CN110462489B - 图像显示装置和图像显示元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供能够产生优良的视觉效果的图像显示装置和图像显示元件。图像显示装置设置有第一透明构件(30)、第二透明构件(40)和发射单元(10)。第一透明构件(30)具有用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面(31)。第二透明构件(40)具有布置为面向漫射表面的控制表面(41)并且通过控制在漫射表面的各个点处漫射的光的行进方向形成漫射表面的虚像，并且第二透明构件与第一透明构件(30)集成配置。发射单元(10)将图像光发射到漫射表面(31)。

Description

图像显示装置和图像显示元件
技术领域
本技术涉及图像显示装置和图像显示元件。
背景技术
常规地，已经开发了将图像光投射在透明屏幕等上且显示图像的技术。例如，通过将图像光投射在可以通过其看到背景等的透明屏幕上，可以以图像与背景重叠的方式显示图像。
专利文献1描述了能够显示图像的全息屏幕，同时可以通过该全息屏幕看到背景。根据专利文献1，全息屏幕散射、漫射和发射从视频投影仪入射的视频光。这使得能够为观察者提供显示在全息屏幕上的视频连同安装在全息屏幕后面的对象。参见专利文献1的段[0002]、[0045]、[0046]、图1等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 2003-121944A
发明内容
技术问题
预期通过使用透射屏幕等显示图像的技术将被广泛应用于诸如娱乐、广告和保健的领域。期望能够实现优良的视觉效果的技术。
鉴于如上所述的情况，本技术的目的是提供能够实现优良的视觉效果的图像显示装置和图像显示元件。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本技术的实施方式的图像显示装置包括第一透明构件、第二透明构件和发射部。
第一透明构件包括用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面。
第二透明构件包括控制表面并且与第一透明构件集成，控制表面以面向漫射表面的方式布置，控制在漫射表面的各个点处漫射的光的传播方向，并且形成漫射表面的虚像。
发射部将图像光发射到漫射表面。
图像显示装置包括彼此集成的第一透明构件和第二透明构件，并且将图像光发射到第一透明构件的漫射表面。第二透明构件的控制表面控制在漫射表面上的各个点处漫射的图像光的传播方向，并且形成漫射表面的虚像。这使得能够实现优良的视觉效果。
控制表面可以至少通过衍射、折射或反射漫射光来控制传播方向。
这使得能够通过衍射现象等容易地控制光的传播方向。结果，可以通过使用简单的装置实现优良的视觉效果。
控制表面可以在控制表面的焦点收集漫射光的至少一部分。
例如，这使得能够基于焦点准确控制图像光的传播方向。结果，可以形成高质量的虚像并且实现优良的视觉效果。
漫射表面可以漫射在漫射表面上的各个点上以预定入射角入射的光。
例如，这使得能够漫射具有预定入射角的光并且透射具有与预定入射角不同的入射角的光。这使得能够实现高度透明的屏幕等。
漫射表面可以在预定角度范围内漫射光。
这使得能够控制光漫射范围并且抑制不必要的漫射等。因此，可以形成具有高精度的虚像并且实现优良的视觉效果。
预定角度范围可以基于控制表面的衍射效率的角度依赖性而设置。
例如，通过将光漫射的角度范围设置为高衍射效率的范围，增加形成虚拟图中的大量图像光，并且可以提供明亮图像。
第一透明构件和第二透明构件中的至少一者可以是全息光学元件。
这使得能够通过使用全息光学元件实现具有期望功能的透明构件，并且这使得能够提供各种视觉效果。
第一透明构件可以是反射的全息光学元件。在这种情况下，漫射表面可以漫射和反射在各个点上入射的光。
这使得能够根据例如设备的使用环境、安装位置等配置该设备，并且这使得能够在各种情况下提供优良的视觉效果。
第一透明构件可以是透射的全息光学元件。在这种情况下，漫射表面可以漫射和透射在各个点上入射的光。
这使得能够在各种情况下提供优良的视觉效果。
第二透明构件可以是反射型全息光学元件。在这种情况下，控制表面可具有作为平面镜或凹面镜的光学功能。
这使得能够在各种情况下提供优良的视觉效果。
第二透明构件可以是透射型全息光学元件。在这种情况下，控制表面可具有作为透镜的光学功能。
这使得能够在各种情况下提供优良的视觉效果。
第一透明构件和第二透明构件可以以比控制表面的焦距短的间隔基本上彼此平行的方式布置。
例如，这使得能够在期望的显示位置处容易地形成具有期望尺寸的虚像。此外，可以实现期望的视觉效果。
漫射表面可具有作为控制在各个点处漫射的光的漫射方向的场透镜的光学功能。
例如，这使得漫射表面能够依照控制表面的尺寸等漫射光。结果，增加形成虚像的大量图像光，并且可以提供明亮图像。
第一透明构件和第二透明构件可以经由插入在第一透明构件与第二透明构件之间的透明材料保持。
这使得能够充分防止第一透明构件与第二透明构件之间的空间关系的偏移，并且这使得能够改善透明屏幕等的可靠性。
第一透明构件和第二透明构件可具有对应于R、G和B的相应波长的层叠结构。
这使得能够显示全色图像等。
发射部可包括激光源。
这使得能够准确控制图像光的传播方向等。结果，可以形成高质量的虚像并且实现优良的视觉效果。
第一透明构件可具有圆柱形状。在这种情况下，第二透明构件可以以围绕圆柱形状的中心轴且面向圆柱形状的内周表面或外周表面中的至少一个的方式进行布置。
例如，这使得能够形成圆柱形虚像并且显示整个圆周图像。因此，可以实现优良的视觉效果。
发射部可以将图像光从圆柱形状的内部发射到圆柱形状的外部。
这使得能够减少设备的尺寸。
根据本技术的实施方式的图像显示元件包括第一透明构件和第二透明构件。
第一透明构件包括用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面。
第二透明构件包括控制表面并且与第一透明构件集成，控制表面以面向漫射表面的方式进行布置，控制在漫射表面的各个点处漫射的光的传播方向，并且形成漫射表面的虚像。
本发明的优势效果
如上所述，根据本技术，可以实现优良的视觉效果。应注意，不必限制本文中描述的效果并且可以是本公开中描述的任何效果。
附图说明
[图1]是示出了根据本技术的第一实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。
[图2]是用于描述图像显示装置的光学性能的示意图。
[图3]是示出了图像光通过第一HOE衍射的实例的示意图。
[图4]是示出了图3中示出的第一HOE的衍射效率的实例的曲线图。
[图5]是示出了图3中示出的第一HOE的生成实例的示意图。
[图6]是示出了图像光通过第二HOE衍射的实例的示意图。
[图7]是示出了第二HOE的生成实例的示意图。
[图8]是示出了第二HOE的衍射效率的实例的曲线图。
[图9]是示出了第二HOE的波长性能的实例的曲线图。
[图10]是示出了用于整体保持第一HOE和第二HOE的特定配置的示意图。
[图11]是示出了根据第二实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。
[图12]是示出了图11中示出的第一HOE的生成实例的示意图。
[图13]是示出了根据第三实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。
[图14]是用于描述图像显示装置的光学性能的示意图。
[图15]是示出了图13中示出的第二HOE的生成实例的示意图。
