圖像顯示裝置的制作方法

文檔序號：2810674閱讀：250來源：國知局

專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于使觀測者能夠觀看由圖像形成裝置等形成的二維圖像的圖像顯示裝置。
背景技術：
使用了全息衍射光柵以使觀測者通過虛擬圖像光學系統(tǒng)觀看由圖像形成裝置形成的作為放大虛擬圖像的二維圖像的虛擬圖像顯示裝置(圖像顯示裝置)已經(jīng)在日本未審查專利申請公開號 2007-94175中被披露。
這種圖像顯示裝置1010基本上包括，如圖25A所示，用于顯示圖<象的圖4象形成裝置1011、準直光學系統(tǒng)1012和虛擬圖^f象光學系統(tǒng)(光學裝置20 )，在圖4象形成裝置1011上顯示的光祐L輸入虛擬圖虧象光學系統(tǒng)，并由其引導至觀測者的瞳孔50。光學裝置20包括導光板21、和由設置在導光板21上的反射型體全息衍射光柵構成的第一衍射光柵元件30和第二衍射光柵元件40。從圖像形成裝置 1011的每個4象素發(fā)射的光^皮輸入至準直光學系統(tǒng)1012,以不同角度專俞入至導光4反21的多個平4亍光束由準直光學系統(tǒng)1012產(chǎn)生，并#皮$命入至導光4反21。平4于光束乂人導光4反21的一個光學面(第一面)
22上豐lr入，并乂人此處^皮llr出。另一方面，第一書于射光4冊元件30和
第二衍射光柵元件40被安裝到與導光板21的第一面22平行的導光4反21的另一個光學面(第二面)23上。
這里，當作支設第一衍射光柵元件30的中心是原點Oi,以朝向準直光學系統(tǒng)側的方向作為正向穿過原點Oi的第一書f射光才冊元件 30的法線是Xi軸，而以朝向第二衍射光柵元件側的方向作為正向的導光4反的軸線是Yj軸時，準直光學系統(tǒng)1012的光軸與Xj軸一致，并且，準直光學系統(tǒng)1012的光軸穿過圖^f象形成裝置1011的中心。
從導光板21的第一面22以不同角度輸入導光板21的多個平行光束被輸入至第一衍射光柵元件30,并且每個平行光束保持平行光束狀態(tài)而被衍射和反射。結果，被衍射和反射的平行光在導光板 21的第一面22和第二面23之間以重復全反射的方式前進，并1#入至第二衍射光柵元件40。輸入至第二衍射光柵元件40的平行光束通過衍射和反射而脫離全反射條件，并從導光板21發(fā)射，然后被引導至觀測者的瞳孔50。衍射和反射在第二書亍射光柵元件40上#皮多次執(zhí)行，但是基于各個衍射和反射而從導光板21發(fā)射的光量會隨著衍射和反射次數(shù)的增加而減少。
形成在第二衍射光柵元件40中的干涉圖形狀和形成在第一衍射光柵元件30中的干涉圖形狀之間具有關于垂直于導光板21軸線的虛擬面的對稱關系。因此，將要在第二衍射光柵元件40上4皮衍射和反射的平行光束以與輸入至第一衍射光柵元件30相同的角度被衍射和反射，因此顯示圖像不會模糊，且以高分辨率顯示在瞳孔 50上。要注意的是，第一衍射光柵元件30具有與第二衍射光柵元件40相同的規(guī)格(例如，厚度和最大衍射效率)。

發(fā)明內(nèi)容
附帶地，在圖像顯示裝置1010的第一書f射光4冊元件30和第二衍射光柵元件40中形成的干涉圖是多重的，或者衍射光柵是多層的。結果，例如，如圖25B所示的方文大第一書于射光斥冊元件30的示意性局部截面圖，當假設干涉圖的傾斜角4)(由第一衍射光柵元件 30和第二衍射光柵元件40的表面與干涉圖構成的角)是常數(shù)時，會出現(xiàn)下列問題。
也就是說，輸入第一衍射光4冊元件30的多個平4亍光束的角度才艮據(jù)圖像形成裝置1011的發(fā)射位置而不同，所以在第一衍射光4冊元件的不同區(qū)域，滿足布拉格條件的衍射波長(布拉格波長)不同。同樣，輸入第二衍射光柵元件40的角度不同，所以在第二衍射光柵元件的不同區(qū)域，滿足布拉格條件的衍射波長不同。結果，在第二衍射光柵元件40處衍射和反射、并由導光板21發(fā)射的光形成的圖4象上出現(xiàn)色彩不》見則。
這里，布拉格條件表示滿足下列表達式(A)的條件。在表達式(A)中，m表示正整數(shù)，X表示波長，d表示在光柵面上的間距 (在包括干涉圖的虛擬面的法向上的間隔)，以及0表示輸入干涉圖的角的補角。要注意的是，干涉圖的傾斜角cj)表示由衍射光柵元件的表面和干涉圖構成的角。干涉圖是從衍射光柵元件的內(nèi)部到其表面形成的。上述描述同樣適用于下文。同樣，在光以入射角V輸入衍射光柵元件的情況下，G)、傾斜角cj)和入射角￥之間的關系如表達式(B)所示，在圖25B中示出。
m . X = 2 . d . sin(0) ... (A) = 90。-((() + v)/). . (B)
在下列描述中，作i定第二書f射光4冊元件40的中心是第二原點 O。，以光學發(fā)射方向作為正向穿過第二原點Q。的第二衍射光柵元件40的法線是X。軸，而以從第一衍射光柵元件端出發(fā)的方向作為正向穿過第二原點O。、垂直于X。軸的導光板21的軸線是Y。軸。同樣，在X。-Y。面上，在X。軸上由導光板21發(fā)射的光和瞳孔50 構成的角將被稱作視場角e,并且假定來自第二原點0。的從第一衍
射光柵元件側上的導光板2i發(fā)射的光的視場角e的值是正值。要
注意的是，圖25A是在X。-Y。面處切斷導光板21的示意性截面圖。
圖21示出了當假設視場角e從-6度變化到+6度時具有480nm 到560nm波長的光的衍射效率分布。乂人圖21明顯看出，4汙射光i普是才艮據(jù)—見場角來確定的。例如，在^L場角0=+6度的情況下，中心波長(布拉格波長)存在于495nm附近(見圖22A ),但是在3見場角e二O度的情況下，中心波長(布拉格波長)存在于522nm附近(見圖22B),以及在^L場角6=-6度的情況下，中心波長(布4立才各波長)存在于543nm附近(見圖23 )。也就是i兌，布^立才各波長大約變化了 48nm。這里，才莫擬條件^皮這才羊i殳定，其中，導光板21的折射率是1.527,當522nm波長的光在第一書亍射光4冊元件30的中心凈皮個;f 射和反射并在導光板21中傳播時的全反射角是68度，衍射光柵元件30和40的折射率調(diào)制度An是0.045,以及書亍射光4冊元件30和 40的厚度是15]Lim。這樣的結果在圖24A中示意性地示出，曲線圖示出了視場角0不同引起的衍射效率和衍射光譜的中心波長之間的關系。
同樣，在例如光源由發(fā)射二極管(LED)構成的情況下的發(fā)射光譜分布在圖24A中示意性的示出。每個視場角的發(fā)射光由光源的衍射效率和發(fā)射光譜分布之間的乘積來確定。因此，每個視場角的發(fā)射光的色彩和亮度不同。因此，所得圖像中出現(xiàn)色彩不規(guī)則。
根據(jù)日本未審查的專利申請公開第2007-94175號，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在衍射光柵元件中形成的干涉圖的傾斜角根據(jù)衍射光才冊元件的位置而改變。這種處理方法對于避免出現(xiàn)色彩不失見則是非常有效的，但是利用這種方法，在衍射光柵元件中形成的干涉圖的傾斜角是根據(jù)衍射光柵元件的位置改變的，這會導致很難制造這樣衍射光柵元件的問題。
此外，利用這種圖l象形成裝置1010，每個^L場角的平4亍光束在第二書卞射光4冊元件40上^皮多次衍射和反射。因此， -使用這種i殳置能夠確保在Y。軸方向上的瞳徑(pupil diameter )。 <旦是，利用這種設置，存在顯示圖像的亮度根據(jù)在Y。軸方向上的瞳孔位置明顯變 4b的問題。
人們認為需要提供一種不僅構造簡單而且能夠有效避免色彩不規(guī)則的發(fā)生以及顯示圖像的亮度根據(jù)瞳孔位置而改變的圖像顯示裝置。
才艮據(jù)本發(fā)明的第一實施方式、第三實施方式或第五實施方式，圖像顯示裝置包括圖像形成裝置，包括多個以二維矩陣方式排列的像素；準直光學系統(tǒng)，用于將從圖像形成裝置的像素發(fā)射的光轉換為平行光；以及光學裝置，由準直光學系統(tǒng)轉換為前進方向不同的多個平行光被輸入、引導、并從其發(fā)射；光學裝置包括導光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳播，并被發(fā)射；第一衍射光柵元
件，由體全息衍射光4冊構成，用于書于射和反射輸入至導光板的光，以使輸入至導光板的光在導光板中全反射，所述第一衍射光柵元件
設置在導光板上；以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在導光板中通過全反射傳播的光，并將該光從導光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設置在導光板上。
才艮據(jù)本發(fā)明的第二實施方式、第四實施方式或者第六實施方式，圖像顯示裝置包括光源；掃描光學系統(tǒng)，用于掃描從光源發(fā) 射的光，并形成以二維矩陣方式排列的虛擬4象素(virtual pixel);以及光學裝置，其中來自掃描光學系統(tǒng)的平行光被輸入、引導、并從其發(fā)射；光學裝置包括導光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳播，并被發(fā)射；第一衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射輸入至導光板的光，以使輸入至導光板的光在導光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設置在導光板上；以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在導光板中通過全反射傳纟番的光，并將該光乂人導光板發(fā)射，所述第二衍射光4冊元件 i殳置在導光板上。
在上述構造中的體全息衍射光柵可以是反射型體全息衍射光柵。
要注意的是，從掃描光學系統(tǒng)輸入光學裝置的光是如上所述的平4亍光，包括下列三個實施例 '
(1) 實施例，其中，從光源發(fā)射的光被轉換為平行光，并穿過掃描光學系統(tǒng)，以在不纟皮改變的狀態(tài)下輸入至光學裝置，
(2) 實施例，其中，從光源發(fā)射的光在掃描光學系統(tǒng)之前被轉換為平行光，并穿過掃描光學系統(tǒng)，以在不改變的狀態(tài)下輸入至光學裝置，
(3) 實施例，其中，從光源發(fā)射并穿過掃描光學系統(tǒng)的光在光學系統(tǒng)之前由準直光學系統(tǒng)轉換為平4亍光，并l命入至光學系統(tǒng)。
