CN111123516A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

显示装置。能够由2个衍射元件适当地进行波长补偿。本发明的显示装置的特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：第1光学部，其具有正屈光力；第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；第3光学部，其具有正屈光力；以及第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力，在光路中，第1衍射元件和第2衍射元件使图像光至少沿着主衍射面和与主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，图像光在主衍射面内的偏转力大于图像光在副衍射面内的偏转力。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及利用衍射元件显示图像的显示装置。
背景技术
作为使用了全息元件等衍射元件的显示装置，提出了利用衍射元件使从图像光生成装置射出的图像光朝向观察者的眼睛偏转的显示装置。在衍射元件中，对干涉条纹进行了优化，使得以特定波长获得最佳衍射角度和衍射效率。但是，由于图像光以特定波长为中心具有规定的光谱宽度，所以，从特定波长偏移的周边波长的光成为使图像的分辨率下降的原因。因此，提出了利用反射型的第1衍射元件将从图像光生成装置射出的图像光朝向配置于前方的第2衍射元件射出并利用第2衍射元件将从第1衍射元件射出的图像光朝向观察者的眼睛偏转的显示装置。根据该结构，能够利用第1衍射元件对周边波长的光进行补偿从而消除色像差，能够抑制由于从特定波长偏移的周边波长的光而引起的图像的分辨率的下降(例如，参照下述专利文献1)。
专利文献1：日本特开2017-167181号公报
在如上述专利文献1所公开的那样使用两片衍射元件进行图像光的波长补偿的情况下，由于需要透镜光学能力(lens power)，所以，存在装置的制造、组装时的光学部件的公差变得严格的问题。
发明内容
为了解决上述课题，本发明的第一方式的显示装置的特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：第1光学部，其具有正屈光力；第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；第3光学部，其具有正屈光力；第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，所述图像光在所述主衍射面内的偏转力大于所述图像光在所述副衍射面内的偏转力。
本发明的第二方式的显示装置的特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：第1光学部，其具有正屈光力；第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；第3光学部，其具有正屈光力；第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，形成在所述主衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量多于形成在所述副衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量。
本发明的第三方式的显示装置的特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：第1光学部，其具有正屈光力；第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；第3光学部，其具有正屈光力；第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，在所述第1光学部与所述第3光学部之间形成所述图像光的第1中间像，在所述第3光学部与所述第4光学部之间形成所述图像光的第2中间像，形成在所述主衍射面上的所述第1中间像与所述第2中间像之间的第1距离大于形成在所述副衍射面上的所述第1中间像与所述第2中间像之间的第2距离。
附图说明
图1是示出第一实施方式的显示装置的外观的一个方式的外观图。
图2是示出显示装置的光学系统的一个方式的说明图。
图3A是衍射元件的干涉条纹的说明图。
图3B是衍射元件的干涉条纹的另一个方式的说明图。
图4是示出第1衍射元件和第2衍射元件的衍射特性的说明图。
图5A是第1衍射元件与第2衍射元件处于共轭关系的情况的说明图。
图5B是第1衍射元件与第2衍射元件不处于共轭关系的情况的说明图。
图5C是第1衍射元件与第2衍射元件不处于共轭关系的情况的说明图。
图6A是示出从第1衍射元件与第2衍射元件的共轭关系发生偏移的容许差异的说明图。
图6B是示出从共轭关系发生偏移的容许差异的另一个方式的说明图。
图7A是光学系统的主衍射面上的光线图。
图7B是光学系统的副衍射面上的光线图。
图8是示出在光学系统中形成的图像光的中间像的状态的图。
图9是示出光学系统中的光瞳的关系的图。
图10是第二实施方式的光学系统的副衍射面内的光线图。
图11是第三实施方式的光学系统的光线图。
图12是第四实施方式的显示装置的说明图。
图13是第四实施方式的变形例的显示装置的说明图。
图14是示出第五实施方式的光学系统的概略结构的图。
图15是第五实施方式的第一变形例的光学系统的说明图。
图16是第五实施方式的第二变形例的光学系统的说明图。
图17是第五实施方式的第三变形例的光学系统的说明图。
图18是示出第1衍射元件与第2衍射元件的大致共轭关系的图。
图19是在图18所示的大致共轭关系时从第2衍射元件射出的光的说明图。
图20是示出图19所示的光入射到眼睛的情形的说明图。
标号说明
31：图像光生成装置；50：第1衍射元件；70：第2衍射元件；100、101：显示装置；E1、R1：光瞳；H1：第1距离；H2：第2距离；L0：图像光；L20：第2光学部；L10：第1光学部；L30：第3光学部；L40：第4光学部；P：中间像；P1：第1中间像；P2：第2中间像。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面，参照附图对本发明实施方式进行说明。在以下的各附图中，设各层和各部件为能够识别程度的大小，因此，使各层、各部件的尺寸、角度与实际不同。
图1是示出本实施方式的显示装置100的外观的一个方式的外观图。图2是示出图1所示的显示装置100的光学系统10的一个方式的说明图。在图1和图2中，设相对于佩戴着显示装置的观察者的前后方向为沿着Z轴的方向，作为前后方向的一侧而设佩戴着显示装置的观察者的前方为前侧Z1，作为前后方向的另一侧而设佩戴着显示装置的观察者的后方为后侧Z2。此外，设相对于佩戴着显示装置的观察者的左右方向为沿着X轴的方向，作为左右方向的一侧而设佩戴着显示装置的观察者的右方为右侧X1，作为左右方向的另一侧而设佩戴着显示装置的观察者的左方为左侧X2。此外，设相对于佩戴着显示装置的观察者的上下方向为沿着Y轴方向的方向，作为上下方向的一侧而设佩戴着显示装置的观察者的上方为上侧Y1，作为上下方向的另一侧而设佩戴着显示装置的观察者的下方为下侧Y2。
图1所示的显示装置100是头部佩戴型的显示装置，具有使图像光L0a入射到右眼睛Ea的右眼用光学系统10a和使图像光L0b入射到左眼睛Eb的左眼用光学系统10b。显示装置100例如形成为眼镜的形状。具体而言，显示装置100还具有保持右眼用光学系统10a和左眼用光学系统10b的壳体90。显示装置100通过壳体90佩戴于观察者的头部。
