CN112305761A - 图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

图像显示装置。能够减少虚像的明亮度中产生的不均匀。本发明的图像显示装置的特征在于，该图像显示装置具有：图像光生成部，其生成单色的图像光；导光板；入射侧衍射元件，其设置于导光板的光入射部，使图像光入射到导光板内；出射侧衍射元件，其设置于导光板的光出射部，使在导光板内传播的图像光出射；以及角度依赖反射膜，其设置于导光板与出射侧衍射元件之间，具有根据在导光板内传播的图像光的传播角的大小而不同的反射率，角度依赖反射膜对于以相对较小的传播角传播的图像光的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的图像光的反射率。

Description

图像显示装置
技术领域
本发明涉及图像显示装置。
背景技术
近年来，头戴显示器等佩戴型的图像显示装置受到关注。作为这种图像显示装置，存在如下技术：具有形成于导光板的表面的入射侧衍射元件和出射侧衍射元件，使从入射侧衍射元件取入到导光体内的图像光进行传播而从出射侧衍射元件取出到外部，由此显示虚像(例如参照下述专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-85426号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述图像显示装置中，出射侧衍射元件的衍射效率根据在导光板内传播的光的传播角的大小而变化，因此，存在从出射侧衍射元件出射的图像光的明亮度不均匀的问题。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的第1方式的图像显示装置的特征在于，所述图像显示装置具有：图像光生成部，其生成单色的图像光；导光板；入射侧衍射元件，其设置于所述导光板的光入射部，使所述图像光入射到所述导光板内；出射侧衍射元件，其设置于所述导光板的光出射部，使在所述导光板内传播的所述图像光出射；以及角度依赖反射膜，其设置于所述导光板与所述出射侧衍射元件之间，具有根据在所述导光板内传播的所述图像光的传播角的大小而不同的反射率，所述角度依赖反射膜对于以相对较小的传播角传播的所述图像光的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的所述图像光的反射率。
本发明的第2方式的图像显示装置的特征在于，所述图像显示装置具有：图像光生成部，其生成包含第1色光、第2色光和第3色光的图像光；第1导光板；第1入射侧衍射元件，其设置于所述第1导光板的第1光入射部，供所述第1色光入射；第1出射侧衍射元件，其设置于所述第1导光板的第1光出射部，使在所述第1导光板内传播的所述第1色光出射；第1角度依赖反射膜，其设置于所述第1导光板与所述第1出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第1导光板内传播的所述第1色光的传播角的大小而不同的反射率；第2导光板；第2入射侧衍射元件，其设置于所述第2导光板的第2光入射部，供所述第2色光入射；第2出射侧衍射元件，其设置于所述第2导光板的第2光出射部，使在所述第2导光板内传播的所述第2色光出射；第2角度依赖反射膜，其设置于所述第2导光板与所述第2出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第2导光板内传播的所述第2色光的传播角的大小而不同的反射率；第3导光板；第3入射侧衍射元件，其设置于所述第3导光板的第3光入射部，供所述第3色光入射；第3出射侧衍射元件，其设置于所述第3导光板的第3光出射部，使在所述第3导光板内传播的所述第3色光出射；第3角度依赖反射膜，其设置于所述第3导光板与所述第3出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第3导光板内传播的所述第3色光的传播角的大小而不同的反射率，所述第1角度依赖反射膜对于在所述第1导光板内以相对较小的传播角传播的所述第1色光的反射率大于对于在所述第1导光板内以相对较大的传播角传播的所述第1色光的反射率，所述第2角度依赖反射膜对于在所述第2导光板内以相对较小的传播角传播的所述第2色光的反射率大于对于在所述第2导光板内以相对较大的传播角传播的所述第2色光的反射率，所述第3角度依赖反射膜对于在所述第3导光板内以相对较小的传播角传播的所述第3色光的反射率大于对于在所述第3导光板内以相对较大的传播角传播的所述第3色光的反射率。
