CN105676454A - 图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像显示装置，抑制装置的大型化且抑制伴随着衍射的衍射角度的偏移，并且能够显示高画质。图像显示装置(1)具备：影像光生成部(31)，其生成基于影像信号调制而得的影像光(L1)；光衍射部(35)(第一衍射光学元件)，其使从影像光生成部射出的影像光衍射；光扫描部(36)(光扫描仪)，其对影像光进行空间扫描；以及反射部(6)，其具备使由光扫描部扫描的影像光(L2)衍射的光衍射部(65)(第二衍射光学元件)，光衍射部(35)设置于影像光生成部与光扫描部之间的光路上。另外，作为光衍射部，优选干涉条纹间距恒定，作为光衍射部，优选具有干涉条纹间距相互不同的部分。

Description

图像显示装置

技术领域

本发明涉及图像显示装置。

背景技术

作为向瞳孔的视网膜直接照射激光从而使使用者看到图像的显示装置，公知有头戴式显示器(HMD)。

头戴式显示器一般具备射出光的发光装置与以射出的光对使用者的视网膜进行扫描的方式变更光路的扫描单元。利用这种头戴式显示器，使用者例如能够同时看到外面的景色与通过扫描单元而被扫描的图像双方。

例如，在专利文献1中公开了如下图像显示装置，该图像显示装置具备光源、对从光源射出的平行光进行扫描的扫描单元以及传递通过扫描单元而被扫描的平行光从而将其朝向眼睛射出的光学装置。其中，公开了光学装置具备：导光板，其构成为供入射的光在内部通过全反射传播之后射出；第一衍射光栅部件，其以向导光板入射的光进行全反射的方式使光衍射；以及第二衍射光栅部件，其以通过全反射传播的光能够从导光板射出的方式使光衍射。

然而，在专利文献1所记载的图像显示装置中，通过扫描单元而被扫描的光向第一衍射光栅部件入射。由于向第一衍射光栅部件入射的光遍及具有恒定面积的二维的扫描范围被扫描，所以第一衍射光栅部件需要具有能够接收该光的足够的尺寸。其结果是，无法避免专利文献1所记载的图像显示装置的大型化。

专利文献1：日本特开2014－78022号公报

发明内容

本发明的目的在于提供抑制装置的大型化并且抑制伴随着衍射的衍射角度的偏移的能够显示高画质的图像显示装置。

这种目的通过下述本发明能够实现。

本发明的图像显示装置的特征在于，具备：影像光生成部，其生成基于影像信号调制而得的影像光；第一衍射光学元件，其使从上述影像光生成部射出的上述影像光衍射；光扫描仪，其对上述影像光进行空间扫描；以及第二衍射光学元件，由上述光扫描仪扫描的上述影像光入射于该第二衍射光学元件，并且该第二衍射光学元件使该入射的上述影像光衍射，上述第一衍射光学元件设置于上述影像光生成部与上述光扫描仪之间的光路上。

由此，由于第一衍射光学元件较小即可，所以能够抑制装置的大型化，并且由于能够抑制伴随着衍射的衍射角度的偏移，所以能够获得能够显示高画质的图像显示装置。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述第二衍射光学元件的上述影像光的入射侧的表面形状在与上述第二衍射光学元件的衍射光栅垂直的方向成为凹面。

由此，由于第二衍射光学元件具有与聚光透镜等价的功能，所以使影像光朝向观察者的眼睛聚光的功能增强。其结果是，视场角较大，并且能够确认高画质的影像。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述光扫描仪沿第一方向对上述影像光进行主扫描，沿与上述第一方向正交的第二方向对上述影像光进行副扫描，上述第一衍射光学元件的衍射光栅周期恒定，上述第二衍射光学元件具有在上述主扫描的扫描线上衍射光栅周期相互不同的部分，其中，上述主扫描的扫描线是在向上述第二衍射光学元件入射的上述影像光的上述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

由此，由于能够使被二维扫描并且向第二衍射光学元件投射的影像光，在第二衍射光学元件中以向观察者的眼睛入射的方式衍射，所以视场角较大，并且能够确认高画质的影像。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述第一衍射光学元件的衍射光栅周期处于上述主扫描的扫描线上的衍射光栅周期的最大值与最小值之间，其中，上述主扫描的扫描线是在向上述第二衍射光学元件入射的上述影像光的上述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

由此，在第二衍射光学元件的大致整个区域，能够在第二衍射光学元件的衍射中充分地抵消在第一衍射光学元件的衍射中产生的衍射角度的角度宽度。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述第一衍射光学元件的衍射光栅周期与上述主扫描的扫描线上且上述主扫描的振幅的中心的位置的衍射光栅周期相等，其中，上述主扫描的扫描线是在向上述第二衍射光学元件入射的上述影像光的上述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

由此，能够在第二衍射光学元件的大致整个区域，在第二衍射光学元件的衍射中充分地抵消在第一衍射光学元件的衍射中产生的衍射角度的角度宽度。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述第一衍射光学元件的衍射光栅周期与上述主扫描的扫描线上的衍射光栅周期的平均值相等，其中，上述主扫描的扫描线是在向上述第二衍射光学元件入射的上述影像光的上述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

由此，能够在第二衍射光学元件的大致整个区域，在第二衍射光学元件的衍射中更加充分地抵消在第一衍射光学元件的衍射中产生的衍射角度的角度宽度。

在本发明的图像显示装置中，优选，上述第二衍射光学元件的衍射光栅的延伸方向与上述第一方向正交。

由此，能够在第二衍射光学元件的衍射中更加可靠地抵消在第一衍射光学元件的衍射中产生的衍射角度的角度宽度。

在本发明的图像显示装置中，还具有设置于上述光扫描仪与上述第二衍射光学元件之间的光路上的扩瞳光学系统。

由此，能够放大影像光的光束宽度(剖面积)，并且能够提高可视性。

附图说明

图1是表示具备本发明的图像显示装置的第一实施方式的头戴式显示器的简要结构的图。

图2是图1所示的头戴式显示器的简要立体图。

图3是示意表示图1所示的图像显示装置的结构的图。

图4是示意表示图2所示的图像生成部的结构的图。

图5是表示图4所示的驱动信号生成部的驱动信号的一个例子的图。

图6是图4所示的光扫描部的俯视图。

图7是图6所示的光扫描部的剖视图(沿X1轴的剖视图)。

图8是表示图3所示的光学元件的简要结构的图，图8(a)是主视图，图8(b)是俯视图，图8(c)是右侧视图，图8(d)是左侧视图。

图9是用于说明向图8所示的光学元件入射的影像光的路径的图。

图10是表示通过光扫描部而被扫描后的影像光投射于反射部并且被二维扫描的样子的一个例子的图。

图11是用于说明图3所示的图像显示装置的作用的图。

图12是示意表示本发明的图像显示装置的第二实施方式的结构的图。

图13是示意表示具备本发明的图像显示装置的第三实施方式的平视显示器的简要结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图所示的优选实施方式对本发明的图像显示装置详细地进行说明。

＜第一实施方式＞

首先，对本发明的图像显示装置的第一实施方式进行说明。

图1是表示具备本发明的图像显示装置的第一实施方式的头戴式显示器的简要结构的图，图2是图1所示的头戴式显示器的简要立体图，图3是示意表示图1所示的图像显示装置的结构的图，图4是示意表示图2所示的图像生成部的结构的图，图5是表示图4所示的驱动信号生成部的驱动信号的一个例子的图，图6是图4所示的光扫描部的俯视图，图7是图6所示的光扫描部的剖视图(沿X1轴的剖视图)，图8是表示图3所示的光学元件的简要结构的图，图8(a)是主视图，图8(b)是俯视图，图8(c)是右侧视图，图8(d)是左侧视图，图9是用于说明向图8所示的光学元件入射的影像光的路径的图。

此外，在图1～3中，为了便于说明，图示X轴、Y轴以及Z轴作为相互正交的3个轴。另外，将该图示的箭头的前端侧设为“+(正)”，将基端侧设为“－(负)”。另外，将与X轴平行的方向设为“X轴方向”，将与Y轴平行的方向设为“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向设为“Z轴方向”。

这里，X轴、Y轴以及Z轴设定为，在将图像显示装置1安装于观察者的头部H时，X轴方向成为头部H的左右方向，Y轴方向成为头部H的上下方向，Z轴方向成为头部H的前后方向。

如图1所示，具备本实施方式的图像显示装置1的头戴式显示器(头部安装型图像显示装置)10呈眼镜那样的外观，安装于观察者的头部H来使用，在使由虚像产生的图像与外界像重叠后的状态下使观察者看到。

如图1、图2所示，头戴式显示器10具有具备图像生成部3、放大光学系统4与反射部6的图像显示装置1、以及框架2。

在该头戴式显示器10中，图像生成部3生成基于影像信号调制而得的影像光，放大光学系统4对该影像光的光束宽度(剖面积)进行放大，反射部6将通过放大光学系统4而被放大的影像光引导至观察者的眼睛EY。由此，能够使观察者看到与影像信号对应的虚像。

