。

図１６には、第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々の理想的な波長特性が示されている。図１６に示す例では、第１レンズ素子１１１、第２レンズ素子１１２、及び、第３レンズ素子１１３の各々は、第１波長、第２波長、及び、第３波長に対してそれぞれπに相当する位相差を有している。そして、第２波長に対する位相差は第１波長に対する位相差より小さく、第３波長に対する位相差は第２波長に対する位相差より小さい。つまり、ここに示した波長特性は、波長の増加に伴って位相差が単調に増加する逆波長分散特性に相当する。

このようなレンズ部１０の第２構成例を適用した場合についても、表示装置ＤＳＰは、図１２を参照して説明したのと同様の光学作用を発揮し、第１構成例と同様の効果を得ることができる。

上記の第１構成例と第２構成例とを組み合わせてもよい。具体的には、図１３Ｂに示すように、レンズ部１０は、さらに、第１レンズ素子１１１に組み合わせる第４レンズ素子と、第２レンズ素子１１２に組み合わせる第５レンズ素子と、第３レンズ素子１１３に組み合わせる第６レンズ素子と、を備える。第４レンズ素子は、第１レンズ素子１１１と同一構成であり、第１レンズ素子１１１の表裏を反転したものに相当する。第５レンズ素子は、第２レンズ素子１１２と同一構成であり、第２レンズ素子１１２の表裏を反転したものに相当する。第６レンズ素子は、第３レンズ素子１１３と同一構成であり、第３レンズ素子１１３の表裏を反転したものに相当する。このような構成例によれば、第１構成例及び第２構成例の相乗効果を得ることができる。

《実施例２》
図１７は、表示装置ＤＳＰの実施例２を示す断面図である。
図１７に示す実施例２は、図３に示した実施例１と比較して、第２位相差板Ｒ２、反射偏光板ＰＲ、及び、第３位相差板Ｒ３を第１選択反射部２０１に置換した点で相違している。

すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル２と、照明装置３と、光学システム４と、を備えている。表示パネル２及び照明装置３については、図３に示した実施例１と同一の参照符号を付して詳細な説明を省略するが、表示パネル２は、表示領域ＤＡにおいて直線偏光の表示光ＤＬを出射するように構成されている。

光学システム４の第１構造体４Ａは、第１位相差板Ｒ１と、半透過層ＨＭと、を備えている。第１位相差板Ｒ１は、１／４波長板である。半透過層ＨＭは、入射光のうちの一部の光を透過し、その他の光を反射するものである。
第１位相差板Ｒ１及び半透過層ＨＭは、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。第１位相差板Ｒ１は表示パネル２に接し、半透過層ＨＭは第１位相差板Ｒ１に接し、第１位相差板Ｒ１は表示パネル２と半透過層ＨＭとの間に配置されている。

光学システム４の第２構造体４Ｂは、第１選択反射部２０１と、レンズ部１０と、を備えている。第１選択反射部２０１は、後に詳述するが、コレステリック液晶層を有する光学素子を備えている。レンズ部１０は、上記の図５等を参照して説明した第１構成例を適用することができ、あるいは、上記の図１３Ａ等を参照して説明した第２構成例を適用することができ、あるいは、上記の図１３Ｂを参照して説明した他の構成例を適用することができる。

第１選択反射部２０１及びレンズ部１０は、この順に、第３方向Ｚに沿って積層されている。レンズ部１０は、第１選択反射部２０１に接している。第１選択反射部２０１は、半透過層ＨＭから離間しており、第３方向Ｚにおいて、空気層４Ｃを介して半透過層ＨＭと対向している。また、第１選択反射部２０１は、半透過層ＨＭとレンズ部１０との間に配置されている。

図１８は、図１７に示した第１選択反射部２０１の一構成例を示す断面図である。
第１選択反射部２０１は、第１光学素子２１と、第２光学素子２２と、第３光学素子２３と、を備えている。

一例では、第３光学素子２３は、第３方向Ｚにおいて、レンズ部１０と対向している。また、第１光学素子２１、第２光学素子２２、及び、第３光学素子２３は、第３方向Ｚに沿ってこの順に積層されているが、積層順については図示した例とは異なっていてもよい。