[图16]是示出了根据第四实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。
[图17]是示出了沿着图16中示出的线AA截取的图像显示装置的截面图的示意图。
[图18]是示出了屏幕单元的生成实例的示意图。
[图19]是示出了包括圆柱形屏幕单元的图像显示装置的另一配置实例的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本技术的实施方式。
<第一实施方式>
[图像显示装置的配置]
图1是示出了根据本技术的第一实施方式的图像显示装置的配置实例的示意图。图像显示装置100包括发射部10和屏幕单元20。如图1所示，对于图像显示装置100，从发射部10发射的图像光11入射到屏幕单元20上，并且从屏幕单元20的前侧(图像显示侧面)发射。图像光11构成图像。观察者可以通过观看屏幕单元20的前侧视觉上识别图像等。
在这个实施方式中，XYZ坐标以以下方式设置：X轴方向表示屏幕单元20的厚度方向，并且YZ平面方向表示屏幕单元20延伸的方向，该方向垂直于厚度方向。
发射部10被布置在屏幕单元20的前下侧(左侧)。发射部10朝向屏幕单元20发射图像光11。发射部10能够发射预定发射角范围(视角)内的图像光11。图1示意性地示出了上侧光路12a、下侧光路12b和中间光路12c。上侧光路12a朝向屏幕单元20上方的位置延伸。下侧光路12b朝向屏幕单元20下方的位置延伸。中间光路12c插入上侧光路12a与下侧光路12b之间。应注意，发射部10的安装位置不受限制。
发射部10包括能够发射具有预定波长的激光的激光源。图像光11包括具有高度相干性的相干光(激光)。作为发射部10，例如，可以使用液晶面板、包括数字微镜装置(DMD)的投影仪等。发射部10的特定配置不受限制。例如，可以根据图像显示装置100的尺寸、应用程序等适当地使用小型移动投影仪(微微投影仪)等。可替换地，还可以使用能够发射图像光11的任何装置或机构。
屏幕单元20包括第一全息光学元件(HOE)30和第二HOE 40。第一HOE 30和第二HOE40彼此集成。在这个实施方式中，屏幕20对应于图像显示元件。
HOE是使用全息照相技术的光学元件(全息光学元件)。例如，HOE能够通过利用预记录的干涉图案衍射光来实现诸如光漫射和光路控制的各种光学功能。例如，可以允许漫射具有预定入射角的光并且透射具有与预定入射角不同的入射角的光的角度选择性。在这个实施方式中，第一HOE 30和第二HOE 40用作具有角度选择性的透明光学元件。
第一HOE 30具有板状形状，并且包括第一表面31以及与第一表面31相反的第二表面32。从发射部10发射的图像光11入射到第一表面31上。第一HOE 30以第一表面31和第二表面32的各个平面方向平行于YZ平面方向的方式进行布置。此外，第一HOE以第一表面31面向屏幕单元20的前侧(左侧)的方式进行布置。
在这个实施方式中，透射型全息光学元件(HOE)用作第一HOE 30。透射型全息光学元件(HOE)漫射和透射在第一表面31上入射的光。如图1所示，第一HOE 30漫射在第一表面31上的各个点上入射的图像光11并且将漫射光从第二表面32发射。换言之，第一HOE 30具有基于从发射部10发射至第一表面31上的各个点的图像光11的入射角漫射和透射以入射角入射的光的性能。
以不同的入射角在第一表面31上的各个点上入射的光原样穿过第一HOE 30。例如，在第一表面31上垂直入射的光等穿过第一表面31而不漫射。因此，第一HOE 30的透明性不受损。
此外，第一表面31(第一HOE 30)在预定角度范围Φ内对第一表面31上的各个点上入射的图像光11漫射。例如，预定角度范围Φ根据第二HOE 40的衍射效率的角度依赖性等设置。随后将描述其细节。应注意，还可以适当设置漫射的图像光11的发射方向等。
图1示意性地示出了图像光11a、图像光11b和图像光11c分别穿过上侧光路12a、下侧光路12b和中间光路12c，在第一表面31上的入射点33a、33b和33c上入射且在预定角度范围Φ内漫射的实例。
在这个实施方式中，第一表面31对应于用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面，并且第一HOE 30对应于第一透明构件。应注意，用于漫射光的表面(漫射表面)的安装位置、面积等不受限制。例如，可以根据干涉图案的记录位置等适当地配置漫射表面。
第二HOE 40具有板状形状，并且经由保持机构(未示出)与第一HOE30集成。第二HOE 40包括面向第一HOE 30的第三表面41、以及与第三表面41相反的第四表面42。第二HOE40和第一HOE 30以它们以预定间隔基本上彼此平行的方式进行布置。应注意，以预定间隔短于焦距f(随后描述的)的方式设置预定间隔。
在这个实施方式中，反射型全息光学元件(HOE)用作第二HOE 40。反射型全息光学元件(HOE)朝向光入射侧(左侧)衍射在第三表面41上入射的光。此外，第二HOE以第三表面41具有作为凹面镜的光学功能的方式进行适当配置。
第三表面41控制在第一HOE 30的第一表面上的各个点漫射的图像光的传播方向，并且形成第一表面31的虚像。在这个实施方式中，第三表面41反射(衍射)在漫射表面(第一表面31)上的各个入射点33a至33c处漫射的图像光11。这使得能够在成像平面50上形成从第一表面31穿过反射表面(第三表面41)的各个入射点33a至33c的虚像51a至51c。
图1示意性地示出了形成虚像的图像光43。形成虚像的图像光43从第三表面41朝向观察者的视点1发射。在观察者的视点1，观察到形成虚像的图像光43，如同它是从各个入射点的虚像51a至51c等发射(图1中的虚线箭头)的光。这使得观察者能够在视觉上识别形成在成像平面50上的虚像。
此外，第三表面41包括光轴和焦点。例如，第一表面31的虚像形成在与光轴正交的成像表面50上。第一表面31的虚像具有对应于焦距的尺寸。第三表面41的光轴方向、焦点位置等不受限制。例如，可以根据图像显示装置100的应用等适当设置期望的光轴、焦点等。
在这个实施方式中，第三表面41对应于控制表面，并且第二HOE 40对应于第二透明构件。应注意，控制表面的安装位置、面积等不受限制。例如，可以根据干涉图案的记录位置等适当地配置控制表面。
图2是用于描述图像显示装置100的光学性能的示意图。图2示出了第二HOE 40的光轴2和焦点O。应注意，在图2中省去了发射部10。
第一HOE 30的第一表面31在预定角度范围内漫射各个点上入射的图像光11，并且发射漫射光34。图2示意性地示出了从上侧入射点33d和下侧入射点33e发射的漫射光34d和漫射光34e。
漫射光34穿过第一HOE 30，并且朝向第二HOE 40的第三表面41发射。换言之，第一表面31用作朝向第三表面41显示图像的屏幕。应注意，从第一表面31发射的漫射光34没有发射至观察者的视点1的侧面。因此，观察者不能视觉上识别显示在第一表面31上的图像。
第三表面41反射(衍射)已经在第三表面41上入射的漫射光34并且形成第一表面31的各个点的虚像。此外，漫射和反射光34穿过第一HOE 30，并且朝向观察者的视点1发射。图2示意性地示出了上侧入射点33d的虚像51d和下侧入射点33e的虚像51e。虚像51d和51e形成在成像平面50上。
例如，从上侧入射点33d发射的漫射光34d被第三表面41基于焦点沿着光路反射。具体地，从入射点33d沿平行于光轴O的方向发射的光沿着将入射点33d的虚像51d与焦点O连接的光路反射。沿另一方向发射的光沿着对应于其角度的方向反射。