在上述第1方式中，所述入射侧衍射元件和所述出射侧衍射元件中的至少一方也可以是表面浮雕型的衍射光栅。
在上述第1方式中，所述入射侧衍射元件和所述出射侧衍射元件中的至少一方也可以是体积全息元件。
在上述第2方式中，所述第1入射侧衍射元件、所述第2入射侧衍射元件、所述第3入射侧衍射元件、所述第1出射侧衍射元件、所述第2出射侧衍射元件和所述第3出射侧衍射元件中的至少一个也可以是表面浮雕型的衍射光栅。
在上述第2方式中，所述第1入射侧衍射元件、所述第2入射侧衍射元件、所述第3入射侧衍射元件、所述第1出射侧衍射元件、所述第2出射侧衍射元件和所述第3出射侧衍射元件中的至少一个也可以是体积全息元件。
在上述第1方式或上述第2方式中，所述图像光也可以将激光作为光源。
附图说明
图1是示出观察者佩戴了实施方式的图像显示装置的状态的图。
图2是实施方式的图像显示装置的立体图。
图3是示出图像显示部的概略结构的水平剖视图。
图4是定性地示出出射侧衍射元件的衍射效率的传播角依赖性的图。
图5是示出出射侧衍射元件的光传播方向上的出射光量分布的图。
图6是放大了导光板中的光出射部的主要部分的剖视图。
图7是示出角度依赖反射膜的反射率特性的图。
图8是示出设置了角度依赖反射膜的情况下的出射光量分布的图。
图9是示出第2实施方式的图像显示部的概略结构的水平剖视图。
标号说明
10、210：图像光生成部；20：导光板；20a：光入射部；20b：光出射部；20B：第1导光板；20G：第2导光板；20R：第3导光板；21：入射侧衍射元件；21B：第1入射侧衍射元件；21G：第2入射侧衍射元件；21R：第3入射侧衍射元件；22：出射侧衍射元件；22B：第1出射侧衍射元件；22G：第2出射侧衍射元件；22R：第3出射侧衍射元件；23：角度依赖反射膜；23B：第1角度依赖反射膜；23G：第2角度依赖反射膜；23R：第3角度依赖反射膜；31a：第1光入射部；31b：第1光出射部；32a：第2光入射部；32b：第2光出射部；33a：第3光入射部；33b：第3光出射部；100：图像显示装置；G、G1、G2、G3：图像光；GB：蓝色图像光(第1色光)；GG：绿色图像光(第2色光)；GR：红色图像光(第3色光)。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
另外，以下说明所使用的附图有时为了简便而放大示出作为特征的部分，以容易理解特征，各结构要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
(第1实施方式)
本实施方式的图像显示装置是能够看到图像和外界的透视型头戴显示器。即，使观察者识别作为虚像的影像，并且使观察者观察外界像作为透视光。
图1是示出观察者佩戴了本实施方式的图像显示装置的状态的图。图2是本实施方式的图像显示装置的立体图。
如图1所示，本实施方式的图像显示装置100以观察者M戴眼镜的感觉佩戴在头部进行使用。
如图2所示，图像显示装置100具备：具有与眼镜相似的形状的显示部111、以及具有观察者能够手持的程度的大小的控制装置(控制器)160。显示部111和控制装置160以有线或无线的方式连接成能够进行通信。在本实施方式中，构成显示部111的左眼用图像显示部111A以及右眼用图像显示部111B各自与控制装置160经由缆线150以有线的方式连接成能够进行通信，进行图像信号和控制信号的通信。
显示部111具有主框120、左眼用图像显示部111A和右眼用图像显示部111B。控制装置160具有显示画面部170和操作按钮部180。
显示画面部170例如显示提供给观察者的各种信息和指示等。主框120具有用于供观察者挂在耳朵上的一对腿部122A、122B。主框120是支承左眼用图像显示部111A和右眼用图像显示部111B的部件。
右眼用图像显示部111B和左眼用图像显示部111A具有相同的结构，两个显示部111内的各结构要素左右对称地配置。因此，下面，将左眼用图像显示部111A简称为图像显示部112进行详细说明，省略右眼用图像显示部111B的说明。