另外，头戴式显示器10的图像显示装置1具备的图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6分别设置于框架2的右侧以及左侧，并且头戴式显示器10配设为以YZ平面为基准成为对称(左右对称)。设置于框架2的右侧的图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6形成右眼用的虚像，设置于框架2的左侧的图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6形成左眼用的虚像。

此外，在本实施方式中，头戴式显示器10构成为在框架2的右侧以及左侧分别设置图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6从而形成右眼用的虚像与左眼用的虚像，但并不限定于此。例如，也可以构成为仅在框架2的左侧设置图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6，从而仅形成左眼用的虚像，相反地，也可以构成为仅在框架2的右侧设置图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6，从而仅形成右眼用的虚像。即，头戴式显示器10并不限定于本实施方式那样的两眼类型的头戴式显示器10，也可以是单眼类型的头戴式显示器。

以下，对头戴式显示器10的各部分依次详细地进行说明。

此外，由于2个图像生成部3、2个放大光学系统4以及2个反射部6分别具有相同的结构，所以以下以设置于框架2的左侧的图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6为中心进行说明。

《框架》

如图2所示，框架2呈眼镜框架那样的形状，具有支承图像显示装置1具备的图像生成部3、放大光学系统4以及反射部6的功能。

框架2具有：前部21，其具有缘部211与遮光部212；以及太阳穴部22，其从前部21的左右两端沿Z轴方向延伸突出。

遮光部212具有抑制外界光透过的功能，是支承反射部6的部件。遮光部212在其内侧具有朝向观察者侧开口的凹部27，在该凹部27设置有反射部6。而且，支承该反射部6的遮光部212通过缘部211被支承。

另外，在遮光部212的中央部设置有鼻托23。鼻托23在观察者将头戴式显示器10安装于头部H时与观察者的鼻子NS抵接，从而将头戴式显示器10相对于观察者的头部H支承。

太阳穴部22构成为，是未带有用于钩挂于观察者的耳朵EA的角度的直的太阳穴部，在观察者将头戴式显示器10安装于头部H时，太阳穴部22的一部分与观察者的耳朵EA抵接。另外，在太阳穴部22的内部收容有图像生成部3以及放大光学系统4。

另外，作为太阳穴部22的构成材料，并不特别限定，例如能够使用在各种树脂材料、树脂中混合有碳纤维、玻璃纤维等纤维的复合材料、铝、镁等的金属材料等。

此外，框架2的形状能够安装于观察者的头部H即可，并不限定于图示的形状。

《图像显示装置》

如上述所述，图像显示装置1具有图像生成部3、放大光学系统4与反射部6。

以下，对本实施方式的图像显示装置1的各部分详细地进行说明。

[图像生成部]

如图2所示，图像生成部3内置于上述框架2的太阳穴部22。

如图3以及图4所示，图像生成部3具备影像光生成部31、驱动信号生成部32、控制部33、透镜34、光衍射部35与光扫描部36。

这种图像生成部3具有生成基于影像信号调制而得的影像光的功能、与生成驱动光扫描部36的驱动信号的功能。

以下，对图像生成部3的各部分详细地进行叙述。

(影像光生成部)

影像光生成部31是生成通过光扫描部36(光扫描仪)而被扫描(光扫描)的影像光L1的部分。

该影像光生成部31具有：光源部311，其具有不同波长的多个光源(光源部)311R、311G、311B；多个驱动电路312R、312G、312B；以及光合成部(合成部)313。

光源部311具有的光源311R(R光源)是射出红色光的光源，光源311G(G光源)是射出绿色光的光源，光源311B是射出蓝色光的光源。通过使用这种3色光，能够显示全彩的图像。

对于光源311R、311G、311B彼此，并不特别限定，例如能够使用激光二极管、LED等。

这种光源311R、311G、311B分别与驱动电路312R、312G、312B电连接。

驱动电路312R具有驱动上述光源311R的功能，驱动电路312G具有驱动上述光源311G的功能，驱动电路312B具有驱动上述光源311B的功能。

从通过这种驱动电路312R、312G、312B而被驱动的光源311R、311G、311B射出的3种(3色)光(影像光)向光合成部313入射。

光合成部313是合成来自多个光源311R、311G、311B的光的部分。

在本实施方式中，光合成部313具有2个分色镜313a、313b。

分色镜313a具有使红色光透过并且反射绿色光的功能。另外，分色镜313b具有使红色光以及绿色光透过并且反射蓝色光的功能。

通过使用这种分色镜313a、313b，合成来自光源311R、311G、311B的红色光、绿色光以及蓝色光的3色光从而形成一个影像光L1。

这里，在本实施方式中，上述光源部311配置为，来自光源311R、311G、311B的红色光、绿色光以及蓝色光的光路长相互相等。

此外，光合成部313并不限定于使用上述那样的分色镜的结构，例如也可以由棱镜、光导波路、光纤等构成。

通过以上那样结构的影像光生成部31，从光源部311生成3色的影像光，该影像光由光合成部313合成，生成一个影像光L1。而且，由影像光生成部31生成的影像光L1朝向透镜34射出。

此外，也可以在上述影像光生成部31例如设置有检测由光源311R、311G、311B生成的影像光L1的强度等的光检测单元(未图示)等。通过设置这种光检测单元，能够根据检测结果对影像光L1的强度进行调整。

(透镜)

由影像光生成部31生成的影像光L1向透镜34入射。

透镜34具有控制影像光L1的放射角度的功能。该透镜34例如是准直透镜。准直透镜是将光调整(调制)为平行状态的光束的透镜。

通过这种透镜34，从影像光生成部31射出的影像光L1以被平行化的状态向光衍射部35传送。

(光衍射部)

被透镜34平行化后的影像光L1向光衍射部(第一衍射光学元件)35入射。

光衍射部35包含使影像光L1衍射的衍射光学元件。由于该衍射光学元件是反射型的衍射元件，所以向光衍射部35入射的影像光L1被反射并且以根据波长决定的特定角度使光相互加强。由此，在特定的衍射角度产生相对强度较大的衍射光。

在本实施方式中，光衍射部35由衍射光栅的一个亦即第一全息元件351构成。第一全息元件351是具有使向光衍射部35入射的影像光L1中的位于特定波长区域的光衍射并且使位于除此以外的波长带域的光透过的性质的半透过膜。

通过使用这种第一全息元件351，能够将位于特定波长带域的影像光L1利用衍射向光扫描部36引导。

此外，构成光衍射部35的衍射光栅只要是反射型的衍射光栅，任何衍射光栅均可，除上述全息元件(全息光栅)之外，也可以是形成有横剖面呈锯齿状的槽的表面浮雕型衍射光栅(闪耀光栅)、组合有全息元件与表面浮雕型衍射光栅的表面浮雕全息元件(闪耀全息光栅)等。

其中，在考虑到衍射效率的情况下，优选使用表面闪耀全息元件。该元件通过使由构成槽的面的角度(炫耀角)决定的衍射光的波长(衍射效率最高的光的波长)、由全息元件的干涉条纹间距决定的衍射光的波长与影像光L1的波长对应，能够获得特别高的衍射效率。

这样，由光衍射部35衍射后的影像光L1向光扫描部36传送。此外，光衍射部35的功能之后详细叙述。

(驱动信号生成部)

驱动信号生成部32是生成驱动光扫描部36(光扫描仪)的驱动信号的部分。

该驱动信号生成部32具有：驱动电路321，其生成用于光扫描部36的在第一方向的主扫描(水平扫描)的第一驱动信号；以及驱动电路322，其生成用于光扫描部36的在与第一方向正交的第二方向的副扫描(垂直扫描)的第二驱动信号。

例如，如图5(a)所示，驱动电路321产生以周期T1周期性变化的第一驱动信号V1(水平扫描用电压)，如图5(b)所示，驱动电路322产生以与周期T1不同的周期T2周期性变化的第二驱动信号V2(垂直扫描用电压)。

此外，针对第一驱动信号以及第二驱动信号，进行后述的光扫描部36的说明并且之后详细叙述。

这种驱动信号生成部32经由未图示的信号线与光扫描部36电连接。由此，由驱动信号生成部32生成的驱动信号(第一驱动信号以及第二驱动信号)输入光扫描部36。

(控制部)

上述那样的影像光生成部31的驱动电路312R、312G、312B以及驱动信号生成部32的驱动电路321、322与控制部33电连接。控制部33具有基于影像信号(图像信号)控制影像光生成部31的驱动电路312R、312G、312B以及驱动信号生成部32的驱动电路321、322的驱动的功能。

基于控制部33的指令，影像光生成部31生成根据图像信息调制而得的影像光L1，驱动信号生成部32生成与图像信息对应的驱动信号。

(光扫描部)

