CN106802487B - 光束直径放大元件以及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够在抑制光束直径放大元件的尺寸变大的同时将光束直径较大地放大的光束直径放大元件、以及具备光束直径放大元件的显示装置。光束直径放大元件(10)中，导光板具有设置于面1a的入射侧衍射光栅即第1入射侧衍射光栅和设置于面1b的出射侧衍射光栅即第1出射侧衍射光栅。入射侧衍射光栅与出射侧衍射光栅的光栅方向以及光栅周期相同。入射于入射侧衍射光栅的光线的+1级衍射光(L+1)的衍射角(θ+1)以及‑1级衍射光(L‑1)的衍射角(θ‑1)是由导光板的折射率规定的临界角(θc)以上的角度。由入射侧衍射光栅衍射后的光线的+1级衍射光(L+1)以及‑1级衍射光(L‑1)在导光板内向y方向上的相互相反的方向传播而从出射侧衍射光栅出射。

Description

光束直径放大元件以及显示装置
技术领域
本发明涉及用于将光束直径放大的光束直径放大元件、以及具备光束直径放大元件的显示装置。
背景技术
在使进行了光调制后的光束入射至利用者的眼睛的视网膜扫描型显示装置中，若光束直径小，则在瞳孔的位置变化了的情况下光束不会入射至瞳孔，所以会发生图像缺失等情况。因此，在视网膜扫描型的显示装置中设置有光束直径放大元件(光瞳放大元件)。作为光束直径放大元件，例如，提出了在导光板的相对置的两个面分别设置衍射光栅并使双方的光栅周期相同而使衍射角一致的方案(专利文献1、2)。专利文献1中，2个衍射光栅对置，利用+1级衍射光以及-1级衍射光这两方。专利文献2中，2个衍射光栅在导光板的延伸方向上分离，利用+1级衍射光以及-1级衍射光中的一方。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平7-72422号公报
专利文献2：日本特开2007-219106号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1所记载的光束直径放大元件中，将由入射侧的衍射光栅衍射后的光直接从出射侧的衍射光栅出射。因此，光束直径仅会放大与衍射光栅的衍射角相当的量，所以难以将光束直径较大地放大。另一方面，专利文献2所记载的光束直径放大元件中，由入射侧的衍射光栅衍射后的衍射光，在导光板的内部一边反射、一边从出射侧的衍射光栅出射，所以能够将光束直径较大地放大。但是，专利文献2所记载的光束直径放大元件中，使用体积位相型全息衍射光学元件，因此将入射的光仅向特定朝向强烈衍射而利用，所以只能向一方侧将光束放大。因此，除了出射侧的衍射光栅需要具有尺寸外，入射侧的衍射光栅也需要具有尺寸，从而存在光束直径放大元件的尺寸变大这一问题点。
鉴于以上的问题点，本发明的问题在于提供一种在抑制光束直径放大元件的尺寸变大的同时将光束直径较大地放大的光束直径放大元件、以及具备该光束直径放大元件的显示装置。
用于解决问题的技术方案
为解决上述问题，本发明涉及的光束直径放大元件的一个方式的特征在于，具有：第1导光板，其具备第1面以及作为与所述第1面相反侧的面的第2面；第1入射侧衍射光栅，其设置于所述第1面；以及第1出射侧衍射光栅，其设置于所述第2面，所述第1面被设置为与所述第2面平行，所述第1入射侧衍射光栅与所述第1出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向互为相同方向且光栅周期互为相同周期，所述第1导光板的折射率是使得入射于所述第1入射侧衍射光栅的第1光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，在将与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向交叉的方向设为第1方向时，由所述第1入射侧衍射光栅衍射后的所述第1光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第1导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第1出射侧衍射光栅出射。
本发明中，因为使由第1入射侧衍射光栅衍射后的+1级衍射光以及-1级衍射光向导光板的第1方向上的相互相反的方向传播而从第1出射侧衍射光栅出射，所以光束直径以充分放大了的状态从第1出射侧衍射光栅出射。因此，能够抑制光束直径放大元件的尺寸变大，光的利用效率高。另外，第1光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角是由第1导光板的折射率规定的临界角以上的角度，所以在导光板内以全反射的状态传播，因此，光的利用效率高。
本发明涉及的光束直径放大元件的一个方式中，优选地，具有：第2导光板，其具备与所述第1导光板的所述第2面相对置地设置的第3面和作为与所述第3面相反侧的面的第4面；第2入射侧衍射光栅，其设置于所述第3面；以及第2出射侧衍射光栅，其设置于所述第4面，所述第3面被设置为与所述第4面平行，所述第2入射侧衍射光栅与所述第2出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向为相同方向且光栅周期为相同周期，所述第2入射侧衍射光栅的光栅方向被设置为：与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向为相同方向，所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期被设置为：不同于所述第1入射侧衍射光栅的光栅周期的周期，所述第2导光板的折射率是使得波长与所述第1光线不同的第2光线入射于所述第2入射侧衍射光栅时的所述第2光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，由所述第2入射侧衍射光栅衍射后的所述第2光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第2导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第2出射侧衍射光栅出射。