图3是示出图像显示部的概略结构的水平剖视图。
如图3所示，图像显示部112具有图像光生成部10、导光板20、入射侧衍射元件21、出射侧衍射元件22和角度依赖反射膜23。图像光生成部10包含光源10A和MEMS镜10B。光源10A包含出射单色的激光的激光光源。在本实施方式中，光源10A例如出射具有520nm的峰值波长的绿色的激光。MEMS镜10B由微镜构成，使反射后的激光经由未图示的会聚透镜入射到导光板20。
对图像光生成部10输入来自控制部(未图示)的图像信号。图像光生成部10通过MEMS镜10B扫描从光源10A出射的激光，使其按照时间顺序依次经由未图示的会聚透镜入射到导光板20，由此生成单色(绿色)的图像光G。
由此，图像光生成部10生成与该图像信号对应的图像光G，朝向导光板20出射。这样，在本实施方式中，MEMS镜10B扫描激光，由此构成图像光G。因此，图像光G以具有规定的振幅(振角)的状态入射到导光板20。
本实施方式的导光板20是透明的光学玻璃。另外，第1导光板20还能够使用透明的光学塑料，还能够使用环状聚烯烃聚合物树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯等。
导光板20包含光入射部20a和光出射部20b。入射侧衍射元件21设置于导光板20的光入射部20a。出射侧衍射元件22设置于导光板20的光出射部20b。
入射侧衍射元件21使图像光G衍射而入射到导光板20内。导光板20如后所述使导入到内部的图像光G以全反射的方式进行传播。出射侧衍射元件22取出在导光板20内以全反射的方式传播的图像光G，将其引导至观察者M的眼睛ME。图像光G作为虚像被观察者M的眼睛ME看到。
入射侧衍射元件21和出射侧衍射元件22能够根据所要求的性能，从表面浮雕型的衍射光栅或体积全息元件中适当选择。表面浮雕型衍射光栅具有能够在宽角度范围内维持高衍射效率的优点。此外，体积全息元件具有能够得到高衍射效率的优点。
在本实施方式中，入射侧衍射元件21和出射侧衍射元件22由表面浮雕型衍射光栅构成。
图像光G以入射角θ1～θ2的角度范围入射到导光板20的入射侧衍射元件21。这里，入射角θ1是入射到入射侧衍射元件21的图像光G中的、相对于入射侧衍射元件21的法线21H从接近出射侧衍射元件22的方向入射的光线的入射角中的绝对值最大的入射角。入射角θ2是入射到入射侧衍射元件21的图像光G中的、相对于入射侧衍射元件21的法线21H从远离出射侧衍射元件22的朝向入射的光线的入射角中的绝对值最大的入射角。
入射角θ1和入射角θ2将相对于入射侧衍射元件21的法线21H顺时针的方向设为正方向。因此，入射角θ1和入射角θ2的绝对值相同，相对于法线21H逆时针的方向的入射角θ1为负值，相对于法线21H顺时针的方向的入射角θ2成为正值。
下面，为了方便起见，有时将入射角θ1称为最小入射角θmin，将入射角θ2称为最大入射角θmax。
被入射侧衍射元件21衍射而入射到导光板20内的图像光G在导光板20的表面20c进行全反射，由此在导光板20内以规定的传播角进行传播。这里，图像光G的传播角是图像光G相对于导光板20的表面20c的入射角。
以最小入射角θmin入射到入射侧衍射元件21的图像光G1被入射侧衍射元件21衍射而在导光板20内以最小传播角θdmin进行传播。在本实施方式中，最小传播角θdmin设定为大于导光板20的临界角，图像光G1在导光板20内一边进行全反射一边传播。以最小传播角θdmin在导光板20内传播的图像光G1以相对于导光板20的表面20c直立的状态进行传播。
此外，以最大入射角θmax入射到入射侧衍射元件21的图像光G2被入射侧衍射元件21衍射而在导光板20内以最大传播角θdmax进行传播。在本实施方式中，最大传播角θdmax设定为大于导光板20的临界角，因此，图像光G2在导光板20内一边进行全反射一边传播。以最大传播角θdmax导光板20内传播的图像光G2以相对于导光板20的表面20c横卧的状态进行传播。
另外，以最小入射角θmin与最大入射角θmax之间的入射角0°入射到入射侧衍射元件21的图像光G3被入射侧衍射元件21衍射而在导光板20内以最小传播角θdmin与最大传播角θdmax之间的传播角θd0进行传播。在本实施方式中，传播角θd0设定为大于导光板20的临界角，图像光G3在导光板20内一边进行全反射一边传播。