以类似方式，从下侧入射点33e发射的漫射光34e被第三表面41基于焦点沿着光路反射。换言之，第三表面41以在焦点收集平行的入射光束的方式反射从第一表面31上的各个点发射的漫射光34。这使得能够在成像平面50上形成虚像。虚像是显示在第一表面31上的图像的放大图像。
例如，虚像在其上形成的成像平面50的位置由以下列出的虚像公式表示。
(1/b)＝(1/a)-(1/f)
在此，b是第三表面41与成像平面50之间的距离，并且是表示成像平面50的位置的值。此外，a表示第三表面41与第一表面31之间的距离，并且f表示第三表面41的焦距。例如，可以通过适当设置焦距f和距离a将成像平面50的位置(距离b)设置到期望位置。
此外，m＝b/a表示在第一表面31上显示的图像放大为虚像的放大率m(虚像放大率)。因此，例如，通过适当设置第一HOE 30与第二HOE 40之间的间隔等，可以形成以期望的放大率放大的虚像。
例如，在第三表面41与第一表面31之间的距离a被设置为10mm并且第三表面41的焦距f被设置为100mm的情况下，第三表面41与成像平面50之间的距离b大约为11mm。此外，在此时，虚像放大率m大约为1.1。在这种情况下，以1.1放大率放大的虚像形成在远离背面的第三表面4111mm的位置处。
图3是示出了图像光11通过第一HOE 30衍射的实例的示意图。图4是示出了图3中示出的第一HOE 30的衍射效率的实例的曲线图。
图3示意性地示出了在第一HOE 30的入射点P上入射的图像光11以及从入射点P发射的漫射光34。此外，图4示出了在入射点P上入射的图像光11(再现照明光)的衍射效率与入射角θ之间的关系。应注意，图4中示出的曲线图示出了在曝光波长大约为532nm并且再现波长大约为525nm的情况下获得的结果。
在下文中，基于在图像光11在第一HOE 30上垂直入射的情况下获得的入射角(θ＝零度)，从左上侧入射的图像光11的入射角为+θ，并且从左下侧入射的图像光11的入射角为-θ。
如图3所示，图像光11以约-50°的入射角θ在第一HOE 30上的入射点P上入射。图像光11通过第一表面31在约20°的角度范围内漫射，并且从第二表面32作为漫射光34发射。
如图4所示，在图像光11以约-50°的入射角θ在入射点P上入射的情况下，图像光11最高效地转换为漫射光34。因此，可以以高效率漫射已经从发射部10发射且在入射点P上入射的图像光11。
可替换地，例如，在入射角θ比-30°(几乎垂直于第一表面31的角度)深的情况下，衍射效率为10％或更小，并且大部分图像光11在没有被衍射的情况下穿过第一HOE 30。以类似方式，在入射角θ比-70°浅的情况下，图像光11也穿过第一HOE 30。
在第一表面31上的另一位置(另一入射点)处，以获得最大衍射效率的方式设置另一角度。基于从发射部10在各个点上入射的图像光11的入射角决定在各个点处设置的角度。这使得第一表面31能够将从发射部10发射的图像光11最高效地转换为漫射光34，并且这使得能够对从其他方向入射的光保持透明性。
应注意，在第一表面31上的各个点设置角度以获得最大衍射效率的方式不受限制。例如，可以在整个第一表面31上的每个点处设置相同的角度。此外，还可以为通过将第一表面分为多个区域获得的各个区域设置角度。可替换地，可以根据发射部10的位置、视角等为第一表面31上的各个点适当地设置角度以获得最大的衍射效率。
图5是示出了图3中示出的第一HOE 30的生成实例的示意图。图5示意性地示出了干涉图案在第一HOE 30上曝光时的配置。使用漫射光作为物体光60以形成具有漫射功能的全息图(HOE)。在图5中示出的实例中，使用记录干涉图案之前的全息图干板61、以及能够生成物体光60的漫射板62。
例如，全息图干板61包括对预定波长有反应的感光材料等。全息图干板61的材料等不受限制。例如，可以使用任何感光材料等。漫射板62包括在预定角度范围Φ内漫射和发射入射光的漫射/发射表面63。作为漫射板62，可以使用以预定光分布角度分布入射光的任何漫射板，诸如，透镜阵列漫射板、磨砂玻璃漫射板等。在图5中，使用具有约20°的漫射光角度范围Φ的漫射板62。
如图5所示，全息图干板61的一个表面和漫射板62的漫射/发射表面63以它们彼此靠近的方式进行布置。参考光64从与漫射板62的漫射/发射表面63相对的侧面入射。作为参考光64，使用具有预定波长(曝光波长)的激光等。在图5中，参考光64以约-50°的入射角朝向用作入射点P的位置入射。此外，在其他位置处，参考光64以与从发射部10在各个点上入射的图像光11的角度相似的角度入射。在下文中，参考光64的入射角被称为参考光角度θ’。
在漫射板62上入射的参考光64的一部分通过漫射/发射表面63漫射并且作为物体光60在全息图干板61上入射。此外，参考光64的另一部分穿过漫射/发射表面63，并且在全息图干板61上入射。结果，由参考光64和穿过漫射板62的物体光60产生的干涉图案被记录在全息图干板61上。曝光干涉图案的全息图干板61用作第一HOE 30。应注意，面向漫射/发射表面63的全息图干板61的面对应于第一HOE 30的第一表面31。
通过如上所述曝光第一HOE 30，可以配置具有漫射功能的透射型全息光学元件。此外，基于干涉图案在各个点曝光时使用的参考光角度θ’设置在第一表面31上的各个点上获得最大衍射效率的角度。因此，通过适当地控制参考光角度θ’，第一表面31可以具有期望的角度选择性。
本技术不局限于通过使用不同的参考光角度θ’曝光第一表面31的各个点的情况。例如，还可以通过使用相同的参考光角度θ’曝光整个第一表面31。这使得能够省去用于调整参考光角度θ’的机构等，并且可以容易地曝光第一HOE 30。
应注意，参考图5，已经描述了使用单光通量(参考光64)执行曝光的单光通量曝光。本技术不限于此。在将用于生成漫射光(物体光60)的光与干涉漫射光的参考光64分开时，可以适当地执行生成干涉图案的双光通量曝光等。当执行双光通量曝光时，可以以与参考光角度θ’不同的角度辐射物体光60。例如，可以控制漫射光在第一表面31上的各个点的发射方向。
图6是示出了图像光11通过第二HOE 40衍射的实例的示意图。已经从第一HOE 30的第一表面31上的各个点发射的漫射光34入射到第二HOE 40的第三表面41上。第三表面41具有作为凹面镜的镜面的光学功能。第三表面41以形成第一表面31上的各个点的虚像的方式反射漫射光34。换言之，第三表面41发射形成虚像的图像光43。
形成虚像的图像光43入射到第一HOE 30的第二表面32上。在这种情况下，在第二表面32上形成虚像的图像光43的入射角偏离在第一HOE30上具有高衍射效率(参见图4)的入射角的范围。因此，形成虚像的图像光穿过第一HOE 30而不被第一HOE 30散射。
图7是示出了第二HOE 40的生成实例的示意图。第二HOE 40是反射型全息图，并且通过执行参考光和物体光从不同方向入射从而曝光干涉图案的双光通量曝光生成。
如图7所示，参考光71、物体光72以及记录干涉图案之前的全息图干板70用于第二HOE 40的曝光。全息图干板70包括第五表面73以及与第五表面73相反的第六表面74。
如图7所示，参考光71辐射至全息图干板70的第五表面73，并且物体光72辐射至第六表面。在全息图干板70上，记录干涉图案，并且形成反射型全息图。通过从不同表面入射的参考光71和物体光72之间的干扰形成干涉图案。参考光71和物体光72具有与用于第一HOE 30的曝光的波长相似的波长(曝光波长)。
例如，布置激光源和分离光学系统(它们未被示出)。激光源发射具有曝光波长的激光。分离光学系统包括光束分离器等。具有曝光波长的激光被分离光学系统分离。一个激光作为参考光71被辐射至第五表面73。另一个激光作为物体光72被辐射至第六表面74。这使得能够容易地执行双光通量曝光。当然，可以使用另一配置。
