CN107193130B - 显示装置和导光装置 - Google Patents

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Abstract

提供即使从光源射出的光发生了波长变动时也能抑制分辨率降低等的显示装置和导光装置。显示装置具有：第一衍射元件(61)，使从图像光生成装置射出的图像光偏转；及第二衍射元件(35)，配置于从图像光生成装置的光源部(51)至第一衍射元件(61)的光路上。在单一波长的光线从法线方向射入时，第一衍射元件(61)和第二衍射元件(35)向一方向射出衍射效率最高的衍射光。当从第二衍射元件(35)到第一衍射元件(61)之间的光的反射次数与中间图像生成次数之和为偶数时，在第一衍射元件(61)与第二衍射元件(35)间，从法线方向射入光线时射出衍射效率最高的衍射光的方向在以各自的入射面的法线方向为基准时为同侧，上述的和为奇数时为相反侧。

Description

显示装置和导光装置
技术领域
本发明涉及利用衍射元件显示图像的显示装置和导光装置。
背景技术
作为用到了全息元件等衍射元件的装置，可例示全息记录再生装置、通过衍射元件使图像光入射到使用者的瞳孔的显示装置等。在全息元件中，为了能在特定波长得到最高衍射效率，使干涉条纹的间距最佳化。但是，在使用半导体激光器等作为光源的情况下，即使半导体激光器以单一模式振荡，也具有某种程度的光谱宽度，与特定波长偏离的波长的光成为使分辨率降低的原因。另外，在半导体激光器中，有时会受到环境温度等的影响而导致出射光的波长变动，在这种情况下，也成为使分辨率降低的原因。因此，提出了在全息元件等衍射元件的前段使用吸收波长变动的全息元件的构成(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-338847号公报
但是，在为了实现装置的小型化、提高设计的自由度、校正各种像差而在两个衍射元件之间配置有反射镜、透镜等光学部件的情况下，存在如下问题：即、由于两个衍射元件的朝向，当与特定波长偏离的波长的光入射至两个衍射元件时，与特定波长偏离的波长的光到达离到达目标地点远的位置，反而导致分辨率降低。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的技术问题在于，提供即使从光源射出的光发生了波长变动也能抑制分辨率降低等的显示装置和导光装置。
为解决上述技术问题，根据本发明所涉及的显示装置的一方面，其特征在于，具有：图像光生成装置，射出图像光；第一衍射元件，使入射至所述第一衍射元件的第一入射面的所述图像光以朝着观察者的眼睛的方式偏转；以及第二衍射元件，配置于所述图像光生成装置与所述第一衍射元件之间的光路上，使入射至所述第二衍射元件的第二入射面的所述图像光以朝向所述第一衍射元件的方式偏转，所述第一衍射元件是在从所述第一入射面的法线方向射入了光时在第一方向上具有最高衍射效率的元件，所述第二衍射元件是在从所述第二入射面的法线方向射入了光时在第二方向上具有最高衍射效率的元件，在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为偶数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为彼此相同的方向，在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为互不相同的方向。
另外，根据本发明的导光装置的一方面，其特征在于，具有：第一衍射元件，使从光源射出的、入射至所述第一衍射元件的第一入射面的光偏转；以及第二衍射元件，配置于所述光源与所述第一衍射元件之间的光路上，使入射至所述第二衍射元件的第二入射面的所述光以朝向所述第一衍射元件的方式偏转，所述第一衍射元件是在从所述第一入射面的法线方向射入了光时在第一方向上具有最高衍射效率的元件，所述第二衍射元件是在从所述第二入射面的法线方向射入了光时在第二方向上具有最高衍射效率的元件，在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为偶数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为彼此相同的方向，在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为互不相同的方向。
在本发明中，第一衍射元件使从图像光生成装置射出的图像光偏转而入射到观察者的眼睛，第二衍射元件配置于从图像光生成装置的光源至第一衍射元件之间，用于吸收波长变动。在此，第一衍射元件和第二衍射元件是全息元件、闪耀衍射元件，在从法线方向射入了光线时，第一衍射元件和第二衍射元件向一方向射出衍射效率最高的衍射光。为此，当第一衍射元件与第二衍射元件的朝向不合适时，无法吸收波长变动，由波长变动所致的分辨率降低增大。然而，在本发明中，在从第二衍射元件到第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为偶数的情况下，在第一衍射元件和第二衍射元件中，当从法线方向射入了光线时射出衍射效率最高的衍射光的一侧在以各自的入射面的法线方向为基准时位于相同侧。为此，即使从光源射出的光发生了波长变动，这样的波长变动也会在第一衍射元件和第二衍射元件中相抵消。与此相对地，在从第二衍射元件到第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数的情况下，在第一衍射元件和第二衍射元件中，当从法线方向射入了光线时射出衍射效率最高的衍射光的一侧在以对应各自的入射面的法线方向为基准时位于相反侧。为此，即使从光源射出的光发生了波长变动，这样的波长变动也会在第一衍射元件和第二衍射元件中相抵消。因此，即使从光源射出的光发生了波长变动时，也能抑制分辨率的降低等。
