CN101655606B - 图像显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像显示设备，包括成像装置、准直光学系统和光学装置。光学装置包括导光板、使入射到导光板上的光偏转的第一偏转构件以及使通过全反射在导光板中传播的光偏转多次的第二偏转构件。第一偏转构件和第二偏转构件被设置在导光板中。从至少一个像素射出的具有一种波长的光满足以下条件：2t·sinθ-2≤WY≤2t·sinθ+2其中，导光板的轴线方向是Y方向，WY表示入射到导光板上的光在Y方向上的宽度，t表示导光板的厚度，以及θ表示全反射角。通过本发明，在由成像装置等形成的二维图像中很少观察到亮度不均匀和色彩不均匀。

Description

图像显示设备
相关申请的交叉参考
本申请包含于2008年8月18日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-209857所公开的主题，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察者观看由成像装置等形成的二维图像的图像显示设备。
背景技术
日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)第2005-521099号以及日本未审查专利申请公开第2006-162767号披露了虚像显示设备(图像显示设备)，其中，虚像光学系统允许观察者观看作为放大虚像的由成像装置形成的二维图像。
图1是这种图像显示设备的概念图。参见图1，图像显示设备700(为了方便被称作第一类图像显示设备700并在图1中用参考标号100表示)包括具有排列成二维矩阵的多个像素的成像装置711(图1中为111)、用于使从成像装置711的像素射出光准直的准直光学系统712(图1为中112)以及光学装置720(图1中为120)，经准直光学系统712准直的光入射到该光学装置上。该入射光被引导并且从光学装置720射出。光学装置720包括导光板721(图1中为121)、第一光学构件730(图1中为130，例如，由单层反光膜形成)以及第二光学构件740(图1中为140，例如，由具有分层结构的反光多层膜形成)。入射光通过全反射在导光板721中传播，然后从导光板721射出。第一光学构件730使入射到导光板721上的光反射，使得该入射光在导光板721中被完全反射，并且第二光学构件740从导光板721射出通过全反射在导光板721中传播的光。例如，当使用该图像显示设备700制造HMD(头戴式显示器，Head-Mounted Display)时，可以减小显示器的重量和尺寸。
另外，日本未审查专利申请公开第2007-94175号披露了使用全息衍射光栅的虚像显示设备(图像显示设备)，其中，虚像光学系统允许观察者观看作为放大虚像的由成像装置形成的二维图像。
图4A是这种图像显示设备的概念图。参见图4A，图像显示设备800(为了方便被称作第二类图像显示设备800并在图4A中用参考标号300表示)基本上包括用于显示图像的成像装置811(图4A中为111)、准直光学系统812(图4A中为112)以及虚像光学系统(光学装置820，在图4A中用参考标号320表示)，其中，由成像装置811显示的光入射到该虚像光学系统上。入射光被导向观察者的眼睛10。光学装置820包括导光板821(图4A中为321)以及第一衍射光栅构件830(图4A中为330)和第二衍射光栅构件840(图4A中为340)，这些衍射光栅构件被设置在导光板821上。第一衍射光栅构件830和第二衍射光栅构件840中的每一个均都由反射体积全息衍射光栅形成。从成像装置811中的像素射出的光进入准直光学系统812，其中光被转换成平行光，并且平行光进入导光板821。平行光入射到导光板821的第一表面822(图4A中为322)上并从其射出。另一方面，第一衍射光栅构件830和第二衍射光栅构件840被安装在平行于第一表面822的导光板821的第二表面823(图4A中323)上。
发明内容
在第一类图像显示设备700中，当观察者的眼睛10位于区域A时，如图13所示，从准直光学系统712射出的光到达眼睛10。然而，当眼睛10位于区域A之间的区域B时，没有光从准直光学系统712射出并到达眼睛10。即使光被射出，所射出的光的量严重地减少。在图13中，为了清楚说明，区域A被用斜纹画上阴影。因此，在第一类图像显示设备700中，根据观察者眼睛的位置，在所显示的图像中产生了亮度不均匀以及色彩不均匀。
在第二类图像显示设备800中，第二衍射光栅构件840从导光板821逐渐射出光，同时使该光反射并衍射多次，以便在没有增加导光板821厚度的情况下以更宽的视角进行显示并扩大观察者能够观看图像的范围(眼睛箱，eye box)。即使在第二类图像显示设备800中，当观察者的眼睛10位于区域A或区域C时，如图14所示，从准直光学系统812射出的平行光也能到达眼睛10。然而，当眼睛10位于区域B时，没有光从准直光学系统812射出并且到达眼睛10。即使光被射出，所射出的光的量也严重地减少。因此，在第二类图像显示设备800中，根据观察者眼睛的位置，在所显示的图像中也产生了亮度不均匀以及色彩不均匀。
希望提供一种图像显示设备，其具有这样的配置：即使观察者眼睛的位置移动，当观看由成像装置等形成的二维图像时也能使亮度不均匀以及色彩不均匀最小化。
根据本发明的一个实施例的图像显示设备，包括：
(A)成像装置，包括排列成二维矩阵的多个像素；
(B)准直光学系统，被配置为将从成像装置中的每个像素射出的光转换为平行光；以及
(C)光学装置，平行光从该准直光学系统入射到该光学装置上，在该光学装置中平行光被引导，并且平行光从其射出。
该光学装置包括：
(a)导光板，该入射光在通过全反射在导光板中传播后从该导光板射出；
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到导光板上的光偏转，使得该入射光在该导光板中被完全反射；以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在导光板中传播的光偏转多次，以使光从导光板射出。
术语“全反射”指的是在导光板中完全的内部反射或全反射。这也适用于以下内容。
在该实施例的图像显示设备中，第一偏转装置和第二偏转装置被设置在导光板中，并且从至少一个像素射出的具有一种波长的光满足条件2t·sinθ-2≤WY≤2t·sinθ+2，优选地，2t·sinθ-1≤WY≤2t·sinθ+1，并且更优选地，WY＝2t·sinθ，其中，导光板的轴线方向是Y方向，导光板的法线方向是X方向，WY(单位：mm)表示入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度，t(单位：mm)表示导光板的厚度，以及θ表示在导光板中被完全反射的光在导光板的内表面上的入射角。