在图7中示出的实例中，参考光71以恒定的参考光角度θ’(约-50°)在第五表面73的整个表面上入射。当曝光全息图干板70的中心部时，物体光72以物体光72基本上垂直于第六表面74的方式在第六表面74上入射。当曝光全息图干板70的上部时，入射角以对象光72从向上倾斜的方向入射的方式倾斜。可替换地，当曝光下部时，入射角以对象光72从向下倾斜的方向入射的方式倾斜。
如上所述，通过调整物体光72在全息图干板70的各个位置的入射角，可以控制通过干涉图案衍射(反射)的图像光11的传播方向。这使得能够在全息图干板70上曝光用作凹面镜的干涉图案。曝光干涉图案的全息图干板70用作第二HOE 40。应注意，全息图干板70的第五表面73对应于第二HOE 40的第三表面41。
记录作为凹面镜的光学功能的方式等不受限制。例如，可以适当控制诸如物体光72的入射角等曝光条件，并且配置具有期望焦距以及期望的光轴方向的第二HOE 40。
图8是示出了第二HOE 40的衍射效率的实例的曲线图。图9是示出了第二HOE 40的波长性能的实例的曲线图。
图8示出了在物体光72垂直入射且执行曝光的区域(中心部)中获得的衍射效率。第二HOE 40具有约532nm的曝光波长、以及约525nm的再现波长。
如图8所示，第二HOE 40对于高效率衍射(反射)在诸如从-65°至-55°的角度范围的约20°的角度范围内入射的图像光11(漫射光34)具有角度依赖性。换言之，第二HOE 40的第三表面41以高衍射效率不仅反射以与用于曝光的参考光角度(约-50°)相似的入射角入射的图像光11，而且反射在约20°的上述角度范围内入射的图像光11。
在这个实施方式中，基于第三表面41的衍射效率的角度依赖性设置通过第一表面31要反射的图像光11的角度范围Φ。例如，基于通过具有高效率的第三表面41可漫射的图像光11的入射角的角度范围设置参考图3描述的漫射光34的角度范围Φ(约-20°)。
这使得第三表面41可以有效反射在约20°的角度范围Φ内通过第一HOE 30的第一表面31漫射的图像光11(漫射光34)。
应注意，即使在与中心部不同的位置处，第二HOE 40具有如图8所示的衍射效率的角度依赖性。因此，第三表面41用作凹面镜，其以高效率反射在第一表面31上的各个点漫射的图像光11。例如，这使得能够改善在成像平面上形成的虚像的亮度等。
图9示出了在具有各种再现波长的激光(图像光11)在第二HOE 40上入射的情况下获得的衍射效率。曲线图的水平轴表示再现波长，并且垂直轴表示衍射效率。如图9所示，第二HOE 40相对于具有约520nm至约540nm的波长的绿光具有高衍射效率。此外，第二HOE 40几乎不衍射具有其他波长的光，并且该光穿过第二HOE 40。
因此，例如，第二HOE 40有效地反射从发射部10发射的图像光11，并且透射来自照明装置等的环境光。如上所述，第二HOE 40具有作为反射型全息图的性能的强波长选择性，并且实现环境光等的高透明度。
图10是示出了用于整体保持第一HOE 30和第二HOE 40的特定配置的示意图。图10中示出的屏幕单元20包括第一HOE 30、第二HOE 40和透明的基底材料80。在这个实施方式中，透明的基底材料80对应于透明材料。
透明的基底材料80具有板状形状，并且插入第一HOE 30与第二HOE40之间。透明的基底材料80的一个表面与第一HOE 30连接，并且另一表面与第二HOE 40连接。因此，屏幕单元20具有第一HOE 30、透明的基底材料80和第二HOE 40按此顺序接合的结构。透明的基底材料80的实例包括任何透明材料，诸如，丙烯酸树脂或聚碳酸酯。
这使得能够将第一HOE 30和第二HOE 40集成为单个屏幕单元20。因此，能够充分防止第一HOE 30与第二HOE 40之间的位置关系偏移。
用于整体保持第一HOE 30和第二HOE 40的特定结构不受限制。可以使用任何保持机构等。例如，当采用第一HOE 30与第二HOE 40之间的间隙是中空的且它们被整体保持的结构时，可以加长HOE之间的光学距离。这使得能够拉开第二HOE 40与在其上形成虚像的成像平面的位置的距离。
以此方式，根据该实施方式的图像显示装置100包括集成的第一HOE30和第二HOE40，并且图像光11发射至第一HOE 30的第一表面31。第二HOE 40的第三表面41控制在第一表面31上的各个点漫射的图像光11的传播方向，并且形成第一表面31的虚像。这使得能够实现优良的视觉效果。
用于将图像光投射在透明屏幕等上且显示图像的方法的实例包括用于显示通过透明屏幕原样漫射的图像光的方法。在这种情况下，观察者观察通过透明屏幕的表面漫射的图像光。因此，透明屏幕的表面用作显示表面。
表面反射发生在透明屏幕的表面以及布置透明屏幕的透明的基底材料的表面上。表面反射是来自照明装置等的光的反射。因此，透明屏幕、透明的基底材料等在视觉上被识别，并且存在观察者不能看到好像图像悬在空中的显示在透明屏幕的表面上的图像的可能性。
在根据该实施方式的图像显示装置100中，通过第一HOE 30的第一表面31漫射的图像光11入射到第二HOE 40的第三表面41上。第三表面41以形成第一表面31的虚像的方式反射(衍射)图像光11。这使得能够在与第一HOE 30和第二HOE 40的表面(诸如，第一表面31)不同的成像平面50上形成第一表面31的虚像。
观察者能够通过看屏幕单元20的前侧视觉上识别在与屏幕单元20的表面不同的位置处形成的虚像。结果，观察者看到好像图像悬在空中的图像，并且观察者可以欣赏好像图像浮在空中的图像显示。
例如，观察者可以视觉上识别显示在屏幕单元20(参见图1)的后表面(第四表面42)的后面的虚像。这使得观察者可以看到在屏幕单元20后面浮在空中的图像。这与出现在屏幕单元20的第一表面31至第四表面42上的表面反射不同。因此，实现了优良的视觉效果。
在这个实施方式中，第一HOE 30以选择性地漫射从发射部10发射的图像光11的方式进行配置。因此，例如，通过第二HOE 40反射的图像光11穿过第一HOE 30而不被漫射。这使得能够充分抑制由光穿过全息图时出现的漫射等所引起的图像的焦外虚化等。因此，可以显示清晰的图像。
此外，通过第一表面31漫射的图像光11的漫射范围(角度范围)被设置为与在第三表面41上实现高衍射效率的角度范围相同的范围。因此，通过第一表面31漫射的图像光11几乎不穿过第二HOE 40，并且图像光11被转换为形成虚像的图像光43。这使得能够显示明亮的虚像，并且显示高度可见的图像。
<第二实施方式>
将描述根据本技术的第二实施方式的图像显示装置。在下文中，将省略或简化关于与以上实施方式中描述的图像显示装置100相似的结构元件和作用的描述。
图11是示出了根据第二实施方式的图像显示装置200的配置实例的示意图。图像显示装置200包括发射部210和屏幕单元220。屏幕单元220包括第一HOE 230和第二HOE240。
发射部210被布置在屏幕单元220的下背侧(右侧)，其与屏幕单元220的前侧相反。发射部210朝向屏幕单元220发射图像光211。图11示出了以约50°的入射角在屏幕单元220上入射的图像光211的光路。当然，本公开不限于此。发射部210还可以以预定视角发射图像光211。
第一HOE 230包括面向屏幕单元220的前侧的第一表面231、以及与第一表面231相反的第二表面232。在这个实施方式中，反射型全息光学元件用作第一HOE 230。反射型全息光学元件漫射和反射在第二表面232上入射的图像光211。基于图像光211在第二表面232上的各个点上入射的入射角，第一HOE 230具有漫射和反射以入射角入射的光的性能。在这个实施方式中，第二表面232对应于漫射表面。