在本发明的一方面中，可采用上述第一衍射元件和上述第二衍射元件是反射型全息元件(reflective holographic element)的方式。另外，在本发明的一方面中，也可以采用上述第一衍射元件和上述第二衍射元件是体积全息元件(volume holographicelement)的方式。
在本发明的另一方式中，可采用在上述第一衍射元件和上述第二衍射元件中线性延伸的多个干涉条纹相并列的方式。根据这样的构成，能与平面波对应。
另外，在本发明的另一方式中，可采用在上述第一衍射元件和上述第二衍射元件中弯曲延伸的多个干涉条纹相并列的方式。根据该构成，能与球面波对应。
在本发明中，可采用在上述第一衍射元件和上述第二衍射元件中设有间距不同的多种干涉条纹的方式。
附图说明
图1是表示应用了本发明的显示装置的外观的一方式的说明图。
图2是表示应用了本发明的显示装置的光学系统的一方式的说明图。
图3是在应用了本发明的显示装置中使用的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图4是对应球面波的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图5是本发明的实施例1所涉及的显示装置的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图6是本发明的比较例1所涉及的显示装置的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图7是本发明的实施例1和比较例1所涉及的导光装置中的光线图。
图8是本发明的实施例1的变形例1和比较例1的变形例1所涉及的导光装置中的光线图。
图9是本发明的实施例1的变形例2和比较例1的变形例2所涉及的导光装置中的光线图。
图10是本发明的实施例2所涉及的显示装置的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图11是本发明的比较例2所涉及的显示装置的第一衍射元件和第二衍射元件的说明图。
图12是本发明的实施例2和比较例2所涉及的导光装置中的光线图。
附图标记说明
20：扫描光学系统；21：扫描镜；35：第二衍射元件；51：光源部；52：光学系统；54：中继透镜系统；55：投射透镜系统；56a：右眼用图像光生成装置；56b：左眼用图像光生成装置；57：导光装置；58：光束直径扩大元件；61：第一衍射元件；61a：右眼用偏转部件；61b：左眼用偏转部件；62a、62b：镜腿；65：前部分；70：图像光生成装置；100：显示装置；350、610：反射型体积全息元件；351、611：干涉条纹(interference fringe)；355：第二入射面；355、546、547：镜/反射镜(mirror)；511(R)：红色用激光元件；511(G)：绿色用激光元件；511(B)：蓝色用激光元件；545：中间图像生成透镜；615：第一入射面。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。需要注意的是，在以下的说明中，将上下方向设为X方向，将横向设为Y方向，将前后方向设为Z方向，并对上下方向、横向和前后方向标上X、Y和Z进行说明。
(显示装置的构成例)
图1是表示应用了本发明的显示装置100的外观的一方式的说明图。图2是表示应用了本发明的显示装置100的光学系统的一方式的说明图。在图1中，显示装置100是头部佩戴型的显示装置，具有将激光作为光源的右眼用图像光生成装置56a、使从右眼用图像光生成装置56a射出的图像光偏转而入射到观察者M的右眼Ea的右眼用偏转部件61a、将激光作为光源的左眼用画像光生成装置56b、以及使从左眼用图像光生成装置56b射出的图像光偏转而入射到观察者M的左眼Eb的左眼用偏转部件61b。显示装置100例如形成为眼镜那样的形状。具体地说，显示装置100具有保持右眼用图像光生成装置56a、右眼用偏转部件61a、左眼用图像光生成装置56b和左眼用偏转部件61b的框架60，框架60佩戴于观察者的头部。框架60具有支撑右眼用偏转部件61a和左眼用偏转部件61b的前部分65，在框架60的右侧的镜腿62a和左侧的镜腿62b各自上设有右眼用图像光生成装置56a和左眼用图像光生成装置56b。在右眼用偏转部件61a和左眼用偏转部件61b上设有后述的第一衍射元件61。
右眼用图像光生成装置56a和左眼用图像光生成装置56b的基本构成相同，因此，在图2中仅说明左眼用图像光生成装置56b的构成，而省略右眼用图像光生成装置56a的说明。如图2所示，左眼用图像光生成装置56b具有：光源部51，射出用于显示图像的光束；扫描光学系统20，具备扫描从光源部51射出的光束而形成图像的扫描镜21；以及光学系统52，使被扫描光学系统20扫描的光束L0a向左眼用偏转部件61b射出。本方式中，在光学系统52中，从扫描光学系统20朝着左眼用偏转部件61b依次配置有具备透镜541、542等的中继透镜系统54和投射透镜系统55。另外，在光学系统52中配置有光束直径扩大元件58。光束直径扩大元件58将从扫描光学系统20射出的光束向与第一扫描方向A1(第一入射方向C1)对应的第一扩大方向B1和与第二扫描方向A2(第二入射方向C2)对应的第二扩大方向B2中的至少一方扩大。