从影像光生成部31射出的影像光L1经由透镜34以及光衍射部35向光扫描部36入射。

光扫描部36是对来自影像光生成部31的影像光L1进行二维扫描的光扫描仪。通过该光扫描部36对影像光L1进行扫描形成扫描光(影像光)L2。

如图6所示，该光扫描部36具备可动镜部11、一对轴部12a、12b(第一轴部)、框体部13、两对轴部14a、14b、14c、14d(第二轴部)、支承部15、永久磁铁16与线圈17。换言之，光扫描部36具有所谓的万向构造。

这里，可动镜部11以及一对轴部12a、12b构成绕Y1轴(第一轴)摆动(往复转动)的第一振动系统。另外，可动镜部11、一对轴部12a、12b、框体部13、两对轴部14a、14b、14c、14d以及永久磁铁16构成绕X1轴(第二轴)摆动(往复转动)的第二振动系统。

另外，光扫描部36具有信号重叠部18(参照图7)，永久磁铁16、线圈17、信号重叠部18以及驱动信号生成部32构成驱动上述第一振动系统以及第二振动系统(即，使可动镜部11绕X1轴以及Y1轴摆动)的驱动部。

以下，对光扫描部36的各部分依次详细地进行说明。

可动镜部11具有基部111(可动部)以及经由隔离物112固定于基部111的光反射板113。

在光反射板113的上表面(一方的面)设置有具有光反射性的光反射部114。

此外，在本实施方式中，光反射板113在俯视观察下呈圆形。此外，光反射板113的俯视形状并不限定于此，例如也可以为椭圆形、四边形等多边形。

如图7所示，在这种光反射板113的下表面(另一方的面)设置有硬质层115。

硬质层115由比光反射板113主体的构成材料硬质的材料构成。由此，能够提高光反射板113的刚性。因此，能够防止或者抑制光反射板113在摆动时挠曲。另外，能够使光反射板113的厚度变薄，并且能够抑制光反射板113在绕X1轴以及Y1轴摆动时的惯性力矩。

作为这种硬质层115的构成材料，只要是比光反射板113主体的构成材料硬质的材料，并不特别限定，例如能够使用金刚石、氮化碳膜、石英、蓝宝石、钽酸锂、铌酸钾等。

另外，硬质层115可以由单层构成，也可以由多层的层叠体构成。此外，硬质层115是根据需要设置的，也能够省略。

另外，光反射板113的下表面经由隔离物112固定于基部111。由此，能够防止光反射板113与轴部12a、12b、框体部13以及轴部14a、14b、14c、14d的接触，并且能够使光反射板113绕Y1轴摆动。

如图6所示，框体部13呈框状，以包围上述可动镜部11的基部111的方式设置。换言之，可动镜部11的基部111设置于呈框状的框体部13的内侧。

而且，框体部13经由轴部14a、14b、14c、14d支承于支承部15。另外，可动镜部11的基部111经由轴部12a、12b支承于框体部13。

轴部12a、12b以可动镜部11能够绕Y1轴转动(摆动)的方式连结可动镜部11与框体部13。另外，轴部14a、14b、14c、14d以框体部13能够绕与Y1轴正交的X1轴转动(摆动)的方式连结框体部13与支承部15。

轴部12a、12b经由可动镜部11的基部111相互对置地配置。另外，轴部12a、12b分别呈在沿Y1轴的方向延伸的长条形状。而且，轴部12a、12b彼此一端部与基部111连接，另一端部与框体部13连接。另外，轴部12a、12b彼此以中心轴与Y1轴一致的方式配置。

这种轴部12a、12b分别伴随着可动镜部11的绕Y1轴的摆动扭转变形。

轴部14a、14b以及轴部14c、14d配置为经由(夹持)框体部13相互对置。另外，轴部14a、14b、14c、14d分别呈在沿X1轴的方向延伸的长条形状。而且，轴部14a、14b、14c、14d分别一端部与框体部13连接，另一端部与支承部15连接。另外，轴部14a、14b配置为经由X1轴相互对置，同样地，轴部14c、14d配置为经由X1轴相互对置。

这种轴部14a、14b、14c、14d伴随着框体部13的绕X1轴的摆动，轴部14a、14b整体以及轴部14c、14d整体分别进行扭转变形。

这样，通过使可动镜部11能够绕Y1轴摆动，并且使框体部13能够绕X1轴摆动，能够使可动镜部11绕相互正交的X1轴以及Y1轴2个轴摆动(往复转动)。

另外，虽未图示，但在这种轴部12a、12b中的至少一方的轴部以及轴部14a、14b、14c、14d中的至少一个轴部，分别例如设置有形变传感器那样的角度检测传感器。该角度检测传感器能够检测光扫描部36的角度信息，更具体而言，能够检测光反射部114的绕X1轴以及绕Y1轴的各自的摆动角。该检测结果经由未图示的电缆向控制部33输入。

在上述框体部13的下表面(与光反射板113相反一侧的面)接合有永久磁铁16。

在本实施方式中，永久磁铁16呈长条形状(棒状)，沿相对于X1轴以及Y1轴倾斜的方向配置。而且，永久磁铁16沿其长边方向被磁化。即，永久磁铁16磁化为一端部为S极，另一端部为N极。

此外，在本实施方式中，虽然以在框体部13设置有一个永久磁铁的数量的情况为例进行说明，但并不限定于此，例如，也可以在框体部13设置2个永久磁铁。在该情况下，例如将呈长条状的2个永久磁铁以在俯视观察下经由基部111相互对置并且成为相互平行的方式设置于框体部13即可。

在永久磁铁16的正下方设置有线圈17。即，以与框体部13的下表面对置的方式设置有线圈17。由此，能够使从线圈17产生的磁场高效地作用于永久磁铁16，并且能够使可动镜部11绕相互正交的两轴(X1轴以及Y1轴)的各自的轴转动。

线圈17与信号重叠部18电连接(参照图7)。

而且，通过利用信号重叠部18对线圈17外加电压，从线圈17产生具有与X1轴以及Y1轴正交的磁通的磁场。

信号重叠部18具有将上述第一驱动信号V1与第二驱动信号V2重叠的加法器(未图示)，并且将该重叠的电压外加于线圈17。

驱动电路321例如产生图5(a)所示那样的以周期T1周期性变化的第一驱动信号V1(水平扫描用电压)。即，驱动电路321产生第一频率(1/T1)的第一驱动信号V1。

第一驱动信号V1呈正弦波那样的波形。因此，光扫描部36能够有效地对光进行主扫描。此外，第一驱动信号V1的波形并不限定于此。

另外，若第一频率(1/T1)为适于水平扫描的频率，则并不特别限定，但优选为10～40kHz。

在本实施方式中，第一频率设定为与由可动镜部11以及一对轴部12a、12b构成的第一振动系统(扭转振动系统)的扭转共振频率(f1)相等。即，第一振动系统设计(制造)为其扭转共振频率f1成为适于水平扫描的频率。由此，能够增大可动镜部11的绕Y1轴的转动角。

另一方面，驱动电路322例如产生图5(b)所示那样的以与周期T1不同的周期T2周期性变化的第二驱动信号V2(垂直扫描用电压)。即，驱动电路322产生第二频率(1/T2)的第二驱动信号V2。

第二驱动信号V2呈锯波那样的波形。因此，光扫描部36能够有效地对光进行垂直扫描(副扫描)。此外，第二驱动信号V2的波形并不限定于此。

在本实施方式中，第二驱动信号V2的频率调整为与由可动镜部11、一对轴部12a、12b、框体部13、两对轴部14a、14b、14c、14d以及永久磁铁16构成的第二振动系统(扭转振动系统)的扭转共振频率(共振频率)不同的频率。

此外，在作为影像描绘方式的光栅扫描方式中，一边进行上述水平扫描一边进行上述垂直扫描。此时，水平扫描的频率设定为比垂直扫描的频率高。一般地，这样，在光栅扫描方式中，将频率较高一方的扫描称为主扫描，将频率较低一方的扫描称为副扫描。

根据以上说明的光扫描部36，由于使具备光反射部114的可动镜部11绕相互正交的2个轴分别摆动，所以能够实现光扫描部36的小型化以及轻型化。其结果是，能够形成为使观察者的使用便利性更加优良的图像显示装置1。

特别是，由于光扫描部36具有万向构造，所以能够形成为使对影像光进行二维扫描的结构(光扫描部36)更加小型的构造。

[放大光学系统]

如图3所示，由上述光扫描部36扫描后的扫描光(影像光)L2向放大光学系统4传送。

放大光学系统4具有对由光扫描部36扫描后的影像光L2的光束宽度进行放大的、即对影像光L2的剖面积进行放大的功能。

该放大光学系统4只要具备这种功能，任何结构均可，虽然其结构并不特别限定，但作为一个例子，如图3所示，本实施方式的放大光学系统4具备光学元件5、修正透镜42与遮光板43。此外，虽然本实施方式的图像显示装置1具备这种放大光学系统4，但在不需要上述功能的情况下，也可以省略。