图像光G1～G3在导光板20内一边进行全反射一边传播，被出射侧衍射元件22衍射而被取出到外部。在本实施方式中，入射侧衍射元件21和出射侧衍射元件22的光栅周期相同。因此，从出射侧衍射元件22出射的图像光G1～G3的出射角度与入射到入射侧衍射元件21的图像光G1～G3的入射角分别相同。因此，θmax-θmin成为决定虚像大小的图像光G的视场角。
但是，出射侧衍射元件22的衍射效率根据导光板20内的图像光G的传播角度的大小而变化。
下面，举例说明在导光板20的表面20c直接形成有出射侧衍射元件22的结构。
图4是示出出射侧衍射元件中的导光板内传播角和衍射效率的关系的图。具体而言，图4是定性地示出出射侧衍射元件22的衍射效率的导光板内传播角依赖性的图。
在图4中，横轴表示导光板20中的图像光G的传播角，纵轴表示出射侧衍射元件22的1次衍射效率。另外，出射侧衍射元件22的1次衍射效率意味着被出射侧衍射元件22衍射而从导光板20向外部出射的1次衍射光的比例。
如图4所示，关于出射侧衍射元件22的1次衍射效率，针对导光板20内的传播角较小、即以相对于导光板20的表面20c直立的状态入射的光的效率较高。因此，在导光板20内以直立的状态传播的图像光G高效地从出射侧衍射元件22向外部出射。
此外，关于出射侧衍射元件22的1次衍射效率，针对导光板20内的传播角较大、即以相对于导光板20的表面20c横卧的状态入射的光的效率较低。因此，在导光板20内以横卧的状态传播的图像光G很难从出射侧衍射元件22向外部出射。
图5是示出出射侧衍射元件的光传播方向上的出射光量分布的图。图5示出传播角较大的情况下和传播角较小的情况下的出射光量分布。
另外，在图5中，横轴表示出射侧衍射元件22中的图像光G的入射位置，纵轴表示从出射侧衍射元件22出射的光量。这里，出射侧衍射元件22的光传播方向相当于出射侧衍射元件22的左右方向，将出射侧衍射元件22的接近入射侧衍射元件21的一侧称为近前侧，将出射侧衍射元件22的远离入射侧衍射元件21的一侧称为里侧。
如图5所示，关于传播角较小的光，在出射侧衍射元件22中的近前侧，多数的光量向外部出射，导光板20内残存的光量降低，因此，随着向出射侧衍射元件22的里侧行进，向外部出射的光量大幅减少。
此外，如图5所示，关于传播角较大的光，在出射侧衍射元件22的近前侧，向外部出射的光量较少，导光板20内残存的光量的降低较少，因此，在出射侧衍射元件22的里侧，向外部出射的光量的降低也较少。
这样，当采用在导光板20的表面20c直接形成有出射侧衍射元件22的结构时，可知根据出射侧衍射元件22中的位置，出射的光量产生差异。当利用被观察者M看到的虚像进行考虑时，根据与出射侧衍射元件22平行的左右方向(图3所示的Y方向)上的眼睛的位置，视场角内的明亮度的分布大幅不同。即，在观看虚像时，根据眼睛的位置，在虚像的左右方向的明亮度中产生不均匀。
在本实施方式的图像显示部112中，具有设置于导光板20与出射侧衍射元件22之间的角度依赖反射膜23，由此，如后所述能够减少虚像的明亮度中产生的不均匀。
图6是放大了导光板中的光出射部的主要部分的剖视图。
如图6所示，在导光板20的光出射部20b设置有角度依赖反射膜23。角度依赖反射膜23设置于导光板20与出射侧衍射元件22之间。角度依赖反射膜23由电介质多层膜构成。角度依赖反射膜23具有根据在导光板20内传播的图像光G的传播角的大小而不同的反射率。
在本实施方式中，在角度依赖反射膜23与出射侧衍射元件22之间配置有间隔层24。在设计由电介质多层膜构成的角度依赖反射膜23时，利用导光板20和间隔层24夹着角度依赖反射膜23，由此，间隔层24使膜的设计变得容易。因此，根据需要，能够省略间隔层24。
图7是示出角度依赖反射膜的反射率特性的图。在图7中，横轴表示导光板20中的图像光G的传播角，纵轴表示角度依赖反射膜23的反射率。
如图7所示，角度依赖反射膜23对于以相对较小的传播角传播的图像光G的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的图像光G的反射率。即，角度依赖反射膜23针对出射侧衍射元件22中的1次衍射效率较高的传播角较小的光提高反射率，由此，限制透过膜而到达出射侧衍射元件22的光量。由此，角度依赖反射膜23使图像光G返回导光板20内而增加到达出射侧衍射元件22的里侧的光量。