光源部51射出光调制前的光源光或者进行过光调制的调制光。在本方式中，光源部51构成为射出进行过光调制的调制光的调制光出射部。更具体地说，光源部51具有射出红色光(R)的红色用激光元件511(R)、射出绿色光(G)的绿色用激光元件511(G)和射出蓝色光(B)的蓝色用激光元件511(B)作为光源，并具有合成这些激光元件的光路的两个半反射镜512、513和准直透镜514。红色用激光元件511(R)、绿色用激光元件511(G)和蓝色用激光元件511(B)是半导体激光器，在控制部(未图示)的控制下，射出调制为与要显示的图像的各点对应的光强度的光束。
扫描光学系统20沿第一扫描方向A1和与第一扫描方向A1交叉的第二扫描方向A2扫描入射光，并生成图像光L0b。因而，在本方式中，由光源部51和扫描光学系统20构成图像光生成装置70。另外，扫描光学系统20和左眼用偏转部件61b构成为导光装置57。需要注意的是，扫描光学系统20的动作在控制部(未图示)的控制下实施。扫描光学系统20例如可通过使用硅基板等利用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术所形成的微镜装置来实现。
从图像光生成装置70的扫描光学系统20射出的图像光L0b经由中继透镜系统54和投射透镜系统55而投射到左眼用偏转部件61b。在本方式中，显示装置100是视网膜扫描方式的投射型显示装置，由扫描光学系统20沿第一扫描方向A1和与第一扫描方向A1交叉的第二扫描方向A2扫描的图像光L0b通过左眼用偏转部件61b(衍射元件61)而向与第一扫描方向A1对应的第一入射方向C1和与第二扫描方向A2对应的第二入射方向C2偏转。并且，图像光L0b经由左眼Eb的瞳孔E1到达视网膜E2，由此使观察者M识别图像。
本方式中，在左眼用偏转部件61b上设有由反射型体积全息元件610构成的第一衍射元件61。反射型体积全息元件610是局部反射型衍射光学元件，右眼用偏转部件61a和左眼用偏转部件61b是局部透过反射性的合成器。为此，外部光也经由左眼用偏转部件61b(合成器)入射到左眼Eb，因此，使用者能识别由显示装置100形成的图像光L0a与外部光(背景)重叠的图像。在此，第一衍射元件61为向与观察者的眼睛E相反的一侧凹陷的凹曲面，能使图像光L0a朝着观察者的眼睛E高效地聚光。
(第一衍射元件61的构成)
图3是在应用了本发明的显示装置100中使用的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。图4是对应球面波的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。在本方式中，红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)入射到第一衍射元件61，第一衍射元件61使这些色光向规定的方向衍射并射出。因而，如在图3中示意性示出的，在第一衍射元件61中，具有与红色光(R)的波长对应的间距的第一干涉条纹611(R)、具有与绿色光(G)的波长对应的间距的第二干涉条纹611(G)、具有与蓝色光(B)的波长对应的间距的第三干涉条纹611(B)沿厚度方向层叠。这样的干涉条纹611(第一干涉条纹611(R)、第二干涉条纹611(G)和第三干涉条纹611(B))分别作为折射率的变化、透射率的变化、凹凸图案等的形状变化而记录于各全息感光层，干涉条纹611相对于第一衍射元件61的入射面向一方向倾斜。因而，在从法线方向射入了单一波长的光线L1时，第一衍射元件61向一方向射出衍射效率最高的衍射光L2。这样构成的干涉条纹611能够通过使用参照光Lr和物体光Ls对全息感光层进行干涉曝光而形成。此时，若物体光Ls为平面波，则多个干涉条纹611形成为线性并列的状态。需要注意的是，图3中示出了第一干涉条纹611(R)、第二干涉条纹611(G)和第三干涉条纹611(B)形成于不同的层的情况，但有时会在一个层中形成多种干涉条纹，这种情况下，多种干涉条纹记录为相互交叉。
在入射到第一衍射元件61的光为球面波的情况下，在干涉曝光时，例如使用球面波作为物体光Ls。其结果是，如在图4中示意性示出的，弯曲的多个干涉条纹611形成为并列的状态。在此，干涉条纹611以弯曲的状态相对于第一衍射元件61的入射面向一方向倾斜。因而，在从法线方向射入了由单一波长的球面波构成的光线L1时，向一方向射出衍射效率最高的由球面波构成的衍射光L2。这种情况下的干涉条纹611的“倾斜方向”例如可定义为连结干涉条纹611的两端T1、T2的线T0的倾斜度。另外，关于球面波情况下的“入射方向和出射方向”，由于球面在离波源远的位置接近于平面，因此，能以从波源向与平面正交的方向延伸的方向进行定义。
需要注意的是，第一衍射元件61如果是反射型的衍射元件的话，也可以是形成有横截面呈锯齿状的槽的表面起伏(surface-relief)型衍射元件(闪耀光栅)、组合全息元件与表面起伏型衍射元件而得到的表面起伏全息元件(闪耀全息光栅)等，不管在哪种情况下，当从法线方向射入了光线时，均向一方向射出衍射效率最高的衍射光。