以下，对放大光学系统4的各部分依次详细地进行说明。

(光学元件)

如图3所示，光学元件5设置于光扫描部36的附近，具有透光性(光透过性)，并且呈沿Z轴方向的长条状。

由上述光扫描部36扫描后的影像光L2向光学元件5入射。

该光学元件5是对由光扫描部36扫描后的影像光L2的光束宽度(剖面积)进行放大的元件。具体而言，光学元件5是使从光扫描部36扫描后的影像光L2一边在光学元件5内部多重反射一边沿Z方向传播从而对影像光L2的光束宽度进行放大并且射出光束宽度比影像光L2大的影像光L3、L4的元件。这种光学元件5作为所谓的扩瞳光学系统发挥功能。

如图8所示，光学元件5在其长度方向(Z轴方向)的两端具有入射面56与射出面57，它们(入射面56以及射出面57)相互对置。另外，光学元件5具有在其厚度方向(X轴方向)对置的侧面58a、58b与在宽度方向(Y轴方向)对置的侧面59a、59b。

另外，入射面56设置为与光扫描部36相临，射出面57设置为与修正透镜42以及遮光板43侧相临(参照图3)。

入射面56是具有透光性的面，并且是供由光扫描部36扫描后的影像光L2入射的面。另一方面，射出面57是具有透光性的面，并且是将从入射面56入射的影像光L2作为影像光L3、L4射出的面。

另外，侧面58a、58b分别是全反射面，使向光学元件5内入射的影像光L2全反射。这里，全反射面不仅是指透光率为0％的面，而且包含透过若干光的面例如包含透光率小于3％的面。

另外，侧面59a与侧面59b也可以是任何透光率的面，例如也可以是全反射面、半反射面，特别优选为透光率比较低的面。由此，能够防止光学元件5内的光成为杂光。另外，作为防止光学元件5内的光成为杂光的方法，例举有将侧面59a与侧面59b粗糙化的方法等。

另外，如图8所示，入射面56与射出面57平行。另外，侧面58a与侧面58b平行。另外，侧面59a与侧面59b平行。

因此，在本实施方式中，光学元件5的整体形状成为立方体。

此外，上述“平行”除了是指完全平行以外，例如也包含各面的夹角为±2°左右的情况。

另外，在本实施方式中，虽然入射面56与射出面57平行，但入射面56与射出面57也可以不平行，只要倾斜角度的绝对值相同即可。“入射面56与射出面57的倾斜角度的绝对值相同”例如是指包含入射面56相对于XY面在+Z轴方向以锐角α(例如+20°)倾斜并且射出面57相对于XY面在－Z轴方向以锐角α(例如－20°)倾斜的状态。

另外，在本实施方式中，虽然侧面59a与侧面59b平行，但侧面59a与侧面59b也可以不平行，倾斜角度也可以不同。

如图8所示，这种结构的光学元件5具有对影像光L2进行导光的导光部(第一导光部)51、导光部(第二导光部)52以及导光部(第三导光部)53与半透半反射镜层(第一光分支层)54以及半透半反射镜层(第二光分支层)55。

该光学元件5的导光部51、半透半反射镜层54、导光部52、半透半反射镜层55与导光部53依次沿各厚度方向(X轴方向)层叠。即，光学元件5是导光部51、52、53经由半透半反射镜层54、55沿各厚度方向排列的1维阵列。

导光部51、52、53分别是呈板状的导光管，具有将从入射面56入射的影像光L2(由光扫描部36扫描后的影像光)向+Z方向传播的功能。

此外，在导光部51、52、53中，如图8(a)、(b)所示，虽然其剖面形状(XY平面中的剖面形状)呈长方形，但导光部51、52、53的剖面形状(XY平面中的剖面形状)并不限定于此，也可以为正方形等的四边形、其他多边形等。

另外，导光部51、52、53具有透光性即可，例如由丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等各种树脂材料、各种玻璃等构成。

半透半反射镜层54、55例如由具有透光性的反射膜即半透反射膜构成。该半透半反射镜层54、55具有使影像光L2的一部分反射并且使一部分透过的功能。该半透半反射镜层54、55例如由基于银(Ag)、铝(Al)等的金属反射膜、电介质多层膜等的半透反射膜构成。

这种结构的光学元件5例如能够通过能够成为半透半反射镜层54、55的薄膜将在主表面上形成的导光部51、导光部52以及导光部53进行表面活性化接合从而获得。通过利用表面活性化接合制造光学元件5，能够提高各部分(导光部51、52、53)的平行度。

如图9所示，以上那样结构的光学元件5使由光扫描部36扫描后的影像光L2从入射面56入射，在光学元件5的内部多重反射，从射出面57作为光束宽度放大后的状态的影像光L3、L4射出。这样，能够通过光学元件5放大影像光L2的光束宽度(剖面积)。

这里，优选入射面56与射出面57相互平行。因此，能够使向入射面56入射的影像光L2的折射量、与从射出面57射出的影像光L3、L4的折射量相同。即，能够使相对于半透半反射镜层54、55的影像光L2入射的角度θ5、与相对于半透半反射镜层54、55的影像光L3以及L4射出的角度θ5相同。由此，能够防止基于折射法则的三角函数由形变、材料的折射率的波长分散引起的色差产生。

另外，本实施方式的光学元件5是导光部51、52、53沿厚度方向排列的1维阵列(第一个1维阵列)。这样，能够通过使导光部51、52、53相互层叠这一比较简单的结构，使从入射面56入射的影像光L2在光学元件5内多重反射。因此，即便不使用使观察者的视线、观察者的左右眼睛EY的位置与影像光一致的位置检测单元等，通过本实施方式那样的比较简单的结构，也能够放大影像光L2的光束宽度。

另外，如图3所示，光学元件5配置为，在安装于观察者的头部H的状态下，从反射部6沿包含与观察者的左眼EY和右眼EY排列的方向(X轴方向)平行的轴线W(参照图1)的面内方向(XZ面内方向)射出影像光L3以及L4的主光线。换言之，光学元件5配置为沿轴线W方向放大影像光L3的剖面积。另外，修正透镜42以及遮光板43沿轴线W排列。因此，从射出面57射出的影像光L3经由修正透镜42朝向反射部6射出，从射出面57射出的影像光L4朝向遮光板43射出。这样，通过将光学元件5配置为沿轴线W方向放大影像光L3的剖面积，能够将经由修正透镜42以及反射部6引导至观察者的眼睛的影像光L3沿眼睛的左右方向放大。因此，能够相对于眼睛的上下方向且相对于移动范围较大的左右方向提高可视性。

(修正透镜)

如图3所示，从光学元件5射出的影像光L3向修正透镜42入射。

该修正透镜42具有通过后述的反射部6具备的非球面镜61修正影像光L3的平行性紊乱的功能。由此，能够提高影像光L3的分辨性能。作为这种修正透镜42，例举有环形透镜、柱面透镜、自由曲面透镜等。

(遮光板)

从光学元件5射出的影像光L4向遮光板43入射。

该遮光板43由吸收光的光吸收部件构成，是遮挡光的遮光单元。由此，从光学元件5射出的影像光L4作为不需要光被遮挡。

这种遮光板43例如由不锈钢、铝合金等形成。

此外，在本实施方式中，虽然作为遮挡影像光L4的遮光单元使用遮光板43，但遮挡影像光L4的遮光单元并不限定于此，只要防止影像光L4成为杂光即可。例如，作为遮光单元，也可以不使用遮光板43，而是为通过在框架2的周边部分涂覆涂料等对影像光L4进行遮光的结构。

通过以上那样的结构的放大光学系统4将光束宽度放大后的影像光L3如图3所示那样，经由修正透镜42向反射部6入射。

[反射部]

反射部6配置为，设置于前部21的遮光部212，并且在使用时位于观察者的左眼EY的前方。该反射部6具有覆盖观察者的眼睛EY所足够的大小，并且具有使来自光学元件5的影像光L3朝向观察者的眼睛EY入射的功能。

反射部6具有包含光衍射部(第二衍射光学元件)65的非球面镜61。

非球面镜61是由在可视域表现高透光性(光透过性)的树脂材料等形成的在基材上制成有半透过反射膜的透光性部件。即，非球面镜61是半透半反射镜，也具有使外界光透过的功能(对可见光的透光性)。因此，具备非球面镜61的反射部6具有使从光学元件5射出的影像光L3反射并且使在使用时从反射部6的外侧朝向观察者的眼睛EY的外界光透过的功能。由此，观察者能够看到外界像并且能够看到由影像光L5形成的虚像(图像)。即，能够实现穿透型的头戴式显示器。

这种非球面镜61呈沿框架2的前部21的弯曲而弯曲的形状，在使用时凹面611位于观察者侧。由此，能够使由非球面镜61反射后的影像光L5，朝向观察者的眼睛EY高效地聚光。