此外，角度依赖反射膜23针对出射侧衍射元件22中的1次衍射效率较低的传播角较大的光降低反射率，由此，不限制透过膜而到达出射侧衍射元件22的光量。由此，角度依赖反射膜23抑制到达出射侧衍射元件22的近前侧的光量的减少。
图8是示出设置了角度依赖反射膜的情况下的出射侧衍射元件22的光传播方向上的出射光量分布的图。
根据本实施方式的图像显示部112，具有上述角度依赖反射膜23，由此，如图8所示，与图5所示的情况相比，能够减小传播角较大的情况下的出射光量分布与传播角较小的情况下的出射光量分布的差异。
因此，根据本实施方式的图像显示部112，通过设置角度依赖反射膜23，能够减小由于与出射侧衍射元件22平行的左右方向(图3所示的Y方向)上的眼睛的位置而在视场角内产生的明亮度分布的差异。即，能够减少在观看虚像时由于眼睛的位置而在虚像的左右方向的明亮度中产生的不均匀。
这里，当角度依赖反射膜23的反射率过高时，有时图像显示部112中的外界光的透视性受损。优选本实施方式的角度依赖反射膜23的最大反射率例如设定为50％以上且90％以下。角度依赖反射膜23的最大反射率意味着对于入射到角度依赖反射膜23的入射角较小的光、例如垂直入射到角度依赖反射膜23的光的反射率。
如果将角度依赖反射膜23的最大反射率设定为上述范围，则能够确保外界光的透视性而不会损害上述虚像的明亮度的均匀性提高效果。
此外，在本实施方式中，利用单一波长的激光构成图像光G，因此，在入射侧衍射元件21和出射侧衍射元件22中不会产生由于图像光G的波长具有扩展度而引起的衍射效率的差异，因此，能够进一步提高虚像的明亮度的均匀性。
另外，导光板20内的传播角由图像光G相对于入射侧衍射元件21的入射角决定。图像光G的入射角由图像光生成部10中的MEMS镜10B的角度决定。因此，图像光生成部10对光源10A进行控制，以调整作为图像光G入射的激光的强度，由此，能够进一步减小图8中的曲线图的曲线的差异，能够进一步提高虚像的明亮度的均匀性。
(第2实施方式)
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。
第2实施方式的图像显示装置的基本结构与第1实施方式相同，图像显示部的结构与第1实施方式不同。因此，省略图像显示装置的整体结构的说明，对图像显示部进行说明。
图9是示出第2实施方式的图像显示部的概略结构的水平剖视图。另外，在图9中，对与第1实施方式中使用的附图共通的结构要素标注相同的标号并省略详细说明。
如图9所示，本实施方式的图像显示部212具有图像光生成部210、第1导光板20B、第2导光板20G、第3导光板20R、第1入射侧衍射元件21B、第1出射侧衍射元件22B、第2入射侧衍射元件21G、第2出射侧衍射元件22G、第3入射侧衍射元件21R、第3出射侧衍射元件22R、第1角度依赖反射膜23B、第2角度依赖反射膜23G和第3角度依赖反射膜23R。
本实施方式的图像光生成部210包含光源210A和MEMS镜10B。光源210A包含出射红色激光、绿色激光和蓝色激光的激光光源。红色激光例如是具有638nm的峰值波长的光，绿色激光例如是具有520nm的峰值波长的光，蓝色激光例如是具有450nm的峰值波长的光。
图像光生成部210通过MEMS镜10B扫描从光源210A出射的各色的激光，使其按照时间顺序依次入射到导光板20，由此形成图像光G。本实施方式的图像光生成部210按照时间顺序依次扫描激光，由此生成图像光G。图像光G包含多个色光。具体而言，图像光G包含由蓝色激光构成的蓝色图像光(第1色光)GB、由绿色激光构成的绿色图像光(第2色光)GG和由红色激光构成的红色图像光(第3色光)GR。
在本实施方式中，第1导光板20B、第2导光板20G和第3导光板20R按照该顺序设置于接近图像光生成部210的位置。
第1导光板20B主要传播蓝色图像光GB。另外，第1入射侧衍射元件21B按照与蓝色光对应的光栅周期和光栅深度构成，因此，抑制针对绿色图像光GG和红色图像光GR的1次衍射效率，透过光量增加。
第1导光板20B包含第1光入射部31a和第1光出射部31b。第1入射侧衍射元件21B设置于第1导光板20B的第1光入射部31a。第1出射侧衍射元件22B设置于第1导光板20B的第1光出射部31b。