本发明涉及的光束直径放大元件的一个方式中，优选地，具有：第3导光板，其具备与所述第2导光板的所述第4面相对置设置的第5面和作为与所述第5面相反侧的面的第6面；第3入射侧衍射光栅，其设置于所述第5面；以及第3出射侧衍射光栅，其设置于所述第6面，所述第5面被设置为与所述第6面平行，所述第3入射侧衍射光栅与所述第3出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向为相同方向且光栅周期为相同周期，所述第3入射侧衍射光栅的光栅方向被设置为：与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向为相同方向，所述第3入射侧衍射光栅的光栅周期被设置为：不同于所述第1入射侧衍射光栅以及所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期的周期，所述第3导光板的折射率是使得波长不同于所述第1光线以及所述第2光线的第3光线入射于所述第3入射侧衍射光栅时的所述第3光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，由所述第3入射侧衍射光栅衍射后的所述第3光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第3导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第3出射侧衍射光栅出射。
本发明涉及的光束直径放大元件的一个方式中，优选地，在将所述第1入射侧衍射光栅的光栅周期设为P1、将所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期设为P2、并将所述第3入射侧衍射光栅的光栅周期设为P3时，所述光栅周期P1、P2、P3满足以下关系：P1＜P2＜P3。根据该结构，在第1光线、第2光线以及第3光线的波长具有以下关系：第1光线＜第2光线＜第3光线的情况下，能够统一各光线的出射间隔，能够提高出射光的光量和/或颜色的均匀性。
本发明涉及的光束直径放大元件的其他方式中，优选地，在将所述第1入射侧衍射光栅的光栅高度设为H11、将所述第2入射侧衍射光栅的光栅高度设为H21、并将所述第3入射侧衍射光栅的光栅高度设为H31时，所述光栅高度H11、H21、H31满足以下关系：H11＜H21＜H31。根据该结构，在第1光线、第2光线以及第3光线的波长具有以下关系：第1光线＜第2光线＜第3光线的情况下，能够提高各导光板所承担的光线的1级衍射效率，能够提供明亮的光束放大元件并且能够抑制不需要的衍射光。
本发明涉及的光束直径放大元件的其他方式中，优选地，在将所述第1出射侧衍射光栅的光栅高度设为H12、将所述第2出射侧衍射光栅的光栅高度设为H22、并将所述第3出射侧衍射光栅的光栅高度设为H32时，所述光栅高度H11、H12、H21、H22、H31、H32满足以下关系：H12＜H11＜H22＜H21＜H32＜H31。根据该结构，因为光从出射侧的衍射光栅分散地出射，所以能够使出射光中的光量分布适当化。
本发明涉及的光束直径放大元件的另外的其他方式中，优选地，在将所述第1入射侧衍射光栅以及所述第1出射侧衍射光栅的光栅周期设为P、将所述第1光线的光谱的半值宽度中的最短波长设为λc、并将所述第1光线相对于所述第1入射侧衍射光栅的最大入射角设为θmax时，光栅周期P、最短波长λc以及最大入射角θmax满足以下关系：P≤λc/[sin(θmax)+1]。
具备应用了本发明的光束直径放大元件的显示装置的一个方式的特征在于，具有：图像光投射装置，其具备图像生成装置以及准直透镜，使在所述图像生成装置中生成的图像光经由所述准直透镜入射于所述光束直径放大元件；以及导光光学系统，其将从所述光束直径放大元件出射的图像光导向与所述第1方向交叉的第2方向。
本发明涉及的显示装置的一个方式中，优选地，所述图像光投射装置的出射光瞳位于所述光束直径放大元件的入射面与出射面之间。
本发明涉及的显示装置的一个方式中，优选地，所述出射光瞳位于所述光束直径放大元件的入射面与出射面的中间。
本发明涉及的显示装置的其他方式中，优选地，所述光束直径放大元件的所述第1方向上的尺寸比所述导光光学系统的第1方向上的尺寸小。根据该结构，能够实现显示装置的小型化。
本发明涉及的显示装置的另外的其他方式中，可以采用下述结构：所述第1方向是所述显示装置的纵方向，所述第2方向是所述显示装置的横方向。
本发明涉及的显示装置的另外的其他方式中，也可以采用下述结构：所述第1方向是所述显示装置的横方向，所述第2方向是所述显示装置的纵方向。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1涉及的光束直径放大元件的一个方式的说明图。
图2是图像光入射于图1所示的光束直径放大元件的情况的说明图。
图3是示出本发明的实施方式1涉及的光束直径放大元件的具体构成例的说明图。
图4是示出本发明的实施方式2涉及的光束直径放大元件的一个方式的说明图。
图5是蓝色光入射于图4所示的光束直径放大元件所使用的蓝色用的导光板的情况的说明图。
图6是绿色光入射于图4所示的光束直径放大元件所使用的绿色用的导光板的情况的说明图。
图7是红色光L入射于图4所示的光束直径放大元件所使用的红色用的导光板的情况的说明图。
图8是示出本发明的实施方式3涉及的光束直径放大元件的一个方式的说明图。
图9是示出具备应用了本发明的光束直径放大元件的显示装置的构成例的说明图。
图10是示出图9所示的显示装置的光学系统的说明图。
图11是图10所示的光学系统的出射光瞳的说明图。
图12是示出具备应用了本发明的光束直径放大元件的显示装置的另一构成例的说明图。
附图标记的说明
1、1(B)、1(G)、1(R)…导光板；1a、1a(B)、1a(G)、1a(R)…面；1b、1b(B)、1b(G)、1b(R)…面；10…光束直径放大元件；11、11(B)、11(G)、11(R)…入射侧衍射光栅；11a、11a(B)、11a(G)、11a(R)…光栅；12、12(B)、12(G)、12(R)…出射侧衍射光栅；12a、12a(B)、12a(G)、12a(R)…光栅；15…图像光投射装置；16…图像形成装置；17…投射光学系统；18…准直透镜；20…导光光学装置；21…被照射区域；23…显示光出射区域；25…导光光学系统；30…导光板；31…入射侧衍射光栅；32…出射侧衍射光栅；100…显示装置；100A…第1显示装置；100B…第2显示装置；110…光学面板；111…第1面板部分；112…第2面板部分；121…框架；131…第1驱动部；132…第2驱动部；170…出射光瞳；E…眼睛；L…光轴；L0…0级衍射光；L+1…+1级衍射光；L-1…-1级衍射光；L1…图像光；L2…显示光；L10…光线；L(B)…蓝色光；L(G)…绿色光；L(R)…红色光；P…光栅周期；P1…光栅周期；P2…光栅周期；P3…光栅周期
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的说明中参照的图中，为使各层和/或各部件成为在图面上可识别程度的大小，按各层和/或各部件的每个使比例尺不同。另外，在以下的说明中，将衍射光栅的光栅延伸的方向设为x方向、将与x方向直角地交叉的方向设为y方向、将与x方向以及y方向直角地交叉的方向设为z方向而进行说明。因此，本发明中的“第1方向”与x方向相当，衍射光栅的衍射方向(“第2方向”)与y方向相当。
[实施方式1]
(基本构成)