另外，在凹面611上设置有光衍射部65。光衍射部65具有使从光学元件5的射出面57射出的影像光L3通过衍射向观察者的眼睛EY的方向偏转的功能。即，光衍射部65包含使影像光L3衍射的衍射光学元件。由于该衍射光学元件是反射型的衍射元件，所以向光衍射部65入射的影像光L3被反射并且以根据波长决定的特定角度使光相互加强。由此，在特定的衍射角度产生相对强度较大的衍射光。

在本实施方式中，光衍射部65由衍射光栅的一个亦即第二全息元件651构成。第二全息元件651是具有使从光学元件5向第二全息元件651照射的影像光L3中的位于特定波长带域的光衍射并且使位于除此以外的波长带域的光透过的性质的半透过膜。

通过使用这种第二全息元件651，能够将位于特定波长带域的影像光，利用衍射调整引导至观察者的眼睛的影像光的角度、光束的状态，并且能够在眼前形成虚像。具体而言，通过非球面镜61反射的影像光L3向外部射出，利用第二全息元件651作为影像光L5向观察者的左眼EY入射。此外，位于右眼EY侧的反射部6也相同。而且，向观察者的左右眼EY分别入射的影像光L5在观察者的视网膜成像。由此，观察者能够在视野区域观察由从光学元件5射出的影像光L3形成的虚像(图像)。

此外，构成光衍射部65的衍射光栅只要是反射型的衍射光栅，任何光栅均可，除上述全息元件(全息光栅)之外，也可以是形成有横剖面呈锯齿状的槽的表面浮雕型衍射光栅(闪耀光栅)、组合有全息元件与表面浮雕型衍射光栅的表面浮雕全息元件(闪耀全息光栅)等。

根据以上说明的图像显示装置1，通过将由图像生成部3生成的影像光L1，利用放大光学系统4放大，并且利用反射部6引导至观察者的眼睛EY，观察者能够将由图像生成部3生成的影像光，作为在观察者的视野区域形成的虚像来识别。

图10是表示由光扫描部36扫描后的影像光被反射部6投射并且被二维扫描的样子的一个例子的图。

在图10所示的例子中，被光扫描部36扫描并且被放大光学系统4放大后的影像光L3向反射部6的非球面镜61的呈长方形的第二全息元件651(光衍射部65)内投射。

影像光L3通过组合水平方向(图10的左右方向)的主扫描与垂直方向(图10的上下方向)的副扫描从而在第二全息元件651内对任意影像进行描绘。虽然影像光L3的扫描图案并不特别限定，但在图10中用虚线的箭头所示的图案例中，反复进行如下动作：在沿水平方向被主扫描之后，在端部沿垂直方向被副扫描，在沿水平方向在相反方向被主扫描之后，在端部沿垂直方向被副扫描。

图11是用于说明图3所示的图像显示装置的作用的图。

光衍射部65的衍射角度受向光衍射部65入射的影像光L3的波长左右。假设在影像光L3仅包含完全的单色光即特定波长的光的情况下，影像光L3的衍射角度始终恒定，向观察者的眼睛EY入射的影像光L5的射出方向也始终恒定。因此，观察者看到的虚像的位置不会偏移，从而能够看到没有模糊、渗出的鲜明的图像。

然而，使影像光L3为完全的单色光，换言之，使图3中的向光衍射部35入射的影像光L1为完全的单色光是不容易的，含有因光源部311的种类而不同的波长的、例如几nm的波长宽度。特别在作为光源使用多纵模半导体激光的情况下，该趋势显著。在不具有光衍射部35的现有结构中，具有这种波长宽度的影像光L1向光衍射部65入射从而被衍射，例如对应于几nm的波长宽度在衍射角度也产生规定的角度宽度。其结果是，影像光L5成为包含该角度宽度的光，作为影像光L5向观察者的眼睛EY入射。由于与向观察者的眼睛EY入射的位置的偏移相比，角度偏移一方对观察者的视网膜的位置偏移影响较大，所以在现有的结构中，在观察者的视网膜产生几像素大小至几十像素大小的较大的位置偏移。

若列举对该位置偏移进行了计算的结果的例子，则在向光衍射部65入射的光为绿色光的情况下该绿色光的波长偏移了1nm(产生波长宽度)的情况下，相应地在视网膜上位置偏移3.4像素大小。另外，在向光衍射部65入射的光为蓝色光的情况下该蓝色光的波长偏移了1nm的情况下，相应地在视网膜上位置偏移3.9像素大小，在红色光的波长偏移了1nm的情况下，相应地位置偏移2.7像素大小。这种虚像的位置偏移使得被观察者看到的影像的分辨率降低。换言之，影像的画质降低。

另外，若光源部311的温度伴随着环境温度的变化而变化，则伴随着光源部311的温度特性，被输出的光的波长变化。由此，若影像光L3的波长变化，则导致光衍射部65的衍射角度的变化，进而影像光L5成像的位置偏移。此时，在射出红色光的光源311R、射出绿色光的光源311G与射出蓝色光的光源311B中，假设在温度特性相互相等的情况下，3色光的成像位置的偏移也相互相等，因此尽管产生影像的移动(变动)，但不产生颜色偏差。

然而，对于光源311R、光源311G以及光源311B而言，一般温度特性相互不同。在这种情况下，若环境温度变化，则根据光的颜色在波长的变化幅度上存在差别。其结果是，在现有的结构中，例如在红色的影像光L5、绿色的影像光L5与蓝色的影像光L5中，成像位置相互不同，不仅影像变动，而且产生所谓的颜色偏差。

并且，为了对影像光L5的强度进行调制，在使光源311R、光源311G以及光源311B的输出变化(直接被调制)时，伴随着驱动电流的变化，被输出的光的波长变化。若产生这种波长的变化，则影像光L3的波长基于强度调制信号变化，光衍射部65的衍射角度也基于强度调制信号经时变化。其结果是，在现有的结构中，每当对影像光L5的强度进行调制，则影像光L5成像的位置偏移，使得被观察者看到的影像的分辨率降低。

为了解决这些课题，在本实施方式中，在透镜34与光扫描部36之间的光路上设置有光衍射部35。若光向这种光衍射部35入射，则与光衍射部65相同，基于入射的光(影像光L1)的波长宽度，在衍射角度伴随有角度宽度。例如，在影像光L1存在有几nm的波长宽度时，从光衍射部35射出的光的衍射角度基于构成光衍射部35的第一全息元件351的形状、影像光L1的波长决定，因此伴随有与波长宽度对应的规定角度宽度。在图11所示的例子中，在光衍射部35使影像光L1产生衍射，从而形成以通过规定的角度扩展的方式传播的影像光L3与影像光L3’。在以下的说明中，为了便于说明，将光衍射部35的影像光L1的衍射称为“第一次衍射”。

此外，由于向光衍射部35入射的影像光L1是通过光扫描部36而被扫描之前的光，所以空间的扩展较小。因此，光衍射部35使光衍射所需要的面积只要为能够接收空间的扩展较小的影像光L1的程度的面积即可。因此，通过在透镜34与光扫描部36之间的光路上设置光衍射部35，能够实现光衍射部35的小型化，进而能够实现图像显示装置1的小型化。

通过这样的第一次衍射伴随有规定的角度宽度的影像光L3以及影像光L3’经由光扫描部36以及放大光学系统4向反射部6入射。而且，在向设置于反射部6的光衍射部65入射的影像光L3以及影像光L3’，如上述那样再次产生衍射。此外，在以下的说明中，为了便于说明，将光衍射部65的影像光L3以及影像光L3’的衍射称为“第二次衍射”。

即便是第二次衍射，从光衍射部65射出的光的衍射角度也基于构成光衍射部65的第二全息元件651的形状、影像光L3以及影像光L3’的波长决定，所以伴随有与波长宽度对应的规定的角度宽度。

这里，在第二次衍射中，以抵消(补正)在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度的方式产生衍射。其结果是，从光衍射部65射出的影像光L3与影像光L3’的衍射角度的角度宽度被抑制为较小。由此，能够将观察者的视网膜的影像光L5以及影像光L5’的成像位置的偏移抑制为较小。即，在没有该第二次衍射的情况下，影像光L3与影像光L3’以规定的角度继续扩展，保持原样地带有角度差地向眼睛入射，从而导致在视网膜上分辨率降低。然而，通过第二次衍射抵消在第一次衍射中产生的角度宽度的至少一部分，从而影像光L3的衍射光亦即影像光L5与影像光L3’的衍射光亦即影像光L5’的角度差如图11所示那样充分变小，观察者的视网膜的成像位置的差也充分变小。其结果是，能够抑制影像的分辨率降低。

同样地，通过经过这样的两次衍射，即便在环境温度变化从而从光源部311输出的光的波长变化时，也能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度变化，在第二次衍射中抵消至少一部分。其结果是，能够将第二次衍射的衍射角度的角度变化抑制为较小，并且能够将颜色偏差的产生抑制为较小。

