專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使觀測(cè)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(shù)：
使用了全息衍射光柵以使觀測(cè)者通過(guò)虛擬圖像光學(xué)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(qǐng)公開(kāi)號(hào)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，用于顯示圖像的圖像形成裝置1011、準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)1012和虛擬圖像光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)裝置20)，在圖像形成裝置1011上顯示的光被輸入虛擬圖像光學(xué)系統(tǒng)，并由其引導(dǎo)至觀測(cè)者的瞳孔50。光學(xué)裝置20包括導(dǎo)光板21、和由設(shè)置在導(dǎo)光板21上的反射型體全息衍射光柵構(gòu)成的第一衍射光柵兀件30和第二衍射光柵元件40。從圖像形成裝置1011的每個(gè)像素發(fā)射的光被輸入至準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng) 1012，以不同角度輸入至導(dǎo)光板21的多個(gè)平行光束由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)1012產(chǎn)生，并被輸入至導(dǎo)光板21。平行光束從導(dǎo)光板21的一個(gè)光學(xué)面(第一面)22上輸入,并從此處被輸出。另一方面，第一衍射光柵兀件30和第二衍射光柵兀件40被安裝到與導(dǎo)光板21的第一面22 平行的導(dǎo)光板21的另一個(gè)光學(xué)面(第二面)23上。這里，當(dāng)假設(shè)第一衍射光柵元件30的中心是原點(diǎn)0i，以朝向準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的方向作為正向穿過(guò)原點(diǎn)Oi的第一衍射光柵元件30的法線是Xi軸，而以朝向第二衍射光柵元件側(cè)的方向作為正向的導(dǎo)光板的軸線是Yi軸時(shí)，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)1012的光軸與Xi軸一致， 并且，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)1012的光軸穿過(guò)圖像形成裝置1011的中心。從導(dǎo)光板21的第一面22以不同角度輸入導(dǎo)光板21的多個(gè)平行光束被輸入至第一衍射光柵元件30，并且每個(gè)平行光束保持平行光束狀態(tài)而被衍射和反射。結(jié)果，被衍射和反射的平行光在導(dǎo)光板21的第一面22和第二面23之間以重復(fù)全反射的方式前進(jìn)，并輸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(guò)衍射和反射而脫離全反射條件，并從導(dǎo)光板21發(fā)射，然后被引導(dǎo)至觀測(cè)者的瞳孔50。衍射和反射在第二衍射光柵元件40上被多次執(zhí)行，但是基于各個(gè)衍射和反射而從導(dǎo)光板21發(fā)射的光量會(huì)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(guān)于垂直于導(dǎo)光板21軸線的虛擬面的對(duì)稱關(guān)系。因此，將要在第二衍射光柵元件40上被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(huì)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的第一衍射光柵元件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(jié)果，例如，如圖25B所示的放大第一衍射光柵元件30的示意性局部截面圖，當(dāng)假設(shè)干涉圖的傾斜角Φ (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(gòu)成的角)是常數(shù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題。也就是說(shuō)，輸入第一衍射光柵元件30的多個(gè)平行光束的角度根據(jù)圖像形成裝置 1011的發(fā)射位置而不同，所以在第一衍射光柵元件的不同區(qū)域，滿足布拉格條件的衍射波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))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(zhǎng)不同。結(jié)果，在第二衍射光柵元件40處衍射和反射、并由導(dǎo)光板21發(fā)射的光形成的圖像上出現(xiàn)色彩不規(guī)則。這里，布拉格條件表示滿足下列表達(dá)式(A)的條件。在表達(dá)式(A)中，m表示正整數(shù)，λ表示波長(zhǎng)，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 表示輸入干涉圖的角的補(bǔ)角。要注意的是，干涉圖的傾斜角Φ表示由衍射光柵元件的表面和干涉圖構(gòu)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Ψ輸入衍射光柵兀件的情況下，O、傾斜角Φ和入射角Ψ之間的關(guān)系如表達(dá)式(B)所示，在圖25B中示出。m · λ = 2 · d · sin (Θ) · · · (A)Θ = 90。-(Φ + Ψ). · · (B)在下列描述中，假定第二衍射光柵元件40的中心是第二原點(diǎn)O0，以光學(xué)發(fā)射方向作為正向穿過(guò)第二原點(diǎn)O。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(guò)第二原點(diǎn)O。、垂直于X。軸的導(dǎo)光板21的軸線是Y。軸。同樣， 在Xtj-Ytj面上，在X。軸上由導(dǎo)光板21發(fā)射的光和瞳孔50構(gòu)成的角將被稱作視場(chǎng)角θ，并且假定來(lái)自第二原點(diǎn)O。的從第一衍射光柵元件側(cè)上的導(dǎo)光板21發(fā)射的光的視場(chǎng)角θ的值是正值。要注意的是，圖25Α是在I0-Y0面處切斷導(dǎo)光板21的示意性截面圖。圖21示出了當(dāng)假設(shè)視場(chǎng)角θ從-6度變化到+6度時(shí)具有480nm到560nm波長(zhǎng)的光的衍射效率分布。從圖21明顯看出，衍射光譜是根據(jù)視場(chǎng)角來(lái)確定的。例如，在視場(chǎng)角 θ = +6度的情況下，中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))存在于495nm附近(見(jiàn)圖22A)，但是在視場(chǎng)角θ = O度的情況下，中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))存在于522nm附近(見(jiàn)圖22B)，以及在視場(chǎng)角θ = -6度的情況下，中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))存在于543nm附近(見(jiàn)圖23)。也就是說(shuō)，布拉格波長(zhǎng)大約變化了 48nm。這里，模擬條件被這樣設(shè)定，其中，導(dǎo)光板21的折射率是
I.527,當(dāng)522nm波長(zhǎng)的光在第一衍射光柵兀件30的中心被衍射和反射并在導(dǎo)光板21中傳播時(shí)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Λ η是O. 045，以及衍射光柵元件30和40的厚度是15 μ m。這樣的結(jié)果在圖24A中示意性地示出，曲線圖示出了視場(chǎng)角θ不同引起的衍射效率和衍射光譜的中心波長(zhǎng)之間的關(guān)系。同樣，在例如光源由發(fā)射二極管(LED)構(gòu)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(gè)視場(chǎng)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(lái)確定。因此，每個(gè)視場(chǎng)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(qǐng)公開(kāi)第2007-94175號(hào)，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)衍射光柵元件的位置而改變。這種處理方法對(duì)于避免出現(xiàn)色彩不規(guī)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(huì)導(dǎo)致很難制造這樣衍射光柵元件的問(wèn)題。此外，利用這種圖像形成裝置1010，每個(gè)視場(chǎng)角的平行光束在第二衍射光柵元件40上被多次衍射和反射。因此，使用這種設(shè)置能夠確保在Y。軸方向上的瞳徑(pupil diameter) 0但是，利用這種設(shè)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化的問(wèn)題。人們認(rèn)為需要提供一種不僅構(gòu)造簡(jiǎn)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。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式、第三實(shí)施方式或第五實(shí)施方式，圖像顯示裝置包括 圖像形成裝置，包括多個(gè)以二維矩陣方式排列的像素；準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用于將從圖像形成裝置的像素發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光；以及光學(xué)裝置，由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射；第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至導(dǎo)光板的光，以使輸入至導(dǎo)光板的光在導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板上；以及第二衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將該光從導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板上。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式、第四實(shí)施方式或者第六實(shí)施方式，圖像顯示裝置包括光源；掃描光學(xué)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像素(virtual pixel);以及光學(xué)裝置，其中來(lái)自掃描光學(xué)系統(tǒng)的平行光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射；第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至導(dǎo)光板的光，以使輸入至導(dǎo)光板的光在導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵兀件設(shè)置在導(dǎo)光板上；以及第二衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將該光從導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板上。