第1入射侧衍射元件21B使蓝色图像光GB衍射而入射到第1导光板20B内。蓝色图像光GB在第1导光板20B内一边进行全反射一边传播，被第1出射侧衍射元件22B衍射而被取出到外部。在本实施方式中，第1入射侧衍射元件21B和第1出射侧衍射元件22B的光栅周期相同。
第1入射侧衍射元件21B和第1出射侧衍射元件22B能够根据所要求的性能，从表面浮雕型的衍射光栅或体积全息元件中适当选择。表面浮雕型衍射光栅具有能够在宽角度范围内维持高衍射效率的优点。此外，体积全息元件具有能够得到高衍射效率的优点。在本实施方式中，第1入射侧衍射元件21B和第1出射侧衍射元件22B由表面浮雕型衍射光栅构成。
在第1导光板20B的第1光出射部31b设置有由电介质多层膜构成的第1角度依赖反射膜23B。第1角度依赖反射膜23B设置于第1导光板20B与第1出射侧衍射元件22B之间。第1角度依赖反射膜23B具有根据在第1导光板20B内传播的蓝色图像光GB的传播角的大小而不同的反射率。在第1角度依赖反射膜23B与第1出射侧衍射元件22B之间配置有间隔层24B。
第1角度依赖反射膜23B对于以相对较小的传播角传播的蓝色图像光GB的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的蓝色图像光GB的反射率。第1角度依赖反射膜23B对于第1出射侧衍射元件22B中的1次衍射效率较高的传播角较小的光提高反射率，由此，增加入射到第1出射侧衍射元件22B的里侧的蓝色图像光GB的光量。此外，第1角度依赖反射膜23B对于第1出射侧衍射元件22B中的1次衍射效率较低的传播角较大的光降低反射率，由此，抑制入射到第1出射侧衍射元件22B的近前侧的蓝色图像光GB的光量的降低。
根据本实施方式的图像显示部212，通过设置第1角度依赖反射膜23B，能够减小由于与第1出射侧衍射元件22B平行的左右方向(Y方向)上的眼睛的位置而在蓝色图像光GB的视场角内产生的明亮度分布的差异。即，能够减少在观看基于蓝色图像光GB的虚像时由于眼睛的位置而在虚像的左右方向的明亮度中产生的不均匀。
第2导光板20G主要传播绿色图像光GG。绿色图像光GG透过第1导光板20B而入射到第2导光板20G。另外，第1入射侧衍射元件21B按照与蓝色光对应的光栅周期和光栅深度构成，因此，抑制针对绿色图像光GG的1次衍射效率，透过光量增加。
第2导光板20G包含第2光入射部32a和第2光出射部32b。第2入射侧衍射元件21G设置于第2导光板20G的第2光入射部32a。第2出射侧衍射元件22G设置于第2导光板20G的第2光出射部32b。
第2入射侧衍射元件21G使绿色图像光GG衍射而入射到第2导光板20G内。绿色图像光GG在第2导光板20G内一边进行全反射一边传播，被第2出射侧衍射元件22G衍射而被取出到外部。在本实施方式中，第2入射侧衍射元件21G和第2出射侧衍射元件22G的光栅周期相同。
第2入射侧衍射元件21G和第2出射侧衍射元件22G能够根据所要求的性能，从表面浮雕型的衍射光栅或体积全息元件中适当选择。表面浮雕型衍射光栅具有能够在宽角度范围内维持高衍射效率的优点。此外，体积全息元件具有能够得到高衍射效率的优点。在本实施方式中，第2入射侧衍射元件21G和第2出射侧衍射元件22G由表面浮雕型衍射光栅构成。
第2角度依赖反射膜23G设置于第2导光板20G与第2出射侧衍射元件22G之间。第2角度依赖反射膜23G具有根据在第2导光板20G内传播的绿色图像光GG的传播角的大小而不同的反射率。在第2角度依赖反射膜23G与第2出射侧衍射元件22G之间配置有间隔层24G。
第2角度依赖反射膜23G对于以相对较小的传播角传播的绿色图像光GG的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的绿色图像光GG的反射率。第2角度依赖反射膜23G针对第2出射侧衍射元件22G中的1次衍射效率较高的传播角较小的光提高反射率，由此，增加入射到第2出射侧衍射元件22G的里侧的绿色图像光GG的光量。此外，第2角度依赖反射膜23G针对第2出射侧衍射元件22G中的1次衍射效率较低的传播角较大的光降低反射率，由此，抑制入射到第2出射侧衍射元件22G的近前侧的绿色图像光GG的光量的降低。