可选地，第一偏转装置和所述第二偏转装置可以被设置在导光板的表面上，并且可以满足条件2t·tanθ-2≤WY≤2t·tanθ+2，优选地，2t·tanθ-1≤WY≤2t·tanθ+1，并且更优选地，WY＝2t·tanθ，其中，导光板的轴线方向是Y方向，导光板的法线方向是X方向，WY(单位：mm)表示入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度，t(单位：mm)表示导光板的厚度，以及θ表示在导光板中被完全反射的光在导光板的内表面上的入射角。
根据本发明的另一个实施例的图像显示设备，包括：
(A)光源；
(B)准直光学系统，被配置为将从光源射出的光转换为平行光；
(C)扫描装置，被配置为对从准直光学系统射出的平行光进行扫描；
(D)中继光学系统(relay optical system)，被配置为对经扫描装置扫描的平行光进行中继；以及
(E)光学装置，来自中继光学系统的平行光入射到该光学装置上，在该光学装置中平行光被引导，并且平行光从其射出。
该光学装置包括：
(a)导光板，入射光在通过全反射在该导光板中传播后从该导光板射出；
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到导光板上的光偏转，使得入射光在导光板中被完全反射；以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在导光板中传播的光偏转多次，以使光从导光板射出。
在该实施例的图像显示设备中，第一偏转装置和第二偏转装置被设置在导光板中，并且从至少一个像素射出的具有一种波长的光满足条件2t·sinθ-2≤WY≤2t·sinθ+2，优选地，2t·sinθ-1≤WY≤2t·sinθ+1，并且更优选地，WY＝2t·sinθ，其中，导光板的轴线方向是Y方向，导光板的法线方向是X方向，WY(单位：mm)表示入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度，t(单位：mm)表示导光板的厚度，以及θ表示在导光板中被完全反射的光在导光板的内表面上的入射角。
可选地，第一偏转装置和第二偏转装置可以被设置在导光板的表面上，并且可以满足条件2t·tanθ-2≤WY≤2t·tanθ+2，优选地，2t·tanθ-1≤WY≤2t·tanθ+1，并且更优选地，WY＝2t·tanθ，其中，导光板的轴线方向是Y方向，导光板的法线方向是X方向，WY(单位：mm)表示入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度，t(单位：mm)表示导光板的厚度，以及θ表示在导光板中被完全反射的光在导光板的内表面上的入射角。
在根据上述实施例的图像显示设备中，第一偏转装置能够使入射到导光板上的光反射，并且第二偏转装置能够使通过全反射在导光板中传播的光透射并反射多次。在这种情况下，第一偏转装置能够起到反射镜的作用，以及第二偏转装置能够起到半透镜的作用。
第一偏转装置可以使入射到导光板上的光衍射，并且第二偏转装置可以使通过全反射在导光板中传播的光衍射多次。在这种情况下，第一偏转装置和第二偏转装置能够由衍射光栅元件形成。这些衍射光栅元件可以是反射型衍射光栅元件或透射型衍射光栅元件。可选地，一个衍射光栅元件可以是反射型衍射光栅元件，而另一个衍射光栅元件可以是透射型衍射光栅元件。在这些情况下，满足以下条件：
2t·tanθ-2≤LH-1≤2t·tanθ+2
其中，LH-1(单位：mm)表示第一偏转装置在Y方向上的有效长度。
在根据上述实施例的图像显示设备中，满足了条件2t·sinθ-2≤WY≤2t·sinθ+2或条件2t·tanθ-2≤WY≤2t·tanθ+2。由于这个原因，即使观察者眼睛的位置移动，在由成像装置等形成的二维图像中很少观察到亮度不均匀和色彩不均匀。
附图说明
图1是根据实施例1的图像显示设备的概念图；
图2是示出了光在实施例1的图像显示设备中或实施例2的图像显示设备中的导光板中传播的情况的概念图；
图3是实施例2的图像显示设备的概念图；
图4A是根据实施例3的图像显示设备的概念图，以及图4B是反射体积全息衍射光栅(reflective volume hologram diffractongrating)的一部分的放大的截面示意图；
图5是示出了平行光进入实施例3的图像显示设备中或实施例4的图像显示设备中的导光板的情况的概念图；
图6是示出了观察者戴着两个实施例3的图像显示设备的情况概念图；
图7是实施例4的图像显示设备的概念图；
图8是适用于实施例1或3的成像装置的变型例的概念图；
图9是适用于实施例1或3的成像装置的另一个变型例的概念图；
图10是适用于实施例1或3的成像装置的又一个变型例的概念图；
图11是适用于实施例1或3的成像装置的又一个变型例的概念图；
图12是适用于实施例1或3的成像装置的又一个变型例的概念图；
图13是说明现有技术中第一类图像显示设备的问题的概念图；以及
图14是说明在现有技术中第二类图像显示设备的问题的概念图。
具体实施方式
下面，将参考附图来详细描述本发明的实施例。
在根据实施例的图像显示设备中，成像装置可以包括反射型空间光调制器和光源，包括透射型空间光调制器和光源，或者包括诸如有机EL(电发光)元件、无机EL元件或发光二极管(LED)的发光元件。具体地，优选的是，成像装置包括反射型空间光调制器和光源。例如，空间光调制器可以由光阀、透射或反射型液晶显示器(诸如LCOS(硅上液晶))或数字微镜器件(DMD)形成，并且光源可以由发光元件形成。另外，该反射型空间光调制器可以包括液晶显示器和偏振分束器，该偏振分束器将来自光源的光的一部分反射到液晶显示器并使被液晶显示器反射的部分光透射至准直光学系统。形成光源的发光元件包括(例如)红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件和白色发光元件。发光元件可以由半导体激光元件或LED形成。根据图像显示设备的规格可以确定像素的数目。例如，像素的具体数目是320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。