第１光学素子２１は、第１波長（例えば青波長Ｂ）の光のうち、第１円偏光を半透過層ＨＭに向けて反射し、第２円偏光を透過する第１コレステリック液晶層ＬＣ２１を有している。
第２光学素子２２は、第２波長（例えば緑波長Ｇ）の光のうち、第１円偏光を半透過層ＨＭに向けて反射し、第２円偏光を透過する第２コレステリック液晶層ＬＣ２２を有している。
第３光学素子２３は、第３波長（例えば赤波長Ｒ）の光のうち、第１円偏光を半透過層ＨＭに向けて反射し、第２円偏光を透過する第３コレステリック液晶層ＬＣ２３を有している。

図１９は、図１８に示した第１光学素子２１の一例を示す断面図である。
ここでは、第１光学素子２１の第１コレステリック液晶層ＬＣ２１について説明する。なお、第１光学素子２１は、透明基板及び配向膜を備えている場合があり得るが、ここでは図示及び説明を省略する。

第１コレステリック液晶層ＬＣ２１は、第３方向Ｚに沿った厚さｄ２を有している。なお、図１９では、図面の簡略化のため、１つの液晶分子ＬＭ２は、Ｘ－Ｙ平面内に位置する複数の液晶分子のうち、平均的配向方向を向いている液晶分子を代表して示している。

すなわち、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１は、複数の液晶構造体ＬＳ２１を有している。１つの液晶構造体ＬＳ２１に着目すると、液晶構造体ＬＳ２１は、その一端側に位置する液晶分子ＬＭ２１と、その他端側に位置する液晶分子ＬＭ２２と、を有している。液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む複数の液晶分子ＬＭ２は、旋回しながら第３方向Ｚに沿って螺旋状に積み重ねられている。液晶分子ＬＭ２１の配向方向、及び、液晶分子ＬＭ２２の配向方向は、ほぼ一致している。液晶構造体ＬＳ２１は、螺旋ピッチＰを有している。螺旋ピッチＰは、螺旋の１周期（３６０度）を示す。例えば、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１の厚さｄ２は、螺旋ピッチＰの数倍以上である。

また、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１において、第１方向Ｘに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＳ２１は、互いに配向方向が揃っている。同様に、第２方向Ｙに沿って隣接する複数の液晶構造体ＬＳ２１についても、互いに配向方向が揃っている。つまり、複数の液晶分子ＬＭ２１の配向方向は、ほぼ一致している。また、複数の液晶分子ＬＭ２２の配向方向も、ほぼ一致している。

第１コレステリック液晶層ＬＣ２１は、一点鎖線で示すような複数の反射面ＬＭＲを有している。複数の反射面ＬＭＲは、Ｘ－Ｙ平面に沿って形成され、互いに略平行である。反射面ＬＭＲは、ブラッグの法則に従って、入射光のうち、一部の円偏光を反射し、他の円偏光を透過する。ここでの反射面ＬＭＲは、液晶分子ＬＭ２の配向方向が揃った面、あるいは、空間位相が揃った面（等位相面）に相当する。

液晶構造体ＬＳ２１は、第１波長の光のうち、液晶構造体ＬＳ２１の旋回方向と同じ旋回方向の円偏光を反射する。例えば、液晶構造体ＬＳ２１の旋回方向が右回りの場合、第１波長の光のうち、右回りの円偏光を反射し、左回りの円偏光を透過する。同様に、液晶構造体ＬＳ２１の旋回方向が左回りの場合、第１波長の光のうち、左回りの円偏光を反射し、右回りの円偏光を透過する。

このような第１コレステリック液晶層ＬＣ２１は、液晶分子ＬＭ２１及び液晶分子ＬＭ２２を含む液晶分子ＬＭ２の配向方向が固定された状態で硬化している。つまり、液晶分子ＬＭ２の配向方向は、電界に応じて制御されるものではない。このため、第１光学素子２１は、配向制御のための電極を備えていない。

液晶構造体ＬＳ２１の螺旋ピッチをＰ、異常光に対する屈折率をｎｅ、常光に対する屈折率をｎｏと記載すると、一般的に、垂直入射した光に対するコレステリック液晶層の選択反射帯域Δλは、「（ｎｏ－ｎｅ）＊Ｐ」で示される。このため、液晶構造体ＬＳ２１の螺旋ピッチＰ１、屈折率ｎｅ及びｎｏは、反射面ＬＭＲにおいて第１波長の円偏光を効率よく反射するために、第１波長が第１コレステリック液晶層ＬＣ２１の選択反射波長帯Δλに含まれるよう設定される。