第二HOE 240包括面向第二表面232的第三表面241、以及与第三表面241相反的第四表面242。反射型全息光学元件用作第二HOE 240。反射型全息光学元件朝向光入射侧(左侧)衍射在第三表面241上入射的光。例如，第二HOE 240以与图1中示出的第二HOE 40相似的方式进行配置。
如图11所示，从发射部210发射的图像光211从向下倾斜的方向在第二HOE 240的第四表面242上入射。图像光211的在第四表面424上入射的入射角偏离在第二HOE 240上具有高衍射效率的角度范围(参见图8)。因此，在第四表面242上入射的图像光211穿过第二HOE 240，并且图像光211从第三表面241原样发射。
穿过第二HOE 240的图像光211在第一HOE 230的第二表面232上的各个点上入射。第二表面232在约20°的预定角度范围Φ内漫射和反射在第二表面232上入射的图像光211。换言之，漫射的图像光211(漫射光234)从第二表面232上的各个点朝向第二HOE 240的第三表面241发射。在图11中，粗线示意性地表示包括从第二表面232上的各个点发射的图像光211的图像233。
第三表面241以形成第二表面232上的各个点的虚像的方式反射(衍射)已经在第三表面241上入射的漫射光234。第三表面241发射形成虚像的图像光243，并且显示在第二表面232上的图像233的虚像251形成在成像平面250上。在图11中，粗线示意性地表示形成在成像平面250上的虚像251。
形成虚像的图像光243穿过第一HOE 230，并且从屏幕单元220的前侧朝向观察者的视点1发射。这使得观察者可以视觉上识别形成在屏幕单元220后面的虚像251。
图12是示出了图11中示出的第一HOE 230的生成实例的示意图。为了生成第一HOE230，使用能够生成漫射光260的全息图干板261和漫射板262。在图12中，使用具有相对于漫射光260约20°的角度范围Φ的漫射板262。
如图12所示，全息图干板261的一个表面和漫射板262的漫射/发射表面263以它们彼此靠近的方式进行布置。物体光265从与漫射板262的漫射/发射表面263相反的侧面入射。在漫射板262上入射的对象光265作为漫射光260从漫射/发射表面263发射，并且在全息图干板261上入射。设置物体光265的入射角的方式等不受限制。例如，物体光265的入射角可以以入射角落入具有第二HOE 240的高衍射效率的角度范围内的方式进行适当设置。
参考光264从全息图干板261的与靠近漫射板262的侧面相反的侧面入射。图12示出了以约-50°的参考光角度入射的参考光264。应注意，在全息图干板261上的其他位置处，参考光264以与从发射部210在各个点上入射的图像光211的角度相似的角度入射。
在全息图干板261上，记录干涉图案。由从一侧入射的漫射光260(对象光265)以及从另一侧入射的参考光264产生干涉图案。这使得能够配置具有反射和漫射通过发射部210发射的图像光211的光学功能的第一HOE 230。应注意，入射参考光264的全息图干板261的表面对应于第一HOE 230的第二表面232。
根据该实施方式的图像显示装置200包括反射型第一HOE 230。这使得能够将发射部210布置在屏幕单元220后面。因此，例如，可以在诸如商店和服务台中的橱窗的各种安装位置处布置图像显示装置200，并且可以在各种情况下提供优良的视觉效果。
<第三实施方式>
图13是示出了根据第三实施方式的图像显示装置300的配置实例的示意图。图像显示装置300包括发射部310和屏幕单元320。屏幕单元320包括第一HOE 330和第二HOE340。如图13所示，关于图像显示装置300，第二HOE 340布置在屏幕单元320的前面(左侧)，并且第一HOE 330布置在屏幕单元320的后面(右侧)。
发射部310布置在屏幕单元320的下前侧处。发射部310朝向屏幕单元320发射图像光311。图13示出了以约-50°的入射角在屏幕单元320上入射的图像光311的光路。当然，本公开不限于此。发射部310还可以以预定视角发射图像光311。
第一HOE 330包括第一表面331以及与第一表面331相反的第二表面332。第一HOE330以第二表面332面向第二HOE 340的方式进行布置。反射型全息光学元件用作第一HOE330。反射型全息光学元件漫射和反射在第二表面332上的各个点上入射的图像光311。在这个实施方式中，第二表面332对应于漫射表面。
第二HOE 340包括面向第一HOE 330的第三表面341、以及与第三表面341相反的第四表面342。因此，屏幕单元320以第二HOE的第四表面342被布置在前侧上的方式进行布置。
在这个实施方式中，透射型全息光学元件(HOE)用作第二HOE 340。透射型全息光学元件(HOE)控制在第三表面341上入射的光的传播方向并且从第四表面342发射光。此外，第二HOE 340以第三表面341具有作为折射透镜的光学功能的方式进行适当配置。在这个实施方式中，第三表面341对应于控制表面。
第三表面341控制在第一HOE 330的第二表面332上的各个点处漫射的图像光311(漫射光334)的传播方向，并且形成第二表面332的虚像。此外，第三表面341包括光轴和焦点。例如，第二表面332的虚像形成在与光轴正交的成像平面350上。第二表面332的虚像具有对应于焦距的尺寸。
如图13所示，从发射部310发射的图像光311从向下倾斜的方向在第二HOE 340的第四表面342上入射。在第四表面342上入射的图像光311穿过第二HOE 340，并且图像光311从第三表面341原样发射。
穿过第二HOE 340的图像光311在第一HOE 330的第二表面332上的各个点上入射。第二表面332发射在各个点上入射的图像光331作为在约20°的角度范围Φ内漫射的漫射光334。这使得能够在第二表面332上显示包括图像光311的图像333。从第二表面332上的各个点发射的漫射光334入射到第二HOE 340的第三表面341上。
在第三表面341上入射的漫射光334以形成第二表面332上的各个点的虚像的方式衍射。衍射之后的漫射光334从第四表面342作为形成虚像的图像光343发射。因此，显示在第二表面332上的图像333的虚像351形成在从第二HOE 340越过第二表面332布置的成像平面350上。
图14是用于描述图像显示装置300的光学性能的示意图。图14示出了第二HOE 340的光轴3和焦点O’。
如图14所示，在图像显示装置中,虚像光学系统以第三表面341与第二表面332之间的距离小于第二HOE 340的焦距f的方式进行配置。这使得能够通过用作折射透镜(图14中的凸透镜)的第三表面341形成第二表面332的虚像。图14示意性地示出了上侧入射点333a的虚像351a以及下侧入射点333b的虚像351b。虚像531a和351b形成在成像平面350上。
在形成虚像的成像平面350的位置，即，第三表面341与成像平面350之间的距离b由例如已经参考图2描述的虚像公式(1/b)＝(1/a)-(1/f)表示。因此，例如，可以通过适当设置焦距f和距离a来控制虚像的显示位置尺寸等。
图15是示出了图13中示出的第二HOE 340的生成实例的示意图。参考光371、物体光372以及记录干涉图案的全息图干板370用于第二HOE 340的曝光。全息图干板370包括第五表面373以及与第五表面373相反的第六表面374。
如图15所示，参考光371和物体光372以不同角度辐射至全息图干板370的第五表面373。在全息图干板370上，记录干涉图案，并且形成透射型全息图。通过以不同角度从第五表面373入射的参考光371与物体光372之间的干扰形成干涉图案。参考光371和物体光372具有与用于第一HOE 330的曝光的波长相似的波长(曝光波长)。