根据本实施方式的图像显示部212，通过设置第2角度依赖反射膜23G，能够减小由于与第2出射侧衍射元件22G平行的左右方向(Y方向)上的眼睛的位置而在绿色图像光GG的视场角内产生的明亮度分布的差异。即，能够减少在观看基于绿色图像光GG的虚像时由于眼睛的位置而在虚像的左右方向的明亮度中产生的不均匀。
第3导光板20R主要传播红色图像光GR。红色图像光GR透过第1导光板20B和第2导光板20G而入射到第3导光板20R。第3导光板20R包含第3光入射部33a和第3光出射部33b。第3入射侧衍射元件21R设置于第3导光板20R的第3光入射部33a。第3出射侧衍射元件22R设置于第3导光板20R的第3光出射部33b。
第3入射侧衍射元件21R使红色图像光GR衍射而入射到第3导光板20R内。红色图像光GR在第3导光板20R内一边进行全反射一边传播，被第3出射侧衍射元件22R衍射而被取出到外部。在本实施方式中，第3入射侧衍射元件21R和第3出射侧衍射元件22R的光栅周期相同。
第3入射侧衍射元件21R和第3出射侧衍射元件22R能够根据所要求的性能，从表面浮雕型的衍射光栅或体积全息元件中适当选择。表面浮雕型衍射光栅具有能够在宽角度范围内维持高衍射效率的优点。此外，体积全息元件具有能够得到高衍射效率的优点。在本实施方式中，第3入射侧衍射元件21R和第3出射侧衍射元件22R由表面浮雕型衍射光栅构成。
第3角度依赖反射膜23R设置于第3导光板20R与第3出射侧衍射元件22R之间。第3角度依赖反射膜23R具有根据在第3导光板20R内传播的红色图像光GR的传播角的大小而不同的反射率。在第3角度依赖反射膜23R与第3出射侧衍射元件22R之间配置有间隔层24R。
第3角度依赖反射膜23R对于以相对较小的传播角传播的红色图像光GR的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的红色图像光GR的反射率。第3角度依赖反射膜23R针对第3出射侧衍射元件22R中的1次衍射效率较高的传播角较小的光提高反射率，由此，增加入射到第3出射侧衍射元件22R的里侧的红色图像光GR的光量。此外，第3角度依赖反射膜23R针对第3出射侧衍射元件22R中的1次衍射效率较低的传播角较大的光降低反射率，由此，增加入射到第3出射侧衍射元件22R的近前侧的红色图像光GR的光量。
根据本实施方式的图像显示部212，通过设置第3角度依赖反射膜23R，能够减小由于与第3出射侧衍射元件22R平行的方向(Y方向)上的眼睛的位置而在红色图像光GR的视场角内产生的明亮度分布的差异。即，能够减少在观看基于红色图像光GR的虚像时由于眼睛的位置而在虚像的左右方向的明亮度中产生的不均匀。
根据本实施方式的图像显示部212，具有与蓝色图像光GB对应的第1角度依赖反射膜23B、与绿色图像光GG对应的第2角度依赖反射膜23G以及与红色图像光GR对应的第3角度依赖反射膜23R，因此，能够减小由于与各出射侧衍射元件22平行的方向(Y方向)上的眼睛的位置而在视场角内产生的明亮度分布的差异。即，能够减少在观看虚像时由于眼睛的位置而在虚像的左右方向的明亮度中产生的不均匀。
因此，根据本实施方式的图像显示部212，能够使观察者M的眼睛ME以全彩色的方式看到均匀的明亮度的虚像。
在本实施方式的图像显示部212中，图像光生成部210也可以根据各导光光学系统220B、220G、220R的衍射效率分别对蓝色图像光GB、绿色图像光GG和红色图像光GR的强度进行调整。
在本实施方式的图像显示部212中，从眼睛到外界存在有3个角度依赖反射膜23B、23G、23R。因此，在确保透视性的情况下，与第1实施方式的情况相比，需要将各反射膜的最大反射率设定为较低。在本实施方式中，优选角度依赖反射膜23B、23G、23R的最大反射率例如分别设定为40％以上且70％以下。通过将各角度依赖反射膜23B、23G、23R的最大反射率设定为上述范围，能够提高虚像的明亮度的均匀性，并且确保外界光的透视性。
另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。
例如，在上述第1、第2实施方式中，作为图像光生成部10、210，举出了二维地扫描激光而形成图像光的结构作为例子，但是，也可以通过液晶显示器件、有机EL显示器件等图像显示器件构成图像光生成部。