在上述構(gòu)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(xué)系統(tǒng)輸入光學(xué)裝置的光是如上所述的平行光，包括下列三個(gè)實(shí)施例(I)實(shí)施例,其中，從光源發(fā)射的光被轉(zhuǎn)換為平行光,并穿過(guò)掃描光學(xué)系統(tǒng)，以在不被改變的狀態(tài)下輸入至光學(xué)裝置，(2)實(shí)施例，其中，從光源發(fā)射的光在掃描光學(xué)系統(tǒng)之前被轉(zhuǎn)換為平行光，并穿過(guò)掃描光學(xué)系統(tǒng)，以在不改變的狀態(tài)下輸入至光學(xué)裝置，(3)實(shí)施例，其中，從光源發(fā)射并穿過(guò)掃描光學(xué)系統(tǒng)的光在光學(xué)系統(tǒng)之前由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為平行光，并輸入至光學(xué)系統(tǒng)。這里，利用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置，假定第一衍射光柵元件的中心是原點(diǎn)，以朝向準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)側(cè)或者掃描光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的方向作為正向穿過(guò)原點(diǎn)的第一衍射光柵元件的法線是Xi軸，以及以朝向第二衍射光柵元件側(cè)的方向作為正向的導(dǎo)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(diǎn)，以光發(fā)射方向作為正向穿過(guò)第二原點(diǎn)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(cè)出發(fā)的方向作為正向垂直于X。軸穿過(guò)第二原點(diǎn)的導(dǎo)光板的軸線是Y。軸。此外，在 &-Y。面中，由導(dǎo)光板發(fā)射的光和觀測(cè)者的瞳孔構(gòu)成的角將被稱作視場(chǎng)角Θ，并且假定來(lái)自第二原點(diǎn)O。的從導(dǎo)光板發(fā)射至第一衍射光柵元件側(cè)的光的視場(chǎng)角θ的值是正值。同樣， 在中心光輸入至導(dǎo)光板之前由導(dǎo)光板的法線和下文所述的中心光構(gòu)成的角將被稱作中心光入射角Θ K，以及在光從導(dǎo)光板發(fā)射之后由導(dǎo)光板的法線和相當(dāng)于這種中心光的光構(gòu)成的角將被稱作中心光發(fā)射角Θ “。此外，假定相當(dāng)于這種中心光的光從導(dǎo)光板發(fā)射并輸入至觀測(cè)者的瞳孔時(shí)的視場(chǎng)角是O度視場(chǎng)角。其次，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)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(guò)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)中心的中心光在光學(xué)上平行于Xi-Yi面，并且與Xi-Zi面相交成銳角。同樣，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，從光源發(fā)射、并穿過(guò)掃描光學(xué)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。換句話說(shuō)，中心光入射角Θ 。在XiYiZi坐標(biāo)系統(tǒng)中具有小于90度的正值。也就是說(shuō)，中心光從第二衍射光柵兀件近側(cè)以一定角度輸入至導(dǎo)光板。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，Yi軸在光學(xué)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(duì)于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式到第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用相同的設(shè)置也是理想的。關(guān)于包括上述理想設(shè)置的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或者掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸平行于Xi-Yi面，并且與Xi-Zi面相交成銳角。要注意的是，為了方便，具有這種設(shè)置的圖像顯示裝置將被稱作具有第一/第二 A設(shè)置的圖像顯示裝置。其次，關(guān)于具有第一/第二 A設(shè)置的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或者掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸穿過(guò)光源或者圖像形成裝置的中心。關(guān)于具有第一/第二 A設(shè)置的圖形顯示裝置，具體地說(shuō)，在中心光輸入至導(dǎo)光板之前由這種中心光和Yi軸構(gòu)成的角具有正值 (90° -θκ)。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(xué)系統(tǒng)的中心軸或者準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸的延長(zhǎng)線上，還有這樣的情況，其中，光源或圖像形成裝置的中心不位于掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸或者準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸的延長(zhǎng)線上，但是即使在后一種情況中，也可以使用這樣的實(shí)施例，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或者掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)穿過(guò)光源或圖像形成裝置的中心。因此，可以這樣做表述，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或者掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸“在光學(xué)上”穿過(guò)光源或圖像形成裝置的中心。這種表述同樣適用于以下的描述。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置還包括準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用于將掃描光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光，并且關(guān)于根據(jù)第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，或者根據(jù)包括所述理想設(shè)置的本發(fā)明第一實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或者掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸平行于Xi軸，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸穿過(guò)偏離圖像形成裝置的中心的位置，并且掃描光學(xué)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(shè)置的圖像顯示裝置將被稱作具有第一/第二 B設(shè)置的圖像顯示裝置。同樣關(guān)于具有第一 /第二 B設(shè)置的圖像顯示裝置，更具體地，在中心光輸入至導(dǎo)光板之前由這種中心光和Yi軸構(gòu)成的角具有正值(90° - Θ K)。關(guān)于根據(jù)包括上述各種理想設(shè)置和實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，從導(dǎo)光板發(fā)射的相當(dāng)于中心光的光在光學(xué)上平行于面，并與Xtj-Ztj面相交成鈍角。也就是說(shuō)，在nz。坐標(biāo)系統(tǒng)中，中心光發(fā)射角9。_。等于超過(guò)90度的值是理想的。要注意的是，更理想的是中心光入射角θκ 的絕對(duì)值等于中心發(fā)射角Θ?！?。的絕對(duì)值。此外，關(guān)于根據(jù)包括上述各種理想設(shè)置和實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，從導(dǎo)光板發(fā)射的相當(dāng)于中心光的光垂直于連接觀測(cè)者兩個(gè)瞳孔中心的直線。假定當(dāng)以中心光入射角Θ K為O度在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像顯示裝置中所包括的第一衍射光柵兀件的干涉圖上衍射和反射、并在導(dǎo)光板中傳播的光碰觸到導(dǎo)光板的內(nèi)面時(shí)的角度(該角度構(gòu)成導(dǎo)光板的法線，并且稱作中心光全反射角)是9Kef。關(guān)于根據(jù)包括上述各種理想設(shè)置和實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，干涉圖在第一衍射光柵元件上形成，并且輸入至第一衍射光柵元件的光由這樣的干涉圖來(lái)衍射和反射。盡管不限制于此，但是設(shè)計(jì)第一衍射光柵元件的干涉圖以使導(dǎo)光板中傳播的中心光碰到導(dǎo)光板的內(nèi)面時(shí)的角等于是理想的，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(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式或第四實(shí)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。其次，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式或第四實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)置是理想的，其中，第二衍射光柵元件的厚度小于5 μ m，以及第一衍射光柵元件的厚度等于或大于5 μ m。要注意的是，根據(jù)包括上述理想設(shè)置的本發(fā)明的第三實(shí)施方式或第四實(shí)施方式的圖像顯示裝置可以被應(yīng)用于根據(jù)包括上述各種理想設(shè)置和實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式或第六實(shí)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(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式或第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置，使用這樣的設(shè)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 %，以及第一衍射光柵元件的最大衍射效率等于或大于50 %，更優(yōu)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(guò)改變?cè)谛纬傻谝谎苌涔鈻旁虻诙苌涔鈻旁母缮鎴D時(shí)的折射率調(diào)制度An來(lái)獲得，以及具有不同最大衍射效率值的衍射光柵兀件能夠通過(guò)改變第一衍射光柵兀件或第二衍射光柵兀件的厚度來(lái)獲得。