(波长变动校正用的第二衍射元件35的构成)
本方式的显示装置100(左眼用图像光生成装置56b)中，在第一衍射元件61中，当射入了特定波长的光线时，使入射光线向特定方向衍射而射出。不过，在红色用激光元件511(R)、绿色用激光元件511(G)和蓝色用激光元件511(B)等半导体激光器中，即使以单一模式进行振荡也具有某种程度的光谱宽度，包含与特定波长偏离的波长的光。另外，在红色用激光元件511(R)、绿色用激光元件511(G)和蓝色用激光元件511(B)等半导体激光器中，有时会受环境温度等的影响而导致出射光的波长发生变动。这种情况下，在第一衍射元件61中，入射光线中的、波长从特定波长发生了变动的光线的衍射方向(出射方向)偏离而使分辨率降低。因此，在本方式的显示装置100和导光装置57中，在从图像光生成装置70的光源部51至第一衍射元件61的光路上设有第二衍射元件35。在本方式中，第二衍射元件35由反射型体积全息元件350构成。
红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)入射至第二衍射元件35，第二衍射元件35使这些色光向规定方向衍射而射出。因而，在第二衍射元件35中，如在图3中示意性示出的，与第一衍射元件61同样地沿厚度方向层叠有具有与红色光(R)的波长对应的间距的第一干涉条纹351(R)、具有与绿色光(G)的波长对应的间距的第二干涉条纹351(G)、具有与蓝色光(B)的波长对应的间距的第三干涉条纹351(B)。这样的干涉条纹351(第一干涉条纹351(R)、第二干涉条纹351(G)和第三干涉条纹351(B))分别与干涉条纹611同样地作为折射率的变化、透射率的变化、凹凸图案等的形状变化而记录于各全息感光层，干涉条纹351相对于第二衍射元件35的入射面向一方向倾斜。因而，在从法线方向射入了单一波长的光线L1时，第二衍射元件35与第一衍射元件61同样地向一个方向射出衍射效率最高的衍射光L2。这样构成的干涉条纹351与干涉条纹611同样地能够通过使用参照光Lr和物体光Ls对全息感光层进行干涉曝光而形成。此时，若物体光Ls为平面波，则多个干涉条纹351形成为线性并列的状态。需要注意的是，在第二衍射元件35中，也与第一衍射元件61同样地，有时也会在一个层中形成多种干涉条纹。
在入射至第二衍射元件35的光为球面波的情况下，在干涉曝光时使用球面波作为物体光Ls。其结果是，如在图4中示意性示出的，形成弯曲的干涉条纹351。这时，干涉条纹351以弯曲的状态相对于第二衍射元件35的入射面向一方向倾斜。因而，在从法线方向射入了由单一波长的球面波构成的光线L1时，向一个方向射出衍射效率最高的由球面波构成的衍射光L2。这种情况下的干涉条纹351的“倾斜方向”例如可定义为连结干涉条纹351的两端T1、T2的线T0的倾斜度。另外，关于球面波时的“入射方向和出射方向”，由于球面在离波源远的位置接近于平面，因此，能以从波源向与平面正交的方向延伸的方向进行定义。
在此，第二衍射元件35担负防止第一衍射元件61上的波长变动的功能，因此，第二衍射元件35的干涉条纹351(第一干涉条纹351(R)、第二干涉条纹351(G)和第三干涉条纹351(B))的间距分别与第一衍射元件61的干涉条纹611(第一干涉条纹611(R)、第二干涉条纹611(G)和第三干涉条纹611(B))的间距相同。另外，在第一衍射元件61和第二衍射元件35中，干涉条纹351、611的间距在面内方向上是相等的。不过，在第一衍射元件61中，有时会采用干涉条纹611的间距在面内方向上不同的方式。例如，在第一衍射元件61中，在中心部与端部处，为了入射到观察者的眼睛而使图像光L0b衍射时的角度是不同的，因此，也可以与此相应地使干涉条纹611的间距不同。这种情况下，也优选第一衍射元件61的干涉条纹611的间距是第二衍射元件35的干涉条纹351的1/2倍到2倍的范围。
需要注意的是，第二衍射元件35如果是反射型的衍射元件的话，也可以是表面起伏型衍射元件、表面起伏全息元件(闪耀全息光栅)等，不管在哪种情况下，当从法线方向射入了入射光线时，均向一个方向射出衍射效率最高的衍射光。
(导光装置57的实施例1)
图5是本发明的实施例1所涉及的显示装置100的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。图6是本发明的比较例1所涉及的显示装置100的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。图7是本发明的实施例1和比较例1所涉及的导光装置57中的光线图。需要注意的是，在图7中，将第一衍射元件61表示为平板状。另外，在图5、图6和图7中，用实线示出相对于第一衍射元件61和第二衍射元件35的干涉条纹间距而言最佳波长的光，用虚线示出向比最佳波长长的波长侧发生了波长变动的光线。另外，在图5、图6和图7中示意性示出了干涉条纹351、611的倾斜方向。