這里，利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式到第六實施方式的圖像顯示裝置，邗i定第一書f射光4冊元件的中心是原點，以朝向準直光學系統(tǒng)側或者掃描光學系統(tǒng)側的方向作為正向穿過原點的第一書亍射光柵元件的法線是Xj軸，以及以朝向第二衍射光柵元件側的方向作為正向的導光板的軸線是Yi軸。同樣，假定第二衍射光柵元件的中心是第二原點，以光發(fā)射方向作為正向穿過第二原點的第二衍射光柵元件的法線是x。軸，以及以從第一衍射光柵元件側出發(fā)的方向作為正向垂直于X。軸穿過第二原點的導光板的軸線是Y。軸。此外，在X。-Y。面中，由導光4反發(fā)射的光和^見測者的瞳^L構成的角將^皮稱
作視場角e,并且假定來自第二原點0。的從導光板發(fā)射至第一衍射光柵元件側的光的視場角e的值是正值。同樣，在中心光輸入至導光4反之前由導光一反的法線和下文所述的中心光構成的角將#皮稱作中心光入射角e;-c，以及在光從導光板發(fā)射之后由導光板的法線和相當于這種中心光的光構成的角將^皮稱作中心光發(fā)射角e。-c。此外，々支定相當于這種中心光的光/人導光^反發(fā)射并i俞入至》見測者的瞳孔時的視場角是o度^見場角。
其次，關于根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的圖像顯示裝置，從圖像形成裝置的中心的像素發(fā)射、并穿過準直光學系統(tǒng)中心的中心光在
光學上平^亍于X廣Yi面，并且與Xi-Zj面相交成銳角。同樣，關于才艮
據(jù)本發(fā)明第二實施方式的圖像顯示裝置，從光源發(fā)射、并穿過掃描
光學系統(tǒng)中心的虛擬像素的中心光平行于Xi-Yi面，并且與Xi-Zi面
相交成銳角。換句話i兌，中心光入射角ei—c在XjYiZi坐標系統(tǒng)中具
有小于90度的正值。也就是說，中心光從第二衍射光4冊元件近側
以一定角度輸入至導光^^反。
關于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖像顯示
裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，Yj軸在光學上垂直于在第
一衍射光柵元件中形成的干涉圖。要注意的是，對于根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式到第六實施方式的圖像顯示裝置， -使用相同的i殳置也是理想的。
關于包括上述理想設置的根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，準直
光學系統(tǒng)的光軸或者掃描光學系統(tǒng)的中心軸平4亍于Xi-Yj面，并且與Xj-Zi面相交成銳角。要注意的是，為了方i^更，具有這種設置的圖像顯示裝置將被稱作具有第一/第二 A設置的圖像顯示裝置。其
次，關于具有第一/第二 A設置的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，準直光學系統(tǒng)的光軸或者掃描光學系統(tǒng)的中心軸穿過光源或者圖像形成裝置的中心。關于具有第一/第二 A設置的圖形顯示裝置，具體地說，在中心光輸入至導光板之前由這種中心光和Yi軸構成的角具有正值(90°-e;-c)。要注意的是，有這樣的情況，其中，光源或圖像顯示裝置的中心位于掃描光學系統(tǒng)的中心軸或者準直光學系統(tǒng)的光軸的延長線上，還有這樣的情況，其中，光源或圖 <象形成裝置的中心不位于掃描光學系統(tǒng)的中心軸或者準直光學系統(tǒng)的光軸的延長線上，但是即使在后一種情況中，也可以 4吏用這樣的實施例，其中，準直光學系統(tǒng)的光軸或者掃描光學系統(tǒng) 的中心軸經(jīng)各種光學系統(tǒng)穿過光源或圖像形成裝置的中心。因此，可以這樣估文表述，其中，準直光學系統(tǒng)的光軸或者掃描光學系統(tǒng)的中心軸"在光學上"穿過光源或圖4象形成裝置的中心。這種表述同樣適用于以下的描述。
才艮據(jù)本發(fā)明第二實施方式的圖4象顯示裝置還包括準直光學系統(tǒng)，用于將掃描光學系統(tǒng)發(fā)射的光轉換為平行光，并且關于根據(jù)第二實施方式的圖像顯示裝置，或者根據(jù)包括所述理想設置的本發(fā)明第一實施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，準直光學系統(tǒng)的光軸或者掃描光學系統(tǒng)的中心軸平行于Xj軸，準直光學系統(tǒng)的光軸穿過偏離圖像形成裝置的中心的位置，并且掃描光學系統(tǒng)的中心軸不與Xi軸一致。要注意的是，為了方便，具有這種設置的圖像顯示裝置將被稱作具有第一/第二 B設置的圖像顯示裝置。同樣關于具有第一/第二 B設置的圖像顯示裝置，更具體地，在中心光4命入至導光4反之前由這種中心光和Yj軸構成的角具有正值(90。 - e;—c )。關于根據(jù)包括上述各種理想設置和實施例的本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想
的，其中，從導光板發(fā)射的相當于中心光的光在光學上平行于X。-Y。面，并與X。-Z。面相交成鈍角。也就是說，在X。Y。Z。坐標系統(tǒng)中，
中心光發(fā)射角e。-c等于超過90度的值是理想的。要注意的是，更理想的是中心光入射角0i—c的絕對值等于中心發(fā)射角eQ_c的絕對值。
此外，關于4艮據(jù)包括上述各種理想i殳置和實施例的本發(fā)明的第
一實施方式或第二實施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，從導光板發(fā)射的相當于中心光的光垂直于連接觀測者兩個瞳孔中心的直線。
假定當以中心光入射角0i-c為0度在根據(jù)相關技術的圖像顯示
裝置中所包括的第一衍射光柵元件的干涉圖上衍射和反射、并在導光板中傳播的光碰觸到導光板的內(nèi)面時的角度(該角度構成導光板
的法線，并且稱作中心光全反射角)是0Ref。關于根據(jù)包括上述各
種理想i殳置和實施例的本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖^f象顯示裝置，干涉圖在第一書f射光斥冊元件上形成，并且輸入至第一衍射光柵元件的光由這樣的干涉圖來衍射和反射。盡管不限制于此，但是設計第一衍射光柵元件的干涉圖以使導光板中傳播的中心
光碰到導光板的內(nèi)面時的角等于e^f是理想的，同樣在第二衍射光柵元件中，提供相同類型的干涉圖是理想的。
關于才艮據(jù)本發(fā)明的第三實施方式或第四實施方式的圖^f象顯示裝置，第二衍射光柵元件的厚度比第一衍射光柵元件的厚度薄。
其次，關于沖艮據(jù)本發(fā)明的第三實施方式或第四實施方式的圖寸象顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，第二衍射光柵元件的
厚度小于5pm，以及第一衍射光柵元件的厚度等于或大于5pm。要注意的是，才艮據(jù)包括上述理想i殳置的本發(fā)明的第三實施方式或第四實施方式的圖^f象顯示裝置可以;故應用于才艮據(jù)包4舌上述各種理想i殳置和實施例的本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖像顯示裝置。
關于才艮據(jù)本發(fā)明第五實施方式或第六實施方式的圖像顯示裝置，第二衍射光柵元件的最大衍射效率的值小于第一衍射光柵元件的最大衍射效率的值。
其次，關于根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式或第六實施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設置是理想的，其中，第二衍射光柵元件的最大衍射效率小于50。/。，更優(yōu)選地，25% ±10%,以及第一衍射光沖冊元件的最大書亍射效率等于或大于50%，更4尤選地，90% ±10%。要注意的是，例如，具有不同最大衍射效率值的衍射光柵元件能夠通過改變在形成第一衍射光柵元件或第二衍射光柵元件的干涉圖時的折射率調(diào)制度An來獲得，以及具有不同最大衍射效率值的衍射光才冊元件能夠通過改變第一書1"射光4冊元件或第二書于射光4冊元件的厚度來獲得。
要注意的是，才艮據(jù)包括上述理想i殳置的本發(fā)明的第五實施方式或第六實施方式的圖^f象顯示裝置可以^皮應用于沖艮據(jù)包括上述各種理想i殳置和實施例的本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖像顯示裝置。
作為選擇，關于才艮據(jù)本發(fā)明的第三實施方式、第四實施方式、第五實施方式或第六實施方式的圖^f象顯示裝置，可以這4H殳置和構造，其中，準直光學系統(tǒng)的光軸或掃描光學系統(tǒng)的中心軸在光學上與Xi軸一致，此外，準直光學系統(tǒng)的光軸或掃描光學系統(tǒng)的中心軸穿過圖像形成裝置的中心或光源的中心。也就是說，可以這樣設置，其中，中心光入射角ei.c被設定為0度。要注意的是，有這樣的情況，其中，Xi軸存在于或者光源或圖4象形成裝置的中心位于，掃描
光學系統(tǒng)的中心軸或準直光學系統(tǒng)的光軸的延長線上，以及有這才羊
的情況，其中，Xj軸不存在于且光源或圖像形成裝置的中心不位于，
掃描光學系統(tǒng)的中心軸或準直光學系統(tǒng)的光軸的延長線上，但是，即使在后一種情況下，也可以使用這樣實施例，其中，準直光學系
統(tǒng)的光軸或掃描光學系統(tǒng)的中心軸在光學上與Xj軸一致，或者/并
且經(jīng)各種光學系統(tǒng)，穿過光源或圖像形成裝置的中心。
關于才艮據(jù)本發(fā)明的第二實施方式、第四實施方式或第六實施方式的圖像顯示裝置，可以配置用于將從光源發(fā)射的光轉換為平行光的準直光學系統(tǒng)(簡稱為光源準直光學系統(tǒng))。同^f,可以4吏用這樣的實施例，其中，4艮據(jù)場序法來才喿作該光源。
關于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式到第六實施方式的圖像顯示裝置(在下文，將總稱為根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置)，為了與具
有不同的P類(例如，P=3，紅、綠和藍三種類型)波長帶(或者