作为壳体90，显示装置100具有：框架91；镜腿92a，其设置于框架91的右侧，与观察者的右耳卡定；以及镜腿92b，其设置于框架91的左侧，与观察者的左耳卡定。框架91在两侧部具有收纳空间91s，在收纳空间91s的内部收纳有构成后述的光学系统10的图像光投射装置等各部件。镜腿92a、92b通过铰链95以能够折叠的方式连结于框架91。
右眼用光学系统10a与左眼用光学系统10b的基本结构相同。因此，在以下的说明中，不区分右眼用光学系统10a和左眼用光学系统10b而作为光学系统10进行说明。
此外，在图1所示的显示装置100中，使图像光L0在沿着X轴的左右方向行进，
参照图2说明显示装置100的光学系统10的基本结构。在图2中，除了图像光L0的特定波长的光L1(实线)之外，还图示了长波长侧的光L2(单点划线)以及相对于特定波长处于短波长侧的光L3(虚线)。
如图2所示，在光学系统10中，沿着从图像光生成装置31射出的图像光L0的行进方向配置有具有正屈光力的第1光学部L10、反射镜40、具有正屈光力的第2光学部L20、具有正屈光力的第3光学部L30和具有正屈光力的第4光学部L40。
在本实施方式中，具有正屈光力的第1光学部L10由投射光学系统32构成。具有正屈光力的第2光学部L20由反射型的第1衍射元件50构成。具有正屈光力的第3光学部L30由导光光学系统60构成。具有正屈光力的第4光学部L40由反射型的第2衍射元件70构成。在本实施方式中，第1衍射元件50和第2衍射元件70是反射型的衍射元件。
反射镜40的反射面400为凹曲面，具有正屈光力。在反射镜40的反射面400具有正屈光力的情况下，也可以将反射镜40包含在投射光学系统32的结构要素中。即，在反射镜40具有正屈光力的情况下，也可以使得第1光学部L10包含反射镜40。另外，反射镜40的反射面400也可以为平面，不具有屈光力。
在该光学系统10中，关注图像光L0的行进方向，图像光生成装置31朝向投射光学系统32射出图像光L0，投射光学系统32将所入射的图像光L0朝向反射镜40射出。反射镜40将所入射的图像光L0朝向第1衍射元件50反射，第1衍射元件50将所入射的图像光L0朝向导光光学系统60射出。导光光学系统60将所入射的图像光L0朝向第2衍射元件70射出，第2衍射元件70将所入射的图像光L0朝向观察者的眼睛E射出。
在本实施方式中，图像光生成装置31生成图像光L0。
图像光生成装置31可以采用具有有机电致发光显示元件等的显示面板310的方式。根据该方式，能够提供小型且可进行高画质的图像显示的显示装置100。此外，图像光生成装置31也可以采用具有照明光源(未图示)、和对从照明光源射出的照明光进行调制的液晶显示元件等显示面板310的方式。根据该方式，能够选择照明光源，所以具有扩大图像光L0的波长特性的自由度的优点。这里，图像光生成装置31可以采用具有能够进行彩色显示的1个显示面板310的方式。此外，图像光生成装置31也可以采用具有与各色对应的多个显示面板310、和对从多个显示面板310射出的各色的图像光进行合成的合成光学系统的方式。并且，图像光投射装置31也可以采用利用微镜器件对激光进行调制的方式。
投射光学系统32是对图像光生成装置31所生成的图像光L0进行投射的光学系统，由多个透镜321构成。在图2中，列举了使投射光学系统32中的透镜321为3枚的情况，但透镜321的枚数并不限定于此，投射光学系统32也可以具有4枚以上的透镜321。并且，也可以将各透镜321贴合在一起而构成投射光学系统32。并且，透镜321也可以由自由曲面的透镜构成。
导光光学系统60具有：透镜系统61，从第1衍射元件50射出的图像光L0入射到该透镜系统61；以及反射镜62，其使从透镜系统61射出的图像光L0沿倾斜的方向射出。透镜系统61由在沿着Z轴的前后方向上配置的多个透镜611构成。反射镜62具有朝前后方向倾斜的反射面620。在本实施方式中，反射镜62是全反射镜。但是，反射镜62也可以是半反射镜，在该情况下，能够扩大可看到外部光的范围。
接着，对第1衍射元件50和第2衍射元件70的结构进行说明。
在本实施方式中，第1衍射元件50与第2衍射元件70的基本结构是相同的。以下，以第2衍射元件70的结构为例进行说明。
图3A是图2所示的第2衍射元件70的干涉条纹751的说明图。如图3A所示，第2衍射元件70具有反射型体积全息元件75，反射型体积全息元件75是局部反射型衍射光学元件。因此，第2衍射元件70构成了局部透过反射性的组合器。因此，外部光也经由第2衍射元件70入射到眼睛E，所以，观察者能够识别出由图像光生成装置31形成的图像光L0与外部光(背景)重叠后的图像。
第2衍射元件70与观察者的眼睛E相对，图像光L0入射的第2衍射元件70的入射面71是向远离眼睛E的方向凹陷的凹曲面。换言之，入射面71是在图像光L0的入射方向上中央部相对于周边部凹陷而弯曲的形状。因此，能够使图像光L0高效地朝向观察者的眼睛E会聚。
第2衍射元件70具有干涉条纹751，该干涉条纹751具有与特定波长对应的间距。干涉条纹751作为折射率等的差而记录在全息感光层中，干涉条纹751以与特定的入射角度对应的方式相对于第2衍射元件70的入射面7朝一个方向倾斜。因此，第2衍射元件70使图像光L0发生衍射而朝规定的方向偏转。特定波长以及特定的入射角度与图像光L0的波长以及入射角度对应。该结构的干涉条纹751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。
在本实施方式中，图像光L0用于进行彩色显示。因此，第2衍射元件70具有按照与特定波长对应的间距形成的干涉条纹751R、751G、751B。例如，干涉条纹751R按照与580nm到700nm的波长范围中的例如波长615nm的红色光LR对应的间距形成。干涉条纹751G按照与500nm到580nm的波长范围中的例如波长535nm的绿色光LG对应的间距形成。干涉条纹751B按照与400nm到500nm的波长范围中的例如波长460nm的蓝色光LB对应的间距形成。该结构能够通过如下方式形成：在形成了具有与各波长对应的感光度的全息感光层的状态下，使用各波长的参照光LrR、LrG、LrB以及物体光LsR、LsG、LsB对全息感光层进行干涉曝光。
另外，也可以预先使具有与各波长对应的感光度的感光材料分散到全息感光层中，使用各波长的参照光LrR、LrG、LrB以及物体光LsR、LsG、LsB对全息感光层进行干涉曝光，由此，如图3B所示的那样，在1个层上形成重叠干涉条纹751R、751G、751B而成的干涉条纹751。并且，也可以使用球面波的光作为参照光LrR、LrG、LrB和物体光LsR、LsG、LsB。
基本结构与第2衍射元件70相同的第1衍射元件50具有反射型体积全息元件55。第1衍射元件50的入射图像光L0的入射面51是凹陷的凹曲面。换言之，入射面51是在图像光L0的入射方向上中央部相对于周边部凹陷而弯曲的形状。因此，能够使图像光L0高效地朝向导光光学系统60偏转。
图4是示出图2所示的第1衍射元件50和第2衍射元件70的衍射特性的说明图。图4示出了在光线入射到体积全息元件上的1个点时的、特定波长与周边波长的衍射角之差。在图4中，在设特定波长为531nm时，用实线L526示出波长为526nm的周边波长的光的衍射角度的偏移，用虚线L536示出波长为536nm的周边波长的光的衍射角度的偏移。
如图4所示，即使在光线入射到记录于全息元件的相同干涉条纹的情况下，也是光线的波长越长，则衍射程度越大，光线的波长越短，则越不容易衍射。因此，在如本实施方式那样使用了2个衍射元件、即第1衍射元件50和第2衍射元件70时，如果不考虑相对于特定波长处于长波长侧的光和相对于特定波长处于短波长侧的光的光线角度而入射，则无法适当地进行波长补偿。即，无法消除由第2衍射元件70产生的色像差。并且，由于衍射角根据干涉条纹的条数而不同，所以，需要考虑干涉条纹。