要注意的是，根據(jù)包括上述理想設(shè)置的本發(fā)明的第五實(shí)施方式或第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置可以被應(yīng)用于根據(jù)包括上述各種理想設(shè)置和實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置。作為選擇，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式、第四實(shí)施方式、第五實(shí)施方式或第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置，可以這樣設(shè)置和構(gòu)造，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸在光學(xué)上與Xi軸一致，此外，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸穿過(guò)圖像形成裝置的中心或光源的中心。也就是說(shuō)，可以這樣設(shè)置，其中，中心光入射角θκ 被設(shè)定為O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像形成裝置的中心位于，掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸或準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸的延長(zhǎng)線上，以及有這樣的情況， 其中，Xi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(xué)系統(tǒng)的中心軸或準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸的延長(zhǎng)線上，但是，即使在后一種情況下，也可以使用這樣實(shí)施例，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光軸或掃描光學(xué)系統(tǒng)的中心軸在光學(xué)上與Xi軸一致，或者/并且經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)，穿過(guò)光源或圖像形成裝置的中心。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式、第四實(shí)施方式或第六實(shí)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(zhuǎn)換為平行光的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為光源準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng))。同樣，可以使用這樣的實(shí)施例，其中，根據(jù)場(chǎng)序法來(lái)操作該光源。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式到第六實(shí)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(lán)三種類型)波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))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(guò)由層疊反射型體全息衍射光柵構(gòu)成的P層衍射光柵層來(lái)配置。要注意的是，對(duì)應(yīng)于一種類型波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))的干涉圖在每個(gè)衍射光柵層上形成。作為選擇，為了與具有不同P類型波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))的P類光的衍射和反射相匹配，可以這樣設(shè)置，其中，P類干涉圖在由一個(gè)衍射光柵層構(gòu)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(shè)置，其中，例如，視場(chǎng)角被分為三個(gè)，并且第一衍射光柵元件或者第二衍射光柵元件由對(duì)應(yīng)于層疊的每個(gè)視場(chǎng)角的衍射光柵層配置。之后，采用這些設(shè)置，由此當(dāng)包括每個(gè)波長(zhǎng)帶(波長(zhǎng))的光在第一衍射光柵元件或者第二衍射光柵元件上衍射和反射時(shí)實(shí)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(shù)語(yǔ)“視場(chǎng)角Θ ”被嚴(yán)格定義為當(dāng)從光學(xué)系統(tǒng)的圖像空間觀看光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)范圍時(shí)的視角。同樣，術(shù)語(yǔ)“全反射”表示內(nèi)部全反射，或者在導(dǎo)光板中的全反射。此外，術(shù)語(yǔ)“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(gòu)成的角度。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置，轉(zhuǎn)換為由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)改變前進(jìn)方向的多條平行光束的光被輸入至導(dǎo)光板，但是要求這種平行光束是基于，即使在光束經(jīng)第一衍射光柵兀件和第二衍射光柵兀件從導(dǎo)光板發(fā)射之后這些光束被輸入導(dǎo)光板時(shí)的光波面信息也必須被保存。要注意的是，具體地，為了產(chǎn)生前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光束，圖像形成裝置必須設(shè)置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的焦距的地方(位置)。這里，準(zhǔn)直光學(xué)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(zhuǎn)換為光學(xué)裝置的光學(xué)系統(tǒng)中的角度信息。同樣，前進(jìn)方向不同的多條平行光束在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)上產(chǎn)生，所以在導(dǎo)光板中，前進(jìn)方向不同的多條平行光束被輸入，在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，然后被發(fā)射。 在第一衍射光柵元件中，輸入至導(dǎo)光板的平行光束被衍射和反射，以使輸入至導(dǎo)光板的平行光束在導(dǎo)光板中被全反射。此外，在第二衍射光柵元件中，在導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的平行光束被衍射和反射，并從導(dǎo)光板以平行光狀態(tài)發(fā)射。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置，導(dǎo)光板具有與導(dǎo)光板的軸線(Yi軸，Y。軸方向) 平行延伸的兩個(gè)平行面(第一面和第二面)。這里，當(dāng)將光所輸入的導(dǎo)光板的表面作為導(dǎo)光板入射面，以及將輸出光的導(dǎo)光板的表面作為導(dǎo)光板發(fā)射面時(shí)，導(dǎo)光板入射面和導(dǎo)光板發(fā)射面可以由第一面構(gòu)造，或者可以如下設(shè)置，其中，導(dǎo)光板入射面由第一面構(gòu)造，而導(dǎo)光板發(fā)射面由第二面構(gòu)造。在前一種情況中，第一衍射光柵元件和第二衍射光柵元件被設(shè)置在第二面上。另一方面，在后一種情況中，第一衍射光柵元件被設(shè)置在第二面上，而第二衍射光柵兀件被設(shè)置在第一面上。可以使用光敏聚合物材料作為構(gòu)成第一衍射光柵兀件和第二衍射光柵兀件的材料。由反射型體全息衍射光柵構(gòu)成的第一衍射光柵兀件和第二衍射光柵兀件的組成材料和基本構(gòu)造必須與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的反射型體全息衍射光柵的組成材料和基本構(gòu)造相同。這里，術(shù)語(yǔ)“反射型體全息衍射光柵”表示只衍射和反射+1級(jí)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根據(jù)相關(guān)技術(shù)的形成方法相同。具體地，例如，可以這樣設(shè)置，其中，目標(biāo)光在構(gòu)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(yù)定方向照射，同時(shí)，干涉光在構(gòu)成衍射光柵元件的元件上從另一端的第二預(yù)定方向照射，以及由目標(biāo)光和干涉光形成的干涉圖被記錄在構(gòu)成衍射光柵元件的元件的內(nèi)部。適當(dāng)?shù)剡x擇第一預(yù)定方向、第二預(yù)定方向、目標(biāo)光和衍射光的波長(zhǎng)，由此能夠獲得在衍射光柵元件表面上的干涉圖的理想傾斜角和理想干涉圖間隔。在第一衍射光柵元件和第二衍射光柵元件由反射型體全息衍射光柵所構(gòu)成的P 層衍射光柵層的層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的情況下，關(guān)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(lái)層疊(粘合)。作為選擇， 可以這樣設(shè)置，其中，在使用具有粘性的光敏聚合物材料制造一個(gè)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(gòu)成導(dǎo)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(xué)玻璃)和塑料材料(例如PMMA、聚碳酸酯、丙烯酸樹(shù)脂、無(wú)定形聚丙烯樹(shù)脂、包括AS樹(shù)脂的苯乙烯樹(shù)脂)。導(dǎo)光板的形狀不限于平板，也可以具有曲面形狀。在前一種情況中，Yi軸與Y。軸一致或者平行，但是在后一種情況中，Yi軸即不與Y。軸一致也不平行于Y。軸。構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式、第三實(shí)施方式或第五實(shí)施方式的圖像顯示裝置的圖像形成裝置的實(shí)例包括，由諸如有機(jī)EL(電發(fā)光)、無(wú)機(jī)EL、發(fā)光二極管(LED)等發(fā)光元件構(gòu)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(gòu)成的圖像形成裝置。根據(jù)第二實(shí)施方式、第四實(shí)施方式或第六實(shí)施方式的圖像顯示裝置的掃描光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)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(xué)系統(tǒng)(例如MEMS (微電機(jī)系統(tǒng))、電鏡)， 以及由光源構(gòu)成的發(fā)光元件的實(shí)例包括紅色發(fā)光元件、綠色發(fā)光元件和藍(lán)色發(fā)光元件。這里，例如，半導(dǎo)體激光元件和LED可以用作發(fā)光元件。像素(虛擬像素)的數(shù)量必須根據(jù)圖像顯示裝置要求的規(guī)格來(lái)確定，像素(虛擬像素)數(shù)量的具體值可以是例如320X240、 432X240,640X480、1024 X768、1920X1080。例如，由發(fā)射裝置和光閥構(gòu)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(lán)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