波長)的p類光的衍射和反射相匹配，第一衍射光柵元件或第二衍射光柵元件可以通過由層疊反射型體全息衍射光柵構成的p層衍射光柵層來配置。要注意的是，對應于一種類型波長帶(或者波長) 的干涉圖在每個衍射光柵層上形成。作為選擇，為了與具有不同p 類型波長帶(或者波長)的p類光的衍射和反射相匹配，可以這樣設置，其中，p類干涉圖在由一個衍射光柵層構成的第一衍射光柵元件或第二衍射光柵元件上形成。作為選擇，也可以這樣設置，其中，例如，視場角被分為三個，并且第一衍射光斥冊元件或者第二衍射光柵元件由對應于層疊的每個視場角的衍射光柵層配置。之后，采用這些設置，由此當包括每個波長帶(波長)的光在第一衍射光柵元件或者第二衍射光4冊元件上衍射和反射時實現(xiàn)衍射效率的增加、衍射接收角的增加、以及衍射角的最優(yōu)化。要注意的是，在下列描述中的術語"視場角e"被嚴格定義為當乂人光學系統(tǒng)的圖^f象空間》見看光學系統(tǒng)的目標范圍時的—見角。同樣，術語"全反射"表示內(nèi)部全反射，或者在導光板中的全反射。此外，術語"干涉圖的傾斜角"表示由衍射光柵元件(或者衍射光柵層)的表面和干涉圖構成的角度。
關于根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置，轉換為由準直光學系統(tǒng)改變前進方向的多條平行光束的光被輸入至導光板，但是要求這種平行光束是基于，即使在光束經(jīng)第一衍射光柵元件和第二衍射光柵元件
4皮保存。要注意的是，具體地，為了產(chǎn)生前進方向不同的多個平行光束，圖像形成裝置必須設置在準直光學系統(tǒng)的焦距的地方(位置)。這里，準直光學系統(tǒng)具有這樣的功能，將在從圖像形成裝置發(fā)射的平行光束的圖像形成裝置中的像素的位置信息轉換為光學裝置的光學系統(tǒng)中的角度信息。同樣，前進方向不同的多條平行光束在準直光學系統(tǒng)上產(chǎn)生，所以在導光板中，前進方向不同的多條平4亍光束^皮輸入，在內(nèi)部通過全反射傳^番，然后^皮發(fā)射。在第一書亍射光柵元件中，輸入至導光板的平行光束被衍射和反射，以使輸入至導光板的平^f亍光束在導光板中^皮全反射。此外，在第二^汙射光才冊元件中，在導光板中通過全反射傳播的平行光束被衍射和反射，并乂人導光寺反以平^f于光狀態(tài)發(fā)射。
關于根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置，導光板具有與導光板的軸線 (Yi軸，Y。軸方向)平行延伸的兩個平行面(第一面和第二面)。這里，當將光所輸入的導光^反的表面作為導光^反入射面，以及將輸出光的導光板的表面作為導光板發(fā)射面時，導光板入射面和導光板發(fā)射面可以由第一面構造，或者可以如下i殳置，其中，導光^反入射面由第一面構造，而導光板發(fā)射面由第二面構造。在前一種情況中，
第一衍射光4冊元件和第二衍射光4冊元件纟皮:沒置在第二面上。另一方面，在后一種情況中，第一書f射光4冊元件祐沒置在第二面上，而第二衍射光柵元件被設置在第一面上。
可以使用光敏聚合物材料作為構成第一衍射光柵元件和第二衍射光柵元件的材料。由反射型體全息衍射光柵構成的第一衍射光
關技術的反射型體全息衍射光柵的組成材料和基本構造相同。這里，術語"反射型體全息衍射光柵"表示只衍射和反射+1級衍射光的全息衍射光柵。
干涉圖從內(nèi)部到表面形成在衍射光柵元件上，但是用于形成這種干涉圖自身的方法必須與才艮據(jù)相關才支術的形成方法相同。具體地，例如，可以這樣設置，其中，目標光在構成衍射光柵元件的元件(例如，光敏聚合物材料)上從一端的第一預定方向照射，同時，干涉光在構成衫f射光斥冊元件的元件上乂人另一端的第二預定方向照射，以及由目標光和干涉光形成的干涉圖被記錄在構成衍射光柵元 4牛的元4牛的內(nèi)部。適當；也選擇第一予貞定方向、第二予貞定方向、目才示光和衍射光的波長，由此能夠獲得在衍射光柵元件表面上的干涉圖的理想傾殺牛角和理想干涉圖間隔。
在第一書于射光4冊元件和第二書f射光4冊元件由反射型體全息書亍射光柵所構成的P層衍射光柵層的層疊結構構成的情況下，關于這種衍射光柵層的層疊，在P層衍射光柵層被分別制造之后，P層衍射光柵層必須-使用例如UV固化粘合劑來層疊(粘合)。作為選才奪，可以這樣設置，其中，在使用具有粘性的光敏聚合物材料制造一個衍射光柵層之后，將具有粘性的光敏聚合物材料粘貼從而制造衍射光柵層，由此制造P層衍射光柵層。
構成導光板的材料的例子包括玻璃(包括諸如石英玻璃、BK7 等的光學玻璃)和塑料材料(例如PMMA、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、
21無定形聚丙烯樹脂、包括AS初于脂的苯乙烯樹脂)。導光板的形狀不限于平才反，也可以具有曲面形狀。在前一種情況中，Yi軸與Y。軸一致或者平4亍，^f旦是在后一種情況中，Yj軸即不與Y。軸一致也不平行于Y。軸。
構成才艮才居本發(fā)明第一實施方式、第三實施方式或第五實施方式的圖像顯示裝置的圖像形成裝置的實例包括，由諸如有機EL (電發(fā)光)、無才幾EL、發(fā)光二4及管(LED)等發(fā)光元件構成的圖像形成裝置，和由發(fā)光元件和光閥(例如，諸如LCOS (硅基液晶)等的發(fā)射型或反射型液晶顯示裝置，數(shù)字微鏡裝置(DMD))之間的組合構成的圖〗象形成裝置。才艮據(jù)第二實施方式、第四實施方式或第六實施方式的圖像顯示裝置的掃描光學系統(tǒng)的實例是用于將從光源發(fā)射的光水平掃描和垂直掃描的掃描光學系統(tǒng)(例如MEMS "效電機系統(tǒng))、電鏡)，以及由光源構成的發(fā)光元件的實例包括紅色發(fā)光元件、綠色發(fā)光元件和藍色發(fā)光元件。這里，例如，半導體激光元件和LED可以用作發(fā)光元件。像素(虛擬-泉素)的數(shù)量必須才艮據(jù) 圖像顯示裝置要求的規(guī)格來確定，像素(虛擬像素)數(shù)量的具體值可以是例如320 x 240、 432 x 240、 640 x480、 1024 x 768、 1920 x 1080。
例如，由發(fā)射裝置和光閥構成的圖像形成裝置或光源，以及用于整體發(fā)射白光的背光和具有紅色發(fā)光元件、綠色發(fā)光元件和藍色發(fā)光元件的液晶顯示裝置的組合可以是以下的示例配置。
圖像形成裝置A
圖4象形成裝置A包括
(a)第一圖像形成裝置，由第一發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，(P)第二圖像形成裝置，由第二發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，
(Y)第三圖像形成裝置，由第三發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，以及
(s)用于將第一圖像形成裝置、第二圖像形成裝置和第三圖像形
成裝置發(fā)射的光聚集到一個光徑上(例如，二向棱鏡，這同樣適用于以下的描述)，并控制第一發(fā)光元件、第二發(fā)光元件和第三發(fā)光元件各自的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)的單元。
圖1象形成裝置B
圖像形成裝置B包括
(a)第一圖像形成裝置，由用于發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件，和用于控制從發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的第一光通過控制裝置( 一種由例如液晶顯示裝置、數(shù)字樣i鏡裝置
(MDM)或者LCOS構成的光閥，這同樣適用于以下的描述)構成，
(P)第二圖像形成裝置，由用于發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件，和用于控制從發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的第二光通過控制裝置(光閥)構成，
(Y)第三圖像形成裝置，由用于發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件，和用于控制從發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的第三光通過控制裝置(光閥)構成，
(S)用于將穿過第一光通過控制裝置、第二光通過控制裝置和第三光通過控制裝置的光聚集到一個光徑上的單元，并通過用于控」
控制裝置來顯示圖像。導光元件、孩i棱鏡陣列、鏡面、發(fā)光板、和聚光透鏡能夠被實施為用于將從第一發(fā)光元件、第二發(fā)光元件和第三發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光引導到相應的光通過控制裝置的單元。
圖像形成裝置C
圖像形成裝置C包括:
(a)第一圖像形成裝置，由用于發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件以二維
矩陣方式排列的第一發(fā)光板，和用于控制從第一發(fā)光板發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的藍光通過控制裝置(光閥)構成，
(p)第二圖像形成裝置，由用于發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件以二維矩陣方式排列的第二發(fā)光板，和用于控制從第二發(fā)光板發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的綠光通過控制裝置(光閥)構成，
(Y)第三圖像形成裝置，由用于發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件以二維矩陣方式排列的第三發(fā)光板，和用于控制從第三發(fā)光板發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的紅光通過控制裝置(光閥)構成，以及
(S)用于將藍光通過控制裝置、綠光通過控制裝置和紅光通過控制裝置發(fā)射的光聚集到一個光徑，并通過光通過控制裝置(光閥) 控制這些第一發(fā)光板、第二發(fā)光板和第三發(fā)光板的通過/阻斷來顯示圖像的單元。
圖4象形成裝置D
圖像形成裝置D是用于使用場序法顯示色彩的圖像形成裝置，并且包括(a)第一圖像形成裝置，包括用于發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件，