在根据另一个实施例的图像显示设备中，光源可以由例如发光元件形成。更具体地，发光元件可以包括红色发光元件、绿色发光元件、蓝色发光元件和白色发光元件。例如，发光元件可以由半导体激光元件或LED形成。这个实施例的图像显示设备中的像素(虚拟像素)的数目可以根据图像显示设备的规格来确定。例如，像素(虚拟像素)的具体数目是320×240、432×240、640×480、1024×768或1920×1080。当光源包括红色发光元件、绿色发光元件和蓝色发光元件时，例如，优选的是，使用交叉棱镜来执行颜色合成。扫描构件可以由具有在二维方向上可旋转的微镜的MEMS(微电子机械系统)、或水平且垂直地扫描从光源射出的光的电流计镜形成。中继光学系统可以由现有技术的中继光学系统形成。
除包括发光元件和光阀的成像装置、或者包括用于总体上射出白光的背光和具有红色、绿色和蓝色发光像素的液晶显示器的组合作为光源的成像装置，可以给出以下这些结构作为实例。
成像装置A
成像装置A包括：
(a)由第一发光面板形成的第一成像单元，其中，用于射出蓝光的第一发光元件排列成二维矩阵；
(b)由第二发光面板形成的第二成像单元，其中，用于射出绿光的第二发光元件排列成二维矩阵；
(c)由第三发光面板形成的第三成像单元，其中，用于射出红光的第三发光元件排列成二维矩阵；以及
(d)合并单元，将从第一成像单元、第二成像单元和第三成像单元射出的光的光径合并为一条光径(例如，二向色棱镜，这也适用于以下描述)。
成像装置A控制第一发光元件、第二发光元件和第三发光元件中的每一个的发光/非发光状态。
成像装置B
成像装置B包括：
(a)第一成像单元，包括用于射出蓝光的第一发光元件以及用于控制从第一发光元件射出的蓝光的透射/非透射的第一透光控制单元(第一透光控制单元是一种光阀，并包括例如液晶显示器、数字微镜器件(DMD)和LCOS，这也适应于以下描述)；
(b)第二成像单元，包括用于射出绿光的第二发光元件以及用于控制从第二发光元件射出的绿光的透射/非透射的第二透光控制单元(光阀)；
(c)第三成像单元，包括用于射出红光的第三发光元件以及用于控制从第三发光元件射出的红光的透射/非透射的第三透光控制单元(光阀)；以及
(d)合并单元，将通过第一透光控制单元、第二透光控制单元和第三透光控制单元的光的光径合并为一条光径。
成像装置B通过透光控制单元控制从发光元件射出的光的透过/非透射来显示图像。作为用于将从第一发光元件、第二发光元件和第三发光元件射出的光导向透光控制单元的装置(导光构件)，例如，可以使用光波导、微透镜阵列、反射镜、反射板或聚光透镜。
成像装置C
成像装置C包括：
(a)第一成像单元，包括用于射出蓝光的第一发光元件排列成二维矩阵的第一发光面板以及控制从第一发光面板射出的蓝光的透射/非透射的蓝光透射控制单元(光阀)；
(b)第二成像单元，包括用于射出绿光的第二发光元件排列成二维矩阵的第二发光面板以及控制从第二发光面板射出的绿光的透射/非透射的绿光透射控制单元(光阀)；
(c)第三成像单元，包括用于射出红光的第三发光元件排列成二维矩阵的第三发光面板以及控制从第三发光面板射出的红光的透射/非透射的红光透射控制单元(光阀)；以及
(d)合并单元，将通过蓝光透射控制单元、绿光透射控制单元和红光透射控制单元的光的光径合并为一条光径。
成像装置C通过透光控制单元(光阀)控制从第一发光面板、第二发光面板和第三发光面板射出的光的透射/非透射来显示图像。
成像装置D
成像装置D是场序型彩色显示成像装置。该成像装置D包括：
(a)第一成像单元，包括用于射出蓝光的第一发光元件；
(b)第二成像单元，包括用于射出绿光的第二发光元件；
(c)第三成像单元，包括用于射出红光的第三发光元件；
(d)合并单元，将从第一成像单元、第二成像单元和第三成像单元射出的光的光径组合为一条光径；以及
(e)透光控制单元(光阀)，控制从合并单元射出的光的透射/非透射。
成像装置D通过透光控制单元控制从这些发光元件射出的光的透射/非透射来显示图像。
成像装置E
成像装置E也是场序型彩色显示成像装置。该成像装置E包括：
(a)第一成像单元，包括第一发光面板，其中，用于射出蓝光的第一发光元件排列成二维矩阵；
(b)第二成像单元，包括第二发光面板，其中，用于射出绿光的第二发光元件排列成二维矩阵；
(c)第三成像单元，包括第三发光面板，其中，用于射出红光的第三发光元件排列成二维矩阵；
(d)合并单元，将从第一成像单元、第二成像单元和第三成像单元射出的光的光径合并为一条光径；以及
(e)透光控制单元(光阀)，控制从合并单元射出的光的透射/非透射。
成像装置E通过透光控制单元控制从这些发光面板射出的光的透射/非透射来显示图像。
成像装置F
成像装置F是有源或无源矩阵型彩色显示成像装置，该装置通过控制第一发光元件、第二发光元件和第三发光元件的发光/非发光状态来显示图像。
成像装置G
成像装置G是场序型彩色显示成像装置。成像装置G包括透光控制单元(光阀)，控制从排列成二维矩阵的发光元件单元射出的光的透射/非透射。成像装置G通过以时分方式控制发光元件单元中第一发光元件、第二发光元件和第三发光元件的发光/非发光状态，并且通过透光控制单元控制从第一发光元件、第二发光元和第三发光元件射出的光的透射/非透射来显示图像。
在根据本发明上述实施例的图像显示设备中，如上所述，第一偏转构件起到反射镜的作用，以及第二偏转构件起到半透镜的作用。在这种配置中，例如，第一偏转构件可以由利用包括合金的金属所制成并被配置为使入射到导光板上的光反射的反光膜(一种反射镜)形成，或者由用于使入射到导光板上的光衍射的衍射光栅(例如，全息衍射光栅膜)形成。第二偏转构件可以由多个介质膜被堆叠的多层结构、半透明反射镜、偏振分束器或全息衍射光栅膜形成。
在根据本发明实施例的图像显示设备中，第一偏转构件和第二偏转构件被设置(并入)在导光板中。第一偏转构件使入射到导光板上的平行光反射或衍射，使得入射的平行光在导光板中被完全反射。相反，第二偏转构件使通过全反射在导光板中传播的平行光反射或衍射多次，并且使平行光从导光板射出。
在根据本发明实施例的图像显示设备中，如上所述，第一偏转构件和第二偏转构件中的每一个都优选地由反射型衍射光栅元件(更优选地，反射体积全息衍射光栅)形成。为了方便，由反射体积全息衍射光栅形成的第一偏转构件有时被称作“第一衍射光栅构件”，以及由反射体积全息衍射光栅形成的第二偏转构件有时被称作“第二衍射光栅构件”。
为了使具有P个不同波段(或波长)的P种(例如，对应于红色、绿色和蓝色的三种)光束衍射或反射，在第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件中，每一个均由反射体积全息衍射光栅形成的P个衍射光栅层可以被堆叠。每个衍射光栅层设置有对应于一个波段(或波长)的干涉条纹。可选地，为了使具有P个不同波段(或波长)的P种光束衍射或反射，第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件可以由设置有P种干涉条纹的一个衍射光栅层形成。另外，可选地，例如，视角可以被分为三个部分，并且第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件可以通过堆叠对应于视角的这些部分的多个衍射光栅层来形成。通过采用这些结构，当具有这些波段(或波长)的光束被第一衍射光栅构件或第二衍射光栅构件衍射或反射时，可以增大衍射效率以及可接受的衍射角并且最优化该衍射角。