但是，如图3A和图3B所示，第1衍射元件50和第2衍射元件70由全息元件构成，该全息元件是通过2光束干渉曝光形成的。以这样的方式通过2光束干渉曝光形成的全息元件的形成有干涉条纹的面内的衍射力较强，使光弯曲的偏转力较强。另外，形成有干涉条纹的面相当于沿着图3A和图3B的纸面的面。在以下的说明中，将形成有干涉条纹的面称作主衍射面。在图2所示的光学系统10中，通过沿着与XZ面平行的面使图像光L0较大偏转而将其引导至观察者的眼睛E。在本实施方式的光学系统10中，主衍射面用与图2所示的XZ面平行的面规定。
另一方面，在通过2光束干渉曝光形成的全息元件中，与主衍射面垂直的面内的衍射力较弱，使光弯曲的偏转力较弱。这里，与主衍射面垂直的面相当于与图3A以及图3B的纸面垂直的面，在以下的说明中，将该面称作副衍射面。在本实施方式的光学系统10中，副衍射面是与图2所示的XZ面垂直的面、即与图2的纸面垂直的面。
即，关于通过2光束干渉曝光形成的第1衍射元件50和第2衍射元件70，与主衍射面内的衍射角度相比，副衍射面内的衍射角度较小。如使用图4所说明的那样，衍射角度越小，则周边波长的衍射角度相对于特定波长的偏移越小。另外，在主衍射面与副衍射面之间存在的面内也产生光的衍射，但是，在本说明书中，考虑产生最大的衍射角度的主衍射面和产生最小的衍射角度的副衍射面。
这里，关于第1衍射元件50和第2衍射元件70，考虑如下情况：不考虑在主衍射面和副衍射面之间产生的衍射角度差而进行设计。该情况下，第1光学部L10、第2光学部L20、第3光学部L30和第4光学部L40设计成主衍射面和副衍射面双方都具有相同的屈光力。
以上述的方式在副衍射面内产生的周边波长的衍射角度差较小，因此，对在主衍射面内产生的衍射角度差进行补偿所需的各光学部的屈光力高于对在副衍射面内产生的衍射角度差进行补偿所需的各光学部的屈光力。
因此，在不考虑在主衍射面和副衍射面之间产生的衍射角度差而对各光学部进行设计的情况下，在各光学部中，副衍射面内的屈光力过大。因此，产生组装公差变得过度严格的问题。
本发明人想到了由于在副衍射面内产生的周边波长的衍射角度差较小，所以因衍射角度差引起的图像光的角度偏移能够通过因透镜产生的色散大致进行校正。然后，发现了本实施方式的光学系统10的结构。
关于本实施方式的光学系统10，在图像光L0的光路中，图像光L0的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。图像光L0的偏转力取决于第1光学部L10、第2光学部L20、第3光学部L30和第4光学部L40的屈光力。即，关于本实施方式的光学系统10，在第1光学部L10、第2光学部L20、第3光学部L30和第4光学部L40中，使副衍射面内的屈光力小于主衍射面内的屈光力。
在图2所示的光学系统10中，至少在作为图2所示的主衍射面的XZ面中，如日本特开2017-167181号公报所记载的那样，对应于第1衍射元件50与第2衍射元件70之间的中间像的形成次数、和反射镜62的反射次数之和是奇数还是偶数，对入射到第2衍射元件70的入射方向等进行了优化。因此，至少能够在沿着主衍射面的面内，进行图像光的波长补偿、即消除色像差。
具体而言，如图2所示，入射到第1衍射元件50的图像光L0在主衍射面内被第1衍射元件50衍射而发生偏转。此时，相对于特定波长处于长波长侧的光L2的衍射角度θ2大于特定波长的光L1的衍射角度θ1。此外，相对于特定波长处于短波长侧的光L3的衍射角度θ3小于特定波长的光L1的衍射角度θ1。因此，从第1衍射元件50射出的图像光L0按照每个波长发生偏转而发生色散。
经第1衍射元件50射出的图像光L0经由导光光学系统60入射到第2衍射元件70，通过被第2衍射元件70衍射而发生偏转。此时，在从第1衍射元件50到第2衍射元件70的光路中，形成一次中间像，并且进行一次反射镜62的反射。因此，在设图像光L0与第2衍射元件70的入射面法线之间的角度为入射角时，相对于特定波长处于长波长侧的光L2是比特定波长的光L1的入射角θ11大的入射角θ12，相对于特定波长处于短波长侧的光L3是比特定波长的光L1的入射角θ11小的入射角θ13。此外，如上所述，相对于特定波长处于长波长侧的光L2的衍射角度θ2大于特定波长的光L1的衍射角度θ1，相对于特定波长处于短波长侧的光L3的衍射角度θ3小于特定波长的光L1的衍射角度θ1。
因此，相对于特定波长处于长波长侧的光L2按照比特定波长的光L1大的入射角入射到第1衍射元件50，但由于相对于特定波长处于长波长侧的光L2的衍射角度比特定波长的光L1的衍射角度大，因此，其结果，在从第2衍射元件70射出时，相对于特定波长处于长波长侧的光L2与特定波长的光L1成为大致平行的光。与此相对，相对于特定波长处于短波长侧的光L3按照比特定波长的光L1小的入射角入射到第1衍射元件50，但由于相对于特定波长处于短波长侧的光L3的衍射角度比特定波长的光L1的衍射角度小，因此，其结果，在从第2衍射元件70射出时，相对于特定波长处于短波长侧的光L3与特定波长的光L1成为大致平行的光。这样，如图2所示，经第2衍射元件70射出的图像光L0作为大致平行的光入射到观察者的眼睛E，因此，抑制了各波长在视网膜E0上的成像位置偏移。因此，在图2所示的主衍射面内，能够消除第2衍射元件70产生的图像光L0的色像差。
接着，对第1衍射元件50与第2衍射元件70的共轭关系进行说明。在本实施方式的光学系统10中，至少在图2所示的主衍射面内，第1衍射元件50和第2衍射元件70的后述的共轭关系成立。
图5A是第1衍射元件50与第2衍射元件70处于共轭关系的情况的说明图。图5B和图5C是第1衍射元件50与第2衍射元件70不处于共轭关系的情况的说明图。图6A和图6B是示出从图5B和图5C所示的第1衍射元件50与第2衍射元件70的共轭关系发生偏移的容许差异的说明图。在图6A和图6B中，用实线Le表示特定波长的光，用单点划线Lf表示波长为特定波长-10nm的光，用双点划线Lg表示波长为特定波长+10nm的光。另外，在图5A～C、图6A和图6B中，为了容易理解光的行进，将第1衍射元件50、第2衍射元件70和导光光学系统60示为透过型，用箭头表示第1衍射元件50、第2衍射元件70和导光光学系统60。
如图5A所示，在第1衍射元件50和第2衍射元件70处于共轭的关系的情况下，从第1衍射元件50的A点射出的发散光被具有正屈光力的导光光学系统60会聚而入射到第2衍射元件70的B点。因此，能够在A点处对B点产生的衍射导致的色像差进行补偿。
与此相对，如图5B和图5C所示，在第1衍射元件50与第2衍射元件70不处于共轭关系的情况下，从第1衍射元件50的A点射出的发散光被中央的具有正屈光力的导光光学系统60会聚，在比第2衍射元件70上的B点远的位置或者近的位置相交而入射。因此，A点与B点不是1对1的关系。这里，由于在区域内的干涉条纹均匀的情况下补偿效果得到提高，所以，在第1衍射元件50与第2衍射元件70不处于共轭关系的情况下，补偿效果变弱。另一方面，很难通过第1衍射元件50对第2衍射元件70的投影区域整体进行补偿。因此，在图5B和图5C所示的方式的情况下，无法进行充分的波长补偿，所以，产生分辨率的劣化。
另外，关于相对于特定波长±10nm的波长的光，相对于特定波长的光所到达的B点存在±0.4mm左右的误差，但分辨率的下降不明显。作为讨论了该容许范围的结果，如图6A所示，当特定波长的光在比要到达的理想的第2衍射元件70上的B点靠前处相交而入射到±0.8mm的范围内时，分辨率的下降不明显。并且，如图6B所示，当特定波长的光在比要到达的理想的第2衍射元件70上的B点靠后方处相交且入射到±0.8mm的范围内时，分辨率的下降不明显。因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，即使不处于完全共轭关系，在处于大致共轭关系而到达相对于理想的B点±0.8mm的范围内的情况下，也能够容许分辨率的下降。即，在本实施方式中，第1衍射元件50和第2衍射元件70具有共轭关系是指特定波长的光的入射位置收敛在相对于理想的入射点±0.8mm的误差范围内。
图7A是光学系统10的主衍射面的光线图。图7B是光学系统10的副衍射面的光线图。在图7A、图7B和之后参照的图中，用粗箭头表示沿着光轴配置的各光学部。另外，在仅用粗线而不用箭头表示沿着光轴配置的各光学部的情况下，意味着光学部不具有屈光力。