(|3)第二圖像形成裝置，包括用于發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件，
(Y)第三圖像形成裝置，包括用于發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件，
(S)用于將第一圖像形成裝置、第二圖像形成裝置和第三圖像形成裝置發(fā)射的光聚集到一個光徑上的單元，以及
U)光通過控制裝置(光閥)，用于控制從將光聚集到一個光徑的單元所發(fā)射的光的通過/阻斷，并通過用于控制這些發(fā)光元件所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光通過控制裝置來顯示圖像。
圖^象形成裝置E
圖像形成裝置E還是用于使用場序法顯示色彩的圖像形成裝置，并包括
(a)第一圖像形成裝置，由第一發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射藍光的第一發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，
((3)第二圖像形成裝置，由第二發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射綠光的第二發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，
(Y)第三圖像形成裝置，由第三發(fā)光板構成，其中，用于發(fā)射紅光的第三發(fā)光元件以二維矩陣方式排列，
(S)用于將第一圖像形成裝置、第二圖像形成裝置和第三圖像形成裝置發(fā)射的光聚集到一個光徑上的單元，以及(S)光通過控制裝置(光閥)，用于控制從將光聚集到一個光徑的單元所發(fā)射的光的通過/阻斷，并通過用于控制這些發(fā)光板所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光通過控制裝置來顯示圖4象。
圖像形成裝置F
圖像形成裝置F是用于通過控制第一衍射裝置、第二衍射裝置
和第三衍射裝置各自的通過/阻斷狀態(tài)來顯示圖像的無源矩陣型或有源矩陣型的色彩顯示的圖像形成裝置。
圖像形成裝置G
圖像形成裝置G是使用場序法來顯示色彩的圖像形成裝置，包括用于控制來自以二維矩陣方式排列的發(fā)光元件單元的發(fā)射光的通過/阻斷的光通過控制裝置(光閥)，以及通過以時間共享方式控制發(fā)光元件單元的第一發(fā)光元件、第二發(fā)光元件和第三發(fā)光元件各自的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)來顯示圖像，此外光通過控制裝置控制第一發(fā) 光元件、第二發(fā)光元件和第三發(fā)光元件所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷。
凸透4竟、凹透4竟、自由曲面(sculptured surface ) 4菱4竟禾口全息透鏡-波單獨或者以組合方式4吏用，整體上具有正光功率的光學系統(tǒng)可以用作構成才艮據(jù)本發(fā)明的圖〗象顯示裝置的準直光學系統(tǒng)。
根據(jù)基于本發(fā)明的圖像顯示裝置，能夠構造例如，HMD(頭盔式顯示器)，能夠實現(xiàn)重量的減輕和裝置尺寸的減小，在安裝裝置時不舒服的感覺能夠被大幅減小，此外，能夠實現(xiàn)制造成本的降低。
關于才艮據(jù)本發(fā)明的第一實施方式或第二實施方式的圖^象顯示裝置，中心光在光學上平行于Xi-Yi面，并且與Xj-Zi面相交成銳角。因此，利用入射到導光板并碰觸到在第一衍射光柵元件中形成的干涉圖的光，可以減少關于干涉圖的每單位入射角的布拍^各波長的改變量，因而，能夠有效避免色彩不規(guī)則的發(fā)生，因此，能夠提供具有高顯示質(zhì)量的圖像顯示裝置。
關于根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式或第四實施方式的圖像顯示裝置，第二衍射光柵元件的厚度比第一衍射光柵元件的厚度薄。同樣，關于根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式或第六實施方式的圖像顯示裝置，第二衍射光柵元件的最大衍射效率的值小于第一衍射光柵元件的最大衍射效率的值。因此，能夠增加在導光^反的軸線方向上的瞳徑，此外，能夠解決顯示裝置的亮度根據(jù)在導光板的軸線方向上的瞳孔位置明顯改變的問題，因此，能夠提供具有亮度均勻性高的圖 l象顯示裝置而不會明顯減少光^f吏用效率。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置的概念圖2是示出了觀測者配戴兩套根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置的狀態(tài)的扭克念圖3是示出了當根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置從-6 度到+6度改變一見場角0時波長乂人480nm到560nm的光的書亍射效率分布圖4A和4B是分別示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置在視場角0=+6度的情況下和在視場角6=0度情況下的衍射光 i普的圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像顯示裝置中在視場角0= - 6度的情況下的衍射光譜的圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像顯示裝置的概念圖7是示出了構成根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像顯示裝置的光源和掃描光學系統(tǒng)的扭克念圖8是才艮據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖^f象顯示裝置的一部分的和克念
圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖像顯示裝置的一部分的概念
圖10是沖艮據(jù)本發(fā)明第五實施例的圖^f象顯示裝置的概念圖11是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的圖像顯示裝置的一部分的概念圖12是示出了關于本發(fā)明的第五實施例，當改變布于射光柵元件的厚度和折射率調(diào)制度An的兩個參數(shù)之間的組合時為了獲得 30%的最大衍射效率，衍射光柵元件的厚度和折射率調(diào)制度An之間的關系圖13是示出了關于本發(fā)明的第五實施例，當假設衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An是常數(shù)(0.045 ),并改變衍射光柵元件的厚度時書于射々文率變4匕的圖14是示出了關于本發(fā)明的第五實施例，當假設衍射光柵元件的厚度是常數(shù)(4nm),并改變衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An 時書f射效率變化的圖；圖15A和15B是分別示出了關于第五實施例，為了獲4尋30% 的最大衍射效率，衍射光柵元件的厚度和折射率調(diào)制度An之間關系的圖，以及為了獲得30%的最大衍射效率，衍射光柵元件的厚度和衍射光柵元件的衍射光譜的半值寬度(單位nm)之間的關系圖16是適合在本發(fā)明的第一實施例、第二實施例和第五實施例中使用的圖像形成裝置的變形例的概念圖17是示出了圖像形成裝置的另一種變形例的概念圖18是示出了圖像形成裝置的又一種變形例的概念圖19是示出了圖^象形成裝置的又一種變形例的積無念圖20是示出了圖像形成裝置的又一種變形例的概念圖21是示出了關于根據(jù)相關技術的圖像顯示裝置，當從-6 度到+6度改變一見場角6時波長從480nm到560nm的光的衍射效率分布圖22A和22B是分別示出了關于才艮據(jù)相關技術的圖像顯示裝置在視場角0=+6的情況下和在視場角0=0度的情況下的衍射光譜
圖23是示出了關于根據(jù)相關技術的圖像顯示裝置在視場角e=
_ 6度的情況下的衍射光譜圖24A和24B是示出了不同視場角0引起的衍射效率與衍射光譜的中心波長之間的關系圖，并示出了從光源發(fā)射的光的發(fā)射光
i普的示意29圖25A是根據(jù)相關技術的圖像形成裝置的概念圖，而圖25B 是放大第一衍射光柵元件的示意性部分截面圖。
具體實施例方式
在下文中將參照附圖基于實施例來描述本發(fā)明。第一實施例
第一實施例涉及一種根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的圖像顯示裝置，更具體地，涉及一種具有第一 A設置的圖像顯示裝置。如圖1 所示的概念圖，根據(jù)第一實施例的圖像顯示裝置包括
(A) 圖像成形裝置ll,包括以二維矩陣方式排列的多個像素，
(B) 準直光學系統(tǒng)12,用于將圖像成形裝置ll發(fā)射的光轉換為平行光，以及
(C) 光學裝置20，由準直光學系統(tǒng)12轉換為前進方向不同的多個平行光束的光被輸入、引導、并由其發(fā)射。
光學裝置20包括
(a) 導光板21,輸入光(更具體地，由前進方向不同的多個平行光通量構成的平行光通量組)在其內(nèi)部^皮全反射傳纟番，然后^皮發(fā)射，
(b) 第一衍射光柵元件30，由反射型體全息衍射光柵構成，用于書亍射和反射輸入至導光纟反21的光(平4于光通量組)/人而將iir入至導光板21的光(平行光通量組)在內(nèi)部全反射，第一衍射光4冊元件i殳置在導光一反21中，(c)第二衍射光柵元件40，由反射型體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在導光板21中通過全反射傳播的光(平行光通量組)，并發(fā)射來自導光4反21的光(更具體地，在不改變平4于光通量組的情況下發(fā)射)，第二衍射光柵元件設置在導光板21中。要注意的是，導光板21發(fā)射的光被輸入至觀測者(圖像觀測者)的瞳孔位置。