参考光371以恒定的参考光角度θ’(约-50°)在第五表面373的整个表面上入射。当曝光全息图干板370的中心部时，物体光372以物体光372基本上垂直于第五表面373的方式在第五表面373上入射。当曝光全息图干板370的上部时，入射角以物体光372从向上倾斜的方向入射的方式倾斜。可替换地，当曝光下部时，入射角以物体光372从向下倾斜的方向入射的方式倾斜。
如上所述，通过调整物体光372在全息图干板370的各个位置处的入射角，可以在全息图干板370上曝光用作折射透镜的干涉图案。曝光干涉图案的全息图干板370用作第二HOE 340。应注意，全息图干板370的第五表面373对应于第二HOE 340的第三表面341。
记录作为折射透镜的光学功能的方式等不受限制。例如，可以适当控制诸如对象光372的入射角的曝光条件，并且配置具有期望焦距以及期望的光轴方向的第二HOE 340。
即使在透射型全息光学元件用作第二HOE 340的情况下，也可以在与屏幕单元320不同的位置处形成虚像。这使得能够显示好像图像浮在空中的图像，并且这使得能够在各种情况下实现优良的视觉效果。
<第四实施方式>
图16是示出了根据第四实施方式的图像显示装置400的配置实例的示意图。图17是示出了沿着图16中示出的线AA截取的图像显示装置400的截面图的示意图。图像显示装置400包括底座401、发射部410、反光镜402和屏幕单元420。
底座401具有圆柱形状，并且底座401被布置在图像显示装置400的底部处。底座401通过任何保持机构(未示出)保持发射部410、屏幕单元420和反光镜402。此外，在底座401上，适当布置操作图像显示装置400所必需的元件等，诸如，类似电池的电力供应源、扬声器、或者另一元件(未示出)。底座401的形状等不受限制。例如，底座401具有任何形状，诸如，立方体。
发射部410以发射部410面向上的方式被布置在圆柱形底座401的基本中心处。发射部410发射沿着在上下方向(Y轴方向)上延伸的光轴3的图像光411。图16示出了沿着包括发射部410的光轴3的任何表面方向截取的图像显示装置400的横截面。发射部410径向发射沿着光轴3的图像光411。因此，如图16所示，发射部410在包括光轴3的任何平面上以预定视角发射图像光411。
图16示意性地示出了具有小发射角且靠近光轴3的内光路412a以及具有大发射角且远离光轴3的外光路412b。应注意，例如，发射角意指对应于图像光411的每个像素的光的光轴3与光路之间的角度。
反光镜402包括反射表面403，并且基于光轴3以反射表面403面向发射部410的方式进行布置。反射表面403具有围绕用作例如旋转轴的光轴3的旋转的对称形状。反射表面403反射从发射部410发射的图像光411，并且朝向屏幕单元420发射图像光411。反射表面403的形状等不受限制。例如，反射表面403可以适当地被配置为将图像光411辐射至屏幕单元420的预定区域。
屏幕单元420包括第一HOE 430和第二HOE 440。第一HOE 430具有圆柱形状，并且围绕光轴3布置。换言之，第一HOE 430以圆柱形状的中央轴基本上与光轴3相同的方式进行布置。此外，例如，第一HOE 430的直径被设置为与底座401的直径相同的值。应注意，可以适当设置第一HOE 430的直径、高度等。
第一HOE 430包括第一表面431和第二表面432。第一表面431用作圆柱形状的外表面，并且第二表面432用作圆柱形状的内表面。在这个实施方式中，反射型全息光学元件用作第一HOE 430。反射型全息光学元件漫射和反射在第二表面432上入射的光。因此，第二表面432用作漫射表面，该漫射表面向内漫射和反射从圆柱形状的内表面以某个入射角入射的光。在这个实施方式中，第二表面432对应于圆柱形状的内周表面。
第二HOE 440以第二HOE 440围绕中央轴3并且面向第一HOE 430的第二表面432的方式进行布置。此外，第二HOE 440以在第二HOE 440与第一HOE 430之间存在预定间隔的方式进行布置。因此，圆柱形的第二HOE 440具有比第一HOE 430小的直径。如上所述，屏幕单元420具有第一HOE 430布置在外部且第二HOE 440布置在内部的双层圆柱形状。
第二HOE 440包括第三表面441和第四表面442。第三表面441用作圆柱形状的外表面，并且第四表面442用作圆柱形状的内表面。在这个实施方式中，反射的全息光学元件用作第二HOE 440。反射型全息光学元件朝向光入射方向衍射在第三表面441上入射的光。此外，第二HOE 440以第三表面441具有作为凹面镜的光学功能的方式进行适当配置。因此，第三表面441用作控制图像光411的传播方向的控制表面并且形成第二表面432的虚像。
如图16所示，从发射部410发射的图像光411入射到反光镜402的反射表面403上。图像光411通过反射表面403反射，并且朝向圆柱形屏幕单元420发射。如上所述，发射部410和反光镜402从圆柱形状的内部朝向圆柱形状的外侧发射图像光411。在这个实施方式中，发射部包括发射部410和反光镜402。
由反射表面403反射的图像光411入射到第二HOE 440的第四表面442上。入射到第四表面442上的图像光411的入射角偏离在第二HOE 440上具有高衍射效率的角度范围(参见图8)。因此，在第四表面442上入射的图像光411穿过第二HOE 440，并且从第三表面441原样发射。
穿过第二HOE 440的图像光411入射到第一HOE 430的第二表面432上的各个点上。第二表面432漫射和反射已经入射的图像光411。换言之，漫射的图像光411(漫射光434)从第二表面432的各个点朝向屏幕单元420的内部发射。结果，全方位图像433通过使用从第二表面432上的各个点进入内部的漫射光434形成在第二表面432上。图16和图17中的粗线示意性地表示整个圆周图像433。
进入屏幕单元420内部的漫射光434入射到第二HOE 440的第三表面441上。第三表面441以形成第二表面432上的各个点的虚像的方式反射(衍射)已经入射的漫射光434。换言之，第三表面441向外发射形成虚像的图像光411。结果，圆柱形图像形成在放置在第二HOE 440内部的成像平面450上。圆柱形图像是全方位图像433的虚像451。图16和图17中的粗线示意性地表示虚像451。
形成虚像451的图像光411穿过第一HOE 430，并且朝向屏幕单元420的外部发射。这使得观察者(视点1)可以视觉上识别形成在屏幕单元420内部的圆柱形虚像451(圆柱形空间图像)。
如上所述，通过使用包括第一HOE 430和第二HOE 440的双层圆柱形屏幕单元420，可以在屏幕单元420的内部空间中显示好像圆柱形空间图像浮在空中的圆柱形空间图像。这使得能够在视觉上识别空中的图像显示，而不考虑屏幕单元420的背面、前面等上的反射。因此，可以实现优良的视觉效果。
应注意，屏幕单元420的形状等不受限制。例如，可以使用具有多边形横截面的筒状立方体的屏幕单元420、具有椭圆形截面的筒状屏幕单元420等。可替换地，可以适当配置具有任何横截面的双层屏幕单元420。
图18是示出了屏幕单元420的生成实例的示意图。图18中的A是示出了第一HOE430的生成实例的示意图。图18中的B是示出了第二HOE440的生成实例的示意图。图18中的C是示出了屏幕单元420的配置实例的示意图。