图1是示出本发明的实施方式1涉及的光束直径放大元件的一个方式的说明图。图2是图像光入射于图1所示的光束直径放大元件的情况的说明图。此外，图1以及图2中，朝向图面在左侧示出波长λc的光以入射角+θmax入射了的情况C11，朝向图面在右侧示出波长λc的光以入射角-θmax入射了的情况C12。
如图1所示，本方式的光束直径放大元件10有1块导光板1。光束直径放大元件10中，导光板1与本发明的“第1导光板”相当。导光板1是折射率为n的玻璃或光学树脂的平行平板，在其一方的面1a(第1面)形成有入射侧衍射光栅11(第1入射侧衍射光栅)，在与面1a平行地对置的面1b(第2面)形成有出射侧衍射光栅12(第1出射侧衍射光栅)。入射侧衍射光栅11中，在y方向上等间隔地形成有多个在朝向纸面垂直的x方向上延伸的光栅11a。出射侧衍射光栅12中，在y方向上等间隔地形成有多个在朝向纸面垂直的x方向上延伸的光栅12a。
该光束直径放大元件10中，入射侧衍射光栅11与出射侧衍射光栅12形成于在光轴L方向上重叠的区域。只是，出射侧衍射光栅12形成于比入射侧衍射光栅11广阔的区域，出射侧衍射光栅12，从形成有入射侧衍射光栅11的区域朝向y方向上的相互相反的方向遍及广阔的区域而形成。因此，光束直径放大元件10能够衍射从入射侧衍射光栅11入射的光线L10(第1光线)而使其在导光板1内向y方向上的相互相反的方向传播，并从出射侧衍射光栅12出射。因此，光束直径放大元件10能够进行包括光线L10的图像光的y方向上的光瞳放大。这里所说的光瞳放大是能够得到以与入射光的入射角相同的角度从不同位置出射的多个出射光，是保持了角度的光线的复制。
在本方式中，入射侧衍射光栅11以及出射侧衍射光栅12是表面浮雕型衍射光栅，在入射侧衍射光栅11与出射侧衍射光栅12中，光栅方向以及光栅周期相同。在入射侧衍射光栅11与出射侧衍射光栅12中，通过使光栅周期P相同，能够得到以与入射角相同的角度出射的衍射光。
这里，若规定画面大小的最大视场角的半角被设为θmax，则入射于入射侧衍射光栅11的图像的入射光的入射角处于从-θmax到+θmax的范围。另外，本方式中，关注衍射光中的能够提高衍射效率的+1级衍射光L+1以及-1级衍射光L-1。此外，虽然也会产生0级衍射光L0，但是因为其无助于光瞳放大，所以优选降低0级衍射效率。
本方式的光束直径放大元件10，在两个方向上生成以与入射角相同的角度出射的多个光。为此，需要使向+y方向传播的+1级衍射光L+1与向-y方向传播的-1级衍射光L-1这两方在导光板1内以全反射的方式进行传播。
为了在导光板1内以全反射的方式进行传播，+1级衍射光L+1与-1次衍射光L-1的衍射角都必需比由导光板1的折射率n决定的临界角大。如情况C11所示，以+θmax的入射角入射的光线L10中衍射角变小的是-1级衍射光L-1一方。因此，如果-1级衍射光L-1的衍射角θ-1的绝对值比临界角θc大，则+1级衍射光L+1的衍射角θ+1必须变得比临界角θc大。
另外，在使光栅周期P为一定的情况下，衍射角依赖于入射的光的波长，波长越短则衍射角越小。因此，在导光板1中传播的图像光的光谱中，如果针对有效地助于图像显示的最短波长λc的-1级衍射光L-1的衍射角θ-1的绝对值比临界角θc大，则能够遍及图像光的光谱的全域，使光向+y方向以及-y方向这两个方向传播。
在图像光的入射角变为-θmax的情况C12之下，若使入射角从+θmax变化为-θmax，则-1级衍射光L-1的衍射角θ-1向负方向逐渐变大，维持通过全反射实现的向-y方向的传播。与此相对，+1级衍射光L+1的衍射角θ+1慢慢变小，但是因为导光板1与衍射光栅的配置相对于光轴L对称，所以如使情况C11上下颠倒即可明白那样，即使入射角变为-θmax，衍射角θ+1也比临界角θc大。因此，维持通过全反射实现的向+y方向的传播。
以下，用式子来说明能够以全反射向+y方向与-y方向这两个方向传播的条件。首先，在将入射光(光线L10)的波长设为λc、将入射角设为θmax、将导光板1的折射率设为n、将导光板1内的-1级衍射光L-1的衍射角设为θ-1时，衍射角θ-1与临界角θc一致的光栅周期P用以下的式子表示。
P＝λc/[sin(θmax)+1]…式(1)
这里，如果光栅周期P比用式(1)所示的值小，则-1级衍射光L-1的衍射角θ-1变得比临界角θc大。因此，为了使入射于入射侧衍射光栅11的图像光(光线L10)以全反射的方式向+y方向以及-y方向这两方传播，只要满足以下的条件式即可。
P≤λc/[sin(θmax)+1]…式(2)
另一方面，在光栅周期P确定了时，关于入射侧衍射光栅11的衍射角θm(m是衍射级数)，若将入射波长设为λ、将入射角设为θi，则衍射角θm用以下的式子求出。
θm＝sin-1{[sin(θi)+m(λ/P)]/N}…式(3)
图1中，用线(光线L)表示图像光，但是实际上，如图2所示，图像光L1是具有空间扩展的光束。因此，优选地，形成有入射侧衍射光栅11的区域的大小为图像光L1的光束的大小。
(具体构成例)
图3是示出本发明的实施方式1涉及的光束直径放大元件10的具体构成例的说明图。此外，图3中，朝向图面在左侧示出最短的波长λc(0.46nm)的光入射了的情况C21，朝向图面在右侧示出波长λR(0.61nm)的红色光L(R)、波长λG(0.53nm)的绿色光L(G)、波长λB(0.4747nm)的蓝色光L(B)入射了的情况C22。
首先，基于图3的情况21来确定入射侧衍射光栅11以及出射侧衍射光栅12的光栅周期。将图像光的光谱中图像显示所需要的最短的波长λc设为0.46μm、将最大视场角的半角+θmax设为7°。若将导光板1的折射率n设为1.64，则临界角θc变为37.6°。这里，使得导光板1的折射率n的波长依赖性极小。
若以-1级衍射光L-1的衍射角θ-1变为临界角θc的方式来求取入射侧衍射光栅11以及出射侧衍射光栅12的光栅周期P，则根据式(1)求出P＝0.410μm。波长λR、λG、λB的光入射至具备该入射侧衍射光栅11以及出射侧衍射光栅12的导光板1的情况C22，通过入射侧衍射光栅11，在波长λR的红色光L(R)、波长λG的绿色光L(G)、波长λB的蓝色光L(B)的入射光的各个光中产生衍射光，该衍射光在导光板1内向+y方向以及-y方向传播，从出射侧衍射光栅12以7°的出射角出射。将此时的+1级衍射光L+1的衍射角θ+1(+1级衍射角)以及-1级衍射光L-1的衍射角θ-1(-1级衍射角)示于表1。
【表1】
Figure BDA0001123103760000101
如表1所示，因为在任意波长λR、λG、λB的光中，衍射角的绝对值都超过临界角37.6，所以能够使入射光(第1光线)以全反射的方式朝向导光板1的+y方向以及-y方向的两方传播、并从出射侧衍射光栅12出射。
(本方式的主要效果)