第２光学素子２２の第２コレステリック液晶層ＬＣ２２も、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１と同様に、複数の液晶構造体ＬＳ２２を有している。液晶構造体ＬＳ２２の螺旋ピッチＰ２、屈折率ｎｅ及びｎｏは、第２コレステリック液晶層ＬＣ２２の反射面ＬＭＲにおいて第２波長の円偏光を効率よく反射するために、第２波長が第２コレステリック液晶層ＬＣ２２の選択反射波長帯Δλに含まれるよう設定される。

第３光学素子２３の第３コレステリック液晶層ＬＣ２３も、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１と同様に、複数の液晶構造体ＬＳ２３を有している。液晶構造体ＬＳ２３の螺旋ピッチＰ３、屈折率ｎｅ及びｎｏは、第３コレステリック液晶層ＬＣ２３の反射面ＬＭＲにおいて第３波長の円偏光を効率よく反射するために、第３波長が第３コレステリック液晶層ＬＣ２３の選択反射波長帯Δλに含まれるよう設定される。

図２０は、図１８に示した第１光学素子２１、第２光学素子２２、及び、第３光学素子２３を説明するための図である。

第１光学素子２１は、第１波長（青波長）の第１円偏光を反射し、第１波長の第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第１コレステリック液晶層ＬＣ２１に含まれる液晶構造体ＬＳ２１の螺旋ピッチＰ１は、照明装置３の第１発光素子ＬＤ１から出射される青レーザー光の中心波長λｂに対応するように最適化されている。

第２光学素子２２は、第２波長（緑波長）の第１円偏光を反射し、第２波長の第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第２コレステリック液晶層ＬＣ２２に含まれる液晶構造体ＬＳ２２の螺旋ピッチＰ２は、照明装置３の第２発光素子ＬＤ２から出射される緑レーザー光の中心波長λｇに対応するように最適化されている。このため、第２光学素子２２における螺旋ピッチＰ２は、第１光学素子２１における螺旋ピッチＰ１より大きい。

第３光学素子２３は、第３波長（赤波長）の第１円偏光を反射し、第３波長の第２円偏光を透過するように構成されている。つまり、第３コレステリック液晶層ＬＣ２３に含まれる液晶構造体ＬＳ２３の螺旋ピッチＰ３は、照明装置３の第３発光素子ＬＤ３から出射される赤レーザー光の中心波長λｒに対応するように最適化されている。このため、第３光学素子２３における螺旋ピッチＰ３は、第２光学素子２２における螺旋ピッチＰ２より大きい。

なお、図２０では、第１旋回方向に旋回した液晶構造体を拡大して模式的に示している。液晶構造体ＬＳ２１、液晶構造体ＬＳ２２、及び、液晶構造体ＬＳ２３は、すべて同一方向に旋回し、いずれも第１円偏光を反射するように構成されている。

図２１は、表示装置ＤＳＰの光学作用を説明するための図である。
ここでは、表示パネル２から出射される表示光ＤＬのうち第１波長の光に対する光学作用を説明する。

まず、表示パネル２は、第１直線偏光ＬＰ１の表示光ＤＬを出射する。表示光ＤＬは、第１位相差板Ｒ１を透過して第１円偏光ＣＰ１に変換される。

第１位相差板Ｒ１を透過した第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１選択反射部２０１において反射される。

なお、第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第１位相差板Ｒ１を透過して第２直線偏光ＬＰ２に変換され、表示パネル２において吸収される。

第１選択反射部２０１で反射された第１円偏光ＣＰ１のうち、一部の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭを透過し、他の第１円偏光ＣＰ１は半透過層ＨＭで反射される。第１円偏光ＣＰ１が半透過層ＨＭで反射された際には、第２円偏光ＣＰ２に変換される。
なお、半透過層ＨＭを透過した第１円偏光ＣＰ１は、第１位相差板Ｒ１を透過して第１直線偏光ＬＰ１に変換される。

半透過層ＨＭで反射された第２円偏光ＣＰ２は、第１選択反射部２０１を透過する。第１選択反射部２０１を透過した第２円偏光ＣＰ２は、レンズ部１０のレンズ作用によりユーザの瞳Ｅに集光される。