例如，第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件可以由光聚合物材料形成。由反射体积全息衍射光栅形成的第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件的材料和基本结构可以与现有技术的反射体积全息衍射光栅的材料与基本结构相同。这里，反射体积全息衍射光栅是指仅使+1阶衍射光衍射和折射的全息衍射光栅。当衍射光栅构件设置有从衍射光栅构件的内侧延伸到其外侧的干涉条纹时，干涉条纹的形成方法可以与现有技术中所采用的方法相同。更具体地，例如，形成衍射光栅构件的材料(例如，光聚合物材料)在第一预定方向上用物体光照射，并且同时在第二预定方向上用参考光照射，从而物体光和参考光在形成衍射光栅构件的材料中形成干涉条纹。通过适当地选择第一预定方向、第二预定方向以及物体光和参考光的波长，这些干涉条纹能够以理想倾斜角和以理想间距排列在衍射光栅构件的表面上。这里，干涉条纹的倾斜角是指形成在衍射光栅构件(或衍射光栅层)的表面与干涉条纹之间的角。当第一衍射光栅构件和第二衍射光栅构件被形成为具有每层由反射体积全息衍射光栅形成的P个衍射光栅层被堆叠的分层结构时，P个衍射光栅层被分别形成，并且然后用例如紫外线固化树脂粘合剂堆叠(接合)。可选地，P个衍射光栅层可以通过形成一个粘合光聚合物材料的衍射光栅层、然后顺序地将多个粘合光聚合物材料的层接合在其上的而形成。
在根据上述实施例的图像显示设备中，使经准直光学系统准直的多个平行光束进入导光板。光束成为平行光束的原因是基于以下事实：即使在这些光束经由第一偏转构件和第二偏转构件从导光板射出后，当这些光束进入导光板时所获得的波前信息也能被存储。为了产生多个平行光束，例如，成像装置被放置在对应于准直光学系统的焦距的位置处。这里，准直光学系统用于将像素的位置信息转换成光学装置的光学系统的角度信息。
在根据本发明的实施例的图像显示设备中，导光板具有平行于导光板的轴线(Y方向)延伸的两个平行表面(第一表面和第二表面)。假设导光板的一个表面(光入射到该表面上)是入射面，并且导光板的一个表面(光从该表面射出)是出射面，则入射面和出射面可以由第一表面限定，或者入射面可以由第一表面限定并且出射面可以由第二表面限定。
例如，导光板可以由包括光学玻璃(诸如石英玻璃或BK7)的玻璃材料、或塑料材料(例如，PMMA、聚碳酸树脂、丙烯酸树脂、无定形聚丙烯树脂或包括AS树脂的苯乙烯树脂)形成。导光板并不限于平板，并且可以被弯曲。
例如，准直光学系统可以由整体上具有正光功率(opticalpower)并包括凸透镜、凹透镜、可调整表面棱镜、或全息透镜单独形成或由它们组合而成。
例如，可以使用根据本发明的任一实施例的图像显示设备来形成更轻且更小的HMD。在这种情况下，可以大大降低戴HMD的观察者的不适感，并且可以减少制造成本。
实施例1
图1是下面将描述的根据实施例1的图像显示设备100或根据实施例3的图像显示设备300的概念图。参见图1，图像显示设备100或300包括：
(A)成像装置111，包括排列成二维矩阵的多个像素；
(B)准直光学系统112，将从成像装置111中的像素射出的光转换为平行光；以及
(C)光学装置120或320，平行光从准直光学系统112入射到该光学装置上，在该光学装置中，平行光被引导，并且平行光从其中射出。
在实施例1中，光学装置120包括：
(a)导光板121，入射光在通过全反射在导光板121中传播后从该导光板射出；
(b)第一偏转构件130，使入射到导光板121上的光偏转，使得入射光在导光板121中被完全反射；以及
(c)第二偏转构件140，使通过全反射在导光板121中传播的光偏转多次，以使该光从导光板121射出。
第一偏转构件130和第二偏转构件140被设置在导光板121中。第一偏转构件130使入射到导光板121上的光反射，第二偏转构件140使通过全反射在导光板121中传播的光透射并反射多次。换言之，第一偏转构件130起到反射镜的作用，而第二偏转构件140起到半透镜的作用。更具体地，设置在导光板121中的第一偏转构件130通过由铝制成的反光膜(一种反射镜)形成，并且被配置反射入射到导光板121上的光。相反，设置在导光板121中的第二偏转构件140由多个介质膜被堆叠的分层结构形成。这些介质膜包括(例如)由高介电常数材料制成的TiO2膜以及由低介电常数材料制成的SiO2膜。多个介质膜被堆叠的分层结构在日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)第2005-521099号中被披露。虽然在图中示出了六个介质膜，但介质膜的数目并不限于此。由与导光板121的材料相同的材料制成的薄片被设置在这些介质膜之间。第一偏转构件130使入射到导光板121上的平行光反射(或衍射)，使得入射光在导光板121中被完全反射。相反，第二偏转构件140使通过全反射在导光板121中传播的平行光反射(或衍射)多次，并且使平行光从导光板121射出。
通过切掉导光板121的部分124来在导光板121中形成将被形成第一偏转构件130的斜面，反光膜通过真空沉积被形成在斜面上，然后将导光板121的切除部分124接合至第一偏转构件130。另外，形成由与导光板121的材料相同的材料(例如，玻璃)制成的多层以及多个介质膜(例如，通过真空沉积形成)被堆叠的分层结构，通过切掉导光板121的部分125而形成将被形成第二偏转构件140的斜面，该分层结构被接合至该斜面，并且第二偏转构件140的导光板121的外部通过例如抛光而成形。因此，可以获得设置有第一偏转构件130和第二偏转构件140的导光装置120。