这样，在本方式的光束直径放大元件10中，因为使在入射侧衍射光栅11衍射了的光线L10的+1级衍射光L+1以及-1级衍射光L-1向导光板1的y方向(第1方向)上的相互相反的方向传播而从出射侧衍射光栅12出射，所以光束直径以充分放大了的状态从出射侧衍射光栅12出射。另外，因为入射侧衍射光栅11与出射侧衍射光栅12形成于在光轴L方向上重叠的区域，所以能够抑制光束直径放大元件的尺寸变大。另外，光线L10的+1级衍射光L+1的衍射角θ+1以及-1级衍射光L-1的衍射角θ-1为由导光板1的折射率规定的临界角θc以上的角度。因此，+1级衍射光L+1以及-1级衍射光L-1在导光板1内以全反射的状态传播而从出射侧衍射光栅12出射，所以光的利用效率高。
[实施方式2]
(光束直径放大元件10的构成)
图4是示出本发明的实施方式2涉及的光束直径放大元件10的一个方式的说明图。此外，图4中，朝向图面在左侧示出蓝色光L(B)的光束直径被放大了的情况C31，朝向图面在右侧示出红色光L(R)的光束直径被放大了的情况C33，朝向图面在中央示出绿色光L(G)的光束直径放大了的情况C32。图5是蓝色光L(B)入射于图4所示光束直径放大元件10所使用的蓝色用的导光板1(B)的情况的说明图。图6是绿色光L(G)入射于图4所示的光束直径放大元件10所使用的绿色用的导光板1(G)的情况的说明图。
图7是红色光L(R)入射于图4所示的光束直径放大元件10所使用的红色用的导光板1(R)的情况的说明图。此外，在图5、图6以及图7中，朝向图面在左侧示出各光谱中的最短波长的光入射的情况C41(R)、C41(G)、C41(B)，朝向图面在中央示出各光谱中的最长波长的光入射的情况C42(R)、C42(G)、C42(B)，朝向图面在右侧示出各光谱中的最短波长的光与最长波长的光入射的情况C43(R)、C43(G)、C43(B)。
如图4所示，本方式的光束直径放大元件10中，从图像光的入射侧朝向出射侧，蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)沿着光轴L依次配置。即，各导光板1(R)、1(G)、1(B)按对应的光的波长从短到长的顺序配置。本方式中，蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)分别具有与参照图1～图3说明了的导光板大致同样的构成。另外，导光板1(B)、1(G)、1(R)的厚度相同。
该构成的光束直径放大元件10中，图像光所含的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)依次透射蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)而出射。
本方式的光束直径放大元件10中，导光板1(B)具备一方的面1a(B)和与面1a(B)平行地对置的另一方的面1b(B)。在面1a(B)设置有光栅11a(B)沿x方向延伸的入射侧衍射光栅11(B)，在面1b(B)设置有光栅12a(B)沿x方向延伸的出射侧衍射光栅12(B)。入射侧衍射光栅11(B)与出射侧衍射光栅12(B)的光栅方向以及光栅周期相同。
导光板1(G)具备：在导光板1(B)的相反侧与导光板1(B)的面1b(B)平行地对置的面1a(G)；和在导光板1(B)的相反侧与面1a(G)平行地对置的面1b(G)。在面1a(G)设置有光栅11a(G)沿x方向延伸的入射侧衍射光栅11(G)，在面1b(G)设置有光栅12a(G)沿x方向延伸的出射侧衍射光栅12(G)。入射侧衍射光栅11(G)和出射侧衍射光栅12(G)的光栅方向以及光栅周期相同。但是，入射侧衍射光栅11(G)以及出射侧衍射光栅12(G)的光栅方向与入射侧衍射光栅11(B)以及出射侧衍射光栅12(B)相同，但光栅周期不同。
导光板1(R)具备：在导光板1(B)的相反侧与导光板1(G)的面1b(G)平行地对置的面1a(R)；和在导光板1(B)的相反侧与面1a(R)平行地对置的面1b(R)。在面1a(R)设置有光栅11a(R)沿x方向延伸的入射侧衍射光栅11(R)，在面1b(R)设置有光栅12a(R)沿x方向延伸的出射侧衍射光栅12(R)。入射侧衍射光栅11(R)与出射侧衍射光栅12(R)的光栅方向以及光栅周期相同。但是，入射侧衍射光栅11(R)以及出射侧衍射光栅12(R)的光栅方向与入射侧衍射光栅11(B)以及出射侧衍射光栅12(B)相同，但是光栅周期与入射侧衍射光栅11(B)、出射侧衍射光栅12(B)、入射侧衍射光栅11(G)以及出射侧衍射光栅12(G)不同。
在这样构成的光束直径放大元件10中，上述构成要素与本发明中的构成要素具有以下关系。
导光板1(B)＝第1导光板
面1a(B)＝第1面
面1b(B)＝第2面
入射侧衍射光栅11(B)＝第1入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(B)＝第1出射侧衍射光栅
导光板1(G)＝第2导光板
面1a(G)＝第3面
面1b(G)＝第4面
入射侧衍射光栅11(G)＝第2入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(G)＝第2出射侧衍射光栅
导光板1(R)＝第3导光板
面1a(R)＝第5面
面1b(R)＝第6面
入射侧衍射光栅11(R)＝第3入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(R)＝第3出射侧衍射光栅
蓝色光L(B)＝第1光线
绿色光L(G)＝第2光线
红色光L(R)＝第3光线
在本方式的光束直径放大元件10中，针对导光板1(B)、1(G)、1(R)的入射角、入射的光的颜色、光栅周期、对应的色光的最短波长、对应的色光的最长波长、+1级衍射角、以及-1级衍射角如表2所示。
【表2】
Figure BDA0001123103760000141
本方式中，根据表2可知，入射侧衍射光栅11(B)以及出射侧衍射光栅12(B)的光栅周期P1、入射侧衍射光栅11(G)以及出射侧衍射光栅12(G)的光栅周期P2与入射侧衍射光栅11(R)以及出射侧衍射光栅12(R)的光栅周期P3，满足以下关系。
P1＜P2＜P3
另外，如下述那样，入射侧衍射光栅11(B)的光栅高度H11、出射侧衍射光栅12(B)的光栅高度H12、入射侧衍射光栅11(G)的光栅高度H21、出射侧衍射光栅12(G)的光栅高度H22、入射侧衍射光栅11(R)的光栅高度H31、出射侧衍射光栅12(R)的光栅高度H32，满足以下关系。
H11＜H21＜H31
H12＜H11
H22＜H21
H32＜H31
H12＜H11＜H22＜H21＜H32＜H31
本方式的光束直径放大元件10中，如图4以及图5所示，蓝色用的导光板1(B)的衍射光栅的光栅周期P1被设定为：使得针对入射角为±7°的范围的蓝色波段的光(蓝色光(L(B))的+1级衍射光L+1以及-1级衍射光L-1都以比导光板1(B)的临界角大的角度衍射，衍射光从入射位置向+y方向以及-y方向这两个方向在导光板1(B)内传播。