如图5所示，在本方式中，根据图2所示的导光装置57等的构成，使第一衍射元件61和第二衍射元件35的构成最佳化。更具体地说，在本方式中，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和是偶数。为此，当从包括作为第一衍射元件61的入射面的第一入射面615的法线和作为第二衍射元件35的入射面的第二入射面355的法线的假想面的法线方向观察时，在第一衍射元件61和第二衍射元件35中，从各自的入射面的法线方向射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光的方向在以各自的入射面的法线方向为基准时设定为相同侧。
更具体地说，如图5所示，实施例1中，在第二衍射元件35到第一衍射元件61之间配置有扫描镜21和中间图像生成透镜545，在第二衍射元件35到第一衍射元件61之间进行扫描镜21的反射和中间图像生成透镜545的中间图像的生成。因而，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为两次(偶数)。
因此，将从第一入射面615的法线方向射入了光时射出最高衍射效率的光的方向设为第一方向，将从第二入射面355的法线方向射入了光时射出最高衍射效率的光的方向设为第二方向，构成为，在从上述假想面的法线方向观察时，第一方向相对于第一入射面615的法线方向的朝向与第二方向相对于第二入射面355的法线方向的朝向为相同方向。
更具体地，如在图5中用单点划线L11所示，在从法线方向对第一衍射元件61的第一入射面615射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L12)的第一方向在以第一入射面615的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧。另外，如在图5中用单点划线L21所示，在从法线方向对第二衍射元件35的第二入射面355射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L22)的第二方向在以第二入射面355的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧，与第一衍射元件61为同侧。这样的构成通过使参照图3说明的干涉条纹611的倾斜方向与干涉条纹351的倾斜方向相同来实现。
根据这样的构成，如图5和图7的光线图(a)所示，当以从第二衍射元件35的第二入射面355的法线方向射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝着同一方向射出，因此不易发生分辨率的降低。因此，根据本例，例如能将波长变动时的图像偏移抑制为相当于1像素以下。
相对于此，尽管从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为两次(偶数)，但如图6所示的比较例1那样构成的话，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，因此大大地降低分辨率。即，在图6所示的比较例1中，如在图6中用单点划线L11所示，在从法线方向对第一衍射元件61的第一入射面615射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L12)的第一方向在以第一入射面615的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧。相对于此，如在图6中用单点划线L21所示，在从法线方向对第二衍射元件35射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L22)的位置在以第二入射面355的法线方向为基准时位于逆时针方向CCW侧，是与第一衍射元件61相反的一侧。
在这样的构成的情况下，如图6和图7的光线图(c)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线(虚线L2)时的衍射光向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，因此大大地降低分辨率。因此，例如由于波长变动而发生相当于约10像素的图像偏离。
需要注意的是，图7的光线图(b)示出了实施例1中从斜向对第二衍射元件35的第二入射面355射入了光线的情况。在该情况下，也与参照图5所说明的情况同样，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光经由扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，因此不易发生分辨率的降低。
另外，图7的光线图(d)示出了比较例1中从斜向对第二衍射元件35的第二入射面355射入了光线的情况。在该情况下，也与参照图6所说明的情况同样，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光经由扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而大大地降低分辨率。
(实施例1的变形例1)
图8是本发明的实施例1的变形例1和比较例1的变形例1所涉及的导光装置57中的光线图。需要注意的是，在图8中，将第一衍射元件61表示为平板状。另外，在图8中，用实线示出了相对于第一衍射元件61和第二衍射元件35的干涉条纹间距而言最佳波长的光，用虚线示出了向比最佳波长长的波长侧发生了波长变动的光线。另外，图8中示意性示出了干涉条纹351、611的倾斜方向。