另外，同样地，通过经过这样的两次衍射，即便在分别直接调制光源311R、光源311G以及光源311B时，也能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度变化，在第二次衍射中抵消至少一部分。其结果是，能够将第二次衍射的衍射角度的角度变化抑制为较小，并且能够将观察者的视网膜的影像光L5的成像位置的偏移抑制为较小。

由以上可知，根据本实施方式，即便在影像光L1伴随有波长宽度、或者根据光的颜色从而波长的变化幅度不同、或者波长经时变化的情况下，在影像光L5中如下情况也被抑制，即，伴随着这种波长宽度从而衍射角度的角度宽度增加、或者伴随着波长的变化从而衍射角度的变化幅度经时或者根据颜色增加。由此，将影像光L5成像的位置例如抑制为1像素大小以下，画质的降低被抑制，并且伴随着颜色偏差的画质的降低也被抑制。

此外，为了通过第一次衍射与第二次衍射尽可能可靠地抵消在衍射角度产生的角度宽度，只要将用于第一次衍射的衍射光栅的光栅周期与用于第二次衍射的衍射光栅的光栅周期尽可能接近即可。

在本实施方式中，作为承担第一次衍射的光衍射部35，使用第一全息元件351，作为承担第二次衍射的光衍射部65，使用第二全息元件651。由于在全息元件中，基于记录于全息元件的作为衍射光栅的干涉条纹，产生衍射，所以构成为在第一全息元件351与第二全息元件651中，干涉条纹的距离的间距(衍射光栅周期)尽可能接近即可。另外，在对第一次衍射使用表面浮雕型衍射光栅并且对第二次衍射使用第二全息元件651的情况下，也构成为表面浮雕型衍射光栅的光栅间距与第二全息元件651的干涉条纹间距尽可能接近即可。此外，在以下的说明中，主要对干涉条纹进行说明，但与干涉条纹有关的规定也能够保持原样地应用于光栅、槽等的衍射光栅构造。

第一全息元件351也可以具有干涉条纹间距相互不同的部分，但优选干涉条纹间距整体恒定。由于这种第一全息元件351容易设计以及制造，所以能够获得容易实现干涉条纹间距的高精度化这一优点并且能够实现低成本化。

在该情况下的“干涉条纹间距恒定”这一规定中，允许例如由制造工序引起的干涉条纹间距的变动等。

此外，第一全息元件351的干涉条纹间距(衍射光栅周期)是指在第一全息元件351中的以通过影像光L1投射的点的方式并且以与干涉条纹正交的方式被引出的线上被求出的间距。

另一方面，优选第二全息元件651具有干涉条纹间距相互不同的部分。具体而言，由于在图11所示的第二全息元件651中的例如中心部651a、图像生成部3侧的端部651b以及与图像生成部3侧相反一侧的端部651c中，以向观察者的眼睛EY入射的方式使影像光L3衍射时的应该衍射的角度相互不同，所以与此对应地优选使干涉条纹间距相互不同。由此，能够使被二维扫描并且向第二全息元件651投射的影像光L3，以向观察者的眼睛EY入射的方式衍射。其结果是，视场角较大，并且能够确认高画质的影像。

作为第二全息元件651具有干涉条纹间距相互不同的部分的例子，举出如下情况：与中心部651a相比，端部651b的干涉条纹间距相对稀疏，与中心部651a相比，端部651c侧的干涉条纹间距相对较密。这样的话，能够获得上述效果。另外，在这样使干涉条纹间距部分不同的情况下，优选构成为干涉条纹间距连续地变化。由此，能够抑制在干涉条纹间距不连续地变化的情况下产生的分辨率的降低等。

但是，这样存在通过相对于第二全息元件651设置干涉条纹间距相互不同的部分从而产生与第一全息元件351的干涉条纹间距的差变大的部分的担忧。若与第一全息元件351的干涉条纹间距的差变大，则如上述那样，存在无法将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中充分抵消的担忧。

在考虑了这些的情况下，优选第一全息元件351的干涉条纹间距设定为第二全息元件651的干涉条纹间距的最大值的2倍以下并且最小值的一半以上。若这样设定，虽然不能说是将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消的功能充分了，但与未设置有第一全息元件351的情况相比，能够抑制分辨率降低、颜色偏差的产生。

另外，更加优选设定为第一全息元件351的干涉条纹间距成为第二全息元件651的干涉条纹间距的最大值与最小值之间。若这样设定，即便在第二全息元件651的干涉条纹间距中设置有差的情况下，也能够在第二全息元件651的大致整个区域，将第一全息元件351与第二全息元件651的干涉条纹间距之差充分缩小。因此，能够在第二全息元件651的大致整个区域，将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化充分地抵消。

另一方面，优选第一全息元件351的干涉条纹间距设定为与第二全息元件651的中心部651a的干涉条纹间距相等。由此，例如在第二全息元件651的干涉条纹间距以中心部651a的干涉条纹间距为中心以恒定的宽度分布的情况下，能够在第二全息元件651的大致整个区域，将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化更加充分地抵消。

而且，在这样设定有干涉条纹间距的第二全息元件651中，中心部651a的衍射角度的角度宽度、角度变化相对地最容易被抵消，通过中心部651a而被衍射反射的影像光L5成为分辨率降低、颜色偏差相对地最被抑制的光。通过中心部651a而被衍射反射的影像光L5被考虑为一般包含在影像之中也是重要性比较高的信息并且是观察者的眼睛EY容易无意识地看到的光的情况较多的光。因此，针对这种通过中心部651a而被衍射反射的影像光L5，通过分辨率降低、颜色偏差被充分抑制，尤其能够看到画质高的影像。

另外，第二全息元件651的干涉条纹间距(衍射光栅周期)是指通过影像光L3的扫描范围(在本实施方式中第二全息元件651的与影像光L3的扫描范围对应)中的、沿垂直方向(图10的上下方向)的副扫描的振幅的中心并且在沿水平方向(图10的左右方向)的主扫描的扫描线SL上求出的值。

另外，第二全息元件651的中心部651a是指位于影像光L3的扫描范围(在本实施方式中第二全息元件651的与影像光L3的扫描范围对应)中的、沿垂直方向的副扫描的振幅的中心并且也位于沿水平方向的主扫描的振幅的中心的位置。

另一方面，第一全息元件351的干涉条纹间距也可以设定为，与第二全息元件651的干涉条纹间距的平均值相等。若这样设定，即便在第二全息元件651的干涉条纹间距中设置有差的情况下，也能够在第二全息元件651的大致整个区域，将第一全息元件351与第二全息元件651的干涉条纹间距之差充分地缩小。因此，能够在第二全息元件651的大致整个区域，将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化更加充分地抵消。

虽然如以上那样，第一全息元件351的干涉条纹间距基于与第二全息元件651的干涉条纹间距的大小关系被规定，但与此相反，也可以将第二全息元件651的干涉条纹间距，基于第一全息元件351的干涉条纹间距规定。

例如，优选第二全息元件651的干涉条纹间距设定为，包含于第一全息元件351的干涉条纹间距的70％以上130％以下的范围内，更加优选设定为包含于90％以上110％以下的范围内。通过使第二全息元件651的干涉条纹间距包含于这种范围内，第二全息元件651的干涉条纹间距收纳于以中心部651a的干涉条纹间距为中心比较窄的范围内。由此，能够在第二全息元件651的大致整个区域，特别将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化充分抵消。

若举出具体例，则为在使波长515nm的绿色光衍射的情况下，在第一全息元件351的干涉条纹以每1mm1550根的密度形成时，优选第二全息元件651的中心部651a的干涉条纹以每1mm1550根的密度形成，优选第二全息元件651的端部651b以及端部651c的干涉条纹以每1mm1085根以上2015根以下的密度形成，更加优选以每1mm1395根以上1705根以下的密度形成。

另外，在该情况下，进一步优选第二全息元件651的端部651b以及端部651c的干涉条纹的形成密度为每1mm1490根以上1700根以下。

另一方面，在使波长450nm的蓝色光衍射的情况下，优选第一全息元件351的干涉条纹以每1mm1790根的密度形成，对应于此，如上述那样决定第二全息元件651的干涉条纹的密度即可。

另外，在使波长630nm的红色光衍射的情况下，优选第一全息元件351的干涉条纹以每1mm1270根的密度形成，对应于此，如上述那样决定第二全息元件651的干涉条纹的密度即可。

此外，上述计算例是在左右处于±15度的视场角并且以在2.5m前方能够看到相当于60英寸的大小的虚像的方式对影像光进行了扫描时的计算例。另外，在该计算例中，使影像的分辨率为720P，使影像的纵横比为16：9。

另外，在本发明的图像显示装置中，分辨率并不特别限定，例如也可以为1080P、2160P等。并且，纵横比也不特别限定，例如也可以为4：3、2.35：1等。

这样，即便在第一全息元件351与第二全息元件651之间，且在干涉条纹间距中多少具有差的情况下，通过将该差设定于上述范围内，也能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化，在第二次衍射中充分地抵消，从而能够将对影像的影响保留至最小限。换言之，若第一全息元件351与第二全息元件651之间的干涉条纹间距之差处于上述范围内，即便在第一次衍射中在衍射角度产生角度宽度、角度变化，也能够通过经过第二次衍射，将基于此的对影像的影响抑制在观察者无法看到的程度。