更为具体而言，蓝色用的导光板1(B)的入射侧衍射光栅11(B)以及出射侧衍射光栅12(B)的光栅周期P1设定为0.401μm，使得蓝色光L(B)的波段中的最短波长(λc＝0.45μm)的1级衍射角等于导光板1(B)(折射率＝1.64)的临界角(37.6°)。图5中，示出蓝色光L(B)的波段中的最短波长(λcb＝0.45μm)入射于蓝色用的导光板的情况C41(B)的光线与蓝色光L(B)的波段中的最长波长(0.47μm)入射于蓝色用的导光板1(B)的情况C42(B)的光线。另外，图5中，示出蓝色光L(B)的波段中的最短波长(λcb＝0.45μm)入射于蓝色用的导光板1(B)的情况C41的光线与蓝色光L(B)的波段中的最长波长(0.47μm)入射于蓝色用的导光板1(B)的情况C42的光线重叠的情况C43(B)的状况。如图5所示，蓝色光L(B)的波段中的最短波长与最长波长之间只有0.02μm的差，所以两者的衍射角的差小。故而，两者的光的出射位置的差小。
另外，如图5所示，蓝色用的导光板1(B)的入射侧衍射光栅11(B)的光栅高度H11设定为，使得在蓝色光L(B)的波段中的从最短波长(λcb＝0.45μm)到最长波长(0.47μm)的范围内1级衍射效率变高。另外，入射侧衍射光栅11(B)的光栅高度H11设为使得相对于垂直入射的波长0.46μm的蓝色光L(B)1级衍射效率变高、相对于垂直入射的绿色光L(G)和/或红色光L(R)的衍射效率变低的高度。本方式中，入射侧衍射光栅11(B)的光栅高度H11例如约为0.57μm。另外，出射侧衍射光栅12(B)中，使在导光板1(B)中传播来的光分成多次出射。因此，若出射侧衍射光栅12(B)中1级衍射效率高，则通过第1级出射取出很多光，在第二次以后，光量会大幅衰减。因此，优选地，出射侧衍射光栅12(B)的1级衍射效率比入射侧衍射光栅11(B)的1级衍射效率低。故而，本方式中，出射侧衍射光栅12的光栅高度H12比约0.57μm低。由此，能够使从出射侧衍射光栅12(B)出射的光量分布适当化。
在这样构成的蓝色用的导光板1(B)中，因为入射侧衍射光栅11(B)与出射侧衍射光栅12(B)的光栅周期P1相等，所以在导光板1(B)内以全反射的方式传播而到达出射侧衍射光栅12(B)的光线，以与入射角相同的角度出射。即，以与入射角相同的角度出射的光被复制。此外，绿色光L(G)以及红色光L(R)也以与蓝色光L(B)相同的角度入射于蓝色用的导光板1(B)，但是绿色光L(G)以及红色光L(R)的波长比蓝色光L(B)长，所以以比蓝色光L(B)大的角度衍射。
图4以及图6中，从蓝色用的导光板1出射的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)，以与相对于蓝色用的导光板1(B)的入射角相同的入射角入射于绿色用的导光板1(G)的入射侧衍射光栅11(G)。绿色用的导光板1(G)的衍射光栅的光栅周期P2被设定为，使得针对入射角为±7°的范围的绿色波段的光的+1级衍射光以及-1级衍射光都以比导光板1(G)的临界角大的角度衍射，衍射光从入射位置向+y方向以及-y方向这两个方向在导光板1(G)内传播。
更为具体而言，绿色用的导光板1(G)的入射侧衍射光栅11(G)以及出射侧衍射光栅12(G)的光栅周期P2设定为0.464μm，使得绿色光L(G)的波段中的最短波长(λcg＝0.52μm)的1级衍射角等于导光板(折射率＝1.64)的临界角(37.6°)。图6中，示出绿色光L(G)的波段中的最短波长(λcg＝0.52μm)入射于绿色用的导光板1(G)的情况C41(G)的光线和绿色光L(G)的波段中的最长波长(0.54μm)入射于绿色用的导光板1(G)的情况C42(G)的光线。另外，图6中，示出绿色光L(G)的波段中的最短波长(λcg＝0.52μm)入射于绿色用的导光板1(G)的情况C41(G)的光线和绿色光的波段中的最长波长(0.54μm)入射于绿色用的导光板的情况C42(G)的光线重叠的情况C43(G)的状况。如图6所示，绿色光L(G)的波段中的最短波长与最长波长之间仅有0.02μm的差，所以两者的衍射角的差小。故而，两者的光的出射位置的差小。
另外，如图6所示，绿色用的导光板1(G)的入射侧衍射光栅11(G)的光栅高度H21设定为，使得在绿色光L(G)的波段中的从最短波长(λcg＝0.52μm)到最长波长(0.54μm)的范围内1级衍射效率变高。本方式中，入射侧衍射光栅11(G)的光栅高度H21设为使得相对于垂直入射的波长0.52μm的绿色光L(G)1级衍射效率变高、相对于垂直入射的蓝色光L(B)和/或红色光L(R)的衍射效率变低的高度。本方式中，入射侧衍射光栅11(G)的光栅高度H21例如约为0.60μm。另外，由于优选地，出射侧衍射光栅的1级衍射效率比入射侧衍射光栅的1级衍射效率低，因此出射侧衍射光栅12(G)的光栅高度H22比约0.60μm低。由此，能够使从出射侧衍射光栅12(G)出射的光量分布适当化。
在这样构成的绿色用的导光板1(G)中，入射侧衍射光栅11(G)与出射侧衍射光栅12(G)的光栅周期P2相等，所以在导光板1(G)内以全反射的方式传播而到达出射侧衍射光栅12(G)的光线，以与入射角相同的角度出射。因此，以与入射角相同的角度出射的光被复制。
图4以及图7中，从绿色用的导光板1(B)出射的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)，以与相对于蓝色用的导光板1(B)的入射角相同的入射角入射于红色用的导光板1(R)的入射侧衍射光栅11(R)。红色用的导光板1(R)的衍射光栅的光栅周期设定为，使得相对于入射角为±7°的范围的红色波段的光的+1级衍射光以及-1级衍射光都以比导光板1(R)的临界角大的角度衍射，衍射光从入射位置向+y方向以及-y方向这两个方向在导光板1(R)内传播。
更为具体而言，红色用的导光板1(R)的入射侧衍射光栅11(R)以及出射侧衍射光栅12(R)的光栅周期P3设定为0.535μm，使得红色光L(R)的波段中的最短波长(λcr＝0.60μm)的1级衍射角等于导光板1(R)(折射率＝1.64)的临界角(37.6°)。图7中，示出红色光L(R)的波段中的最短波长(λcr＝0.60μm)入射于红色用的导光板1(R)的情况C41(R)的光线与红色光L(R)的波段中的最长波长(0.62μm)入射于红色用的导光板1(R)的情况C42(R)的光线。另外，图7中，示出红色光L(R)的波段中的最短波长(λcr＝0.60μm)入射于红色用的导光板1(R)的情况C41(R)的光线与红色光L(R)的波段中的最长波长(0.62μm)入射于红色用的导光板1(R)的情况C42(R)的光线重叠的情况C43(R)的状况。如图7所示，红色光L(R)的波段中的最短波长与最长波长之间仅有0.02μm的差，所以两者的衍射角的差小。故而，两者的光的出射位置的差小。