图8中示出了在从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为两次(偶数)的情况下本发明的实施例1的变形例1和比较例1的变形例1所涉及的导光装置57中的光线图。即，在本例中，未设置中间图像生成透镜545，在从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间进行扫描镜21的反射和反射镜546的反射。因而，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为两次(偶数)。
这样构成时，在实施例1的变形例1中，如图8的光线图(a)所示，当以从法线方向对第二衍射元件35的第二入射面355射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由扫描镜21和反射镜546入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，从而不易发生分辨率的降低。
另外，在实施例1的变形例1中，如图8的光线图(b)所示，在光线从斜向入射到了第二衍射元件35的第二入射面355的情况下，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)也向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由扫描镜21和反射镜546入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，从而不易发生分辨率的降低。
与此相对地，在比较例1的变形例1中，如图8的光线图(c)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由扫描镜21和反射镜546入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而分辨率大大地降低。
另外，在比较例1的变形例1中，如图8的光线图(d)所示，在光线从斜向入射到了第二衍射元件35的第二入射面355的情况下，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)也向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光经由扫描镜21和反射镜546入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而分辨率大大地降低。
(实施例1的变形例2)
图9是本发明的实施例1的变形例2和比较例1的变形例2所涉及的导光装置57中的光线图。需要注意的是，在图9中，将第一衍射元件61表示为平板状。另外，在图9中，用实线示出了相对于第一衍射元件61和第二衍射元件35的干涉条纹间距而言最佳波长的光，用虚线示出了向比最佳波长长的波长侧发生了波长变动的光线。另外，图9中示意性示出了干涉条纹351、611的倾斜方向。
图9中示出了在从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为0次(偶数)的情况下本发明的实施例1的变形例2和比较例1的变形例2所涉及的导光装置57中的光线图。即，在本例中，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间未设置扫描镜21、中间图像生成透镜545。为此，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为0次(偶数)。
这样构成时，在实施例1的变形例2中，如图9的光线图(a)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，从而不易发生分辨率的降低。
另外，在实施例1的变形例2中，如图9的光线图(b)所示，在光线从斜向入射到了第二衍射元件35的第二入射面355的情况下，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)也向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，从而不易发生分辨率的降低。
与此相对地，在比较例1的变形例2中，如图9的光线图(c)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在入射到第一衍射元件61的第一入射面615的情况下，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而分辨率大大地降低。
另外，在比较例1的变形例2中，如图9的光线图(d)所示，在光线从斜向入射到了第二衍射元件35的第二入射面355的情况下，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)也向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而分辨率大大地降低。
(导光装置57的实施例2)