圖像形成裝置A包括( α )第一圖像形成裝置，由第一發(fā)光板構(gòu)成,其中,用于發(fā)射藍(lán)光的第一發(fā)光兀件以二維矩陣方式排列，(β)第二圖像形成裝置，由第二發(fā)光板構(gòu)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(gòu)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( δ )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(gè)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。圖像形成裝置B圖像形成裝置B包括(α)第一圖像形成裝置，由用于發(fā)射藍(lán)光的第一發(fā)光元件，和用于控制從發(fā)射藍(lán)光的第一發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的第一光通過(guò)控制裝置(一種由例如液晶顯示裝置、數(shù)字微鏡裝置(MDM)或者LCOS構(gòu)成的光閥，這同樣適用于以下的描述)構(gòu)成，(β)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(guò)/阻斷的第二光通過(guò)控制裝置(光閥)構(gòu)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(guò)/阻斷的第三光通過(guò)控制裝置(光閥)構(gòu)成，( δ )用于將穿過(guò)第一光通過(guò)控制裝置、第二光通過(guò)控制裝置和第三光通過(guò)控制裝置的光聚集到一個(gè)光徑上的單元，并通過(guò)用于控制這些發(fā)光元件發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的光通過(guò)控制裝置來(lái)顯示圖像。導(dǎo)光元件、微棱鏡陣列、鏡面、發(fā)光板、和聚光透鏡能夠被實(shí)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(dǎo)到相應(yīng)的光通過(guò)控制裝置的單
J Li ο圖像形成裝置C圖像形成裝置C包括(α)第一圖像形成裝置，由用于發(fā)射藍(lán)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(guò)/阻斷的藍(lán)光通過(guò)控制裝置 (光閥)構(gòu)成，(β)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(guò)/阻斷的綠光通過(guò)控制裝置 (光閥)構(gòu)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(guò)/阻斷的紅光通過(guò)控制裝置 (光閥)構(gòu)成，以及( δ )用于將藍(lán)光通過(guò)控制裝置、綠光通過(guò)控制裝置和紅光通過(guò)控制裝置發(fā)射的光聚集到一個(gè)光徑，并通過(guò)光通過(guò)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(guò)/阻斷來(lái)顯示圖像的單元。
圖像形成裝置D圖像形成裝置D是用于使用場(chǎng)序法顯示色彩的圖像形成裝置，并且包括(α)第一圖像形成裝置，包括用于發(fā)射藍(lán)光的第一發(fā)光元件，(β)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，( δ )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(gè)光徑上的單元，以及(ε)光通過(guò)控制裝置(光閥)，用于控制從將光聚集到一個(gè)光徑的單元所發(fā)射的光的通過(guò)/阻斷，并通過(guò)用于控制這些發(fā)光元件所發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的光通過(guò)控制裝置來(lái)顯示圖像。圖像形成裝置E圖像形成裝置E還是用于使用場(chǎng)序法顯示色彩的圖像形成裝置，并包括(α)第一圖像形成裝置，由第一發(fā)光板構(gòu)成,其中，用于發(fā)射藍(lán)光的第一發(fā)光兀件以二維矩陣方式排列，(β)第二圖像形成裝置，由第二發(fā)光板構(gòu)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(gòu)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，( δ )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(gè)光徑上的單元，以及(ε)光通過(guò)控制裝置(光閥)，用于控制從將光聚集到一個(gè)光徑的單元所發(fā)射的光的通過(guò)/阻斷，并通過(guò)用于控制這些發(fā)光板所發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的光通過(guò)控制裝置來(lái)顯示圖像。圖像形成裝置F圖像形成裝置F是用于通過(guò)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(guò)/阻斷狀態(tài)來(lái)顯示圖像的無(wú)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(chǎng)序法來(lái)顯示色彩的圖像形成裝置，包括用于控制來(lái)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(guò)/阻斷的光通過(guò)控制裝置(光閥)，以及通過(guò)以時(shí)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(lái)顯示圖像，此外光通過(guò)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(guò)/阻斷。凸透鏡、凹透鏡、自由曲面(sculptured surface)棱鏡和全息透鏡被單獨(dú)或者以組合方式使用，整體上具有正光功率的光學(xué)系統(tǒng)可以用作構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)基于本發(fā)明的圖像顯示裝置，能夠構(gòu)造例如，HMD (頭盔式顯示器)，能夠?qū)崿F(xiàn)重量的減輕和裝置尺寸的減小，在安裝裝置時(shí)不舒服的感覺(jué)能夠被大幅減小，此外，能夠?qū)崿F(xiàn)制造成本的降低。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的圖像顯示裝置，中心光在光學(xué)上平行于Xi-Yi面，并且與Xi-Zi面相交成銳角。因此，利用入射到導(dǎo)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(guān)于干涉圖的每單位入射角的布拉格波長(zhǎng)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 裝直。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式或第四實(shí)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(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式或第六實(shí)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(dǎo)光板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(dǎo)光板的軸線方向上的瞳孔位置明顯改變的問(wèn)題，因此，能夠提供具有亮度均勻性高的圖像顯示裝置而不會(huì)明顯減少光使用效率。


圖I是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像顯示裝置的概念圖；圖2是示出了觀測(cè)者配戴兩套根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像顯示裝置的狀態(tài)的概念圖；圖3是示出了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像顯示裝置從-6度到+6度改變視場(chǎng)角Θ時(shí)波長(zhǎng)從480nm到560nm的光的衍射效率分布圖；圖4A和4B是分別示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像顯示裝置在視場(chǎng)角Θ = +6度的情況下和在視場(chǎng)角Θ = O度情況下的衍射光譜的圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像顯示裝置中在視場(chǎng)角Θ =-6度的情況下的衍射光譜的圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像顯示裝置的概念圖；圖7是示出了構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖像顯示裝置的光源和掃描光學(xué)系統(tǒng)的概念圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖像顯示裝置的一部分的概念圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像顯示裝置的一部分的概念圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的圖像顯示裝置的概念圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的圖像顯示裝置的一部分的概念圖；圖12是示出了關(guān)于本發(fā)明的第五實(shí)施例，當(dāng)改變衍射光柵元件的厚度和折射率調(diào)制度的兩個(gè)參數(shù)之間的組合時(shí)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Δη之間的關(guān)系圖；圖13是示出了關(guān)于本發(fā)明的第五實(shí)施例，當(dāng)假設(shè)衍射光柵元件的折射率調(diào)制度 Λ η是常數(shù)(O. 045)，并改變衍射光柵元件的厚度時(shí)衍射效率變化的圖；圖14是示出了關(guān)于本發(fā)明的第五實(shí)施例，當(dāng)假設(shè)衍射光柵元件的厚度是常數(shù) (4 μ m),并改變衍射光柵元件的折射率調(diào)制度△ η時(shí)衍射效率變化的圖；圖15Α和15Β是分別示出了關(guān)于第五實(shí)施例，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之間關(guān)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(guān)系圖；圖16是適合在本發(fā)明的第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第五實(shí)施例中使用的圖像形成裝置的變形例的概念圖；圖17是示出了圖像形成裝置的另一種變形例的概念圖；圖18是示出了圖像形成裝置的又一種變形例的概念圖；圖19是示出了圖像形成裝置的又一種變形例的概念圖；圖20是示出了圖像形成裝置的又一種變形例的概念圖；圖21是示出了關(guān)于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像顯示裝置，當(dāng)從-6度到+6度改變視場(chǎng)角 Θ時(shí)波長(zhǎng)從480nm到560nm的光的衍射效率分布圖；圖22A和22B是分別示出了關(guān)于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像顯示裝置在視場(chǎng)角Θ =+6 的情況下和在視場(chǎng)角Θ =O度的情況下的衍射光譜圖；圖23是示出了關(guān)于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像顯示裝置在視場(chǎng)角Θ =-6度的情況下的衍射光譜圖；圖24A和24B是示出了不同視場(chǎng)角Θ引起的衍射效率與衍射光譜的中心波長(zhǎng)之間的關(guān)系圖，并示出了從光源發(fā)射的光的發(fā)射光譜的示意圖；圖25A是根據(jù)相關(guān)技術(shù)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(shí)施例方式在下文中將參照附圖基于實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。