在下面描述的实施例1或实施例3中，成像装置111包括反射型空间光调制器150和由射出白光的发光二极管形成的光源153。更具体地，反射型空间光调制器150包括由用作光阀的LCOS形成的液晶显示器(LCD)151和偏振分束器152，该偏振分束器使来自光源153的一部分光反射到液晶显示器151并使被液晶显示器151反射的一部分光透射，以将所反射的部分引导到准直光学系统112。液晶显示器151包括排列成二维矩阵的多个(例如，320×240)像素(液晶单元)。偏振光分束器152具有与现有技术的偏振分束器相同的结构。从光源153射出的非偏振光撞击到偏振分束器152上。P偏振光分量通过偏振分束器152并从其射出。相反，S偏振光分量被偏振分束器152反射，进入液晶显示器151，被液晶显示器151的内侧反射，并接着从液晶显示器151射出。这里，在从液晶显示器151射出的光中从用于显示白色的像素射出的光包含许多P偏振光分量，而从用于显示黑色的像素射出的光包括许多S偏振光分量。因此，从液晶显示器151射出并撞击到偏振分束器152上的光中的P偏振光分量通过偏振分束器152并被导向准直光学系统112。相反，S偏振光分量被偏振分束器152反射，并且返回至光源153。液晶显示器151包括排列成二维矩阵的多个(例如，320×240个)像素(液晶单元的数目是像素数目的三倍)。准直光学系统112由例如凸透镜形成。为了产生平行光，成像装置111(具体地，液晶显示器151)被放置在对应于准直光学系统112的焦距的位置处。一个像素由用于射出红光的红色发光子像素、用于射出绿光的绿色发光子像素、以及用于射出蓝光的蓝色发光子像素限定。
在下面描述的实施例1或实施例2至4中，由光学玻璃或塑料材料制成的导光板121或321具有平行于导光板121或321的轴线延伸的两个平行表面(第一表面122或322以及第二表面123或323)。第一表面122或322面向第二表面123或323。平行光从用作光入射面的第一表面122或322进入，通过全反射在导光板121或321中传播，并且从还用作光出射面的第一表面122或322射出。可选地，光入射面可以由第二表面123或323限定，并且光出射面可以由第一表面122或322限定。
在下面描述的实施例1或实施例2至4中，导光板121或321的轴线方向是Y方向，导光板121或321的法线方向是X方向，WY(单位：mm)表示入射到导光板121或321上的光束在Y方向上的宽度(即，在实施例1或3中的准直光学系统的出射瞳孔直径，在实施例2或4中的中继光学系统的出射瞳孔直径)，t(单位：mm)表示导光板121或321的厚度，以及θ表示在导光板121或321中被完全反射的光在导光板的内表面上的入射角。
在实施例1中，从至少一个像素射出的具有一种波长的光满足以下条件：
2t·sinθ-2≤WY≤2t·sinθ+2    (1)
参见用作概念图的图2，入射到导光板121上并在Y方向上具有宽度WY的光束被第一偏转构件(反光膜)130反射，并且在被完全反射的同时在导光板121中传播。在这种情况下，通过设定参数(诸如，入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度WY、导光板的厚度t以及在导光板中被完全反射的光束在导光板的内表面上的入射角θ)以满足传播光束没有重叠并且无间隔地填充导光板121的条件，已参照图13描述的现象没有发生。
当在Y方向上具有宽度WY的光束重复在导光板121中全反射时，光束的宽度没有变化，而使固定于WY。假设Ds(单位：mm)表示当光被导光板121的第一表面122的内表面完全反射、被第二表面123的内表面完全反射、并被第一表面122的内表面再次完全反射时光行进的距离，当WY和Ds具有如用作概念图的图2所示由以下表达式(3)给出的关系时，上述条件被满足。另外，t、θ和Ds具有以下表达式(4)给出的关系。从表达式(3)和(4)推导出表达式(5)：
Ds＝WY/cosθ     (3)
Ds＝2t·tanθ    (4)
WY＝2t·sinθ    (5)
因此，当满足表达式(5)时，通过全反射在导光板121中传播的光束在导光板121中没有重叠，并且无间隔地填充导光板121。因此，即使观察者的眼睛10在Y方向上移动，图13中所示的现象也不会发生，并且图像亮度不会迅速变化。换言之，不管观察者的眼睛10所在的区域，从准直光学系统112射出的光最终到达眼睛10，并且在由图像显示设备100显示的图像中，由于观察者的眼睛的位置极少引起亮度不均匀和色彩不均匀。为此，可以提供实现高显示质量的图像显示设备。
已知观察者的眼睛所感觉到的光的亮度与照度(luminance)A的对数(log(A))是成比例的，并且特别是当观看诸如显示器的明亮物体时，观察者对亮度变化并不敏感。另外，当观看诸如显示器的明亮物体时，人的瞳孔直径通常为约4mm。因此，通过经验已知，即使当在从导光板射出的光束之间在Y方向上存在约2mm的间隙时，或者即使当在这些光束之间存在约2mm的重叠部分时，观察者在视觉上也不会意识到大的亮度变化。因此，表达式(5)中的等号可以被增加到在表达式(1)中的范围。
包括满足在表达式(1)中的上限和下限的光学装置的图像显示设备实际上通过试验的方式被制造，并观察由图像显示设备显示的图像。作为观察的结果，没有发现由于观察者眼睛的位置在显示图像中引起亮度不均匀和色彩不均匀。
实施例2
图3是根据下面描述的实施例2的图像显示设备200或实施例4的图像显示设备400的概念图。参见图3，图像显示设备200或400包括：
(A)光源251；
(B)准直光学系统252，将从光源251射出的光转换为平行光；
(C)扫描构件253，对从准直光学系统252射出的平行光进行扫描；
(D)中继光学系统254，对经扫描构件253扫描的平行光进行中继；以及
(E)光学装置120，平行光从中继光学系统254入射到该光学装置上，在该光学装置中，平行光被引导，并且平行光从其射出。
光学装置120具有与实施例1中的光学装置120的结构相同的结构，并且入射到光学装置120上的光以与实施例1中所采用的方式类似的方式表现并满足表达式(1)。因此，省略了对其的详细描述。
光源251包括用于射出红光的红色发光元件251R、用于射出绿光的绿色发光元件251G以及用于射出蓝光的蓝色发光元件251B。每个发光元件都由半导体激光元件形成。从光源251射出的三种原色的光束通过交叉棱镜255，其中，它们的光径通过彩色合成被合并为一条光径。从交叉棱镜255射出的光进入总体上具有正的光功率的准直光学系统252，并且作为平行光被射出。平行光被全反射镜256反射，经由MEMS(其在二维方向上旋转微镜以二维地扫描入射的平行光)形成的扫描构件253水平且垂直地扫描，并被转换为一种二维图像，从而产生虚拟像素。来自虚拟像素的光通过由现有技术的中继光学系统形成的中继光学系统254，并且作为平行光进入导光装置120。
在实施例2中，包括满足表达式(1)中的上限和下限的光学装置的图像显示设备实际上通过试验的方式被制造，并观察由图像显示设备显示的图像。作为观察结果，没有发现由于观察者眼睛的位置在显示图像中引起亮度不均匀和色彩不均匀。÷
实施例3
图4A是根据本发明的实施例3的图像显示设备300的概念图。在实施例3的图像显示设备300中，成像装置111和准直光学系统112具有与实施例1的成像装置111和准直光学系统112的结构相同的结构。另外，除第一偏转构件和第二偏转构件的结构之外，光学装置320具有与实施例1的光学装置120的基本结构相同的基本结构。即，光学装置320包括：