此外，用实线La表示从图像光生成装置31的1个像素射出的光线，用单点划线Lb表示从图像光生成装置31的端部射出的主光线，用长虚线Lc表示与第1衍射元件50处于共轭关系的位置。这里，“中间像”是从1个像素射出的光线(实线La)会聚的部位，“光瞳”是各视场角的主光线(单点划线Lb)会聚的部位。此外，图7A和图7B示出了从图像光生成装置31射出的光的行进。另外，在图7A和图7B中，为了简化图示，将全部光学部图示为透过型。
如图7A所示，光学系统10在主衍射面内，第1光学部L10的焦距F为L/2，第2光学部L20、第3光学部L30和第4光学部L40的焦距F均为L。
另一方面，如图7B所示，光学系统10在副衍射面内，第1光学部L10的焦距F为L，第2光学部L20和第4光学部L40的焦距F均为2L。光学系统10在副衍射面内具有用粗线表示的第3光学部L30。即，在副衍射面内，与主衍射面相比，第3光学部L30不具有形成中间像或光瞳的屈光力。这里，第3光学部L30不具有屈光力是指，构成第3光学部L30的透镜是在副衍射面内不具有透镜面的板状。
此外，在本实施方式的光学系统10中，在对主衍射面与副衍射面进行比较的情况下，副衍射面内的第1光学部L10、第2光学部L20和第4光学部L40的焦距F较长。这样，关于本实施方式的光学系统10，在副衍射面内，通过增长第3光学部L30的焦距F并消除屈光力，使副衍射面内的屈光力小于主衍射面内的屈光力。这样，在本实施方式的光学系统10中，使图像光的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。
图8是示出在本实施方式的光学系统10中形成的图像光的中间像的状态的图。图8示出通过使用与本实施方式的光学系统10对应的模型的仿真而计算的形成在主衍射面内的中间像和形成在副衍射面内的中间像。
如图7A和图8所示，本实施方式的光学系统10在主衍射面内，在第1光学部L10与第3光学部L30之间形成图像光的第1中间像P1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2。即，关于本实施方式的光学系统10，形成在主衍射面上的中间像的数量为两个。
另一方面，如图7B和图8所示，本实施方式的光学系统10在副衍射面内，在第2光学部L20与第4光学部L40之间形成图像光的中间像P。即，在本实施方式的光学系统10中，形成在主衍射面上的中间像的数量为一个。因此，在本实施方式的光学系统10中，形成在主衍射面上的图像光的中间像的数量多于形成在副衍射面上的图像光的中间像的数量。
此外，第3光学部L30使得如下这样的光入射到第2衍射元件70的规定范围内，所述光是利用第1衍射元件50使来自图像光生成装置31的1个点的图像光发生偏转而从特定波长偏移后的周边波长的光。即，第1衍射元件50与第2衍射元件70处于共轭或大致共轭的关系。这里，第1衍射元件50通过第3光学部L30而在第2衍射元件70上的射影的倍率的绝对值为0.5倍到10倍，优选该倍率的绝对值为1倍到5倍。
图9是示出本实施方式的光学系统10中的光瞳的关系的图。图9示出通过使用与本实施方式的光学系统10对应的模型的仿真而计算的主衍射面内的光瞳和副衍射面内的光瞳。
如图7A和图9所示，本实施方式的光学系统10在主衍射面内，在第1光学部L10的内部形成光瞳R0，在第2光学部L20与第4光学部L40之间形成光瞳R1，第4光学部L40使图像光成为平行光而形成出射光瞳R2。光瞳R1形成在第2光学部L2与第4光学部L40之间的第3光学部L30的附近。第3光学部L30的附近是第2光学部L20与第3光学部L30之间的比第2光学部L20更靠近第3光学部L30的位置、或者第3光学部L30与第4光学部L40之间的比第4光学部L40更靠近第3光学部L30的位置。即，在本实施方式的光学系统10中，主衍射面内的光瞳的数量为两个。
另一方面，如图7B和图9所示，本实施方式的光学系统10在副衍射面内，在第1光学部L10内形成光瞳R0，第4光学部L40通过使图像光成为平行光而仅形成出射光瞳R2。即，在本实施方式的光学系统10中，副衍射面内的光瞳的数量为一个。因此，在本实施方式的光学系统10中，形成在主衍射面上的光瞳的数量多于形成在副衍射面上的光瞳的数量。
因此，根据本实施方式的光学系统10，在主衍射面内，在投射光学系统32与导光光学系统60之间形成图像光的第1中间像P1，在导光光学系统60的附近形成光瞳R1，在导光光学系统60与第2衍射元件70之间形成图像光的第2中间像P2，第2衍射元件70使图像光成为平行光而形成出射光瞳R2。
在本实施方式的光学系统10中，第1中间像P1形成在第1光学部L10(投射光学系统32)与第2光学部L20(第1衍射元件50)之间。
根据本实施方式的光学系统10，在主衍射面内满足以下所示的4个条件(条件1、2、3、4)。
条件1：从图像光生成装置31的1个点射出的光线在视网膜E0上成像为1个点。
条件2：光学系统的入射光瞳与眼球的瞳孔共轭。
条件3：适当配置第1衍射元件50和第2衍射元件70以补偿周边波长。
条件4：第1衍射元件50与第2衍射元件70处于共轭或大致共轭的关系。
更具体而言，从图7A所示的单点划线Lb可知，满足从图像光生成装置31的1个点射出的光线在视网膜E0上成像为1个点的条件1，因此，观察者能够看到1个像素。此外，从图7A所示的实线La可知，满足光学系统10的入射光瞳与眼睛E的瞳孔E1处于共轭(光瞳的共轭)关系的条件2，因此，能够看到由图像光生成装置31生成的图像的整个区域。此外，满足适当配置第1衍射元件50和第2衍射元件70以补偿周边波长的条件3，因此，能够通过进行波长补偿来消除第2衍射元件70产生的色像差。此外，从图7A所示的长虚线Lc可知，满足第1衍射元件50与第2衍射元件70处于共轭或大致共轭的关系的条件4，因此，能够在第1衍射元件50和第2衍射元件70中使光线入射到干涉条纹相同的部位，能够适当地进行波长补偿。因此，能够抑制图像光的分辨率的劣化。
在本实施方式的光学系统10中，在副衍射面内，满足上述的4个条件中的至少第1条件和第2条件。更具体而言，从图7B所示的单点划线Lb可知，满足从图像光生成装置31的1个点射出的光线在视网膜E0上成像为1个点的条件1，因此，观察者能够看到1个像素。此外，从图7B所示的实线La可知，满足光学系统10的入射光瞳与眼睛E的瞳孔E1处于共轭(光瞳的共轭)关系的条件2，因此，能够看到由图像光生成装置31生成的图像的整个区域。
另一方面，在本实施方式的光学系统10中，使副衍射面内的偏转力小于图像光的主衍射面内的偏转力，因此，在副衍射面内，不满足上述的条件3和条件4。
这里，以上述的方式在副衍射面内产生的周边波长的衍射角度差较小。因此，即使在副衍射面内不满足条件3和条件4，在利用第1衍射元件50进行偏转时产生的特定波长的衍射角度差也较小，因此，能够通过因光学部的透镜产生的色散对由于衍射角度差而发生偏移的光进行校正，从而使其入射到第2衍射元件70的规定范围。因此，即使产生了入射到干涉条纹不同的位置的问题，也能够将影响抑制为最小限度。
因此，在本实施方式的光学系统10中，在副衍射面内，也能够使特定波长的周边波长的光大致入射到特定波长的光的附近，因此，即使在不满足条件3和条件4的情况下，也能够大致消除色像差的产生。因此，在本实施方式的光学系统10中，在副衍射面内，也能够抑制分辨率的劣化。即，根据本实施方式的光学系统10，虽然与主衍射面相比，波长补偿效果较弱，但是，在开口率较小的情况或入射到观察者的眼睛的光线直径(出瞳直径)较小的情况下，能够获得一定的波长补偿效果。
此外，在本实施方式的光学系统10中，在图像光的光路中，图像光L0的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。此外，在本实施方式的光学系统10中，形成在主衍射面上的图像光的中间像和光瞳的数量多于形成在副衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量。