這里，關于第一實施例或者下文描述的第二實施例到第六實施例，為了與具有不同P類(例如，P=3,紅、綠和藍三種類型)波長帶(或者波長)的P類光的衍射和反射匹配，第一衍射光柵元件 30和第二衍射光柵元件40通過由層疊的反射型體全息衍射光4冊構成的P層衍射光柵層構造。要注意的是，對應于一種類型波長帶(或者波長)的干涉圖在由已經(jīng)利用相關技術制造的光敏聚合物材料構成的每個衍射光4冊層上形成。更具體地，第一衍射光柵元件30和第二衍射光柵元件40具有這樣的構造，其中，用于衍射和反射紅光的衍射光柵層、用于衍射和反射綠光的衍射光柵層以及用于衍射和反射藍光的衍射光柵層被層疊。在衍射光柵層(衍射光學裝置) 上形成的干涉圖的間距是常數(shù)，并且千涉圖是線性形狀，并與z軸方向平行。要注意的是，在圖1中，示出的第一書于射光4冊層30和第二衍射光柵層40為一層。使用這樣的設置，由此當具有各自波長帶(或者波長)的光在第一衍射光柵元件30和第二衍射光柵元件40上被衍射和反射的時候，能夠實現(xiàn)衍射效率的提高、衍射接收角的增大以及4汙射角的優(yōu)化。
關于第一實施例，圖^象形成裝置11由，例如，包括以二維矩陣方式4非列的多個(例如，在Yi軸方向上有J個，而在Zi軸方向上有K個，即，J x K = 320 x 240 ) <象素('液晶單元)的'液晶顯示裝置(LCD)構成，而準直光學系統(tǒng)12由例如凸透4竟構成，并且產(chǎn) 生前進方向不同的多個平行光束，由此圖像形成裝置11被設置在準直光學系統(tǒng)12的焦距的位置上。而且，一個4象素是由用于發(fā)射紅光的紅色發(fā)射子像素、用于發(fā)射綠光的綠色發(fā)射子像素和用于發(fā) 射藍光的藍色發(fā)射子像素構成。這同樣適用于隨后描述的第二和第五實施例。
這里，導光^反21具有兩個在導光凈反21的軸線上平4亍延伸的平行面(第一面22和第二面23)。要注意的是，Yi軸與Y。軸一致， Xi軸平行于X。軸(它們由兩點畫線顯示)，以及Zi軸平行于Z。軸。要注意的是，以第一衍射光柵元件30的中心作為原點Oi, Xi軸是經(jīng)過原點Oi的第一々于射光4冊元件30的法線，且是以朝向準直光學系統(tǒng)側的方向作為正向的法線。以第二衍射光4冊元件40的中心作為原點O。， X。軸是經(jīng)過原點0。的笫二書t射光4冊元件40的法線，且是以光的發(fā)射方向作為正向的法線。這里，第一面22面向第二面23。平行光從第一面22入射，在內(nèi)部通過全反射傳播，并從第一面22發(fā)射。第一衍射光4冊元件30置于導光板21的第二面23上，并衍射和反射入射到導光板21上的平行光以使從第一面22入射到導光板21的平行光在導光板21中被全反射。此外，第二衍射光柵元件40置于導光+反21的第二面23上，4汙射和反射在導光4反21中多次通過全反射傳播的平行光，并在不改變平行光的情況下將平行光從導光板21的第一面22發(fā)射。但是，本發(fā)明不限于此，因此，可以這樣:沒置，其中，導光々反入射面是由第二面23構成，且導光氺反發(fā)射面是由第一面22構成。
之后，關于第一實施例，紅、綠和藍三色的平行光在導光板21 中通過全反射傳播、并被發(fā)射。這時，導光板21很薄，并且在導光板21中前進的光徑很長，所以在平行光到達第二衍射光柵元件 40的次f史會才艮據(jù)各個^L場角而不同。更具體地，在IIT入至導光4反 21的平行光中，在接近第二衍射光柵元件40的方向上以一定角度輸入的平行光的反射次數(shù)小于在離開第二衍射光4冊元件40的方向上以一定角度輸入導光板21的平行光的反射次數(shù)。這是因為關于在第一衍射光柵元件30上衍射和反射的平4于光，在4妄近第二書亍射光片冊元件40的方向上以一定角度輸入導光板21的平行光，與在其相反方向上以一定角度l餘入導光4反21的平行光相比壽交，由在導光板中傳播的光和碰到導光板21內(nèi)面時導光板的法線構成的角更小。同樣，在第二衍射光柵元件中形成的干涉圖的形狀與在第一衍射光柵元件30中形成的千涉圖的形狀之間具有與垂直于導光板21軸線的虛擬面相對稱的關系。
在下文描述的根據(jù)第二實施例至第六實施例的導光板21也基本具有上述導光才反21的相同i殳置和構造。
關于根據(jù)第一實施例的圖像顯示裝置，從圖像形成裝置11的中心像素發(fā)射的、經(jīng)過準直光學系統(tǒng)12的中心的中心光CL，在光學上平^f亍于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成4兌角。也就是"i兌，關于第一實施例，中心光入射角6j-c在XjYjZi坐標系中具有小于90度的正值(更具體地，90度-70度=20度)。同樣，中心光CL在導光斗反
21中被全反射(中心光全反射角是0Ref)，在第二衍射光柵元件40
上被衍射和反射，并以中心光發(fā)射角e。-c從導光板21發(fā)射。
這樣，關于第一實施例，準直光學系統(tǒng)12的光軸平行于Xi-Yj 面(更具體地，置于Xi-Yi面中)，并與Xj-Zi面相交成4兌角(更具體地，90度-e"c =70度)。其次，準直光學系統(tǒng)12的光軸在光學上穿過圖^f象形成裝置11的中心。要注意的是，關于第一實施例，圖4象形成裝置11的中心位于準直光學系統(tǒng)12的光軸的延長線上， 4旦是本發(fā)明不限于此，可以采用這樣的實施例，其中，準直光學系統(tǒng)12的光軸經(jīng)各種光學系統(tǒng)在光學上穿過圖^f象形成裝置11的中心。同樣，在準直光學系統(tǒng)12的光軸上傳播的光被輸入至原點Oi，該原點是第一衍射光柵元件30的中心，但是，這樣的光可以從準直光學系統(tǒng)12直接輸入至導光板21，或者可以經(jīng)各種光學系統(tǒng)從準直光學系統(tǒng)12l俞入至導光^反21。此外，,人導光板21發(fā)射的相當于中心光CL的光在光學上平行于X。-Y。面，并且與X。-Z。面相交成4屯角。之后，如上所述，在第二書f射光4冊元件40中形成的干涉圖的形狀與在第一書f射光4冊元件 30中形成的干涉圖的形狀之間具有與垂直于導光才反21的軸線的虛擬面相對稱的關系，中心光發(fā)射角e。-c的值是在X。Y。Z。坐標系統(tǒng)中超出90度(具體地說，-20度)的值，而中心光入射角0i-c的絕對值等于中心光發(fā)射角e。，c的值。這對于下文所述的第二實施例到第六實施例是成立的。
Yj軸在光學上垂直于在第一衍射光柵元件30中形成的干涉圖。此外，Y。軸在光學上垂直于在第二衍射光柵元件40中形成的干涉圖。這同樣適用于下文所述的第二實施例到第六實施例。
之后，如圖2所示的概念圖，從導光板21發(fā)射的相當于中心光CL的光垂直于連接觀測者兩個瞳孔50的直線。要注意的是，有這樣的情況，例如，為了進行孩史細調(diào)整，角度^皮設定為90度±2度，所以"垂直"的相無念包括"90度±2度"的范圍。這同樣適用于下文所述的第二實施例到第四實施例。要注意的是，在圖2中，兩套圖像顯示裝置被示出，一套圖像顯示裝置用于右眼，而另一套圖像顯示裝置用于左眼。用于右眼的圖Y象顯示裝置和用于左眼的圖<象顯示裝置可以顯示相同的圖4象，或者可以顯示不同的圖4象(例如，能夠顯示立體圖的圖像)。但是，很顯然這樣的圖像顯示裝置可以安裝在單側眼睛。這里，圖像顯示裝置用作HMD (頭盔式顯示器)。
要注意的是，關于第一實施例，在第一衍射光4冊元件30中的干涉圖被設計以使在導光板21中傳播的中心光CL碰觸到導光板
21的內(nèi)面時的角度變?yōu)榕c角6Ref相同的角度，角0Ref是以中心光入
射角0i-c為0度在根據(jù)相關技術的圖像顯示裝置中所設置的第一衍射光柵元件的干涉圖上衍射和反射的、并在導光板中傳播的光碰到導光板的內(nèi)面時的角度。也可以在第二衍射光柵元件40中設置相
34同的干涉圖。除非另有說明，否則這同樣適用于下文所述的第二實施例到第六實施例。
圖3示出了當從-6度到6度改變^見場角e時從480nm到560nm 波長的光的衍射效率分布。這里，設定模擬條件以使導光板21的 4斤射率是1.527,并且中心光(522nm的波長)在導光才反21中傳插_ 時的全反射角是68度。根據(jù)圖3顯而易見的是，衍射光譜是根據(jù) 視場角確定的。例如，在視場角0=+6度的情況下，衍射光譜的中心波長(布拉格波長)存在于502nm附近(見圖4A ),在視場角6=0 度的情況下，衍射光譜的中心波長(布拍4各波長)存在于522nm附近(見圖4B)，而在視場角6=-6度的情況下，衍射光譜的中心波長(布拉格波長)存在于536nm附近(見圖5)。也就是說，布拉才各波長大約改變了 34nm。這個改變量是比以相關才支術所述的改變量(48nm)要小很多值。因此，關于干涉圖的每單位入射角的布拉格波長的改變量能夠被減小，從而能夠避免色彩不規(guī)則的現(xiàn)象，由此，能夠提供具有高顯示質(zhì)量的圖像顯示裝置。
第二實施例
第二實施例是第一實施例的變形例，更具體地，涉及一種具有第一B設置的圖〗象顯示裝置210。也就是說，如圖6所述的概念圖，關于第二實施例，準直光學系統(tǒng)212的光軸平^f亍于Xi軸。之后，準直光學系統(tǒng)212的光軸在光學上穿過離開圖像形成裝置211的中心的位置。根據(jù)這樣的設置，中心光CL在光學上平行于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成4兌角。更具體地，同樣關于第二實施例，中心光入射角ei—c是20度。
這里，我們假設，準直光學系統(tǒng)212的焦距是f，圖像形成裝置211位于準直光學系統(tǒng)212的焦點〗立置。此外，我們々支i殳，準直光學系統(tǒng)212的光軸在光學上穿過偏離圖^f象形成裝置211的中心的位置，但是從準直光學系統(tǒng)212的光軸到圖像形成裝置211的中心的距離(第二實施例中是沿著Yi軸的距離)是Os。這里，如果我們說中心光入射角ei—c的光輸入至導光板21時的入射角是evc (這個角等于圖25B所示的角vj/)，以及導光板21的折射率是n，那么將滿足下面的關系表達式。
<formula>formula see original document page 36</formula>
因j):匕，滿足
<formula>formula see original document page 36</formula> ... (1)
由此，為了獲得所需的e'i-c, os和f的值必須被設定滿足上述表達式(i)。
除了上述幾點之外，4艮據(jù)第二實施例的圖^f象顯示裝置的i殳置和構造可以認為與根據(jù)第一實施例的圖像顯示裝置的設置和構造一樣，所以將省略其詳細描述。
第三實施例
第三實施例是本發(fā)明的第二實施方式，更具體地，涉及一種具有第二 A設置的圖像顯示裝置。根據(jù)第三實施例的圖像顯示裝置 310,其中光源和掃描光學系統(tǒng)的部分在圖7中示出，以及圖^f象顯示裝置的一部分的概念圖在圖8中示出，包括
(A) 光源300，