另外，红色用的导光板1(R)的入射侧衍射光栅11(R)的光栅高度H31设定为，使得在红色光L(R)的波段中的从最短波长(λcr＝0.60μm)到最长波长(0.62μm)的范围内1级衍射效率变高。本方式中，入射侧衍射光栅11(R)的光栅高度H31设为使得相对于垂直入射的波长0.60μm的红色光1级衍射效率变高、相对于垂直入射的蓝色光和/或绿色光的衍射效率变低的高度。本方式中，入射侧衍射光栅11(R)的光栅高度H31约为0.70μm。另外，由于优选地，出射侧衍射光栅12(R)的1级衍射效率比入射侧衍射光栅11(R)的1级衍射效率低，因此出射侧衍射光栅12(R)的光栅高度H32比约0.70μm低。由此，能够使从出射侧衍射光栅12(R)出射的光量分布适当化。
在这样构成的红色用的导光板1(R)中，入射侧衍射光栅11(R)与出射侧衍射光栅12(R)的光栅周期P3相等，所以在导光板1(R)内以全反射的方式传播而达到出射侧衍射光栅12(R)的光线，以与入射角相同的角度出射。因此，以与入射角相同的角度出射的光被复制。此时，红色用的导光板1(R)的衍射光栅的光栅高度设定为，使得在红色光L(R)的波长下衍射效率变高，所以相对于蓝色光L(B)以及绿色光L(G)的衍射效率低。故而，能够抑制不需要的衍射光的影响。
本方式的光束直径放大元件10中，从蓝色用的导光板1(B)出射的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)，依次入射于绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)，并由设置于这些导光板的衍射光栅衍射。另外，从绿色用的导光板1(G)出射的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)，入射于红色用的导光板1(R)以及红色用的导光板1(R)、并由设置于这些导光板的衍射光栅衍射。此时，绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)中，会出射必要的角度以外的不需要的衍射光。在这样的情况下，在不需要的衍射光的衍射角比7°充分大的情况下，也能够在后段进行遮蔽或吸收。
(本方式的主要效果)
如以上说明的那样，本方式的光束直径放大元件10中，导光板1(B)、1(G)、1(R)分别具有实施方式1中所说明的构成，所以光束直径以充分放大了的状态出射。因此，能够抑制光束直径放大元件的大小变大，光的利用效率高。另外，蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)中，上述那样设定了光栅周期，所以能够将各导光板1(B)、1(G)、1(R)中、在导光板内传播的光线的角度设定为相同。因此，如果导光板1(B)、1(G)、1(R)的厚度相同，则能够使从光束直径放大元件出射的蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)中的各光线的间隔相同，所以能够统一各色出射光的光量分布。因此，能够抑制出射光束内的颜色不均的发生。另外，各导光板1(R)、1(G)、1(B)按对应的光的波长从短到长的顺序配置，所以能够抑制不需要的衍射光的产生。
此外，蓝色光、绿色光以及红色光中，0.02μm的光谱范围，例如，能够通过在下述的液晶装置与作为光源的LED之间插入带通滤波器来实现。另外，在使用有机电致发光装置的情况下，上述光谱范围可以通过在有机电致发光元件中设置微小光共振器构造来实现。
[实施方式3]
图8是示出本发明的实施方式3涉及的光束直径放大元件10的一个方式的说明图。此外，图8中，朝向图面在左侧示出红色光L(R)的光束直径放大的情况C51，朝向图面在右侧示出蓝色光L(B)的光束直径放大的情况C53，朝向图面在中央示出绿色光L(G)的光束直径放大的情况C52。另外，本方式的基本构成与实施方式2同样，所以对共同的部分标注相同的符号并省略对这些的说明。
上述实施方式2涉及的光束直径放大元件10中，从图像光的入射侧朝向出射侧，蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)沿着光轴L依次配置。相对于此，本方式的光束直径放大元件10中，如图8所示，从图像光的入射侧朝向出射侧，红色用的导光板1(R)、绿色用的导光板1(G)以及蓝色用的导光板1(B)沿着光轴L依次配置。即，各导光板1(R)、1(G)、1(B)按对应的光的波长从长到短的顺序配置。
因此，本方式的光束直径放大元件10的各构成要素与本发明中的构成要素有以下关系。
导光板1(R)＝第1导光板
面1a(R)＝第1面
面1b(R)＝第2面
入射侧衍射光栅11(R)＝第1入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(R)＝第1出射侧衍射光栅
导光板1(G)＝第2导光板
面1a(G)＝第3面
面1b(G)＝第4面
入射侧衍射光栅11(G)＝第2入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(G)＝第2出射侧衍射光栅
导光板1(B)＝第3导光板
面1a(B)＝第5面
面1b(B)＝第6面
入射侧衍射光栅11(B)＝第3入射侧衍射光栅
出射侧衍射光栅12(B)＝第3出射侧衍射光栅
红色光L(R)＝第1光线
绿色光L(G)＝第2光线
蓝色光L(B)＝第3光线
关于其他的构成，由于具有与参照图3说明了的导光板同样的构成，所以省略说明。在该光束直径放大元件10中，也与实施方式2涉及的光束直径放大元件10同样地能够起到使各色出射光的光量分布一致等与实施方式2同样的效果。
[实施方式4]
图9是示出具备应用了本发明的光束直径放大元件10的显示装置的构成例的说明图。图10是示出图9所示的显示装置的光学系统的说明图。图11是图10所示的光学系统的出射光瞳的说明图。
图9所示的显示装置100是具有眼镜那样的外观的头部佩戴型显示装置(HeadMounted Display)。显示装置100能够使佩戴显示装置100的观察者识别图像光，并且能够使观察者通过透视观察外界像。显示装置100具备：覆盖观察者的眼前的光学面板110；支承光学面板110的框架121；和设置于框架121的侧框的第1驱动部131以及第2驱动部132。光学面板110具有第1面板部分111与第2面板部分112，第1面板部分111与第2面板部分112成为在中央连结为一体的板状的部件。朝向图面，左侧的第1面板部分111与第1驱动部131组合而成的第1显示装置100A，为左眼用的部分，也单独作为虚像显示装置发挥功能。另外，朝向图面，右侧的第2面板部分112与第2驱动部132组合而成的第2显示装置100B，为右眼用的部分，也单独作为虚像显示装置发挥功能。