图10是本发明的实施例2所涉及的显示装置100的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。图11是本发明的比较例2所涉及的显示装置100的第一衍射元件61和第二衍射元件35的说明图。图12是本发明的实施例2和比较例2所涉及的导光装置57中的光线图。需要注意的是，在图12中，将第一衍射元件61表示为平板状。另外，在图11中，省略发射镜547和中间图像生成透镜545，将反射次数与中间图像的生成次数之和简化为1次。在图10、图11和图12中，用实线示出相对于第一衍射元件61和第二衍射元件35的干涉条纹间距而言最佳波长的光，用虚线示出向比最佳波长长的波长侧发生了波长变动的光线。另外，在图10、图11和图12中示意性示出了干涉条纹351、611的倾斜方向。
如图10所示，在本方式中，也与实施例1同样，根据图2所示的导光装置57等的构成，使第一衍射元件61和第二衍射元件35的构成最佳化。更具体地说，在本方式中，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数。为此，从包括第一衍射元件61的第一入射面615的法线和第二衍射元件35的第二入射面355的法线的假想面的法线方向观察时，在第一衍射元件61和第二衍射元件35中，当从各自的入射面的法线方向射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光的方向在以各自的入射面的法线方向为基准时设定为相反侧。
更具体地说，如图10所示，实施例2中，在从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间配置有反射镜547、扫描镜21和中间图像生成透镜545，在第二衍射元件35到第一衍射元件61之间进行反射镜547的反射、扫描镜21的反射和中间图像生成透镜545的中间图像的生成。这种情况下，从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为三次(奇数)。
因此，将从第一入射面615的法线方向射入了光时射出最高衍射效率的光的方向设为第一方向，将从第二入射面355的法线方向射入了光时射出最高衍射效率的光的方向设为第二方向，构成为，在从上述假想面的法线方向观察时，第一方向相对于第一入射面615的法线方向的朝向与第二方向相对于第二入射面355的法线方向的朝向为彼此相反的方向。
例如，如在图10中用单点划线L11所示，在光线从法线方向入射至了第一衍射元件61的第一入射面615时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L12)的第一方向在以第一入射面615的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧。另外，如在图10中用单点划线L21所示，在从第二衍射元件35的第二入射面355的法线方向射入了光线时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L22)的第二方向在以第二入射面355的法线方向为基准时位于逆时针方向CCW侧，为与第一衍射元件61相反的一侧。这样的构成通过使参照图3所说明的干涉条纹611的倾斜方向与干涉条纹351的倾斜方向相反来实现。
根据这样的构成，如图10和图12的光线图(a)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由反射镜547、扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝着同一方向射出，从而不易发生分辨率的降低。
相对于此，尽管从第二衍射元件35到第一衍射元件61之间的反射次数与中间图像的生成次数之和为三次(奇数)，但如图11所示的比较例2那样构成的话，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，因此大大地降低分辨率。即，在图11所示的比较例2中，如在图11中用单点划线L11所示，在光线从法线方向入射至了第一衍射元件61的第一入射面615时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L12)的第一方向在以第一入射面615的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧。另外，如在图11中用单点划线L21所示，在光线从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355时，射出衍射效率最高的衍射光(单点划线L22)的位置在以第二入射面355的法线方向为基准时位于顺时针方向CW侧，与第一衍射元件61为相同侧。
在这样的构成的情况下，如图11和图12的光线图(c)所示，当以最佳波长的光线(实线L1)从法线方向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线(虚线L2)时的衍射光向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由反射镜547、扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而分辨率大大地降低。