即，在本实施方式的光学系统10中，考虑在第1衍射元件50和第2衍射元件70中的主衍射面和副衍射面之间产生的衍射角度差而设计了各光学部的屈光力。因此，能够减少副衍射面内的各光学部的屈光力过度增强。
因此，根据本实施方式的光学系统10，在副衍射面内，能够抑制各光学部的屈光力，因此，能够缓和构成各光学部的透镜等光学部件的组装公差。
(第二实施方式)
接着，对第二实施方式的光学系统的结构进行说明。
本实施方式的光学系统在主衍射面内具有与第一实施方式的光学系统10相同的屈光力，但是，副衍射面内的屈光力与第一实施方式的光学系统10不同。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构标注相同标号，省略其说明。
图10是本实施方式的光学系统的副衍射面内的光线图。另外，本实施方式的光学系统的主衍射面内的光线图与图7A相同，因此省略。
如图10所示，本实施方式的光学系统10A在副衍射面内，第1光学部L10的焦距F为L，第2光学部L20和第4光学部L40的焦距F均为L，第3光学部L30的焦距F为L/2。
另一方面，在本实施方式的光学系统10A中，在主衍射面内，第1光学部L10的焦距F为L/2，第2光学部L20、第3光学部L30和第4光学部L40的焦距F均为L(参照图7A)。
在本实施方式的光学系统10A中，在对主衍射面与副衍射面进行比较的情况下，在副衍射面内，增长第1光学部L10的焦距F。即，本实施方式的光学系统10A采用了抑制第1光学部L10中的副衍射面内的屈光力的结构。
这样，在本实施方式的光学系统10A中，在副衍射面内，通过抑制第1光学部L10的屈光力并增长焦距F，使副衍射面内的屈光力小于主衍射面内的屈光力。这样，在本实施方式的光学系统10A中，使图像光的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。
在本实施方式的光学系统10A中，如图7A所示，在主衍射面内，在第1光学部L10与第3光学部L30之间形成图像光的第1中间像P1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2。更具体而言，第1中间像P1形成在第1光学部L10与第2光学部L20之间。因此，第1中间像P1与第2中间像P2之间的距离用图7A所示的标记H1规定。
另一方面，在本实施方式的光学系统10A中，如图10所示，在副衍射面内，在第1光学部L10与第3光学部L30之间形成图像光的第1中间像P1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2。更具体而言，第1中间像P1形成在第2光学部L20与第3光学部L30之间。因此，第1中间像P1与第2中间像P2之间的距离用图10所示的标记H2规定。
因此，在本实施方式的光学系统10A中，在对主衍射面的光线图与副衍射面的光线图进行比较的情况下，形成在主衍射面上的第1中间像P1与第2中间像P2之间的第1距离H1大于形成在副衍射面上的第1中间像P1与第2中间像P2之间的第2距离H2。
在本实施方式的光学系统10A中，采用了通过使第1距离H1比第2距离H2长而使副衍射面内的偏转力小于图像光的主衍射面内的偏转力的结构。
在本实施方式的光学系统10A中，与第一实施方式的光学系统10同样，考虑在第1衍射元件50和第2衍射元件70中的主衍射面和副衍射面之间产生的衍射角度差而设计了各光学部的屈光力。因此，能够减少副衍射面内的各光学部的屈光力过度增强。因此，在本实施方式的光学系统10A中，由于在衍射面内能够抑制各光学部的屈光力，因此，能够缓和构成各光学部的透镜等光学部件的组装公差。
在本实施方式的光学系统10A中，也与第一实施方式的结构同样，在主衍射面内满足4个条件，因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，能够使光线入射到干涉条纹相同的位置，能够通过适当地进行波长补偿来消除色像差。因此，能够抑制图像光的分辨率的劣化。
此外，在副衍射面内，不满足上述的条件3和条件4，但是，在副衍射面内产生的周边波长的衍射角度差较小，因此，在本实施方式的光学系统10A中，也通过在副衍射面内使特定波长的周边波长的光大致入射到特定波长的光的附近，能够大致消除色像差的产生。
(第三实施方式)
接着，对第三实施方式的光学系统的结构进行说明。本实施方式的光学系统的图像光生成装置的结构与第一实施方式不同。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构标注相同标号，省略其说明。
图11是第三实施方式的光学系统10B的光线图。另外，图11示出主衍射面上的光学系统的结构。如图11所示，在本实施方式的光学系统10B中，与第一实施方式的结构同样地设置有：第1光学部L10，其具有正屈光力：第2光学部L20，其包含第1衍射元件50，并且具有正屈光力；第3光学部L30，其具有正屈光力；以及第4光学部L40，其包含反射型的第2衍射元件70，并且具有正屈光力。
本实施方式的图像光生成装置31具有激光源316、准直透镜317和微镜器件318，通过对微镜器件318进行驱动来对激光源316进行扫描，由此，生成图像。因此，在本实施方式中，图像光生成装置31自身形成视场角的光。
根据搭载有本实施方式的光学系统10B的显示装置，在观察者的佩戴中，即使在因体温或显示装置自身的热而产生温度变化从而使激光的光谱宽度等发生变动的情况下，也能够通过波长补偿显示质量高的图像。
(第四实施方式)
接着，对第四实施方式进行说明。本实施方式涉及显示装置的另一个方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构标注相同标号，省略其说明。
图12是第四实施方式的显示装置的说明图。图12示出主衍射面上的光学系统的结构，图12中的用XYZ表示的方向与图1以及图2中的方向一致。
如图12所示，本实施方式的显示装置101使图像光从上侧Y1向下侧Y2行进而向观察者的眼睛E射出。
如图12所示，本实施方式的显示装置101在沿着Y轴的上下方向上配置有光学系统11，在从配置于头顶部的图像光生成装置31到眼睛E的前方的第2衍射元件70之间配置有投射光学系统32、第1衍射元件50和导光光学系统60。在本实施方式的光学系统12中，通过沿着与YZ面平行的面使图像光较大偏转，将其引导至观察者的眼睛E。因此，在本实施方式的光学系统12中，用与图12所示的YZ面平行的面规定主衍射面。
在本实施方式中，导光光学系统60由具有中央比周边部凹陷的反射面620的反射镜62构成，并且具有正屈光力。反射面620由球面、非球面或自由曲面构成。在本实施方式中，反射面620由自由曲面构成。第1衍射元件50是由透过型体积全息元件和透镜一体化而成的，具有正屈光力。另外，有时也构成为第1衍射元件50自身具有正屈光力。
虽然省略图示，但是，在本实施方式的光学系统12中，与上述的实施方式同样，使副衍射面内的屈光力小于主衍射面内的屈光力，或者形成在主衍射面上的图像光的中间像和光瞳的数量多于形成在副衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量，或者使第1距离H1比第2距离H2长。
由此，使图像光的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。
在本实施方式的光学系统11中，沿着从图像光生成装置31射出的图像光的光路设置有：第1光学部L10(投射光学系统32)，其具有正屈光力；第2光学部L20，其具有第1衍射元件50，并且具有正屈光力；第3光学部L30(导光光学系统60的反射镜62)其具有正屈光力；以及第4光学部L40，其具有反射型的第2衍射元件70，并且具有正屈光力。因此，在第1光学部L10与第3光学部L30之间形成图像光的第1中间像P1，在第3光学部L30的附近形成光瞳R1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2，第4光学部L40使图像光成为平行光而形成出射光瞳R2。