(a)导光板321，入射光在通过全反射在导光板321中传播后从该导光板射出；
(b)第一偏转构件，使入射到导光板321上的光偏转，使得入射光在导光板321中被完全反射；以及
(c)第二偏转构件，使通过全反射在导光板321中传播的光偏转多次，以从导光板321射出光。
在实施例3中，第一偏转构件和第二偏转构件被设置在导光板321的表面上(具体地，导光板321的第二表面323)。第一偏转构件使入射到导光板321上的光衍射，而第二偏转构件使通过全反射在导光板321中传播的光衍射多次。第一偏转构件和第二偏转构件中的每一个都由衍射光栅元件(具体地，反射型衍射光栅元件，更具体地，反射体积全息衍射光栅)形成。在以下描述中，为了方便，由反射体积全息衍射光栅形成的第一偏转构件被称作“第一衍射光栅构件330”，以及由反射体积全息衍射光栅形成的第二偏转构件被称作“第二衍射光栅构件340”。
在下面描述的实施例3或实施例4中，在第一衍射光栅构件300和第二衍射光栅构件340中的每一个中，P个衍射光栅层(每一层都由反射体积全息衍射光栅形成)被堆叠以应对具有P个(具体地，对应于红色、绿色和蓝色的三个)不同波段(或波长)的P种类型光束的衍射和反射。每个衍射光栅层都是通过与现有技术的方法相同的方法由光聚合物材料形成，并设置有对应于一个波段(或波长)的干涉条纹。具体地，在第一衍射光栅构件330和第二衍射光栅构件340的每一个中，用于使红光衍射和反射的衍射光栅层、用于使绿光衍射和反射的衍射光栅层以及用于使蓝光衍射和反射的衍射光栅层被堆叠。这些衍射光栅层(衍射光学元件)上的干涉条纹以固定间距并平行于Z轴方向线性地延伸。在图4A和图7中，第一衍射光栅构件330和第二衍射光栅构件340均仅由一层形成。当具有这些波段(或波长)的光束被第一衍射光栅构件330和第二衍射光栅构件340衍射和反射时，这种结构可以增加衍射效率和可接受的衍射角，并且可以使衍射角最佳化。
图4B是反射体积全息衍射光栅的放大的部分截面示意图。反射体积全息衍射光栅被设置有具有倾斜角φ的干涉条纹。这里，倾斜角φ指的是形成在反射体积全息衍射光栅的表面与干涉条纹之间的角。干涉条纹被设置为从反射体积全息衍射光栅的内侧延伸到其外侧，并且满足布拉格(Bragg)条件。布拉格条件满足以下表达式A。在表达式A中，m是正整数，λ表示波长，d表示光栅表面的间距(在法线方向上包括干涉条纹的虚拟平面之间的距离)，Θ表示干涉条纹上的入射角的补角。当光以入射角ψ进入衍射光栅构件时，补角Θ、倾斜角φ以及入射角ψ具有由表达式B给出的关系：
m·λ＝2·d·sinΘ    (A)
Θ＝90°-(φ+ψ)      (B)
如上所述，第一衍射光栅构件330被设置(被接合)在导光板321的第二表面323上，并使从第一表面322入射到导光板321上的平行光衍射和反射，使得入射的平行光在导光板321中被完全反射。另外，第二衍射光栅构件340被设置(被接合)在导光板321的第二表面323上。第二衍射光栅构件340使通过全反射在导光板321中传播的平行光衍射和反射多次，并通过第一表面322从导光板321射出平行光。可选地，光入射面可以由第二表面323限定，以及光出射面可以由第一表面322限定。
三色(红色、绿色和蓝色)的平行光束还通过全反射在导光板321中传播，然后被射出。在这种情况下，由于导光板321薄并且导光板321中的光径长，所以这些光束到达第二衍射光栅构件340所进行的全反射的次数根据视角而变化。更具体地，在入射到导光板321上的平行光之中以达到接近第二衍射光栅构件340的程度的角度入射的平行光的反射次数小于以达到远离第二衍射光栅构件340的程度的角度入射到导光板321上的平行光的反射次数。这是因为当在导光板321中传播的光撞击到导光板321上的内表面时，平行光(其被第一衍射光栅构件330衍射和反射并且以达到接近第二衍射光栅构件340的程度的角度入射到导光板321上)与在相反方向上以该角度入射到导光板321上的平行光相比正交于导光板321形成了更小的角。设置在第二衍射光栅构件340中的干涉条纹的形状以及设置在第一衍射光栅构件330中的干涉条纹的形状关于垂直于导光板321的轴线的虚平面对称。
在下述的实施例4中的导光板321基本上具有与上述导光板321的结构相同的结构。
实施例3的图像显示设备满足以下条件：
2t·tanθ-2≤WY≤2t·tanθ+2    (2)
参照用作概念图的图5，入射到导光板321上并在Y方向上具有宽度WY的光束被第一偏转构件330衍射或反射，并且在导光板321中传播同时被完全反射。在这种情况下，通过设定参数(诸如，入射到导光板上的光束在Y方向上的宽度WY、导光板的厚度t以及在导光板中被完全反射的光束在导光板的内表面上的入射角θ)，以满足传播的光束没有重叠并且无间隔地填充导光板121的条件，已参照图14描述的现象没有发生。
假定Ds′(单位：mm)表示在光被第一衍射光栅构件330衍射或反射一次、被导光板321完全反射并被导光板321再次完全反射时行进的距离，则当WY和Ds′具有由以下表达式(6)给出的关系时，满足上述条件：
Ds′＝2t·tanθ    (6)
因此，当满足表达式(6)时，通过全反射在导光板321中传播的光束在导光板121中没有重叠，并且无间隔地填充导光板321。因此，即使观察者的眼睛10在Y方向上移动，图14中示出的现象也不会发生，并且图像亮度不会快速变化。换言之，不考虑观察者的眼睛10所在的区域，从准直光学系统312射出的光最终到达眼睛10，并且在图像显示设备300所显示的图像中，由于观察者的眼睛的位置极少引起亮度不均匀和色彩不均匀。为此，可以提供实现高显示质量的图像显示设备。
如上所述，通过经验已知，即使当在从导光板射出的光束之间在Y方向上存在约2mm的间隙时，或者即使当在这些光束之间存在约2mm的重叠部分时，观察者在视觉上也不会觉察到大的亮度变化。因此，在表达式(6)中的等号可以被增加到在表达式(2)中的范围。由于相同的原因，下面描述的表达式(7)中的等号可以被增加到表达式(8)中的范围。
包括满足表达式(2)中的上限和下限的光学装置的图像显示设备实际上通过试验的方式被制造，并观察由图像显示设备显示的图像。作为观察结果，没有发现由于观察者眼睛的位置在显示图像中引起亮度不均匀和色彩不均匀。图6是示出观察者戴着两个根据实施例3的图像显示设备的情况的概念图。
为了满足通过全反射在导光板321中传播的光在导光板321中没有重叠并无间隔地填充导光板321的条件，更优选地，被第一衍射光栅构件330衍射或反射一次并且在导光板321中被完全反射的光没有再次进入第一衍射光栅构件330。换言之，更优选地，满足以下条件：