这里，第2显示装置100B具有与第1显示装置100A同样的构造且是使左右反转而成的构成，以下的说明中，以第1显示装置100A为中心进行说明，省略第2显示装置100B的详细说明。
如图10所示，第1显示装置100A具备图像光投射装置15以及导光光学装置20。图像光投射装置15与图9中的第1驱动部131相当，导光光学装置20与图9中的第1面板部分111相当。此外，在图9所示的第2显示装置100B中，图像光投射装置15与第2驱动部132相当，导光光学装置20与第2面板部分112相当。
图像光投射装置15具有图像形成装置16与投射光学系统17。图像形成装置16具有出射二维照明光的照明装置、透射型的液晶显示器件和控制照明装置以及液晶显示器件的工作的驱动控制部，只是省略了图示。照明装置产生包含红色、绿色、蓝色这3色的光，液晶显示器件对来自照明装置的照明光进行空间调制而形成应成为动态图像等显示对象的图像光L1。
本方式中，投射光学系统17具备准直透镜18，该准直透镜18具有将从图像形成装置16(液晶显示器件)上的各点出射的图像光L1的光线会聚的光焦度(power)。此外，作为图像形成装置16，也可以使用通过MEMS等反射镜使来自光源的光反射而形成图像的反射型的空间光调制器和/或有机电致发光显示元件。
导光光学装置20具备：被图像光L1照射的被照射区域21；和将从被照射区域21入射而行进来的光作为显示光L2出射的显示光出射区域23。
本方式中，导光光学装置20具有：光束直径放大元件10；和将从光束直径放大元件10出射的图像光L1导向与y方向(第1方向)交叉的x方向(第2方向)的导光光学系统25。光束直径放大元件10是应用了本发明的光束直径放大元件，例如，具有参照实施方式2说明了的构成。导光光学系统25具有沿x方向延伸的导光板30。导光板30具有：在x方向的一侧的端部与光束直径放大元件10相对的入射侧衍射光栅31；和在x方向的另一侧的端部与眼睛E相对的出射侧衍射光栅32，由出射侧衍射光栅32构成显示光出射区域23。
这里，光束直径放大元件10的y方向上的尺寸，比导光光学系统25(导光板30)的y方向上的尺寸小。因此，光束直径放大元件10未从导光光学系统25(导光板30)向y方向伸出。
本方式中，y方向(第1方向)与纵方向相当，光束直径放大元件10中，3块导光板(蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R))分别沿纵方向(y方向)延伸。另外，3块导光板(蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R))分别设置有：光栅沿x方向延伸的入射侧衍射光栅11(B)、11(G)、11(R)；和光栅沿x方向延伸的出射侧衍射光栅12(B)、12(G)、12(R)。
因此，从图像光投射装置15出射的图像光L1，在入射于光束直径放大元件10并由光束直径放大元件10将光束直径在纵方向(y方向)放大之后，向导光板30的入射侧衍射光栅31出射。接着，从导光板30的入射侧衍射光栅31入射的光，在导光板30内沿x方向(第2方向)传播，在从导光板30的出射侧衍射光栅32朝向眼睛E出射期间在横方向(x方向)上被光瞳放大。
这里，图像光投射装置15中，如图11所示，从图像形成装置16出射的图像光由投射光学系统17的准直透镜18变换为平行光。这里，投射光学系统17的出射光瞳170，在光轴方向上位于光束直径放大元件10的入射面(蓝色用的导光板1(B)的面1a(B))与光束直径放大元件10的出射面(红色用的导光板1(R)的面1b(R)之间。本方式中，投射光学系统17的出射光瞳170位于绿色用的导光板1(G)的面1a(G)。因此，能够使图像光L1的所有视场角的光入射于光束直径放大元件10所使用的蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)的入射侧衍射光栅11(B)、(G)、(R)。因此，能够遍及画面全体，显示蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)的所有颜色的图像。此外，优选地，将投射光学系统17的出射光瞳170在光轴方向上配置于光束直径放大元件10的入射面(蓝色用的导光板1(B)的面1a(B))与光束直径放大元件10的出射面(红色用的导光板1(R)的面1b(R)之间。通过该构成，能够更可靠地使图像光L1的所有视场角的光入射于光束直径放大元件10所使用的蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R)的入射侧衍射光栅11(B)、(G)、(R)。因此，能够更可靠地遍及画面全体显示蓝色光L(B)、绿色光L(G)以及红色光L(R)的所有颜色的图像。
[实施方式5]
图12是示出具备应用了本发明的光束直径放大元件10的显示装置的另一构成例的说明图。此外，本方式的基本构成与实施方式4同样，所以对共同的部分标注相同的符号并省略它们的详细说明。
如图12所示，本方式的第1显示装置100A也与实施方式4同样，图像光投射装置15具有图像形成装置16和投射光学系统17。导光光学装置20具有：光束直径放大元件10；和将从光束直径放大元件10出射的图像光L1导向与y方向(第1方向)交叉的x方向(第2方向)的导光光学系统25。光束直径放大元件10是应用了本发明的光束直径放大元件，例如具有参照实施方式2说明了的构成。导光光学系统25具有沿x方向延伸的导光板30。这里，光束直径放大元件10的y方向上的尺寸比导光光学系统25(导光板30)的y方向上的尺寸小。因此，光束直径放大元件10未从导光光学系统25(导光板30)向y方向伸出。
本方式中，y方向(第1方向)与横方向相当，光束直径放大元件10中，3块导光板(蓝色用的导光板1(B)、绿色用的导光板1(G)以及红色用的导光板1(R))分别沿横方向(y方向)延伸。另外，x方向(第2方向)与纵方向相当，导光板30沿纵方向(x方向)延伸。
在这样构成的第1显示装置100A中，也与实施方式4同样，从图像光投射装置15出射的图像光L1在入射于光束直径放大元件10并由光束直径放大元件10将光束直径在横方向(y方向)上放大之后，向导光板30的入射侧衍射光栅31出射。接着，从导光板30的入射侧衍射光栅31入射的光，在导光板30内沿x方向(第2方向)传播，在从导光板30的出射侧衍射光栅32朝向眼睛E出射的期间，在纵方向(x方向)上被光瞳放大。
[其他实施方式]
实施方式2、3、4、5中，光束直径放大元件10具有3块导光板，但是也可以采用具有2块导光板的构成。该情况下，例如，2块导光板中的1块进行蓝色光L(B)与绿色光L(G)的光束直径的放大，另1块进行红色光L(R)的光束直径的放大。

Claims (13)

1.一种光束直径放大元件，其特征在于，具有：
第1导光板，其具备第1面以及作为与所述第1面相反侧的面的第2面；
第1入射侧衍射光栅，其设置于所述第1面；以及