第一實(shí)施例第一實(shí)施例涉及一種根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的圖像顯示裝置，更具體地，涉及一種具有第一 A設(shè)置的圖像顯示裝置。如圖I所示的概念圖，根據(jù)第一實(shí)施例的圖像顯示裝置包括(A)圖像成形裝置11，包括以二維矩陣方式排列的多個(gè)像素，(B)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12，用于將圖像成形裝置11發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光，以及(C)光學(xué)裝置20，由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12轉(zhuǎn)換為前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光束的光被輸入、引導(dǎo)、并由其發(fā)射。光學(xué)裝置20包括(a)導(dǎo)光板21，輸入光(更具體地，由前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光通量構(gòu)成的平行光通量組)在其內(nèi)部被全反射傳播，然后被發(fā)射，(b)第一衍射光柵兀件30,由反射型體全息衍射光柵構(gòu)成,用于衍射和反射輸入至導(dǎo)光板21的光(平行光通量組)從而將輸入至導(dǎo)光板21的光(平行光通量組)在內(nèi)部全反射，第一衍射光柵兀件設(shè)置在導(dǎo)光板21中，(c)第二衍射光柵兀件40,由反射型體全息衍射光柵構(gòu)成,用于衍射和反射在導(dǎo)光板21中通過(guò)全反射傳播的光(平行光通量組)，并發(fā)射來(lái)自導(dǎo)光板21的光(更具體地， 在不改變平行光通量組的情況下發(fā)射)，第二衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板21中。要注意的是，導(dǎo)光板21發(fā)射的光被輸入至觀測(cè)者(圖像觀測(cè)者)的瞳孔位置。這里，關(guān)于第一實(shí)施例或者下文描述的第二實(shí)施例到第六實(shí)施例，為了與具有不同P類(例如，P = 3，紅、綠和藍(lán)三種類型)波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))的P類光的衍射和反射匹配，第一衍射光柵兀件30和第二衍射光柵兀件40通過(guò)由層疊的反射型體全息衍射光柵構(gòu)成的P層衍射光柵層構(gòu)造。要注意的是，對(duì)應(yīng)于一種類型波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))的干涉圖在由已經(jīng)利用相關(guān)技術(shù)制造的光敏聚合物材料構(gòu)成的每個(gè)衍射光柵層上形成。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(gòu)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(lán)光的衍射光柵層被層疊。在衍射光柵層(衍射光學(xué)裝置)上形成的干涉圖的間距是常數(shù)，并且干涉圖是線性形狀，并與z軸方向平行。要注意的是，在圖I中，示出的第一衍射光柵層30和第二衍射光柵層40為一層。使用這樣的設(shè)置，由此當(dāng)具有各自波長(zhǎng)帶(或者波長(zhǎng))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(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)衍射效率的提高、衍射接收角的增大以及衍射角的優(yōu)化。關(guān)于第一實(shí)施例，圖像形成裝置11由，例如，包括以二維矩陣方式排列的多個(gè)(例如，在Yi軸方向上有J個(gè)，而在Zi軸方向上有K個(gè)，S卩，JXK = 320X240)像素(液晶單元)的液晶顯示裝置(LCD)構(gòu)成，而準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12由例如凸透鏡構(gòu)成，并且產(chǎn)生前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光束，由此圖像形成裝置11被設(shè)置在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的焦距的位置上。 而且，一個(gè)像素是由用于發(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(lán)光的藍(lán)色發(fā)射子像素構(gòu)成。這同樣適用于隨后描述的第二和第五實(shí)施例。這里，導(dǎo)光板21具有兩個(gè)在導(dǎo)光板21的軸線上平行延伸的平行面(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(diǎn)畫(huà)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(diǎn)OyXi軸是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)Oi的第一衍射光柵元件30的法線，且是以朝向準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)側(cè)的方向作為正向的法線。以第二衍射光柵元件40的中心作為原點(diǎn)0。，X0軸是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)O。的第二衍射光柵元件 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(guò)全反射傳播,并從第一面22發(fā)射。第一衍射光柵兀件30置于導(dǎo)光板21的第二面23上,并衍射和反射入射到導(dǎo)光板21上的平行光以使從第一面22 入射到導(dǎo)光板21的平行光在導(dǎo)光板21中被全反射。此外，第二衍射光柵兀件40置于導(dǎo)光板21的第二面23上，衍射和反射在導(dǎo)光板21中多次通過(guò)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(dǎo)光板21的第一面22發(fā)射。但是，本發(fā)明不限于此，因此， 可以這樣設(shè)置，其中，導(dǎo)光板入射面是由第二面23構(gòu)成，且導(dǎo)光板發(fā)射面是由第一面22構(gòu)成。之后，關(guān)于第一實(shí)施例，紅、綠和藍(lán)三色的平行光在導(dǎo)光板21中通過(guò)全反射傳播、 并被發(fā)射。這時(shí)，導(dǎo)光板21很薄，并且在導(dǎo)光板21中前進(jìn)的光徑很長(zhǎng)，所以在平行光到達(dá)第二衍射光柵元件40的次數(shù)會(huì)根據(jù)各個(gè)視場(chǎng)角而不同。更具體地，在輸入至導(dǎo)光板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(kāi)第二衍射光柵元件40的方向上以一定角度輸入導(dǎo)光板21的平行光的反射次數(shù)。 這是因?yàn)殛P(guān)于在第一衍射光柵元件30上衍射和反射的平行光，在接近第二衍射光柵元件 40的方向上以一定角度輸入導(dǎo)光板21的平行光,與在其相反方向上以一定角度輸入導(dǎo)光板21的平行光相比較，由在導(dǎo)光板中傳播的光和碰到導(dǎo)光板21內(nèi)面時(shí)導(dǎo)光板的法線構(gòu)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中形成的干涉圖的形狀之間具有與垂直于導(dǎo)光板21軸線的虛擬面相對(duì)稱的關(guān)系。在下文描述的根據(jù)第二實(shí)施例至第六實(shí)施例的導(dǎo)光板21也基本具有上述導(dǎo)光板21的相同設(shè)置和構(gòu)造。關(guān)于根據(jù)第一實(shí)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(guò)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的中心的中心光CL，在光學(xué)上平行于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成銳角。也就是說(shuō)，關(guān)于第一實(shí)施例，中心光入射角θ —。在XiYiZi坐標(biāo)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(dǎo)光板21中被全反射(中心光全反射角是0Kef)，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Θ “從導(dǎo)光板21發(fā)射。這樣，關(guān)于第一實(shí)施例，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的光軸平行于Xi-Yi面(更具體地，置于 Xi-Yi面中)，并與Xi-Zi面相交成銳角(更具體地，90度-Θ = 70度)。其次，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的光軸在光學(xué)上穿過(guò)圖像形成裝置11的中心。要注意的是，關(guān)于第一實(shí)施例，圖像形成裝置11的中心位于準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的光軸的延長(zhǎng)線上，但是本發(fā)明不限于此，可以采用這樣的實(shí)施例，其中，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的光軸經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)在光學(xué)上穿過(guò)圖像形成裝置11的中心。同樣，在準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12的光軸上傳播的光被輸入至原點(diǎn)Oi,該原點(diǎn)是第一衍射光柵元件30的中心，但是，這樣的光可以從準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12直接輸入至導(dǎo)光板21，或者可以經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)從準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12輸入至導(dǎo)光板21。