但是，在决定第二全息元件651的干涉条纹间距时，由于以向观察者的眼睛EY入射的方式使影像光L3衍射是前提，所以因第二全息元件651的大小、第二全息元件651与观察者的距离、第二全息元件651与图像生成部3的位置关系等，存在难以使向观察者的眼睛EY可靠地入射影像光L5的优点、与维持上述那样的分辨率的降低、颜色偏差这一效果的优点并存的情况。

这种情况也被考虑从而本实施方式的反射部6构成为位于观察者侧的面成为凹面611。即，第二全息元件651的影像光L3的入射侧的表面形状也成为凹面。只要第二全息元件651的影像光L3的入射面的表面形状至少在与第二全息元件651的衍射光栅垂直的方向(即与衍射光栅的光栅图案的延伸方向垂直的方向)成为凹面即可。通过在这种凹面611上设置第二全息元件651，凹面611以将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度在第二次衍射中抵消至少一部分这一加强第二全息元件651的功能的方式发挥作用。即，存在如下背景：虽然第二全息元件651如上述那样使通过第二全息元件651的衍射产生的影像光L5朝向观察者的眼睛EY聚光，但受到上述那种干涉条纹间距的制约，具体而言，基于无法过于增大第二全息元件651之中的干涉条纹间距之差这一制约，在设计第二全息元件651时，难以自由地选择衍射角度。

与此相对，若如本实施方式那样，使用具有凹面611的反射部6，并且在凹面611上设置第二全息元件651，则凹面611具有与聚光透镜等价的功能，因此能够加强使影像光L5朝向眼睛EY聚光的功能。其结果是，视场角较大，并且能够看到高画质的影像。另外，即便不以聚光功能被加强的部分，增大第二全息元件651的干涉条纹间距之差也可。即，假设在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化为通过第二全息元件651无法充分抵消的程度，通过凹面611也能够弥补不足部分的至少一部分。

因此，虽然反射部6也可以呈具有平坦面的平板状，但优选如本实施方式那样具有凹面611。由此，能够更加可靠地抑制伴随着衍射角度的角度宽度、角度变化的影像的分辨率降低、颜色偏差。

这里，作为一个例子，对在反射部6具有凹面611的情况下与在反射部6取代凹面611具有平面的情况下比较修正在观察者的视网膜上成像的影像光L5的位置偏移、颜色偏差所需要的衍射光栅的条件的计算例进行说明。

在取代凹面611为平面的情况下计算出：若使设置于反射部6的平面的中心部分的干涉条纹的形成密度为每1mm1550根，则在平面的整体中，形成密度需要在最小值为每1mm980根并且最大值为每1mm2200根那样的范围具有宽度。即，该平面内的形成密度之差达到最大每1mm1220根。

另一方面，在本实施方式中计算出：若使设置于反射部6的凹面611的中心部分的干涉条纹的形成密度为每1mm1550根，则在凹面611的整体中，形成密度需要在最小值为每1mm1490根并且最大值为每1mm1700根那样的范围具有宽度。即，该平面内的形成密度之差被抑制为最大每1mm210根。

根据这种计算例证明出：通过相对于反射部6设置凹面611，从而将在反射部6形成的干涉条纹间距之差抑制为较小。通过这样抑制在反射部6形成的干涉条纹间距之差，不仅能够在影像的中心部，而且能够在整体实现高画质化。

此外，凹面611的形状并不特别限定，例如除自由曲面(非球面)之外，例举有球面、双曲面、抛物面等。

另外，优选第一全息元件351的干涉条纹的延伸方向与第二全息元件651的干涉条纹的延伸方向平行。具体而言，在图3的情况下，优选第一全息元件351的干涉条纹的延伸方向以及第二全息元件651的干涉条纹的延伸方向分别为与纸面垂直的方向。由此，在第一次衍射中相对于入射光的衍射方向(衍射光的射出方向)与在第二次衍射中相对于入射光的衍射方向(衍射光的射出方向)的关系相同。因此，能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中更加可靠地抵消。

此外，至少从获得上述效果这一观点来看，第一全息元件351的干涉条纹的延伸方向与第二全息元件651的干涉条纹的延伸方向也可以不一定平行，例如，即便从第一全息元件351的干涉条纹的延伸方向与第二全息元件651的干涉条纹的延伸方向平行的状态，受到将与上述延伸方向正交的轴作为转动轴将第二全息元件651以任意的转动角转动的状态例如将水平的轴作为转动轴将第二全息元件651转动的状态(受到所谓的“冲击”的状态)，也能够获得上述效果。

另外，优选第二全息元件651的干涉条纹(衍射光栅)的延伸方向与影像光L3的主扫描的方向即水平方向正交。如上述那样，由于在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度是在影像光L3的主扫描的方向具有宽度的角度宽度，所以在第二次衍射中，需要以产生抵消该角度宽度那样的衍射的方式配置有干涉条纹。因此，通过使第二全息元件651的干涉条纹的延伸方向，和与影像光L3的主扫描的方向正交的方向一致，从而能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度在第二次衍射中更加可靠地抵消。

此外，在本实施方式的图像显示装置1中，如上述那样，使用红色光、绿色光以及蓝色光的3色光形成有影像。因此，在第一全息元件351以及第二全息元件651，分别以使红色光用的干涉条纹、绿色光用的干涉条纹与蓝色光用的干涉条纹重叠(重叠化)的状态被形成。因此，第一全息元件351以及第二全息元件651能够分别使红色光、绿色光以及蓝色光以分别独立的最佳角度衍射反射。其结果是，针对由红色光构成的影像光L5、由绿色光构成的影像光L5以及由蓝色光构成的影像光L5彼此，能够抑制衍射角度的角度宽度、角度变化的产生，并且能够获得抑制了分辨率降低、颜色偏差的全彩的影像。

因此，对于上述那样的第一全息元件351与第二全息元件651之间的干涉条纹间距的大小关系、第二全息元件651之中的干涉条纹间距的大小关系而言，分别针对红色光用的干涉条纹、绿色光用的干涉条纹以及蓝色光用的干涉条纹，个别地并且相互独立地成立。因此，例如针对红色光，在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分。同样地，针对绿色光，也是在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分，针对蓝色光，也是在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分。

为了制造以上那样的第一全息元件351、第二全息元件651，例如使用接触曝光方式、单光束干涉方式、双光束干涉方式、直列方式之类的各种制造方法。

另外，针对上述那样的波长不同的多种光，为了使与其适应的干涉条纹重叠，在上述制造方法中对被处理体进行曝光时，只要使用波长不同的多种光进行曝光即可。

在全息元件中，在对其进行制造时所使用的波长的光入射时，表现特别高的衍射效率，并且针对除此以外的波长的光，几乎不产生衍射(波长选择性较高)。因此，即便在一个全息图层重叠有波长不同的光用的干涉条纹的情况下，也容易维持各光用的干涉条纹的独立性，针对红色光、绿色光以及蓝色光，能够分别抑制衍射角度的角度宽度、角度变化的产生。

此外，在图像显示装置1中，除红色光、绿色光以及蓝色光以外，也可以追加其它颜色的光，相反地，也可以使用少于3色即仅1色的光或者仅2色的光。

另外，在本实施方式中，在影像光生成部31与光扫描部36之间设置有光衍射部35。因此，从影像光生成部31射出的影像光L1不依赖于影像的内容，投射于光衍射部35的特定位置。换言之，通过将光衍射部35配置于比光扫描部36靠光源侧，从而空间地被扫描之前的影像光L1投射于光衍射部35，因此光衍射部35所需要的面积少。因此，根据本实施方式，能够使用面积较小的光衍射部35，从而能够实现图像显示装置1的小型化以及低成本化。

另外，在将光衍射部35由表面浮雕型衍射光栅、表面浮雕全息元件构成的情况下，表面浮雕的槽的倾斜面使光镜面反射。因此，优选以基于表面浮雕的槽的形状沿规定的方向被衍射的衍射光朝向光扫描部36的方式，适当地设定表面浮雕的槽的形状。

＜第二实施方式＞

接下来，对本发明的图像显示装置的第二实施方式进行说明。

图12是示意表示本发明的图像显示装置的第二实施方式的结构的图。

以下，虽然对第二实施方式进行说明，但在以下的说明中，以与上述第一实施方式不同的点为中心进行说明，针对相同的事项，省略其说明。另外，在图中，对于与上述实施方式相同的事项，标注相同的附图标记。