如图18中的A所示，布置为彼此接近的全息图干板461和漫射板462用于生成第一HOE 430。例如，漫射光由漫射板462侧面入射的物体光465生成。随后，将已经生成的漫射光和从全息图干板侧面入射的参考光464的干涉图案记录在全息图干板461上(参见图12)。此时，例如，根据从图1中示出的反光镜402(反射表面403)入射的图像光411的入射角为每个曝光位置适当设置参考光464的入射角。应注意，关于全息图干板461，入射参考光464的表面用作第二表面432(漫射表面)。
如图18中的B所示，通过将物体光465辐射至全息图干板461的一个表面，将参考光464辐射至另一表面，并且曝光干涉图案生成第二HOE440。例如，通过为各个曝光位置适当调整物体光465的入射角，可以曝光用作凹面镜的干涉图案(参见图7)。应注意，关于全息图干板461，入射参考光464的表面用作第三表面441(控制表面)。
如图18中的C所示，在屏幕单元420中，第一HOE 430和第二HOE440各自经由透明的基底材料480保持。例如，圆柱形透明的基底材料480的外表面与第一HOE 430的第二表面432连接，并且透明的基底材料480的内表面与第二HOE 440的第三表面441连接。这使得能够容易地配置双层圆柱形屏幕单元420。
应注意，如图16所示，圆柱形屏幕单元420不限于包括布置在外部的反射的第一HOE 430和布置在内部的反射的第二HOE 440。例如，可以配置包括布置在内部的透射的第一HOE以及布置在外部的透射的第二HOE的圆柱形屏幕单元420。
例如，圆柱形第一HOE布置在屏幕单元420内部。圆柱形第一HOE透射和漫射从反光镜402(反射表面403)入射的图像光411。在这种情况下，在第一HOE的内周表面(漫射表面)上入射的图像光411作为漫射光从第一HOE的外周表面发射。
此外，第二HOE以第二HOE围绕圆柱形状的中央轴3并且面向第一HOE的外周表面的方式进行布置。在这种情况下，第二HOE的内周表面(控制表面)以内周表面(控制表面)具有作为控制从第一HOE的外周表面发射的漫射光434的传播方向的折射透镜的光学功能的方式进行适当配置。这使得能够形成在漫射表面上形成的图像的虚像，并且这使得能够在屏幕单元420的内部空间中显示圆柱形空间图像。例如，可以使用这种配置。
图19是示出了包括圆柱形屏幕单元420的图像显示装置的另一配置实例的示意图。在图像显示装置500中，反光镜502设置在布置在设备的底部处的基座501上，并且发射部510布置在设备的上侧处。此外，双层屏幕单元520设置在反光镜502与发射部510之间。如上所述，即使在发射部510设置在上方并且反光镜502设置在下方的情况下也可以显示圆柱形空间图像。
应注意，还可以使用在不使用反光镜的情况下将从发射部发射的图像光直接辐射至屏幕单元的配置。这使得能够减少零件数量并且降低生产成本。此外，将图像光辐射至屏幕单元等的配置不受限制。例如，可以使用调整发射光的光路的任何光学系统等。
此外，本技术不限于从屏幕单元的内部辐射图像光的情况。例如，可以从屏幕单元的外部辐射图像光。例如，如图1所示，具有漫射功能的透射的第一HOE被布置在筒状屏幕单元的外部，并且具有作为凹面镜的功能的反射的第二HOE被布置在筒状屏幕单元的内部。可替换地，如图13所示，具有漫射功能的反射的第一HOE布置在内部，并且具有透镜功能的透射的第二HOE布置在外部。例如，通过使用这种配置，即使在从屏幕单元的外部辐射图像光的情况下，也可以在屏幕单元的内部空间中显示圆柱形空间图像。
<另一实施方式>
本技术不限于上述实施方式。各种其他实施方式是可行的。
在以上描述的实施方式中，漫射功能用作第一HOE的光学功能。根据漫射功能，入射到第一HOE上的图像光作为漫射光发射。第一HOE的光学功能不受限制。除了漫射功能之外，可以分配另一个光学功能。
例如，第一HOE可具有作为控制在各个点处漫射的图像光的漫射方向的场透镜的光学功能。在此，漫射方向是例如在预定角度范围内发射的漫射光之中以预定角度范围的平均角作为发射角发射的漫射光束的方向。因此，漫射方向是表示在预定角度反射内发射的漫射光束的主要传播方向的指数。
例如，第一HOE以从第一HOE的周表面部分(诸如，上端或下端)发射的漫射光在第二HOE的辐射范围内的方式适当地控制漫射方向。以此方式，可以提供具有朝向照射目标区域汇聚漫射光的场透镜的功能的第一HOE。应注意，例如(参见图5和图12)，当曝光具有漫射功能的干涉图案时，可以通过适当地控制作为物体光的漫射光的辐射方向等实现场透镜功能。
通过提供场透镜功能，可以控制朝向第二HOE的外部发射的漫射光等，并且例如，可以朝向期望区域辐射漫射光。此外，与第一HOE相比不必放大第二HOE的侧面，并且可以降低设备的生产成本等。
在上述实施方式中，第一HOE和第二HOE通过使用能够衍射具有预定波长的激光(图像光)的单层全息图来配置。本技术不限于此。第一HOE和第二HOE可具有对应于R、G和B的相应波长的堆叠结构。
例如，以与参考图7等描述的第二HOE 40的生成实例相似的方式，创建分别曝光给红色R、绿色G和蓝色B的激光的三种类型的全息图。第二HOE通过堆叠三种类型的全息图进行配置。此外，例如，以与参考图5等描述的第一HOE的生成实例的方式创建对应于R、G和B的全息图，并且第一HOE通过堆叠全息图配置。
这使得能够衍射具有R、G和B的相应波长的激光，并且这使得能够显示虚像，诸如，彩色图像。此外，用于配置堆叠结构等的方法不受限制。例如，具有强大的波长选择性的反射HOE可具有堆叠结构，并且透射HOE可具有单层。
在第一和第二实施方式中，使用了具有作为凹面镜的光学功能的第二HOE 40和240(第三表面41和241)。代替第二HOE 40和240，可以使用具有作为平面镜的光学功能的全息光学元件作为第二HOE。
在这种情况下，虚像通过与第一HOE和第二HOE之间的间隔基本上相同的距离形成在屏幕单元后面。此外，虚像的尺寸与显示在第一HOE上的图像的尺寸相同。如上所述，即使在第二HOE用作平面镜的情况下，也可以显示好像图像浮在空中的图像。
在第三实施方式中，使用了反射的第一HOE 330和透射的第二HOE340。代替反射的第一HOE 330，例如，可以使用参考图1描述的透射的第一HOE 30。在这种情况下，从屏幕单元的背面发射的图像光通过第一HOE漫射和透射，并且在第二HOE上入射。第二HOE用作折射透镜，并且形成显示在第一HOE上的图像的虚像。如上所述，即使在第一HOE和第二HOE是透射的情况下，也可以显示好像图像浮在空中的图像。
在上述实施方式中，通过由全息光学元件(第一和第二HOE)所引起的衍射实现诸如漫射功能和透镜功能的光学功能。本技术不限于此。可以适当地使用能够实现诸如漫射功能和透镜功能的光学功能的另一个光学元件等。
例如，可以通过将菲涅耳折射表面与半反射镜结合配置具有入射角选择性的透明的透镜屏幕等。在这种情况下，可以通过菲涅耳透镜的折射和半反射镜上的反射实现透镜功能等。此外，还可以通过使用漫射以预定入射角入射的光的漫射膜等实现漫射功能。
此外，例如，可以将具有漫射功能的全息光学元件与具有透镜功能的另一个光学元件结合。当然，还可以将具有透镜功能的全息光学元件与具有漫射功能的另一个光学元件结合。此外，用于实现光学功能以形成虚像的光学元件的类型、组合等不受限制。
除了根据以上描述的本技术的特征以外，可以结合至少两个特征。即，在不管实施方式的情况下，可以任意结合在实施方式中描述的各种特征。进一步地，以上描述的各种效果仅是实例且不受限制，并且可以发挥其他效果。
应注意，本技术还可以进行如下配置。
(1)一种图像显示装置，包括：
第一透明构件，包括用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面；
第二透明构件，包括控制表面并且与第一透明构件集成，该控制表面面向漫射表面的方式布置，控制在漫射表面的各个点处漫射的光的传播方向，并且形成漫射表面的虚像；以及