此外，從導(dǎo)光板21發(fā)射的相當(dāng)于中心光CL的光在光學(xué)上平行于X0-Y0面，并且與 Xtj-Ztj面相交成鈍角。之后，如上所述，在第二衍射光柵元件40中形成的干涉圖的形狀與在第一衍射光柵元件30中形成的干涉圖的形狀之間具有與垂直于導(dǎo)光板21的軸線的虛擬面相對(duì)稱的關(guān)系，中心光發(fā)射角Θ。_。的值是在XtjYtjZtj坐標(biāo)系統(tǒng)中超出90度(具體地說(shuō)，-20 度)的值，而中心光入射角Θ i-。的絕對(duì)值等于中心光發(fā)射角Θ的值。這對(duì)于下文所述的第二實(shí)施例到第六實(shí)施例是成立的。Yi軸在光學(xué)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(xué)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(shí)施例到第六實(shí)施例。之后，如圖2所示的概念圖，從導(dǎo)光板21發(fā)射的相當(dāng)于中心光CL的光垂直于連接觀測(cè)者兩個(gè)瞳孔50的直線。要注意的是，有這樣的情況，例如，為了進(jìn)行微細(xì)調(diào)整，角度被設(shè)定為90度±2度，所以“垂直”的概念包括“90度±2度”的范圍。這同樣適用于下文所述的第二實(shí)施例到第四實(shí)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。用于右眼的圖像顯示裝置和用于左眼的圖像顯示裝置可以顯示相同的圖像，或者可以顯示不同的圖像(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(cè)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(guān)于第一實(shí)施例，在第一衍射光柵元件30中的干涉圖被設(shè)計(jì)以使在導(dǎo)光板21中傳播的中心光CL碰觸到導(dǎo)光板21的內(nèi)面時(shí)的角度變?yōu)榕c角Θ —相同的角度，角Qltef是以中心光入射角θ μ為O度在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像顯示裝置中所設(shè)置的第一衍射光柵元件的干涉圖上衍射和反射的、并在導(dǎo)光板中傳播的光碰到導(dǎo)光板的內(nèi)面時(shí)的角度。也可以在第二衍射光柵元件40中設(shè)置相同的干涉圖。除非另有說(shuō)明，否則這同樣適用于下文所述的第二實(shí)施例到第六實(shí)施例。圖3示出了當(dāng)從-6度到6度改變視場(chǎng)角Θ時(shí)從480nm到560nm波長(zhǎng)的光的衍射效率分布。這里，設(shè)定模擬條件以使導(dǎo)光板21的折射率是I. 527，并且中心光(522nm的波長(zhǎng))在導(dǎo)光板21中傳播時(shí)的全反射角是68度。根據(jù)圖3顯而易見(jiàn)的是，衍射光譜是根據(jù)視場(chǎng)角確定的。例如，在視場(chǎng)角Θ =+6度的情況下，衍射光譜的中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng)) 存在于502nm附近(見(jiàn)圖4A)，在視場(chǎng)角Θ = O度的情況下，衍射光譜的中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))存在于522nm附近(見(jiàn)圖4B)，而在視場(chǎng)角Θ =-6度的情況下，衍射光譜的中心波長(zhǎng)(布拉格波長(zhǎng))存在于536nm附近(見(jiàn)圖5)。也就是說(shuō)，布拉格波長(zhǎng)大約改變了 34nm。 這個(gè)改變量是比以相關(guān)技術(shù)所述的改變量(48nm)要小很多值。因此，關(guān)于干涉圖的每單位入射角的布拉格波長(zhǎng)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(shí)施例第二實(shí)施例是第一實(shí)施例的變形例，更具體地，涉及一種具有第一 B設(shè)置的圖像顯示裝置210。也就是說(shuō)，如圖6所述的概念圖，關(guān)于第二實(shí)施例，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的光軸平行于Xi軸。之后，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的光軸在光學(xué)上穿過(guò)離開(kāi)圖像形成裝置211的中心的位置。根據(jù)這樣的設(shè)置，中心光CL在光學(xué)上平行于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成銳角。 更具體地，同樣關(guān)于第二實(shí)施例，中心光入射角Θ i-c是20度。這里，我們假設(shè)，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的焦距是f，圖像形成裝置211位于準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的焦點(diǎn)位置。此外，我們假設(shè)，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的光軸在光學(xué)上穿過(guò)偏離圖像形成裝置211的中心的位置，但是從準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)212的光軸到圖像形成裝置211的中心的距離(第二實(shí)施例中是沿著Yi軸的距離)是Os。這里，如果我們說(shuō)中心光入射角θκ的光輸入至導(dǎo)光板21時(shí)的入射角是Θ，卜。(這個(gè)角等于圖25Β所示的角Ψ)，以及導(dǎo)光板21 的折射率是n，那么將滿足下面的關(guān)系表達(dá)式。sin ( Θ 卜。)=η · sin ( θ '卜。)tan ( Θ 卜。)=Os/f因此,滿足arctan (Os/f) = arcsin (η · sin ( θ '卜。)) ... (I)由此，為了獲得所需的β , Os和f的值必須被設(shè)定滿足上述表達(dá)式(I)。除了上述幾點(diǎn)之外，根據(jù)第二實(shí)施例的圖像顯示裝置的設(shè)置和構(gòu)造可以認(rèn)為與根據(jù)第一實(shí)施例的圖像顯示裝置的設(shè)置和構(gòu)造一樣，所以將省略其詳細(xì)描述。第三實(shí)施例第三實(shí)施例是本發(fā)明的第二實(shí)施方式，更具體地，涉及一種具有第二 A設(shè)置的圖像顯示裝置。根據(jù)第三實(shí)施例的圖像顯示裝置310，其中光源和掃描光學(xué)系統(tǒng)的部分在圖7 中示出，以及圖像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(xué)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排列的虛擬像素，以及(C)光學(xué)裝置20,來(lái)自掃描光學(xué)系統(tǒng)305的光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射。要注意的是，除了光源300和掃描光學(xué)系統(tǒng)305之外，圖像顯示裝置的其它部分被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例所述的圖像顯示裝置10的相同。也就是說(shuō)，類似于第一實(shí)施例， 光學(xué)裝置20包括
(a)導(dǎo)光板21，其中輸入光(更具體地，由前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行通量構(gòu)成的平行光通量組)在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射，(b)第一衍射光柵兀件(30),由反射型體全息衍射光柵構(gòu)成,用于衍射和發(fā)射輸入至導(dǎo)光板21的光(平行光通量組)，以使輸入至導(dǎo)光板21的光(平行光通量組)在內(nèi)部全反射，第一衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板21中，以及(c)第二衍射光柵兀件40,由反射型體全息衍射光柵構(gòu)成,用于衍射和反射在導(dǎo)光板21中通過(guò)全反射傳播的光(平行光通量組)，并從導(dǎo)光板21中發(fā)射(具體地說(shuō)，在不改變平行光通量組的情況下發(fā)射)，第二衍射光柵元件設(shè)置在導(dǎo)光板21中。要注意的是，從導(dǎo)光板21發(fā)射的光被輸入至觀測(cè)者的瞳孔的位置(瞳孔位置)。根據(jù)場(chǎng)序法操作光源300。更具體地，如圖7所示的示意圖，根據(jù)第三實(shí)施例的光源300包括( α )紅色發(fā)光兀件301R(例如，AlGaInP半導(dǎo)體發(fā)光兀件或者GaN半導(dǎo)體發(fā)光兀件，這同樣適用于以下的描述)，用于發(fā)射紅光。( β )綠色發(fā)光元件301G (由GaN半導(dǎo)體構(gòu)成，這同樣適用于以下的描述)，用于發(fā)射綠光，(y)藍(lán)色發(fā)光元件301Β (由GaN半導(dǎo)體構(gòu)成，這同樣適用于以下的描述)，用于發(fā)射藍(lán)光，(δ)用于將紅色發(fā)光元件30 IR、綠色發(fā)光元件30IG和藍(lán)色發(fā)光元件30IB各自發(fā)射的光聚集到單個(gè)光徑(例如，二向棱鏡303)上的單元，以及( ε )光通過(guò)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(gè)光徑的單元(二向棱鏡303)發(fā)射的光的通過(guò)和阻斷。從發(fā)光元件301R、301G和301B發(fā)射的光由導(dǎo)光元件302引導(dǎo)，并被輸入至光通過(guò)控制裝置304，該導(dǎo)光元件302是由諸如硅樹(shù)脂、 環(huán)氧樹(shù)脂或聚碳酸酯樹(shù)脂的透光物質(zhì)構(gòu)成的導(dǎo)光元件，或者是諸如鏡子等的反射元件構(gòu)成的。之后，通過(guò)用于控制這種發(fā)光元件所發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的光通過(guò)控制裝置304來(lái)顯示圖像。而且能夠進(jìn)行使用場(chǎng)序法的色彩顯示。一個(gè)像素的光被光通過(guò)控制裝置發(fā)射。隨后，該光穿過(guò)未顯示的光源準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，并被掃描光學(xué)系統(tǒng)305掃描，該掃描光學(xué)系統(tǒng)由圍繞與Z軸平行的旋轉(zhuǎn)軸307 (在垂直于附圖頁(yè)面空間方向的延長(zhǎng)線上)旋轉(zhuǎn)的水平掃描電鏡306以及圍繞包括在X-Y平面中的旋轉(zhuǎn)軸309 (在與附圖頁(yè)面平行的方向的延長(zhǎng)線上)旋轉(zhuǎn)的垂直掃描電鏡308構(gòu)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(xué)系統(tǒng)305發(fā)射的光(平行光)被輸入至光引導(dǎo)面21的第一面22。關(guān)于根據(jù)第三實(shí)施例的圖像顯示裝置，從光源300的中心發(fā)射、并穿過(guò)掃描光學(xué)系統(tǒng)305中心的虛擬像素的中心光在光學(xué)上平行于Xi-Yi面，并與Xi-Zi面相交成銳角。也就是說(shuō)，同樣關(guān)于第三實(shí)施例，在XiYiZi坐標(biāo)系統(tǒng)中，中心光入射角Θ卜。具有小于90度的正值(更具體地，20度)。