第1出射侧衍射光栅，其设置于所述第2面，
所述第1面被设置为与所述第2面平行，
所述第1入射侧衍射光栅与所述第1出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向互为相同方向且光栅周期互为相同周期，
所述第1导光板的折射率是使得入射于所述第1入射侧衍射光栅的第1光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，
在将与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向交叉的方向设为第1方向时，
由所述第1入射侧衍射光栅衍射后的所述第1光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第1导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第1出射侧衍射光栅出射，
在所述光栅方向上，设置于所述第2面的所述第1出射侧衍射光栅的区域形成得比设置于所述第1面的所述第1入射侧衍射光栅的区域广阔。
2.根据权利要求1所述的光束直径放大元件，其特征在于，具有：
第2导光板，其具备与所述第1导光板的所述第2面相对置的第3面和作为与所述第3面相反侧的面的第4面；
第2入射侧衍射光栅，其设置于所述第3面；以及
第2出射侧衍射光栅，其设置于所述第4面，
所述第3面被设置为与所述第4面平行，
所述第2入射侧衍射光栅与所述第2出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向互为相同方向且光栅周期互为相同周期，
所述第2入射侧衍射光栅的光栅方向被设置为：与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向为相同方向，
所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期被设置为：不同于所述第1入射侧衍射光栅的光栅周期的周期，
所述第2导光板的折射率是使得波长与所述第1光线不同的第2光线入射于所述第2入射侧衍射光栅时的所述第2光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，
由所述第2入射侧衍射光栅衍射后的所述第2光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第2导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第2出射侧衍射光栅出射。
3.根据权利要求2所述的光束直径放大元件，其特征在于，具有：
第3导光板，其具备与所述第2导光板的所述第4面相对置的第5面和作为与所述第5面相反侧的面的第6面；
第3入射侧衍射光栅，其设置于所述第5面；以及
第3出射侧衍射光栅，其设置于所述第6面，
所述第5面被设置为与所述第6面平行，
所述第3入射侧衍射光栅与所述第3出射侧衍射光栅被设置为：光栅方向互为相同方向且光栅周期互为相同周期，
所述第3入射侧衍射光栅的光栅方向被设置为：与所述第1入射侧衍射光栅的光栅方向为相同方向，
所述第3入射侧衍射光栅的光栅周期被设置为：不同于所述第1入射侧衍射光栅以及所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期的周期，
所述第3导光板的折射率是使得波长不同于所述第1光线以及所述第2光线的第3光线入射于所述第3入射侧衍射光栅时的所述第3光线的+1级衍射光的衍射角以及-1级衍射光的衍射角分别变为临界角以上的角度的折射率，
由所述第3入射侧衍射光栅衍射后的所述第3光线的+1级衍射光以及-1级衍射光，在所述第3导光板内向所述第1方向上的相互相反的方向传播而从所述第3出射侧衍射光栅出射。
4.根据权利要求3所述的光束直径放大元件，其特征在于，
在将所述第1入射侧衍射光栅的光栅周期设为P1、将所述第2入射侧衍射光栅的光栅周期设为P2、并且将所述第3入射侧衍射光栅的光栅周期设为P3时，
所述光栅周期P1、P2、P3满足以下关系：
P1＜P2＜P3。
5.根据权利要求3或4所述的光束直径放大元件，其特征在于，
在将所述第1入射侧衍射光栅的光栅高度设为H11、将所述第2入射侧衍射光栅的光栅高度设为H21、并且将所述第3入射侧衍射光栅的光栅高度设为H31时，
所述光栅高度H11、H21、H31满足以下关系：
H11＜H21＜H31。
6.根据权利要求5所述的光束直径放大元件，其特征在于，
在将所述第1出射侧衍射光栅的光栅高度设为H12、将所述第2出射侧衍射光栅的光栅高度设为H22、并且将所述第3出射侧衍射光栅的光栅高度设为H32时，
所述光栅高度H11、H12、H21、H22、H31、H32满足以下关系：
H12＜H11＜H22＜H21＜H32＜H31。
7.根据权利要求1所述的光束直径放大元件，其特征在于，
在将所述第1入射侧衍射光栅以及所述第1出射侧衍射光栅的光栅周期设为P、将所述第1光线的光谱的半值宽度中的最短波长设为λc、并且将所述第1光线相对于所述第1入射侧衍射光栅的最大入射角设为θmax时，
光栅周期P、最短波长λc以及最大入射角θmax满足以下关系：
P≤λc/[sin(θmax)+1]。
8.一种显示装置，其特征在于，
是具备权利要求1所述的光束直径放大元件的显示装置，
该显示装置具有：
图像光投射装置，其具备图像生成装置以及准直透镜，使在所述图像生成装置中生成的图像光经由所述准直透镜入射于所述光束直径放大元件；以及
导光光学系统，其将从所述光束直径放大元件出射的图像光导向与所述第1方向交叉的第2方向。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述图像光投射装置的出射光瞳位于所述光束直径放大元件的入射面与出射面之间。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述出射光瞳位于所述光束直径放大元件的入射面与出射面的中间。
11.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述光束直径放大元件的所述第1方向上的尺寸比所述导光光学系统的第1方向上的尺寸小。
12.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述第1方向是所述显示装置的纵方向，
所述第2方向是所述显示装置的横方向。
13.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，
所述第1方向是所述显示装置的横方向，
所述第2方向是所述显示装置的纵方向。
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