需要注意的是，图12的光线图(b)示出了实施例2中光线从斜向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况。在该情况下，也与参照图10所说明的情况同样，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向逆时针方向CCW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由反射镜547、扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向顺时针方向CW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向同一方向射出，因此不易发生分辨率的降低。
另外，图12的光线图(d)示出了比较例2中光线从斜向入射至了第二衍射元件35的第二入射面355的情况。在该情况下，也与参照图11所说明的情况同样，当以射入了最佳波长的光线(实线L1)的情况为基准时，射入了比最佳波长长的波长的光线时的衍射光(虚线L2)向顺时针方向CW侧倾斜。因而，比最佳波长长的波长的光线的衍射光在经由反射镜547、扫描镜21和中间图像生成透镜545入射到第一衍射元件61的第一入射面615时，从比最佳波长的光线更向逆时针方向CCW倾斜的一侧入射。为此，最佳波长的光线和比最佳波长长的波长的光线从第一衍射元件61朝向不同的方向射出，从而大大地降低分辨率。
[其它实施方式]
在上述实施方式中，由光源部51和扫描光学系统20构成了图像光生成装置70，但也可以将本发明应用于通过液晶面板、有机电致发光显示面板、使用了微镜的显示面板来生成图像光的显示装置。在上述实施方式中，也可以在第一衍射元件61和第二衍射元件35中一方或者双方采用了透射型体积全息元件、闪耀衍射元件的情况下应用本发明。

Claims (9)

1.一种显示装置，其特征在于，具有：
图像光生成装置，射出图像光；
第一衍射元件，使入射至所述第一衍射元件的第一入射面的所述图像光以朝向观察者的眼睛的方式偏转；
第二衍射元件，配置于所述图像光生成装置与所述第一衍射元件之间的光路上，用于使入射至所述第二衍射元件的第二入射面的所述图像光以朝向所述第一衍射元件的方式偏转；以及
扫描镜，配置在所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的光路上，
所述第一衍射元件是在从所述第一入射面的法线方向射入了光时在第一方向上具有最高衍射效率的元件，
所述第二衍射元件是在从所述第二入射面的法线方向射入了光时在第二方向上具有最高衍射效率的元件，
在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为偶数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为彼此相同的方向，
在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为互不相同的方向。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述第一衍射元件和所述第二衍射元件是反射型全息元件。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，
所述第一衍射元件和所述第二衍射元件是反射型体积全息元件。
4.根据权利要求2或3所述的显示装置，其特征在于，
在所述第一衍射元件和所述第二衍射元件中，线性延伸的多个干涉条纹相并列。
5.根据权利要求2或3所述的显示装置，其特征在于，
在所述第一衍射元件和所述第二衍射元件中，弯曲延伸的多个干涉条纹相并列。
6.根据权利要求2或3所述的显示装置，其特征在于，
在所述第一衍射元件和所述第二衍射元件中设有间距不同的多种干涉条纹。
7.一种导光装置，其特征在于，具有：
第一衍射元件，使从光源射出的、入射至所述第一衍射元件的第一入射面的光偏转；
第二衍射元件，配置于所述光源与所述第一衍射元件之间的光路上，使入射至所述第二衍射元件的第二入射面的所述光以朝向所述第一衍射元件的方式偏转；以及
扫描镜，配置在所述第一衍射元件与所述第二衍射元件之间的光路上，
所述第一衍射元件是在从所述第一入射面的法线方向射入了光时在第一方向上具有最高衍射效率的元件，
所述第二衍射元件是在从所述第二入射面的法线方向射入了光时在第二方向上具有最高衍射效率的元件，
在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为偶数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为彼此相同的方向，
在从所述第二衍射元件到所述第一衍射元件之间的光的反射次数与中间图像的生成次数之和为奇数的情况下，所述第一衍射元件和所述第二衍射元件配置成，从包括所述第一入射面的法线和所述第二入射面的法线的假想面的法线方向观察时，所述第一方向相对于所述第一入射面的法线方向的朝向与所述第二方向相对于所述第二入射面的法线方向的朝向为互不相同的方向。
8.根据权利要求7所述的导光装置，其特征在于，
所述第一衍射元件和所述第二衍射元件是反射型全息元件。
9.根据权利要求8所述的导光装置，其特征在于，
所述第一衍射元件和所述第二衍射元件是反射型体积全息元件。
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