LH-1＝2t·tanθ    (7)
其中，LH-1(单位：mm)表示第一偏转构件330在Y方向上的有效长度。如上所述，表达式(7)中的等号可以被增加到以下表达式(8)中的范围：
2t·tanθ-2≤LH-1≤2t·tanθ+2    (8)
实施例4
图7是根据本发明的实施例4的图像显示设备的概念图。在实施例4的图像显示设备400中，光源251、准直光学系统252、扫描构件253、中继光学系统254等具有与实施例2中所采用的那些相同的结构。另外，光学装置320具有与实施例3中的光学装置320的结构相同的结构。入射到光学装置320上的光以类似于实施例3中采用的方式表现。
在实施例4中，包括满足在表达式(2)中的上限和下限的光学装置的图像显示设备实际上通过试验的方式被制造，并观察由图像显示设备显示的图像。作为观察结果，没有发现由于观察者的眼睛的位置在显示图像中引起亮度不均匀和色彩不均匀。
虽然以上已参照优选实施例描述了本发明，但它不限于这些实施例。实施例中的图像显示设备的配置仅是示例性的，并且可以被适当地改变。例如，在实施例3或4的光学装置中，由透射型全息图形成的第一偏转构件可以被设置在导光板321的第一表面322上，并且由反射型全息图形成的第二偏转构件可以被设置在第二表面323上。在这个结构中，入射到第一偏转构件的光被衍射，在导光板中满足全反射条件，并且传播到第二偏转构件。然后，光被第二偏转构件衍射或反射，并且从导光板射出。另外，在实施例3或4的光学装置中，每一个衍射光栅元件都可以由透射型衍射光栅元件形成。可选地，第一偏转构件和第二偏转构件之一可以由反射型衍射光栅元件形成，而另一个可以由透射型衍射光栅元件形成。另外，可选地，衍射光栅元件可以由反射型炫耀衍射光栅元件或表面浮雕全息图形成。
作为适用于实施例1或3的成像装置的变型例，例如，采用用作概念图的图8所示的有源矩阵成像装置。该成像装置由半导体发光元件501排列成二维矩阵的发光面板形成，并通过控制每个发光元件501的发光/非发光的状态来显示图像，使得发光元件501的状态是直接可见的。从成像装置射出的光经由准直光学系统112进入装置121或321。
可选地，可以使用作为概念图的图9中所示的彩色显示成像装置。该成像装置包括：
(a)红色发光面板511R，其中，用于射出红光的红色发光元件501R排列成二维矩阵；
(b)绿色发光面板511G，其中，用于射出绿光的绿色发光元件501G排列成二维矩阵；
(c)蓝色发光面板511B，其中，用于射出蓝光的蓝色发光元件501B排列成二维矩阵；以及
(d)合并单元，将从红色发光面板511R、绿色发光面板511G和蓝色发光板511B射出的光束的这些光径合并为一条光径(例如，二向色棱镜503)。
红色发光元件501R、绿色发光元件501G和蓝光发射元件501B的发光/非发光状态被独立地控制。从该成像装置射出的光经由准直光学系统112也进入导光板121或321。图9中的参考标号512表示用于会聚从这些发光元件射出的光的微镜。
图10是包括发光元件501R、501G和501B排列成二维矩阵的发光面板511R、511G和511B的另一个成像装置的概念图。从发光面板511R、511G和511B射出的光束在由透光控制单元504R、504G和504B控制其透射/非透射之后进入二向色棱镜503。这些光束的光径由二向色棱镜503合并为一条光径，并且这些光束然后经由准直光学系统112进入导光板121或321。
图11是包括发光元件501R、501G和501B排列成二维矩阵的发光面板511R、511G和511B的又一个成像装置的概念图。从发光面板511R、511G和511B射出的光束进入二向色棱镜503，其中，这些光束的光径被合并为一条光径。从二向色棱镜503射出的光的透射/非透射由透光控制单元504控制，该光然后经由准直光学系统112进入导光板121或321。
可选地，可以使用如图12所示的成像装置。该成像装置包括用于射出红光的发光元件501R、用于控制从发光元件501R射出的红光的透射/非透射的作为一种光阀的透光控制单元(例如，液晶显示器504R)、用于射出绿光的发光元件501G、用于控制从发光元件501G射出的绿光的透射/非透射)的作为一种光阀的透光控制单元(例如，液晶显示器504G)、用于射出蓝光的发光元件501B、用于控制从发光元件501B射出的蓝光的透射/非透射的透光控制单元(例如，液晶显示器504B)、用于引导从发光元件501R、501G和501B射出的光的导光构件502以及用于将这些光的光径合并为一条光径的合并单元(例如，二向色棱镜503)。发光元件501R、501G和501B均由GaN半导体形成。
本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以进行多种变型、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (20)

1.一种图像显示设备，包括：
(A)成像装置，包括排列成二维矩阵的多个像素；
(B)准直光学系统，被配置为将从所述成像装置的每个像素射出的光转换为平行光；以及
(C)光学装置，所述平行光从所述准直光学系统入射到所述光学装置上，在所述光学装置中所述平行光被引导，并且所述平行光从所述光学装置射出，
其中，所述光学装置包括：
(a)导光板，入射光在通过全反射在所述导光板中传播后从所述导光板射出，
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到所述导光板上的光偏转，使得所述入射光在所述导光板中被完全反射，以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在所述导光板中传播的光偏转多次，以使光从所述导光板射出，
其中，所述第一偏转装置和所述第二偏转装置被设置在所述导光板中，并且
其中，从至少一个像素射出的具有一种波长的光满足以下条件
2t·sinθ-2毫米≤WY≤2t·sinθ+2毫米
其中，所述导光板的轴线方向是Y方向，所述导光板的法线方向是X方向，WY表示入射到所述导光板上的光在所述Y方向上的宽度，t表示所述导光板的厚度，以及θ表示在所述导光板中被完全反射的光在所述导光板的内表面上的入射角，其中，WY和t的单位为毫米。
2.根据权利要求1所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置使入射到所述导光板上的光反射，并且所述第二偏转装置使通过全反射在所述导光板中传播的光透射并反射多次。
3.根据权利要求2所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置起到反射镜的作用，并且所述第二偏转装置起到半透镜的作用。