此外，在上述实施方式中，举出了透视方式的图像显示装置作为例子，但是，在不具有透视性的图像显示装置中也能够应用本发明。在不需要透视性的情况下，角度依赖反射膜的最大反射率没有特别限制。

Claims (7)

1.一种图像显示装置，其特征在于，其具有：
图像光生成部，其生成单色的图像光；
导光板；
入射侧衍射元件，其设置于所述导光板的光入射部，使所述图像光入射到所述导光板内；
出射侧衍射元件，其设置于所述导光板的光出射部，使在所述导光板内传播的所述图像光出射；以及
角度依赖反射膜，其设置于所述导光板与所述出射侧衍射元件之间，具有根据在所述导光板内传播的所述图像光的传播角的大小而不同的反射率，
所述角度依赖反射膜对于以相对较小的传播角传播的所述图像光的反射率大于对于以相对较大的传播角传播的所述图像光的反射率。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述入射侧衍射元件和所述出射侧衍射元件中的至少一方是表面浮雕型的衍射光栅。
3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，
所述入射侧衍射元件和所述出射侧衍射元件中的至少一方是体积全息元件。
4.一种图像显示装置，其特征在于，其具有：
图像光生成部，其生成包含第1色光、第2色光和第3色光的图像光；
第1导光板；
第1入射侧衍射元件，其设置于所述第1导光板的第1光入射部，供所述第1色光入射；
第1出射侧衍射元件，其设置于所述第1导光板的第1光出射部，使在所述第1导光板内传播的所述第1色光出射；
第1角度依赖反射膜，其设置于所述第1导光板与所述第1出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第1导光板内传播的所述第1色光的传播角的大小而不同的反射率；
第2导光板；
第2入射侧衍射元件，其设置于所述第2导光板的第2光入射部，供所述第2色光入射；
第2出射侧衍射元件，其设置于所述第2导光板的第2光出射部，使在所述第2导光板内传播的所述第2色光出射；
第2角度依赖反射膜，其设置于所述第2导光板与所述第2出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第2导光板内传播的所述第2色光的传播角的大小而不同的反射率；
第3导光板；
第3入射侧衍射元件，其设置于所述第3导光板的第3光入射部，供所述第3色光入射；
第3出射侧衍射元件，其设置于所述第3导光板的第3光出射部，使在所述第3导光板内传播的所述第3色光出射；
第3角度依赖反射膜，其设置于所述第3导光板与所述第3出射侧衍射元件之间，具有根据在所述第3导光板内传播的所述第3色光的传播角的大小而不同的反射率，
所述第1角度依赖反射膜对于在所述第1导光板内以相对较小的传播角传播的所述第1色光的反射率大于对于在所述第1导光板内以相对较大的传播角传播的所述第1色光的反射率，
所述第2角度依赖反射膜对于在所述第2导光板内以相对较小的传播角传播的所述第2色光的反射率大于对于在所述第2导光板内以相对较大的传播角传播的所述第2色光的反射率，
所述第3角度依赖反射膜对于在所述第3导光板内以相对较小的传播角传播的所述第3色光的反射率大于对于在所述第3导光板内以相对较大的传播角传播的所述第3色光的反射率。
5.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第1入射侧衍射元件、所述第2入射侧衍射元件、所述第3入射侧衍射元件、所述第1出射侧衍射元件、所述第2出射侧衍射元件和所述第3出射侧衍射元件中的至少一个是表面浮雕型的衍射光栅。
6.根据权利要求4所述的图像显示装置，其特征在于，
所述第1入射侧衍射元件、所述第2入射侧衍射元件、所述第3入射侧衍射元件、所述第1出射侧衍射元件、所述第2出射侧衍射元件和所述第3出射侧衍射元件中的至少一个是体积全息元件。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的图像显示装置，其特征在于，
所述图像光将激光作为光源。
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