这里，第3光学部L30由具有正屈光力的反射镜62构成。因此，由第2光学部L20衍射的发散光被反射镜62会聚。此外，所会聚的光入射到第4光学部L40(第2衍射元件70)的供特定波长的光所入射的点和附近。
根据本实施方式的光学系统11，能够在衍射面内抑制各光学部的屈光力，因此，能够缓和构成各光学部的透镜等光学部件的组装公差。
此外，在本实施方式的光学系统11中，也与第一实施方式的结构同样，在主衍射面内，满足4个条件，因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，能够使光线入射到干涉条纹相同的位置，能够通过适当地进行波长补偿来消除色像差。因此，能够抑制图像光的分辨率的劣化。另外，在副衍射面内，不满足上述的条件3和条件4，但是，如上所述，在副衍射面内，周边波长的光大致入射到特定波长的光的附近，由此，能够大致消除色像差的产生。
(第四实施方式的变形例)
接着，对第四实施方式的显示装置的变形例进行说明。
图13是第四实施方式的变形例的显示装置的说明图。图13示出主衍射面上的结构。在图12所示的光学系统11中，第1光学部L10(投射光学系统32)与第2光学部L20(第1衍射元件50)是分开的部件，但在本实施方式的光学系统12中，如图13所示，第1光学部L10(投射光学系统)与第2光学部L20(第1衍射元件50)是一体的。更具体来说，第1光学部L10(投射光学系统32)由具有多个反射面851、852的棱镜85构成，在棱镜85的射出面853上构成有第2光学部L20(透过型的第1衍射元件50)。
其他结构与图12所示的结构相同。因此，能够起到与图12所示的方式相同的效果。并且，通过使用棱镜85，将第1光学部L10(投射光学系统32)和第2光学部L20(第1衍射元件50)一体化，因此，能够实现组装公差的减小和头部前后方向的小型化等。
(第五实施方式)
接着，对第五实施方式的光学系统的结构进行说明。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的结构标注相同标号，省略其说明。
图14是示出第五实施方式的光学系统的概略结构的图。另外，图14示出主衍射面的光学系统的结构。与第一实施方式同样，图14所示的本实施方式的光学系统13沿着从图像光生成装置31射出的图像光的光路设置有：第1光学部L10，其具有正屈光力：第2光学部L20，其包含第1衍射元件50，具有正屈光力；第3光学部L30，其具有正屈光力；以及第4光学部L40，其包含反射型的第2衍射元件70，具有正屈光力。另外，图14示出光学系统13中的主衍射面内的光线图。
在本实施方式中，导光光学系统60由具有中央比周边部凹陷的反射面620的反射镜62构成，具有正屈光力。反射面620由球面、非球面或自由曲面构成。在本实施方式中，反射面620由自由曲面构成。在从投射光学系统32到第1衍射元件50的光路的中途位置配置有反射镜40。反射镜40的反射面400为凹曲面，具有正屈光力。
本实施方式的投射光学系统32具有旋转对称的透镜326和自由曲面的透镜327。
在本实施方式的光学系统13中，在主衍射面内，在第1光学部L10中的透镜326、327之间形成光瞳R0，在第3光学部L30的附近形成光瞳R1，在第3光学部L30与第4光学部L40之间形成图像光的第2中间像P2。而且，第4光学部L40使图像光成为平行光而形成出射光瞳R2。这样，在本实施方式的光学系统13中，第1中间像P1形成在第1光学部L10(投射光学系统32)中。
虽然省略图示，但是，在本实施方式的光学系统13中，也与上述的实施方式同样，使副衍射面内的屈光力小于主衍射面内的屈光力，或者形成在主衍射面上的图像光的中间像和光瞳的数量多于形成在副衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量，或者使第1距离H1比第2距离H2长。
由此，使图像光的主衍射面内的偏转力大于副衍射面内的偏转力。
根据本实施方式的光学系统13，能够在衍射面内抑制各光学部的屈光力，因此，能够缓和构成各光学部的透镜等光学部件的组装公差。
此外，在本实施方式的光学系统13中，也与上述的实施方式的结构同样，在主衍射面内，满足4个条件，因此，在第1衍射元件50和第2衍射元件70中，能够使光线入射到干涉条纹相同的位置，能够通过适当地进行波长补偿来消除色像差。因此，能够抑制图像光的分辨率的劣化。另外，在副衍射面内，不满足上述的条件3和条件4，但是，如上所述，在副衍射面内，周边波长的光大致入射到特定波长的光的附近，由此，能够大致消除色像差的产生。
此外，图14所示的部件中的构成透光性部件的塑料、玻璃等使用了将高色散和低色散组合在一起的光学部件。此外，第3光学部L30使用了反射镜62，所以，在第1光学部L10中处于消色状态。因此，光学系统13的重心位置向后侧Z2移动，所以，还具有能够减轻对使用者鼻子的负担等优点。此外，关于反射镜62，只要通过溅射法等在透明树脂或玻璃等透明部件上形成半透过型反射层或角度选择性的反射层，则能够经由反射镜62看到外界。
(第五实施方式的第一变形例)
接着，涉及第五实施方式的第一变形例的光学系统。
图15是第五实施方式的第一变形例的光学系统的说明图。另外，图15示出主衍射面上的光学系统的结构。与参照图14所说明的第五实施方式同样，图15所示的光学系统14在从配置于侧头部的图像光生成装置31到眼睛E前面的第2衍射元件70(第4光学部L40)之间配置有投射光学系统32(第1光学部L10)、反射镜40、第1衍射元件50(第2光学部L20)和导光光学系统60的反射镜62(第3光学部L30)。
在本变形例中，反射镜40与反射镜62构成在共同的部件81的不同的面上。其他结构与第五实施方式相同。因此，根据本变形例的结构，除了与第五实施方式的光学系统13相同的效果以外，反射镜40和反射镜62构成在共同的部件81上，所以，可以起到如能够实现组装公差的减少等的效果。此外，能够减少制造反射镜的模具的种类，所以，能够实现成本的削减。
(第五实施方式的第二变形例)
接着，涉及第五实施方式的第二变形例的光学系统。
图16是第五实施方式的第二变形例的光学系统的说明图。图16示出主衍射面的光学系统的结构。与第五实施方式同样，图16所示的光学系统15在从配置于侧头部的图像光生成装置31到眼睛E前面的第2衍射元件70(第4光学部L40)之间配置有投射光学系统32(第1光学部L10)、反射镜40、第1衍射元件50(第2光学部L20)和导光光学系统60的反射镜62(第3光学部L30)。
在本变形例中，反射镜62和第2衍射元件70构成在共同的部件82的不同的面上。其他结构与第五实施方式相同。因此，根据本变形例的结构，除了与第五实施方式的光学系统13相同的效果以外，反射镜62和第2衍射元件70构成在共同的部件82上，所以，可以起到能够实现组装公差的减少等的效果。此外，能够减少制造反射镜的模具的种类，所以能够实现成本的削减。
(第五实施方式的第三变形例)
接着，涉及第五实施方式的第三变形例的光学系统。
图17是第五实施方式的第三变形例的光学系统的说明图。图17示出主衍射面的光学系统的结构。
与第五实施方式同样，图17所示的光学系统16在从配置于侧头部的图像光生成装置31到眼睛E前面的第2衍射元件70(第4光学部L40)之间配置有投射光学系统32(第1光学部L10)、反射镜40、第1衍射元件50(第2光学部L20)和导光光学系统60的反射镜62(第3光学部L30)。