這里，關(guān)于第三實(shí)施例，掃描光學(xué)系統(tǒng)305的中心軸平行于Xi-Yi面(更具體地，位于Xi-Yi面內(nèi))，并與Xi-Zi面相交成銳角(更具體地，70度)。之后，由這種在中心光CL輸入至導(dǎo)光板21之前的中心光CL和Yi軸形成的角具有正值(90° - Θ ^c) 0這里，0卜。的值， 如上所述，是20度。要注意的是,關(guān)于第三實(shí)施例,存在光源300的中心位于掃描光學(xué)系統(tǒng)305的中心軸的延長(zhǎng)線上的情況，以及光源300的中心不位于掃描光學(xué)系統(tǒng)305的中心軸的延長(zhǎng)線上的情況，但是在后一種情況中，必須采用這樣的實(shí)施例，其中，掃描光學(xué)系統(tǒng)305 的中心軸經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)在光學(xué)上穿過(guò)光源300的中心。關(guān)于根據(jù)第三實(shí)施例或者在下文描述的第四實(shí)施例的圖像顯示裝置，與第一實(shí)施例類似，關(guān)于干涉圖的每單位入射角的布拉格波長(zhǎng)的改變量能夠被降低，因此，能夠有效地避免色彩不規(guī)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(shí)施例第四實(shí)施例是第三實(shí)施例的變形例，更具體地，涉及一種具有第二 B設(shè)置的圖像顯示裝置。也就是說(shuō)，如圖9所示的圖像顯示裝置的一部分的概念圖，根據(jù)第四實(shí)施例的圖像顯示裝置410還包括準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用于將掃描光學(xué)系統(tǒng)305發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光，并且掃描光學(xué)系統(tǒng)305的中心軸平行于Xi軸，但是不與Xi軸一致。根據(jù)這樣的設(shè)置，由這種在中心光CL輸入至導(dǎo)光板21之前的中心光CL和Yi軸構(gòu)成的角具有正值(90° - Θ ^c) 0 更具體地，同樣根據(jù)第四實(shí)施例，中心光入射角Θ K是20度。除了上述幾點(diǎn)外，根據(jù)第四實(shí)施例的圖像顯示裝置410的設(shè)置和構(gòu)造可以被認(rèn)為與根據(jù)第三實(shí)施例的圖像顯示裝置310的設(shè)置和構(gòu)造相同，所以其詳細(xì)描述將被忽略。同樣，根據(jù)第四實(shí)施例的圖像顯示裝置410必須被設(shè)計(jì)為滿足上述表達(dá)式(I)，同時(shí)還要考慮到表達(dá)式(A)和表達(dá)式(B)。第五實(shí)施例第五實(shí)施例涉及根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式和第五實(shí)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(shí)施例的圖像顯示裝置510的基本設(shè)置和構(gòu)造與關(guān)于第一實(shí)施例所描述的圖像顯示裝置10的設(shè)置和構(gòu)造相同。之后，關(guān)于根據(jù)第五實(shí)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，第二衍射光柵兀件540的厚度小于5 μ m,而第一衍射光柵兀件530的厚度等于或者大于5 μ m,更具體地,第二衍射光柵兀件540的厚度是I. 7 μ m,而第一衍射光柵兀件530的厚度是7 μ m。作為選擇，關(guān)于根據(jù)第五實(shí)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(shuō)，第二衍射光柵元件540的最大衍射效率小于50%，而第一衍射光柵元件530的最大衍射效率等于或大于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(shuō)，第二衍射光柵元件540的折射率調(diào)制度Λη是O. 04，并且厚度是1.7 μ m。此外，第一衍射光柵元件530的折射率調(diào)制度An是 O. 04，并且厚度是7 μ m。要注意的是，同樣關(guān)于下文所述的第六實(shí)施例，第一衍射光柵元件530和第二衍射光柵兀件540的規(guī)格相同。這里，關(guān)于根據(jù)第五實(shí)施例的圖像顯示裝置，與根據(jù)第一實(shí)施例的圖像顯示裝置不同，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)512的光軸在光學(xué)上與Xi軸一致，此外，準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)512的光軸穿過(guò)圖像形成裝置511的中心。也就是說(shuō)，中心光入射角Θ K是0度。要注意的是，Xi軸存在于準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)512的延長(zhǎng)線上，并且圖像形成裝置511的中心被定位于該延長(zhǎng)線上，但是本發(fā)明不限于此，因此可以這樣設(shè)置，其中，Xi軸不存在于準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)512的延長(zhǎng)線上，以及圖像形成裝置511的中心沒(méi)有被定位在該延長(zhǎng)線上。要注意的是，在這種情況下，必須采用這樣的實(shí)施例，其中準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)512的光軸在光學(xué)上與Xi軸一致，或者/并且經(jīng)各種光學(xué)系統(tǒng)穿過(guò)圖像形成裝置511的中心。作為根據(jù)第五實(shí)施例的圖像顯示裝置特征的第二衍射光柵元件540的厚度和第一衍射光柵元件530的厚度之間的關(guān)系可適用于第一實(shí)施例中描述的圖像顯示裝置，也可適用于第二實(shí)施例中描述的圖像顯示裝置。同樣，作為根據(jù)第五實(shí)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(guān)系可適用于第一實(shí)施例中描述的圖像顯示裝置，也可適用于第二實(shí)施例中描述的圖像顯示裝置。附帶地，關(guān)于圖像顯示裝置，為了在不增加導(dǎo)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(dǎo)光板多次發(fā)射。在這種情況下，如果構(gòu)成第二衍射光柵元件的每個(gè)衍射光柵的衍射效率很高，那么在導(dǎo)光板中重復(fù)全反射所傳播的大量的光對(duì)于第二衍射光柵兀件在第一次入射時(shí)將在無(wú)意中從導(dǎo)光板發(fā)射，并在第二和第三次時(shí)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(shí)質(zhì)上阻止了瞳徑的放大。例如，當(dāng)假設(shè)第二衍射光柵元件的最大衍射效率是90%的時(shí)候，在第一次衍射和反射中光的90%從導(dǎo)光板發(fā)射，9% [= (1-0. 9) X0. 9X100]在第二次衍射和反射中發(fā)射，O. 9% [= (1-0. 9-0. 09) X0. 9X100]在第三次衍射和反射中發(fā)射，由此圖像快速變暗。因此，關(guān)于第五實(shí)施例，第二衍射光柵元件540的最大衍射效率被設(shè)定為30%。因此，在導(dǎo)光板21傳播的光中，光的30%在第二衍射光柵兀件540的第一次衍射和反射中從導(dǎo)光板被發(fā)射，光的21% [ = (1-0. 3) X0. 3X100]在第二次衍射和反射中被發(fā)射，以及光的14. 7% [ = (1-0. 3-0. 21) X0. 3X100]在第三次衍射和反射中被發(fā)射。因此，圖像會(huì)逐漸變暗。相反，關(guān)于第一衍射光柵兀件530,每個(gè)視場(chǎng)角的光以一次的衍射和反射在導(dǎo)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(guān)于第五實(shí)施例，在第一衍射光柵元件350的最大衍射效率被設(shè)定為90%。關(guān)于由確定的波長(zhǎng)、入射角和衍射角所定義的衍射光柵元件，當(dāng)改變衍射光柵元件的厚度和衍射光柵元件的折射率調(diào)制度△ η兩個(gè)參數(shù)的組合時(shí)，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(guān)系在圖12中示出。模擬條件被如下設(shè)定。要注意的是，在圖12、13和14中，關(guān)于括號(hào)內(nèi)的數(shù)字，左側(cè)表示衍射光柵元件的折射率調(diào)制度△ η，而右側(cè)表示衍射光柵元件的厚度(單位μ m)。波長(zhǎng)522nm中心光入射角9卜。:0度中心光全反射角0Kef:68度導(dǎo)光板的折射率1. 527此外，圖13示出了當(dāng)衍射光柵元件的折射率調(diào)制度Λη為常數(shù)(O. 045)改變衍射光柵元件厚度時(shí)，衍射效率的變化，圖14示出了當(dāng)衍射光柵元件的厚度為常數(shù)(4 μ m)改變衍射光柵元件的折射率調(diào)制度An時(shí)，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 Δ η越低，衍射效率下降得越多。
此外，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Λ η和衍射光柵元件厚度之間的關(guān)系，圖15Β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(guān)系。只要折射率調(diào)制度An等于或小于構(gòu)成衍射光柵元件的材料的特性所確定的△ η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15Α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15Β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)，衍射效率的衍射光譜寬度越寬。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，在第二衍射光柵元件540多次衍射和反射并從導(dǎo)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(dǎo)光板軸線方向上的瞳徑能夠被增大，此外，能夠解決顯示圖像的亮度根據(jù)在導(dǎo)光板的軸線方向上的瞳孔位置明顯變化的問(wèn)題，因此在不會(huì)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?？梢杂米鳒p少參照?qǐng)D24Α所述問(wèn)題的一種有效技術(shù)，使第二衍射光柵元件的衍射效率的衍射光譜寬度增大。如圖24Β所示，衍射效率的衍射光譜寬度增大，由此在光源的發(fā)射光譜分布和衍射效率之間的乘積所確定的主波長(zhǎng)的改變能夠被降低。因此，使用根據(jù)第五實(shí)施例的圖像顯示裝置，涉圖，以獲得構(gòu)成各個(gè)平行光通量的具有不同波長(zhǎng)帶(或波長(zhǎng)) 的P類光通量的相同衍射和發(fā)射角度。關(guān)于導(dǎo)光板21，透明基板(例如，玻璃基板)可以通過(guò)中間夾置空氣層而設(shè)置在第一衍射光柵元件30和第二衍射光柵元件40的上面，由此能夠保護(hù)導(dǎo)光板21的第二面23、第一衍射光柵元件30和530、以及第二衍射光柵元件40和 540。