对于第二实施方式的图像显示装置1而言，除第一全息元件351以及第二全息元件651的结构不同以外，与第一实施方式的图像显示装置1相同。

即，在上述第一实施方式的第一全息元件351以及第二全息元件651，分别以使红色光、绿色光以及蓝色光的3色光分别独立地衍射的方式，使红色光用的干涉条纹、绿色光用的干涉条纹与蓝色光用的干涉条纹，以相互不同的间距重叠(重叠化)从而形成。

与此相对，如图12所示，本实施方式的第一全息元件351由将用于使红色光衍射的全息图层351R、用于使绿色光衍射的全息图层351G与用于使蓝色光衍射的全息图层351B层叠而成的层叠体构成。

同样地，如图12所示，本实施方式的第二全息元件651由将用于使红色光衍射的全息图层651R、用于使绿色光衍射的全息图层651G与用于使蓝色光衍射的全息图层651B层叠而成的层叠体构成。

这样，在本实施方式中，由于将红色光用的干涉条纹、绿色光用的干涉条纹与蓝色光用的干涉条纹形成于相互不同的全息图层，所以能够抑制干涉条纹彼此重复从而导致的衍射效率的降低。因此，根据本实施方式，能够分别提高第一全息元件351以及第二全息元件651的衍射效率。

此外，对于对第一实施方式进行了说明的第一全息元件351与第二全息元件651之间的干涉条纹间距的大小关系、第二全息元件651之中的干涉条纹间距的大小关系而言，分别针对本实施方式的红色光用的干涉条纹、绿色光用的干涉条纹以及蓝色光用的干涉条纹，个别地并且相互独立地成立。因此，例如针对红色光，在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分。同样地，针对绿色光，也是在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分，针对蓝色光，也是在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分。

此外，全息图层351R、全息图层351G以及全息图层351B的层叠顺序并不限定于图12所示的层叠顺序。

在以上那样的第二实施方式中，也能够获得与第一实施方式相同的作用、效果。

＜第三实施方式＞

接下来，对本发明的图像显示装置的第三实施方式进行说明。

图13是示意表示具备本发明的图像显示装置的第三实施方式的平视显示器的简要结构的图。

以下，虽然对第三实施方式进行说明，但在以下的说明中，以与上述第一～第二实施方式不同的点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。另外，在图中，针对与上述实施方式相同的事项，标注相同的附图标记。

对于第三实施方式的图像显示装置1而言，除包含于安装于汽车的顶棚部而被使用的平视显示器10’以外，与第一～第二实施方式的图像显示装置1相同。

即，第三实施方式的图像显示装置1安装于汽车CA的顶棚部CE而被使用，以重叠有虚像与外界像的状态使观察者看到。

如图13所示，该图像显示装置1具备内置图像生成部3以及放大光学系统4的光源单元UT、反射部6以及连接光源单元UT与反射部6的框架2’。

另外，在本实施方式中，虽然以将光源单元UT、框架2’以及反射部6安装于汽车CA的顶棚部CE的情况为例进行说明，但也可以将它们安装于汽车CA的仪表板上，也可以将一部分结构固定于挡风玻璃FW。并且，平视显示器10’不仅可以安装于汽车，也可以安装于飞机、船舶、工程机械、重型机械、摩托车、自行车、宇宙飞船那样的各种移动体。

以下，对图像显示装置1的各部分依次详细地进行说明。

虽然光源单元UT也可以以任何方法固定于顶棚部CE，但例如使用带、夹具等通过安装于遮阳板的方法来固定。

框架2’例如具备一对长条状的部件，通过连接光源单元UT与反射部6的X轴方向的两端，固定光源单元UT与反射部6。

光源单元UT内置有图像生成部3以及放大光学系统4，从放大光学系统4朝向反射部6射出影像光L3。而且，通过反射部6而被衍射反射的影像光L5在观察者的眼睛EY成像。

另一方面，本实施方式的反射部6也具有使在使用时从反射部6的外侧朝向观察者的眼睛EY的外界光L6透过的功能。即，反射部6具有反射来自光源单元UT的影像光L3并且使在使用时从汽车CA外经由挡风玻璃FW朝向观察者的眼睛EY的外界光L6透过的功能。由此，观察者能够看到外界像同时看到由影像光L5形成的虚像(图像)。即，能够实现穿透式的平视显示器。

在这种第三实施方式中，也能够获得与第一～第二实施方式相同的作用、效果。

即，在本实施方式的图像显示装置1中，也能够将在第一次衍射中产生的衍射角度的角度宽度、角度变化在第二次衍射中抵消至少一部分。由此，观察者能够看到分辨率降低、颜色偏差充分被抑制的高画质的影像。

以上，针对本发明的图像显示装置，虽然基于图示的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于它们。

例如，在本发明的图像显示装置中，各部分结构能够置换为发挥相同功能的任意结构，另外，也能够附加任意结构。

另外，本发明的图像显示装置的实施方式并不限定于上述头戴式显示器、平视显示器，只要是具有视网膜扫描方式的显示原理的显示装置，本发明的图像显示装置也能够包含于任何方式的显示装置。

附图标记说明：

1…图像显示装置；2…框架；2’…框架；3…图像生成部；4…放大光学系统；5…光学元件；6…反射部；10…头戴式显示器；10’…平视显示器；11…可动镜部；12a…轴部；12b…轴部；13…框体部；14a…轴部；14b…轴部；14c…轴部；14d…轴部；15…支承部；16…永久磁铁；17…线圈；18…信号重叠部；21…前部；22…太阳穴部；23…鼻托；27…凹部；31…影像光生成部；32…驱动信号生成部；33…控制部；34…透镜；35…光衍射部；36…光扫描部；42…修正透镜；43…遮光板；51…导光部；52…导光部；53…导光部；54…半透半反射镜层；55…半透半反射镜层；56…入射面；57…射出面；58a…侧面；58b…侧面；59a…侧面；59b…侧面；61…非球面镜；65…光衍射部；111…基部；112…隔离物；113…光反射板；114…光反射部；115…硬质层；211…缘部；212…遮光部；311…光源部；311B…光源；311G…光源；311R…光源；312B…驱动电路；312G…驱动电路；312R…驱动电路；313…光合成部；313a…分色镜；313b…分色镜；321…驱动电路；322…驱动电路；351…第一全息元件；351B…全息图层；351G…全息图层；351R…全息图层；611…凹面；651…第二全息元件；651B…全息图层；651G…全息图层；651R…全息图层；651a…中心部；651b…端部；651c…端部；CA…汽车；CE…顶棚部；EA…耳朵；EY…眼睛；FW…挡风玻璃；H…头部；L1…影像光；L2…影像光；L3…影像光；L3’…影像光；L4…影像光；L5…影像光；L5’…影像光；L6…外界光；NS…鼻；SL…扫描线；T1…周期；T2…周期；UT…光源单元；V1…第一驱动信号；V2…第二驱动信号；W…轴线。

Claims (8)

1.一种图像显示装置，其特征在于，具备：

影像光生成部，其生成基于影像信号调制而得的影像光；

第一衍射光学元件，其使从所述影像光生成部射出的所述影像光衍射；

光扫描仪，其对所述影像光进行空间扫描；以及

第二衍射光学元件，由所述光扫描仪扫描的所述影像光入射于该第二衍射光学元件，并且该第二衍射光学元件使该入射的所述影像光衍射，

所述第一衍射光学元件设置于所述影像光生成部与所述光扫描仪之间的光路上。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第二衍射光学元件的所述影像光的入射侧的表面形状在与所述第二衍射光学元件的衍射光栅垂直的方向成为凹面。

3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光扫描仪沿第一方向对所述影像光进行主扫描，沿与所述第一方向正交的第二方向对所述影像光进行副扫描，

所述第一衍射光学元件的衍射光栅周期恒定，

所述第二衍射光学元件具有在所述主扫描的扫描线上衍射光栅周期相互不同的部分，其中，所述主扫描的扫描线是在向所述第二衍射光学元件入射的所述影像光的所述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

4.根据权利要求3所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第一衍射光学元件的衍射光栅周期处于所述主扫描的扫描线上的衍射光栅周期的最大值与最小值之间，其中，所述主扫描的扫描线是在向所述第二衍射光学元件入射的所述影像光的所述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

5.根据权利要求3或4所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第一衍射光学元件的衍射光栅周期与所述主扫描的扫描线上且所述主扫描的振幅的中心的位置的衍射光栅周期相等，所述主扫描的扫描线是在向所述第二衍射光学元件入射的所述影像光的所述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

6.根据权利要求3或4所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第一衍射光学元件的衍射光栅周期与所述主扫描的扫描线上的衍射光栅周期的平均值相等，其中，所述主扫描的扫描线在向所述第二衍射光学元件入射的所述影像光的所述副扫描的振幅的中心通过的主扫描的扫描线。

7.根据权利要求3～6中的任一项所述的图像显示装置，其特征在于，

所述第二衍射光学元件的衍射光栅的延伸方向与所述第一方向正交。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的图像显示装置，其特征在于，

还具有设置于所述光扫描仪与所述第二衍射光学元件之间的光路上的扩瞳光学系统。