このような実施例２においても、上記の実施例１と同様の効果が得られる。加えて、光学システム４を構成する部品点数を削減することができる。

なお、図２１を参照して説明した第１直線偏光ＬＰ１を第２直線偏光ＬＰ２に置換してもよいし、第１円偏光ＣＰ１を第２円偏光ＣＰ２に置換してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、表示品位を改善することが可能なレンズ部及び表示装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ヘッドマウントディスプレイ ２…表示パネル ３…照明装置 ４…光学システム
ＤＳＰ…表示装置
Ｒ１…第１位相差板 Ｒ２…第２位相差板 Ｒ３…第３位相差板 ＨＭ…半透過層 ＰＲ…反射偏光板
１０…レンズ部 １１…第１レンズ素子 １２…第２レンズ素子 １３…第３レンズ素子 １４…第４レンズ素子 １５…第５レンズ素子 １６…第６レンズ素子
２０１…第１選択反射部 ２１…第１光学素子 ＬＣ２１…第１コレステリック液晶層 ２２…第２光学素子 ＬＣ２２…第２コレステリック液晶層 ２３…第３光学素子 ＬＣ２３…第３コレステリック液晶層

Claims (2)

1. 偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
   半透過層と、
   前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
   第１直線偏光を透過し、前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光を反射するように構成された反射偏光板と、
   前記半透過層と前記反射偏光板との間に配置された第２位相差板と、
   レンズ部と、
   前記反射偏光板と前記レンズ部との間に配置された第３位相差板と、
   を備え、
   前記レンズ部は、
   第１波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第１レンズ素子と、
   前記第１レンズ素子に積層され、前記第１波長の前記第２円偏光を前記第１波長の前記第１円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第２レンズ素子と、を備え、
   前記第１レンズ素子及び前記第２レンズ素子の各々は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
   前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
   前記第１環状領域を囲む円、及び、前記第２環状領域を囲む円は、同一の中心を有し、
   前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なり、
   前記第１レンズ素子の前記第１環状領域は、前記第２レンズ素子の前記第１環状領域に重畳し、
   前記第１レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向は、平面視において、前記中心を通る線について、前記第２レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向と線対称であり、
   前記レンズ部は、前記反射偏光板から離間し、
   前記第１位相差板、前記第２位相差板、及び、前記第３位相差板は、１／４波長板である、表示装置。
2. 偏光板を含み、直線偏光の表示光を出射するように構成された表示パネルと、
   半透過層と、
   前記表示パネルと前記半透過層との間に配置された第１位相差板と、
   レンズ部と、
   前記半透過層と前記レンズ部との間に配置され、前記半透過層から離間した第１選択反射部と、
   を備え、
   前記レンズ部は、
   第１波長の第１円偏光を逆回りの第２円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第１レンズ素子と、
   前記第１レンズ素子に積層され、前記第１波長の前記第２円偏光を前記第１波長の前記第１円偏光に変換しつつ集束するレンズ作用を有する第２レンズ素子と、を備え、
   前記第１レンズ素子及び前記第２レンズ素子の各々は、第１液晶分子及び第２液晶分子を含む複数の液晶分子の配向方向が固定された状態で硬化した液晶層を有し、
   前記液晶層は、平面視において、複数の前記第１液晶分子が同一方向に配向した第１環状領域と、前記第１環状領域の外側で複数の前記第２液晶分子が同一方向に配向した第２環状領域と、を有し、
   前記第１環状領域を囲む円、及び、前記第２環状領域を囲む円は、同一の中心を有し、
   前記第１液晶分子の配向方向は、前記第２液晶分子の配向方向とは異なり、
   前記第１レンズ素子の前記第１環状領域は、前記第２レンズ素子の前記第１環状領域に重畳し、
   前記第１レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向は、平面視において、前記中心を通る線について、前記第２レンズ素子の前記第１液晶分子の配向方向と線対称であり、
   前記レンズ部は、前記半透過層から離間し、
   前記第１位相差板は、１／４波長板であり、
   前記第１選択反射部は、
   第１波長の第１円偏光を前記半透過層に向けて反射し且つ前記第１波長の前記第１円偏光とは逆回りの第２円偏光を透過する第１コレステリック液晶層を有する第１光学素子を備える、表示装置。