在本变形例中，反射镜40、反射镜62和第2衍射元件70构成在共同的部件83的不同的面上。其他结构与第五实施方式相同。因此，根据本变形例的结构，除了与第五实施方式的光学系统13相同的效果以外，反射镜40、反射镜62和第2衍射元件70构成在共同的部件83上，因此，可以起到能够实现组装公差的减少等的效果。此外，能够减少制造反射镜的模具的种类，所以能够实现成本的削减。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限于上述内容，能够在不脱离发明的主旨范围内适当进行变更。
例如，在上述实施方式中，在主衍射面内，以使第1衍射元件50与第2衍射元件70成为完全共轭关系的情况为中心进行了说明，但是，也可以在主衍射面内以使第1衍射元件50与第2衍射元件70处于大致共轭关系的方式设定屈光力。
图18是使第1衍射元件50与第2衍射元件70成为大致共轭关系的情况下的说明图。图19是在图18所示的大致共轭关系时从第2衍射元件70射出的光的说明图。图20是示出图19所示的光入射到眼睛E的情形的说明图。另外，在图18中，用实线Le表示特定波长的光，用单点划线Lf表示波长为特定波长-10nm的光，用双点划线Lg表示波长为特定波长+10nm的光。在图20中，在朝向附图的最左侧示出波长为特定波长-10nm的光(在图19中用单点划线Lf表示的光)入射到眼睛E的情形，在朝向附图的最右侧示出波长为特定波长+10nm的光(在图19中用双点划线Lg表示的光)入射到眼睛E的情形，在其中间示出波长从特定波长-10nm变化到特定波长+10nm的光入射到眼睛E的情形。图20没有示出特定波长的光入射到眼睛E的情形，但特定波长的光入射到眼睛E的情形是从左起的第3个所示的情形与从左起的第4个所示的情形的中间情形。
在本变形例的光学系统17中，在使第1衍射元件50和第2衍射元件70处于大致共轭的情况下，如图18所示，在从特定波长偏移的周边波长的光中，入射到第2衍射元件70的状态是不同的。这里，在第2衍射元件70中，越接近光轴，则干涉条纹数越少，使光弯曲的力越弱。因此，如果使长波长侧的光入射到光轴侧并使短波长侧的光入射到端侧，则特定波长的光和周边波长的光成为平行光，所以，能够得到与波长补偿同样的效果。
在该情况下，光线位置根据波长而发生偏移，所以，如图19所示，入射到瞳孔的光线直径从直径
Figure BDA0002249982350000211
变大到直径
Figure BDA0002249982350000212
图20示出此时入射到瞳孔的光线强度的情形。根据图20可知，在特定波长附近无法满足瞳孔，但是，周边波长的光入射到与特定波长的光偏移的位置，因此，能够满足瞳孔直径。其结果，能够获得观察者容易观察图像等的优点。
[其他显示装置中的应用]
在上述实施方式中，例示了头部佩戴型的显示装置100，但也可以将本发明应用于平视显示器、手持显示器、投影仪用光学系统等。

Claims (3)

1.一种显示装置，其特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：
第1光学部，其具有正屈光力；
第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；
第3光学部，其具有正屈光力；
第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；
在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，
所述图像光在所述主衍射面内的偏转力大于所述图像光在所述副衍射面内的偏转力。
2.一种显示装置，其特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：
第1光学部，其具有正屈光力；
第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；
第3光学部，其具有正屈光力；
第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；
在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，
形成在所述主衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量多于形成在所述副衍射面上的所述图像光的中间像和光瞳的数量。
3.一种显示装置，其特征在于，其沿着从图像光生成装置射出的图像光的光路具有：
第1光学部，其具有正屈光力；
第2光学部，其包含第1衍射元件，具有正屈光力；
第3光学部，其具有正屈光力；
第4光学部，其包含第2衍射元件，具有正屈光力；
在所述光路中，所述第1衍射元件和所述第2衍射元件使所述图像光至少沿着主衍射面和与所述主衍射面垂直的副衍射面进行衍射，
在所述第1光学部与所述第3光学部之间形成所述图像光的第1中间像，
在所述第3光学部与所述第4光学部之间形成所述图像光的第2中间像，
形成在所述主衍射面上的所述第1中间像与所述第2中间像之间的第1距离大于形成在所述副衍射面上的所述第1中间像与所述第2中间像之间的第2距离。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11586024B1 (en) 2019-08-05 2023-02-21 Meta Platforms Technologies, Llc Peripheral see-through pancake lens assembly and display device with same
US11579425B1 (en) 2019-08-05 2023-02-14 Meta Platforms Technologies, Llc Narrow-band peripheral see-through pancake lens assembly and display device with same
US11467332B2 (en) 2019-09-10 2022-10-11 Meta Platforms Technologies, Llc Display with switchable retarder array
US11391948B2 (en) 2019-09-10 2022-07-19 Facebook Technologies, Llc Display illumination using a grating
US11726336B2 (en) 2019-09-10 2023-08-15 Meta Platforms Technologies, Llc Active zonal display illumination using a chopped lightguide
US11852814B2 (en) 2019-09-17 2023-12-26 Meta Platforms Technologies, Llc Display device with holographic diffuser display and see-through lens assembly
US11360308B2 (en) * 2020-01-22 2022-06-14 Facebook Technologies, Llc Optical assembly with holographic optics for folded optical path

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6788442B1 (en) * 1998-10-06 2004-09-07 Thomson-Csf Sexant Optical device for helmet visor comprising a diffractive mirror
CN1774661A (zh) * 2004-03-29 2006-05-17 索尼株式会社 光学装置以及虚像显示装置
US20100284070A1 (en) * 2005-05-30 2010-11-11 Konica Minolta Holdings, Inc. Image display apparatus and head mount display