(B) 掃描光學系統(tǒng)305,用于掃描光源300發(fā)射的光，并形成以二維矩陣方式^^列的虛擬-像素，以及(C)光學裝置20,來自掃描光學系統(tǒng)305的光被輸入、引導、并 ,人其發(fā)射。
要注意的是，除了光源300和掃描光學系統(tǒng)305之外，圖4象顯示裝置的其它部分被認為實質(zhì)上與第一實施例所述的圖像顯示裝置10的相同。也就是說，類似于第一實施例，光學裝置20包括
(a) 導光板21，其中輸入光(更具體地，由前進方向不同的多個平4亍通量構成的平行光通量組)在內(nèi)部通過全反射傳纟番，并凈皮發(fā)射，
(b) 第一衍射光柵元件(30)，由反射型體全息衍射光柵構成，用于衍射和發(fā)射輸入至導光板21的光(平行光通量組)，以使輸入至導光板21的光(平行光通量組)在內(nèi)部全反射，第一4汙射光4冊元件i殳置在導光4反21中，以及
(c) 第二書f射光4冊元件40，由反射型體全息書f射光4冊構成，用于衍射和反射在導光板21中通過全反射傳播的光(平行光通量組)，并乂人導光才反21中發(fā)射(具體地-說，在不改變平4于光通量組的情況下發(fā)射)，第二衍射光柵元件設置在導光板21中。要注意的是，從導光板21發(fā)射的光被輸入至觀測者的瞳孔的位置(瞳孔位置)。
根據(jù)場序法才喿作光源300。更具體地，如圖7所示的示意圖，才艮據(jù)第三實施例的光源300包括
(a )紅色發(fā)光元件301R(例如，AlGalnP半導體發(fā)光元件或者GaN 半導體發(fā)光元件，這同樣適用于以下的描述)，用于發(fā)射紅光。
(P)綠色發(fā)光元件301G (由GaN半導體構成，這同才羊適用于以下的描述)，用于發(fā)射綠光，(Y)藍色發(fā)光元件301B (由GaN半導體構成，這同樣適用于以下的描述)，用于發(fā)射藍光，
(S )用于將紅色發(fā)光元件301R、綠色發(fā)光元件301G和藍色發(fā)光元件301B各自發(fā)射的光聚集到單個光徑(例如，二向棱鏡303) 上的單元，以及
(s)光通過控制裝置(液晶顯示裝置)304，用于控制從用于將光聚集到單個光徑的單元(二向棱鏡303)發(fā)射的光的通過和阻斷。從發(fā)光元件301R、 301G和301B發(fā)射的光由導光元件302引導，并被輸入至光通過控制裝置304,該導光元件302是由諸如硅樹脂、環(huán)氧樹脂或聚石灰酸酯樹脂的透光物質(zhì)構成的導光元件，或者是諸如鏡子等的反射元件構成的。
之后，通過用于控制這種發(fā)光元件所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光通過控制裝置304來顯示圖像。而且能夠進行使用場序法的色彩顯示。一個像素的光被光通過控制裝置發(fā)射。隨后，該光穿過未顯示的光源準直光學系統(tǒng)，并被掃描光學系統(tǒng)305掃描，該掃描光學系統(tǒng)由圍繞與Z軸平行的旋轉軸307 (在垂直于附圖頁面空間方向的延長線上)旋轉的水平掃描電鏡306以及圍繞包括在X-Y平面中的旋轉軸309 (在與附圖頁面平行的方向的延長線上)旋轉的垂直掃描電鏡308構成，由此形成以二維矩陣方式排列的虛擬像素。之后，從掃描光學系統(tǒng)305發(fā)射的光(平行光)帔輸入至光引導面 21的第一面22。
關于根據(jù)第三實施例的圖像顯示裝置，從光源300的中心發(fā)射、并穿過掃描光學系統(tǒng)305中心的虛擬像素的中心光在光學上平行于 Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成銳角。也就是說，同樣關于第三實施例，在XjYiZi坐標系統(tǒng)中，中心光入射角9i-c具有小于90度的正值 (更具體地，20度)。
38這里，關于第三實施例，掃描光學系統(tǒng)305的中心軸平4亍于 Xi-Yj面(更具體地，位于Xj-Yi面內(nèi))，并與XrZi面相交成4兌角(更具體地，70度)。之后，由這種在中心光CL輸入至導光板21之前的中心光CL和Yi軸形成的角具有正值(90°-0i-c)。這里，6j-c的值，如上所述，是20度。要注意的是，關于第三實施例，存在光源300的中心位于掃描光學系統(tǒng)305的中心軸的延長線上的情況，以及光源300的中心不位于掃描光學系統(tǒng)305的中心軸的延長線上的情況，^旦是在后一種情況中，必須采用這樣的實施例，其中，掃描光學系統(tǒng)305的中心軸經(jīng)各種光學系統(tǒng)在光學上穿過光源300的中心。
關于才艮據(jù)第三實施例或者在下文描述的第四實施例的圖 <象顯示裝置，與第一實施例類似，關于干涉圖的每單位入射角的布拉格波長的改變量能夠凈皮降低，因此，能夠有效地避免色彩不A見則的出現(xiàn)，因而，能夠提供具有高顯示質(zhì)量的圖像顯示裝置。
第四實施例
第四實施例是第三實施例的變形例，更具體地，涉及一種具有第二B設置的圖像顯示裝置。也就是說，如圖9所示的圖像顯示裝置的一部分的概念圖，才艮據(jù)第四實施例的圖4象顯示裝置410還包括準直光學系統(tǒng)，用于將掃描光學系統(tǒng)305發(fā)射的光轉換為平4亍光，并且掃描光學系統(tǒng)305的中心軸平行于Xj軸，但是不與Xi軸一致。才艮據(jù)這樣的i殳置，由這種在中心光CL輸入至導光^反21之前的中心光CL和Yi軸構成的角具有正值(90°-euc)。更具體地，同樣沖艮據(jù) 第四實施例，中心光入射角6i-c是20度。
除了上述幾點外，4艮據(jù)第四實施例的圖^f象顯示裝置410的設置和構造可以被認為與根據(jù)第三實施例的圖像顯示裝置310的設置和構造相同，所以其詳細描述將被忽略。同樣，根據(jù)第四實施例的圖像顯示裝置410必須被設計為滿足上述表達式(1 )，同時還要考慮到表達式(A)和表達式(B)。
第五實施例
第五實施例涉及#4居本發(fā)明的第三實施方式和第五實施方式的圖像顯示裝置。根據(jù)如圖10所示的概念圖的第五實施例的圖像顯示裝置510的基本設置和構造與關于第一實施例所描述的圖像顯示裝置10的設置和構造相同。之后，關于根據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置510，第二衍射光柵元件540的厚度比第一衍射光柵元件 530的厚度薄。更具體地，第二書于射光4冊元件540的厚度小于5jam, 而第一衍射光柵元件530的厚度等于或者大于5|um,更具體地，第二衍射光柵元件540的厚度是1.7)Lim,而第一書1"射光4冊元件530的厚度是7jum。作為選擇，關于根據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置510，第二衍射光柵元件540的最大衍射效率的值小于第一衍射光柵元件 530的最大衍射效率。具體地說，第二衍射光柵元件540的最大衍射效率小于50%，而第一衍射光4冊元件530的最大4汙射效率等于或大于50%,更具體地，第二衍射光柵元件540的最大衍射效率小于 30%，而第一衍射光柵元件530的最大衍射效率等于或大于90%。更具體地說，第二衍射光柵元件540的折射率調(diào)制度An是0.04，并且厚度是1.7^im。此外，第一衍射光柵元件530的折射率調(diào)制度An 是0.04，并且厚度是7ium。
要注意的是，同樣關于下文所述的第六實施例，第一衍射光柵-元件530和第二衍射光4冊元件540的規(guī)格相同。
這里，關于根據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置，與根據(jù)第一實施例的圖^f象顯示裝置不同，準直光學系統(tǒng)512的光軸在光學上與Xi 軸一致，此外，準直光學系統(tǒng)512的光軸穿過圖^f象形成裝置511的中心。也就是說，中心光入射角ei—c是0度。要注意的是，Xi軸存在于準直光學系統(tǒng)512的延長線上，并且圖像形成裝置511的中心 -故定位于該延長線上，l旦是本發(fā)明不限于此，因此可以這4羊i殳置，其中，Xi軸不存在于準直光學系統(tǒng)512的延長線上，以及圖像形成裝置511的中心沒有被定位在該延長線上。要注意的是，在這種情況下，必須采用這樣的實施例，其中準直光學系統(tǒng)512的光軸在光學上與Xi軸一致，或者/并且經(jīng)各種光學系統(tǒng)穿過圖像形成裝置511 的中心。
作為才艮據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置特4i的第二彩t射光4冊元件540的厚度和第一衍射光4冊元件530的厚度之間的關系可適用于第一實施例中描述的圖像顯示裝置，也可適用于第二實施例中描述的圖像顯示裝置。同樣，作為根據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置特征的第二衍射光柵元件540的最大衍射效率的值和第一衍射光柵元件 530的最大衍射效率的值之間的關系可適用于第一實施例中描述的圖像顯示裝置，也可適用于第二實施例中描述的圖像顯示裝置。
附帶地，關于圖像顯示裝置，為了在不增加導光板厚度的前提下提高在Yi軸方向上的瞳徑，具有相同全反射角的平行光在第二衍射光柵元件處被衍射和反射，從而將其從導光板多次發(fā)射。在這種情況下，如果構成第二衍射光柵元件的每個衍射光柵的衍射效率很高，那么在導光板中重復全反射所傳播的大量的光對于第二衍射光才冊元件在第一次入射時將在無意中乂人導光^反發(fā)射，并在第二和第三次時被輸入至第二衍射光柵元件，因此，將要被衍射和反射的光明顯地減少。這實質(zhì)上阻止了瞳徑的放大。例如，當假設第二衍射光柵元件的最大衍射效率是90%的時候，在第一次衍射和反射中光的 90%乂人導光才反發(fā)射，9%[= (1 - 0.9) x 0.9 x 100]在第二次書亍射和反射中發(fā)射，0.9%[= (1 - 0.9 - 0.09) x 0.9 x 100]在第三次4汙射和反射中發(fā)射，由此圖像快速變暗。因此，關于第五實施例，第二4汙射光柵元件540的最大書于射效率4皮i殳定為30%。因此，在導光4反21 4專^番的光中，光的30%在第二衍射光柵元件540的第一次衍射和反射中從導光才反-波發(fā)射，光的 21%[= (1 - 0.3) x 0.3 x 100〗在第二次書f射和反射中孚皮發(fā)射，以及光的14.7%[= (1 -0.3-0.21) x 0.3 x IOO]在第三次衍射和反射中凈皮發(fā) 射。因此，圖像會逐漸變暗。
