[发明专利]图像显示装置

说明书

本申请是申请日为2008年11月28日、申请号为200810180254.0、发明名称为“图像显示装置”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于使观测者能够观看由图像形成装置等形成的二维图像的图像显示装置。

背景技术

使用了全息衍射光栅以使观测者通过虚拟图像光学系统观看由图像形成装置形成的作为放大虚拟图像的二维图像的虚拟图像显示装置(图像显示装置)已经在日本未审查专利申请公开号2007-94175中被披露。

这种图像显示装置1010基本上包括，如图25A所示，用于显示图像的图像形成装置1011、准直光学系统1012和虚拟图像光学系统(光学装置20)，在图像形成装置1011上显示的光被输入虚拟图像光学系统，并由其引导至观测者的瞳孔50。光学装置20包括导光板21、和由设置在导光板21上的反射型体全息衍射光栅构成的第一衍射光栅元件30和第二衍射光栅元件40。从图像形成装置1011的每个像素发射的光被输入至准直光学系统1012，以不同角度输入至导光板21的多个平行光束由准直光学系统1012产生，并被输入至导光板21。平行光束从导光板21的一个光学面(第一面)22上输入，并从此处被输出。另一方面，第一衍射光栅元件30和第二衍射光栅元件40被安装到与导光板21的第一面22平行的导光板21的另一个光学面(第二面)23上。

这里，当假设第一衍射光栅元件30的中心是原点Oi，以朝向准直光学系统侧的方向作为正向穿过原点Oi的第一衍射光栅元件30的法线是Xi轴，而以朝向第二衍射光栅元件侧的方向作为正向的导光板的轴线是Yi轴时，准直光学系统1012的光轴与Xi轴一致，并且，准直光学系统1012的光轴穿过图像形成装置1011的中心。

从导光板21的第一面22以不同角度输入导光板21的多个平行光束被输入至第一衍射光栅元件30，并且每个平行光束保持平行光束状态而被衍射和反射。结果，被衍射和反射的平行光在导光板21的第一面22和第二面23之间以重复全反射的方式前进，并输入至第二衍射光栅元件40。输入至第二衍射光栅元件40的平行光束通过衍射和反射而脱离全反射条件，并从导光板21发射，然后被引导至观测者的瞳孔50。衍射和反射在第二衍射光栅元件40上被多次执行，但是基于各个衍射和反射而从导光板21发射的光量会随着衍射和反射次数的增加而减少。

形成在第二衍射光栅元件40中的干涉图形状和形成在第一衍射光栅元件30中的干涉图形状之间具有关于垂直于导光板21轴线的虚拟面的对称关系。因此，将要在第二衍射光栅元件40上被衍射和反射的平行光束以与输入至第一衍射光栅元件30相同的角度被衍射和反射，因此显示图像不会模糊，且以高分辨率显示在瞳孔50上。要注意的是，第一衍射光栅元件30具有与第二衍射光栅元件40相同的规格(例如，厚度和最大衍射效率)。

发明内容

附带地，在图像显示装置1010的第一衍射光栅元件30和第二衍射光栅元件40中形成的干涉图是多重的，或者衍射光栅是多层的。结果，例如，如图25B所示的放大第一衍射光栅元件30的示意性局部截面图，当假设干涉图的倾斜角φ(由第一衍射光栅元件30和第二衍射光栅元件40的表面与干涉图构成的角)是常数时，会出现下列问题。

也就是说，输入第一衍射光栅元件30的多个平行光束的角度根据图像形成装置1011的发射位置而不同，所以在第一衍射光栅元件的不同区域，满足布拉格条件的衍射波长(布拉格波长)不同。同样，输入第二衍射光栅元件40的角度不同，所以在第二衍射光栅元件的不同区域，满足布拉格条件的衍射波长不同。结果，在第二衍射光栅元件40处衍射和反射、并由导光板21发射的光形成的图像上出现色彩不规则。

这里，布拉格条件表示满足下列表达式(A)的条件。在表达式(A)中，m表示正整数，λ表示波长，d表示在光栅面上的间距(在包括干涉图的虚拟面的法向上的间隔)，以及Θ表示输入干涉图的角的补角。要注意的是，干涉图的倾斜角φ表示由衍射光栅元件的表面和干涉图构成的角。干涉图是从衍射光栅元件的内部到其表面形成的。上述描述同样适用于下文。同样，在光以入射角Ψ输入衍射光栅元件的情况下，Θ、倾斜角φ和入射角Ψ之间的关系如表达式(B)所示，在图25B中示出。

m·λ＝2·d·sin(Θ)...(A)

Θ＝90°-(φ+ψ)...(B)