CN102375234A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 索尼公司 显示设备组装体
DE102014215137A1 (de) * 2014-08-01 2016-02-04 Robert Bosch Gmbh Lichtformer für einen Bildgeber eines Sichtfeldanzeigegeräts und Sichtfeldanzeigegerät
CN105929535A (zh) * 2015-02-27 2016-09-07 精工爱普生株式会社 图像显示装置
CN107193130A (zh) * 2016-03-14 2017-09-22 精工爱普生株式会社 显示装置和导光装置
CN108107621A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 精工爱普生株式会社 显示装置
CN108121069A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 精工爱普生株式会社 影像显示装置以及导光装置
CN108254925A (zh) * 2018-01-08 2018-07-06 东南大学 一种高衍射效率的全息波导显示装置及其光栅耦合方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9116108D0 (en) * 1991-07-25 1991-11-06 Pilkington Perkin Elmer Ltd Improvements in or relating to displays
KR0131172B1 (ko) * 1994-05-07 1998-04-16 김은영 스펙트럴 코딩 방식에 의한 직접 화상 전송 방법 및 장치
US6219186B1 (en) * 1998-04-06 2001-04-17 Optimize Incorporated Compact biocular viewing system for an electronic display
WO2007081707A2 (en) * 2006-01-04 2007-07-19 Optical Research Associates Personal display using an off-axis illuminator
US8520310B2 (en) * 2008-09-26 2013-08-27 Konica Minolta Opto, Inc. Image display device, head-mounted display and head-up display
US9335604B2 (en) * 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
AU2010243329B2 (en) 2009-04-29 2014-01-30 Snap Inc. Head mounted display
AU2015266586B2 (en) * 2014-05-30 2020-07-23 Magic Leap, Inc. Methods and systems for generating virtual content display with a virtual or augmented reality apparatus
JP6337656B2 (ja) * 2014-06-30 2018-06-06 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
US10571696B2 (en) * 2014-12-26 2020-02-25 Cy Vision Inc. Near-to-eye display device
WO2017062667A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-13 Magic Leap, Inc. Virtual/augmented reality system having reverse angle diffraction grating
IL301881B1 (en) * 2017-02-23 2024-04-01 Magic Leap Inc Display system with variable power reflector
JP6612812B2 (ja) * 2017-06-06 2019-11-27 株式会社Ｑｄレーザ 画像投影装置
WO2019065245A1 (ja) * 2017-09-29 2019-04-04 株式会社Ｑｄレーザ 画像投影装置
JP7207406B2 (ja) * 2018-05-15 2023-01-18 ソニーグループ株式会社 表示装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6788442B1 (en) * 1998-10-06 2004-09-07 Thomson-Csf Sexant Optical device for helmet visor comprising a diffractive mirror
CN1774661A (zh) * 2004-03-29 2006-05-17 索尼株式会社 光学装置以及虚像显示装置
US20100284070A1 (en) * 2005-05-30 2010-11-11 Konica Minolta Holdings, Inc. Image display apparatus and head mount display
CN102375234A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 索尼公司 显示设备组装体
DE102014215137A1 (de) * 2014-08-01 2016-02-04 Robert Bosch Gmbh Lichtformer für einen Bildgeber eines Sichtfeldanzeigegeräts und Sichtfeldanzeigegerät
CN105929535A (zh) * 2015-02-27 2016-09-07 精工爱普生株式会社 图像显示装置
CN107193130A (zh) * 2016-03-14 2017-09-22 精工爱普生株式会社 显示装置和导光装置
CN108107621A (zh) * 2016-11-25 2018-06-01 精工爱普生株式会社 显示装置
CN108121069A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 精工爱普生株式会社 影像显示装置以及导光装置
CN108254925A (zh) * 2018-01-08 2018-07-06 东南大学 一种高衍射效率的全息波导显示装置及其光栅耦合方法

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Publication number Publication date
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CN111123516B (zh) 2022-03-22
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US20220011589A1 (en) 2022-01-13

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