发射部，将图像光发射到漫射表面。
(2)根据(1)的图像显示装置，
其中，控制表面至少通过衍射、折射或反射该漫射光来控制传播方向。
(3)根据(1)或(2)的图像显示装置，
其中，控制表面在控制表面的焦点收集漫射光的至少一部分。
(4)根据(1)至(3)中任一项的图像显示装置，
其中，漫射表面漫射在漫射表面上的各个点上以预定入射角入射的光。
(5)根据(4)的图像显示装置，
其中，漫射表面在预定角度范围内漫射光。
(6)根据(5)的图像显示装置，
其中，预定角度范围基于控制表面的衍射效率的角度依赖性而设置。
(7)根据(1)至(6)中任一项的图像显示装置，
其中，第一透明构件和第二透明构件中的至少一者是全息光学元件。
(8)根据(7)的图像显示装置，其中
第一透明构件是反射型全息光学元件，以及
漫射表面漫射和反射在各个点上入射的光。
(9)根据(7)的图像显示装置，其中
第一透明构件是透射型全息光学元件，以及
漫射表面漫射和透射在各个点上入射的光。
(10)根据(7)至(9)中任一项的图像显示装置，其中
第二透明构件是反射型全息光学元件，以及
控制表面具有作为平面镜或凹面镜的光学功能。
(11)根据(7)至(9)中任一项的图像显示装置，其中
第二透明构件是透射型全息光学元件，以及
控制表面具有作为透镜的光学功能。
(12)根据(3)至(11)中任一项的图像显示装置，
其中，第一透明构件和第二透明构件以比控制表面的焦距短的间隔基本上彼此平行的方式地布置。
(13)根据(1)至(12)中任一项的图像显示装置，
其中，漫射表面具有作为控制在各个点处漫射光的漫射方向的场透镜的光学功能。
(14)根据(1)至(13)中任一项的图像显示装置，
其中，第一透明构件和第二透明构件经由插入在第一透明构件与第二透明构件之间的透明材料保持。
(15)根据(1)至(14)中任一项的图像显示装置，
其中，第一透明构件和第二透明构件具有对应于R、G和B的相应波长的层叠结构。
(16)根据(1)至(15)中任一项的图像显示装置，
其中，发射部包括激光源。
(17)根据(1)至(16)中任一项的图像显示装置，其中
第一透明构件具有圆柱形状，以及
第二透明构件以围绕圆柱形状的中心轴且面向圆柱形状的内周表面和外周表面中的至少一者的方式进行布置。
(18)根据(17)的图像显示装置，
其中，发射部将图像光从圆柱形状的内部发射到圆柱形状的外部。
(19)一种图像显示元件包括：
第一透明构件，包括用于漫射在各个点上入射的光的漫射表面；以及
第二透明构件，包括控制表面并且与第一透明构件集成，控制表面以面向漫射表面的方式布置，控制在漫射表面的各个点处漫射的光的传播方向，并且形成漫射表面的虚像。
符号说明
O、O’焦点
θ入射角
Φ预定角度范围
1视点
2、3光轴
10、210、310、410、510发射部
11、211、311、411图像光
20、220、320、420、520屏幕单元
30、230、330、430第一HOE
31、231、331、431第一表面
32、232、332、432第二表面
33a至33e、P、333a、333b入射点
40、240、340、440第二HOE
41、241、341、441第三表面
34、234、334、434漫射光
50、250、350、450成像平面
51a至51e、251、351、451虚像
80、480透明的基底材料
100、200、300、400、500图像显示装置。

Claims (14)

1.一种图像显示装置，包括：
第一全息光学元件，是透射型全息光学元件，包括漫射表面；
发射部，将图像光发射到所述漫射表面，其中，所述第一全息光学元件被配置为漫射和透射在各个点上入射的光；以及
第二全息光学元件，是反射型全息光学元件，包括控制表面，具有作为平面镜或凹面镜的光学功能，其中
所述第二全息光学元件与所述第一全息光学元件集成，所述控制表面以面向所述漫射表面的方式布置，控制在所述漫射表面上的所述各个点处漫射的光的传播方向，并且形成所述漫射表面的虚像，
其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件以比所述控制表面的焦距短的间隔基本上彼此平行地布置。
2.一种图像显示装置，包括：
第一全息光学元件，是反射型全息光学元件，包括漫射表面；
发射部，将图像光发射到所述漫射表面，其中，所述第一全息光学元件被配置为漫射和反射在各个点上入射的光；以及
第二全息光学元件，是透射型全息光学元件，包括控制表面，具有作为透镜的光学功能，其中
所述第二全息光学元件与所述第一全息光学元件集成，所述控制表面以面向所述漫射表面的方式布置，控制在所述漫射表面上的所述各个点处漫射的光的传播方向，并且形成所述漫射表面的虚像，
其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件以比所述控制表面的焦距短的间隔基本上彼此平行地布置。
3.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述控制表面至少通过衍射、折射或反射漫射光来控制所述传播方向。
4.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述控制表面在所述控制表面的焦点收集所述漫射光的至少一部分。
5.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述漫射表面漫射在所述漫射表面上的所述各个点上以预定入射角入射的所述光。
6.根据权利要求5所述的图像显示装置，
其中，所述漫射表面在预定角度范围内漫射所述光。
7.根据权利要求6所述的图像显示装置，
其中，所述预定角度范围基于所述控制表面的衍射效率的角度依赖性而设置。
8.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述漫射表面具有作为控制在所述各个点处漫射所述光的漫射方向的场透镜的光学功能。
9.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件经由插入在所述第一全息光学元件与所述第二全息光学元件之间的透明材料保持。
10.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件具有对应于R、G和B的相应波长的层叠结构。
11.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，
其中，所述发射部包括激光源。
12.根据权利要求1或2所述的图像显示装置，其中
所述第一全息光学元件具有圆柱形状，以及
所述第二全息光学元件以围绕所述圆柱形状的中心轴且面向所述圆柱形状的内周表面和外周表面中的至少一者的方式布置。
13.根据权利要求12所述的图像显示装置，
其中，所述发射部将所述图像光从所述圆柱形状的内部发射到所述圆柱形状的外部。
14.一种图像显示元件，包括：
第一全息光学元件，是透射型全息光学元件，包括漫射表面，其中，所述第一全息光学元件被配置为漫射和透射在各个点上入射的光；以及
第二全息光学元件，是反射型全息光学元件，包括控制表面，具有作为平面镜或凹面镜的光学功能，其中，所述第二全息光学元件与所述第一全息光学元件集成，
所述控制表面以面向所述漫射表面的方式布置，控制在所述漫射表面的所述各个点处漫射的光的传播方向，并且形成所述漫射表面的虚像，
其中，所述第一全息光学元件和所述第二全息光学元件以比所述控制表面的焦距短的间隔基本上彼此平行地布置。
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