作為適用于第一、第二和第五實(shí)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(gòu)成的有源矩陣型圖像形成裝置，其中由半導(dǎo)體發(fā)光元件構(gòu)成的發(fā)光元件301以二維矩陣方式排列，通過(guò)控制每個(gè)發(fā)光元件301的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)來(lái)顯示圖像，從而使觀測(cè)者從視覺(jué)上識(shí)別發(fā)光元件301的發(fā)射狀態(tài)。從這個(gè)圖像形成裝置發(fā)射的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12、212和512輸入導(dǎo)光板21。作為選擇，如圖17所示的概念圖，可以使用色彩顯示圖像形成裝置，其包括(α)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以二維矩陣方式排列，(β)綠色發(fā)光板311G，其中，用于發(fā)射綠光的綠色發(fā)光元件301G以二維矩陣方式排列，( Y )藍(lán)色發(fā)光板311Β,其中，用于發(fā)射藍(lán)光的藍(lán)色發(fā)光兀件301Β以二維矩陣方式排列，以及( δ )用于將從紅色發(fā)光板31 IR、綠色發(fā)光板31IG和藍(lán)色發(fā)光板31IB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(lán)色發(fā)光板311Β各自的發(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)。從這個(gè)圖像形成裝置發(fā)射的光還經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12、212和512輸入導(dǎo)光板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(gòu)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、分別由光通路控制裝置304R、304G和304B控制通路/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(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12、212和 512輸入至導(dǎo)光板21。作為選擇，圖19示出了由發(fā)光板311R、311G、311B等構(gòu)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)的光徑被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(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)12、212和512輸入至導(dǎo)光板21，其中由光通過(guò)控制裝置304來(lái)控制各自的通過(guò)/阻斷。作為選擇，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(guò)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(guò)/阻斷的光閥；發(fā)光元件301G，用于發(fā)射綠光；光通過(guò)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(guò)/阻斷的光閥；發(fā)光元件301B，用于發(fā)射藍(lán)光；光通過(guò)控制裝置(例如，液晶顯示裝置304B)，是一種用于控制發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光元件301B所發(fā)射的發(fā)射光的通過(guò)/阻斷的光閥；光引導(dǎo)元件302，用于引導(dǎo)由GaN半導(dǎo)體構(gòu)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(gè)光徑上的單元(例如，二向棱鏡303)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種變形、組合、 再組合和變更，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)。
權(quán)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(gè)像素；準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用于將所述圖像形成裝置的像素所發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光；以及光學(xué)裝置，通過(guò)所述準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光的光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；其中，所述光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射，第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至所述導(dǎo)光板的光， 以使輸入至所述導(dǎo)光板的光在所述導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在所述導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將所述光從所述導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上；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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I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 5 μ m,而所述第一衍射光柵元件的厚度等于或大于5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I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。
4.一種圖像顯示裝置，包括光源；掃描光學(xué)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排列的虛擬像素；以及光學(xué)裝置，來(lái)自所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的平行光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；其中，所述光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射，第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至所述導(dǎo)光板的光， 以使輸入至所述導(dǎo)光板的光在所述導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在所述導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將所述光從所述導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上；并且，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4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。
6.一種圖像顯示裝置，包括圖像形成裝置，包括以二維矩陣方式排列的多個(gè)像素；準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，用于將所述圖像形成裝置的像素所發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為平行光；以及光學(xué)裝置，通過(guò)所述準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為前進(jìn)方向不同的多個(gè)平行光的光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；其中，所述光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射，第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至所述導(dǎo)光板的光， 以使輸入至所述導(dǎo)光板的光在所述導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在所述導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將所述光從所述導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6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%，而所述第一衍射光柵元件的最大衍射效率等于或大于50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6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。
9.一種圖像顯示裝置，包括光源；掃描光學(xué)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排列的虛擬像素；以及光學(xué)裝置，來(lái)自所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的平行光被輸入、引導(dǎo)、并從其發(fā)射；其中，所述光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板，其中，輸入光在內(nèi)部通過(guò)全反射傳播，并被發(fā)射，第一衍射光柵兀件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射輸入至所述導(dǎo)光板的光， 以使輸入至所述導(dǎo)光板的光在所述導(dǎo)光板中全反射，所述第一衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)光板上，以及第二衍射光柵元件，由體全息衍射光柵構(gòu)成，用于衍射和反射在所述導(dǎo)光板中通過(guò)全反射傳播的光，并將所述光從所述導(dǎo)光板發(fā)射，所述第二衍射光柵元件設(shè)置在所述導(dǎo)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。
10.根據(jù)權(quán)利要求9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(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)裝置，其中所述光學(xué)裝置包括導(dǎo)光板、由體全息衍射光柵構(gòu)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(guò)準(zhǔn)直光學(xué)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(cè)輸入至導(dǎo)光板。因此，可以提供構(gòu)造簡(jiǎn)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(hào)G02B5/18GK102608762SQ201210086738
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者武川洋 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社