相反，關于第一衍射光柵元件530，每個視場角的光以一次的衍射和反射在導光板21中傳播，因此，從光使用效率的角度出發(fā)，最大衍射效率越高越有利。因此，關于第五實施例，在第一衍射光才冊元件350的最大書f射效率-皮設定為90%。
關于由確定的波長、入射角和衍射角所定義的衍射光柵元件，當改變衍射光4冊元件的厚度和〗?jīng)@射光4冊元件的4斤射率調(diào)制度An兩個參數(shù)的組合時，用于獲得30。/。的最大衍射效率的折射率調(diào)制度An 與衍射光柵元件厚度之間的關系在圖12中示出。才莫擬條件^皮如下設定。要注意的是，在圖12、 13和14中，關于括號內(nèi)的數(shù)字，左側表示衍射光纟冊元件的折射率調(diào)制度An，而右側表示右f射光沖冊元件的厚度(單位]Lim)。
波長522nm
中心光入射角9i-c: 0度
中心光全反射角e^f: 68度
導光板的折射率1.527
此外，圖13示出了當衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An為常數(shù) (0.045 )改變書亍射光柵元件厚度時，書亍射效率的變化，圖14示出
42了當衍射光柵元件的厚度為常數(shù)(4|am)改變衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An時，衍射效率的變化。從圖13可以看出，衍射光柵元件的厚度越薄，衍射效率下降得越多。此外，從圖14可以看出，衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An越低，衍射效率下降得越多。
此夕卜，圖15A示出了用于獲得30。/。的最大衍射效率的折射率調(diào) 制度An和衍射光柵元件厚度之間的關系，圖15B示出了為了獲得 30%的最大衍射效率的衍射光柵元件的衍射光譜的半值寬度(單位 nm)和衍射光柵元件厚度之間的關系。只要折射率調(diào)制度An等于或小于構成衍射光柵元件的材料的特性所確定的An最大值，衍射光柵元件的厚度和折射率調(diào)制度An的組合就可以被任意選擇。附帶地，從圖15A能夠看出，衍射光柵元件的厚度越薄，衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An越大。另一方面，從圖15B能夠看出，衍射光柵元件的厚度越薄(即，折射率調(diào)制度An越大)，衍射效率的衍射光i普寬度越寬。
因此，衍射光柵元件的厚度越薄，或者折射率調(diào)制度An的值越大，衍射效率下降的就越多，在第二4汙射光4冊元件540多次衍射和反射并從導光板21發(fā)射的光的變化率就能夠被降低，因此圖像逐漸變暗。因此，在導光4反軸線方向上的瞳徑能夠4皮增大，此外，能夠解決顯示圖像的亮度根據(jù)在導光板的軸線方向上的瞳孔位置明顯變化的問題，因此在不會明顯降低光使用效率的情況下，能夠提供具有亮度均勻性高的圖像顯示裝置。
可以用作減少參照圖24A所述問題的一種有效技術，使第二衍射光柵元件的衍射效率的衍射光鐠寬度增大。如圖24B所示，衍射效率的衍射光譜寬度增大，由此在光源的發(fā)射光鐠分布和衍射效率之間的乘積所確定的主波長的改變能夠被降低。因此，使用根據(jù)第五實施例的圖像顯示裝置，從而能夠降低根據(jù)視場角的布拉格波長的改變，并且能夠降低顯示圖像的色彩不規(guī)則性。要注意的，上述意見也適用于#4居下文所述的第六實施例的圖像顯示裝置。
第六實施例
第六實施例涉及才艮據(jù)本發(fā)明第四實施方式和第六實施方式的圖像顯示裝置。根據(jù)第六實施例的圖像顯示裝置的基本設置和構造與關于第三實施例所述的圖像顯示裝置的設置和構造相同。其次，
關于4艮據(jù)第六實施例的圖像顯示裝置，第二衍射光柵元件540的厚度比第一衍射光柵元件530的厚度薄。此外，關于根據(jù)第六實施例的圖〗象顯示裝置，第二4汙射光4冊元件540的最大4汙射效率的值小于第一衍射光一冊元件530的最大衍射效率的值。
這里，關于根據(jù)第六實施例的圖像顯示裝置，如圖11所示的概念圖，不同于根據(jù)第三實施例的圖像顯示裝置，掃描光學系統(tǒng)的中心軸在光學上與Xi軸一致。也就是說，中心光入射角ei-c是o度。要注意的是，存在Xj軸在掃描光學系統(tǒng)的中心軸的延長線上的情況，以及Xi軸不在掃描光學系統(tǒng)的中心軸的延長線上的情況，但是在后一情況中，必須采用這樣的實施例，其中，掃描光學系統(tǒng)的中心軸經(jīng)各種光學系統(tǒng)在光學上與Xi軸一致。
第二衍射光柵元件540的厚度和第一衍射光柵元件530的厚度之間的關系，或/和第二衍射光柵元件540的最大衍射效率的值和第一衍射光柵元件530的最大衍射效率的值之間的關系，作為根據(jù)第六實施例的圖像顯示裝置的特征，可適用于關于第三實施例的圖像顯示裝置，還可適用于關于第四實施例的圖〗象顯示裝置。
至此，基于優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些實施例。利用實施例所述的圖像顯示裝置的設置和構造是實例，并可以進4亍適當?shù)?務改。例如，關于第一到第六實施例，可以這才羊配
44置，其中，關于第一衍射光柵元件30和530以及第二衍射光柵元件40和540，可以形成P種干涉圖，以獲得構成各個平4亍光通量的具有不同波長帶(或波長)的P類光通量的相同衍射和發(fā)射角度。關于導光板21,透明基板(例如，玻璃基板)可以通過中間夾置空氣層而i殳置在第一^f射光4冊元件30和第二書f射光4冊元件40的上面，由此能夠保護導光板21的第二面23、第一衍射光柵元件30和 530、以及第二書亍射光斥冊元件40和540。
作為適用于第一、第二和第五實施例的圖像形成裝置，例如，如圖16所示的概念圖，可以使用由發(fā)射面板構成的有源矩陣型圖像形成裝置，其中由半導體發(fā)光元件構成的發(fā)光元件301以二維矩陣方式排列，通過控制每個發(fā)光元件301的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)來顯示圖像，從而使觀測者從視覺上識別發(fā)光元件301的發(fā)射狀態(tài)。從這個圖〗象形成裝置發(fā)射的光經(jīng)過準直光學系統(tǒng)12、 212和512輸入導光板21。
作為選擇，如圖17所示的和克念圖，可以4吏用色彩顯示圖^f象形成裝置，其包括
(a)紅色發(fā)光板311R,其中，用于發(fā)射紅光的紅色發(fā)光元件301R
以二維矩陣方式4非列，
(P)綠色發(fā)光板311G，其中，用于發(fā)射鄉(xiāng)錄光的綠色發(fā)光元件301G
以二維矩陣方式4非列，
(Y)藍色發(fā)光板311B，其中，用于發(fā)射藍光的藍色發(fā)光元件301B
以二維頭巨陣方式4非列，以及
(S )用于將從紅色發(fā)光板311R、綠色發(fā)光板311G和藍色發(fā)光板 311B各自發(fā)射的光聚集到單一的光徑(例如，二向棱鏡303)上的單元，并控制紅色發(fā)光板311R、綠色發(fā)光板311G和藍色發(fā)光板 311B各自的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)。從這個圖像形成裝置發(fā)射的光還經(jīng) 過準直光學系統(tǒng)12、 212和512輸入導光外反21。要注意的是，參考數(shù)字312表示用于聚集發(fā)光元件發(fā)射的光的微透鏡。
作為選擇，圖18示出了由發(fā)光板311R、 311G、 311B等構成的圖像形成裝置的概念圖，其中發(fā)光元件301R、 301G和301B以二維矩陣方式^非列，/人發(fā)光^反311R、 311G和311B發(fā)射的、分別由光通^各控制裝置304R、 304G和304B控制通^各/阻斷的光束(光) 被輸入至二向棱鏡303，這些光束(光)的光徑被聚集到單一的光徑上，并經(jīng)準直光學系統(tǒng)12、 212和512 $釙入至導光才反21。
作為選擇，圖19示出了由發(fā)光板311R、 311G、 311B等構成的圖像形成裝置的概念圖，其中發(fā)光元件301R、 301G和301B以二維矩陣方式排列，從發(fā)光板311R、 311G和311B發(fā)射的光束(光) 被輸入至二向棱鏡303,這些光束(光)的光徑;故聚集到單一的光徑上，并且從二向棱鏡303發(fā)射的光束經(jīng)準直光學系統(tǒng)12、 212和 512輸入至導光一反21,其中由光通過控制裝置304來控制各自的通過/阻斷。
作為選捧，如圖20所示，可以使用這樣的圖像形成裝置，其包括發(fā)光元件301R,用于發(fā)射紅光；光通過控制裝置(例如，液晶顯示裝置304R),是一種用于控制發(fā)射紅光的發(fā)光元件301R 所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光閥；發(fā)光元件301G，用于發(fā)射綠光；光通過控制裝置(例如，液晶顯示裝置304G)，是一種用于控制發(fā)射綠光的發(fā)光元件301G所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光閥；發(fā)光元件301B，用于發(fā)射藍光；光通過控制裝置(例如，液晶顯示裝置304B)，是一種用于控制發(fā)射藍光的發(fā)光元件301B所發(fā)射的發(fā)射光的通過/阻斷的光閥；光引導元件302，用于引導由GaN 半導體構成的發(fā)光元件301R、 301G和301B所發(fā)射的光束(光)；以及用于將光束的光徑聚集到單個光徑上的單元(例如，二向棱鏡
303 )。
本領域才支術人員應該明白，4艮據(jù)i殳計要求和其他因素，可以進行各種變形、組合、再組合和變更，只要它們在所附權利要求書的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種圖像顯示裝置，包括圖像形成裝置，包括以二維矩陣方式排列的多個像素；準直光學系統(tǒng)，用于將所述圖像形成裝置的像素所發(fā)射的光轉換為平行光；以及光學裝置，通過所述準直光學系統(tǒng)轉換為前進方向不同的多個平行光的光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳播，并被發(fā)射；第一衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射輸入至所述導光板的光，以使輸入至所述導光板的光在所述導光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設置在所述導光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光從所述導光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設置在所述導光板上；并且，當假設所述第一衍射光柵元件的中心是原點，以朝向所述準直光學系統(tǒng)側的方向作為正向穿過所述原點的所述第一衍射光柵元件的法線是Xi軸，而以穿過所述原點、垂直于所述Xi軸、朝向所述第二衍射光柵元件側的方向作為正向的所述導光板的軸線是Yi軸時，從所述圖像形成裝置的中心的像素發(fā)射、并穿過所述準直光學系統(tǒng)的中心的中心光在光學上平行于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成銳角。
2. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，所述Yi軸在光學上垂直于在所述第一衍射光柵元件中形成的干涉圖。
3. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，所述準直光學系統(tǒng)的光軸平4亍于所述XrYi面，并與所述X廣Zj面相交成4兌角。
4. 根據(jù)權利要求3所述的圖像顯示裝置，其中，所述準直光學系統(tǒng)的光軸在光學上穿過所述圖像形成裝置的中心。
5. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，所述準直光學系統(tǒng)的光軸平4于于所述Xi軸；并且，所述準直光學系統(tǒng)的光軸在光學上穿過偏離所述圖像形成裝置的中心的位置。
6. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，當假設所述第二衍射光柵元件的中心是第二原點，以光發(fā)射方向作為正向穿過所述第二原點的所述第二衍射光柵元件的法線是X。軸，而以從所述第一衍射光柵元件側出發(fā)、穿過第二原點并垂直于所述 X。軸的方向作為正向的所述導光板的軸線是Y。軸時，從所述導光板發(fā)射的相當于中心光的光在光學上平行于X。-Y。面，并與X。-Z。面相交成4屯角。
7. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，從所述導光板發(fā) 射的相當于中心光的所述光垂直于連接〗見測者兩個瞳孔中心的直線。
8. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，所述第二衍射光柵元件的厚度比所述第一衍射光柵元件的厚度薄。
9. 根據(jù)權利要求1所述的圖像顯示裝置，其中，所述第二衍射光柵元件的最大衍射效率的值小于所述第一衍射光柵元件的最大衍射效率的值。
10. 根據(jù)權利要求1所述圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光柵是反射型體全息衍射光柵。
11. 一種圖像顯示裝置，包括光源；掃描光學系統(tǒng)，用于掃描所述光源所發(fā)射的光，并形成以二維矩陣方式^^非列的虛擬^象素；以及光學裝置，來自所述掃描光學系統(tǒng)的平行光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光斥反，其中，l命入光在內(nèi)部通過全反射傳4番，并被發(fā)射，第一衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射輸入至所述導光4反的光，以-使輸入至所述導光4反的光在所述導光4反中全反射，所述第一書于射光4冊元件i殳置在所述導光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光從所述導光板發(fā)射，所述第二書亍射光4冊元件設置在所述導光板上；并且，當假設所述第一衍射光柵元件的中心是原點，以朝向所述掃描光學系統(tǒng)側的方向作為正向穿過所述原點的所述第一書f射光4冊元件的法線是Xj軸，而以穿過所述原點、垂直于所述Xi軸、朝向所述第二書f射光4冊元件側的方向作為正向的所述導光^反的軸線是Yi軸時，從所述光源中心發(fā)射、并穿過所述掃描光學系統(tǒng)的中心的虛擬4象素的中心光在光學上平4亍于Xi-Yj面，并與Xi-Zi面相交成4兌角。
12. 根據(jù)權利要求11所述的圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光柵是反射型體全息衍射光柵。
13. —種圖像顯示裝置，包括圖像形成裝置，包括以二維矩陣方式排列的多個像素；準直光學系統(tǒng)，用于將所述圖像形成裝置的像素所發(fā)射的光轉換為平行光；以及光學裝置，通過所述準直光學系統(tǒng)轉換為前進方向不同的多個平行光的光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳播，并被發(fā)射，第一書f射光4冊元件，由體全息書f射光4冊構成，用于衍射和反射輸入至所述導光4反的光，以使輸入至所述導光板的光在所述導光板中全反射，所述第一衍射光柵元件i殳置在所述導光纟反上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光從所述導光才反發(fā)射，所述第二4汙射光4冊元件i殳置在所述導光纟反上；其中，所述第二衍射光柵元件的厚度比所述第一衍射光柵元件的厚度薄。
14. 根據(jù)權利要求13所述的圖像顯示裝置，其中，所述第二衍射光柵元件的厚度小于5Kim,而所述第一衍射光柵元件的厚度等于或大于5pm。
15. 根據(jù)權利要求13所述的圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光4冊是反射型體全息書于射光4冊。
16. —種圖像顯示裝置，包括光源；掃描光學系統(tǒng)，用于掃描所述光源所發(fā)射的光，并形成以二維矩陣方式纟非列的虛擬z像素；以及光學裝置，來自所述掃描光學系統(tǒng)的平行光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光才反，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳播，并被發(fā)射，第一書于射光4冊元件，由體全息書f射光4冊構成，用于書f射和反射輸入至所述導光纟反的光，以佳:輸入至所述導光板的光在所述導光板中全反射，所述第一書于射光4冊元件設置在所述導光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光/人所述導光纟反發(fā)射，所述第二衍射光4冊元件設置在所述導光板上；并且，所述第二衍射光4冊元件的厚度比所述第一衍射光柵元件的厚度薄。
17. 根據(jù)權利要求16所述的圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光柵是反射型體全息衍射光柵。
18. —種圖l象顯示裝置，包^^:圖像形成裝置，包括以二維矩陣方式排列的多個像素；準直光學系統(tǒng)，用于將所述圖像形成裝置的像素所發(fā)射的光轉換為平行光；以及光學裝置，通過所述準直光學系統(tǒng)轉換為前進方向不同的多個平行光的光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光一反，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳4番，并被發(fā)射，第一衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射輸入至所述導光板的光，以使輸入至所述導光4反的光在所述導光板中全反射，所述第一書于射光片冊元件設置在所述導光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光乂人所述導光4反發(fā)射，所述第二書t射光4冊元件^殳置在所述導光板上；并且，所述第二衍射光柵元件的最大衍射效率的值小于所述第一衍射光柵元件的最大衍射效率的值。
19. 根據(jù)權利要求18所述的圖像顯示裝置，其中，所述第二衍射光柵元件的最大衍射效率小于50%,而所述第一AT射光4冊元件的最大衍射效率等于或大于50%。
20. 根據(jù)權利要求18所述的圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光柵是反射型體全息衍射光柵。
21. —種圖像顯示裝置，包括光源；掃描光學系統(tǒng)，用于掃描所述光源所發(fā)射的光，并形成以二維矩陣方式4非列的虛擬^象素；以及光學裝置，來自所述掃描光學系統(tǒng)的平行光被輸入、引導、并從其發(fā)射；其中，所述光學裝置包括導光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過全反射傳4番，并被發(fā)射，第一4汙射光4冊元件，由體全息4汙射光4冊構成，用于書亍4j"和反射輸入至所述導光4反的光，以佳:輸入至所述導光4反的光在所述導光板中全反射，所述第一書于射光4冊元件，沒置在所述導光板上，以及第二書f射光4冊元件，由體全息書于射光4冊構成，用于衍射和反射在所述導光板中通過全反射傳播的光，并將所述光從所述導光板發(fā)射，所述第二書亍射光4冊元件i殳置在所述導光板上；并且，所述第二衍射光柵元件的最大衍射效率的值小于所述第一衍射光柵元件的最大衍射效率的值。
22. 根據(jù)權利要求21所述的圖像顯示裝置，其中，所述體全息衍射光柵是反射型體全息衍射光柵。
全文摘要
一種圖像顯示裝置，包括圖像形成裝置、準直光學系統(tǒng)和光學裝置，其中所述光學裝置包括導光板、由體全息衍射光柵構成的第一衍射光柵元件和第二衍射光柵元件，并且從圖像形成裝置中心發(fā)射并穿過準直光學系統(tǒng)中心的中心光以某一角度從第二衍射光柵元件的近側輸入至導光板。因此，可以提供構造簡單并能夠避免發(fā)生色彩不規(guī)則的圖像顯示裝置。
文檔編號G02B27/02GK101446685SQ20081018025
公開日2009年6月3日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權日2007年11月29日
發(fā)明者武川洋申請人:索尼株式會社

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