4.一种图像显示设备，包括：
(A)光源；
(B)准直光学系统，被配置为将从所述光源射出的光转换为平行光；
(C)扫描装置，被配置为对从所述准直光学系统射出的所述平行光进行扫描；
(D)中继光学系统，被配置为对经所述扫描装置扫描的平行光进行中继；以及
(E)光学装置，来自所述中继光学系统的所述平行光入射到所述光学装置上，在所述光学装置中所述平行光被引导，并且所述平行光从所述光学装置射出，
其中，所述光学装置包括：
(a)导光板，入射光在通过全反射在所述导光板中传播后从所述导光板射出，
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到所述导光板上的光偏转，使得所述入射光在所述导光板中被完全反射，以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在所述导光板中传播的光偏转多次，以使光从所述导光板射出，
其中，所述第一偏转装置和所述第二偏转装置被设置在所述导光板中，并且
其中，从至少一个所述像素射出的具有一种波长的光满足以下条件：
2t·sinθ-2毫米≤WY≤2t·sinθ+2毫米
其中，所述导光板的轴线方向是Y方向，所述导光板的法线方向是X方向，WY表示入射到所述导光板上的光在所述Y方向上的宽度，t表示所述导光板的厚度，以及θ表示在所述导光板中被完全反射的光在所述导光板的内表面上的入射角，其中，WY和t的单位为毫米。
5.根据权利要求4所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置使入射到所述导光板上的光反射，并且所述第二偏转装置使通过全反射在所述导光板中传播的光透射并反射多次。
6.根据权利要求5所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置起到反射镜的作用，以及所述第二偏转装置起到半透镜的作用。
7.一种图像显示设备，包括：
(A)成像装置，包括排列成二维矩阵的多个像素；
(B)准直光学系统，被配置为将从所述成像装置中的每个所述像素射出的光转换为平行光；以及
(C)光学装置，所述平行光从所述准直光学系统入射到所述光学装置上，在所述光学装置中所述平行光被引导，并且所述平行光从所述光学装置射出，
其中，所述光学装置包括：
(a)导光板，入射光在通过全反射在所述导光板中传播后从所述导光板射出，
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到所述导光板上的光偏转，使得所述入射光在所述导光板中被完全反射，以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在所述导光板中传播的光偏转多次，以使光从所述导光板射出，
其中，所述第一偏转装置和第二偏转装置被设置在所述导光板的表面上，并且
其中，满足以下条件：
2t·tanθ-2毫米≤WY≤2t·tanθ+2毫米
其中，所述导光板的轴线方向是Y方向，所述导光板的法线方向是X方向，WY表示入射到所述导光板上的光在所述Y方向上的宽度，t表示所述导光板的厚度，以及θ表示在所述导光板中被完全反射的光在所述导光板的内表面上的入射角，其中，WY和t的单位为毫米。
8.根据权利要求7所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置使入射到所述导光板上的光衍射，并且所述第二偏转装置使通过全反射在所述导光板中传播的光衍射多次。
9.根据权利要求8所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置和所述第二偏转装置由衍射光栅元件形成。
10.根据权利要求9所述的图像显示设备，其中，所述衍射光栅元件是反射型衍射光栅元件。
11.根据权利要求9所述的图像显示设备，其中，所述衍射光栅元件是透射型衍射光栅元件。
12.根据权利要求9所述的图像显示设备，其中，一个衍射光栅元件是反射型衍射光栅元件，以及另一个衍射光栅元件是透射型衍射光栅元件。
13.根据权利要求9所述的图像显示设备，其中，满足以下条件：2t·tanθ-2毫米≤LH-1≤2t·tanθ+2毫米
其中，LH-1表示所述第一偏转装置在所述Y方向上的有效长度，其中，LH-1的单位为毫米。
14.一种图像显示设备，包括：
(A)光源；
(B)准直光学系统，被配置为将从所述光源射出的光转换为平行光；
(C)扫描装置，被配置为对从所述准直光学系统射出的所述平行光进行扫描；
(D)中继光学系统，被配置为对经所述扫描装置扫描的平行光进行中继；以及
(E)光学装置，来自所述中继光学系统的所述平行光入射到所述光学装置上，在所述光学装置中所述平行光被引导，并且所述平行光从所述光学装置射出，
其中，所述光学装置包括：
(a)导光板，入射光在通过全反射在所述导光板中传播后从所述导光板射出，
(b)第一偏转装置，被配置为使入射到所述导光板上的光偏转，使得所述入射光在所述导光板中被完全反射，以及
(c)第二偏转装置，被配置为使通过全反射在所述导光板中传播的光偏转多次，以使光从所述导光板射出，
其中，所述第一偏转装置和所述第二偏转装置被设置在所述导光板的表面上，并且
其中，满足以下条件
2t·tanθ-2毫米≤WY≤2t·tanθ+2毫米
其中，所述导光板的轴线方向是Y方向，所述导光板的法线方向是X方向，WY表示入射到所述导光板上的光在所述Y方向上的宽度，t表示所述导光板的厚度，以及θ表示在所述导光板中被完全反射的光在所述导光板的内表面上的入射角，其中，WY和t的单位为毫米。
15.根据权利要求14所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置使入射到所述导光板上的光衍射，并且所述第二偏转装置使通过全反射在所述导光板中传播的光衍射多次。
16.根据权利要求15所述的图像显示设备，其中，所述第一偏转装置和第二偏转装置由衍射光栅元件形成。
17.根据权利要求16所述的图像显示设备，其中，所述衍射光栅元件是反射型衍射光栅元件。
18.根据权利要求16所述的图像显示设备，其中，所述衍射光栅元件是透射型衍射光栅元件。
19.根据权利要求16所述的图像显示设备，其中，一个衍射光栅元件是反射型衍射光栅元件，并且另一个衍射光栅元件是透射型衍射光栅元件。
20.根据权利要求16所述的图像显示设备，其中，满足以下条件：
2t·tanθ-2毫米≤LH-1≤2t·tanθ+2毫米
其中，LH-1表示所述第一偏转装置在所述Y方向上的有效长度，其中，LH-1的单位为毫米。
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