CN117222934A - 图像显示装置和图像显示方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够在提高入射光利用效率的同时实现均匀图像质量的图像显示装置。图像显示装置(100)包括：图像形成单元，用于发出图像光并将图像光转换为视角的平行光；导光板，允许由图像形成单元转换的图像光进入导光板，以在导光板内部行进，并从导光板向外部射出；第一衍射光栅，设置在导光板中，并对进入导光板的图像光进行衍射并使图像光在导光板内部行进；第二衍射光栅，设置在导光板中，并对在导光板内部行进的图像光进行衍射并从导光板向外部发射图像光；以及再利用衍射光栅，其对从第二衍射光栅发射的图像光进行衍射而进行再利用。

Description

图像显示装置和图像显示方法

技术领域

本技术内容涉及一种图像显示装置和图像显示方法，更具体地说，本技术内容涉及一种利用具有衍射光栅的导光板显示图像的图像显示装置和图像显示方法。

背景技术

通常，已知使用全息衍射光栅的图像显示装置(眼镜)，用于将经图像形成单元形成的二维图像转换成由虚拟图像光学系统放大后的虚拟图像并将其作为彩色图像提供给观察者、用户。

例如，专利文献1提出了一种作为导光板型增强现实眼镜系统的图像显示装置。该图像显示装置包括光学器件。光学器件包括发射图像光的图像形成单元、具有光输入表面和光输出表面的导光构件、位于导光构件的光输入表面和图像形成单元之间的第一衍射光学元件、和与导光构件的不同于光输入表面的部分保持接触的反射层。当第一衍射光学元件衍射至少部分的图像光时，图像光成为衍射图像光。至少部分衍射图像光从导光构件的光输入表面进入导光构件。反射层设置在被进入导光构件的至少部分的衍射图像光照射的位置处。

此外，专利文献2提出了一种作为导光板型增强现实眼镜系统的眼镜波导。该眼镜波导包括布置在导光板基板周围的一个或多个衍射反射镜。

此外，专利文献3提出了一种增强现实装置，其包括输入衍射光学元件、输出衍射光学元件和返回衍射光学元件。输入衍射光学元件设在波导中或设在波导上，输入衍射光学元件被配置为接收来自投影仪的光并将其耦合到波导中，以便通过全内反射在波导中捕获光。输出衍射光学元件设在波导中或设在波导上，输出衍射光学元件被配置为将波导中全内反射的光朝向用户耦合。返回衍射光学元件设在波导中或设在波导上，返回衍射光学元件被配置为接收来自输出衍射光学元件的光并衍射接收到的光，使其返回到输出衍射。

现有技术列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开第2014-142386号公报

专利文献2：美国专利申请第2018/0003994号公开说明书

专利文献3：国际专利申请第WO 2020/217044号

发明内容

本发明要解决的问题

这里，专利文献1的技术使用了位于导光板中的具有相同间距的一对衍射光栅作为光入射衍射光栅和出射侧衍射光栅、在导光板的端面具有反射面的导光板、以及产生视频的光学引擎的组合。这一技术通过反射使入射光束向内倾斜，从而控制衍射光栅的角度选择性和波长选择性，同时改善作为眼镜的设计。专利文献1的技术是一种对高选择性的体积全息图非常有效的方法。然而，对于表面起伏型全息图来说，由于其选择性较低，反射镜的角度变化是不必要的。此外，专利文献1的技术存在的问题是，反射镜的存在会使图像根据反射率变暗，并且不能应用于当光的入射角为0度的情况。此外，专利文献1的技术存在的问题是，如果将这种方法用于再利用未经衍射的零阶光，所有反射的光线都会成为重影，这非常不实用甚至有时会导致麻烦。

此外，关于专利文献2的技术，光束在二维的表面起伏衍射光栅(SRG)结构中，没有充分返回。因此，需要绘制不经过中心的矢量作为返回光束的矢量。因此，就用作导光板式增透玻璃系统而言，专利文献2的技术仍需进一步改进。

此外，由于专利文献3仅公开了概念而非具体的方法，因此其技术并不能解决与视角、一致性和效率提升相关的问题。此外，为了提高一致性和效率，需要在IN衍射光栅上放置衍射光栅。此外，为了提高衍射效率，最好在衍射光栅上面涂覆涂层。在这方面，作为材料，金属涂层比高折射率涂层更为适宜，因为它在薄膜沉积的公差灵敏度方面更为稳定。然而，由于外观问题，例如涂层在镜头上可见，实际上使用起来会有困难。

有鉴于此，本技术内容的主要目的在于提供一种能够实现图像质量的一致性，并且提高入射光的使用效率的图像显示装置。

解决问题的手段

本技术内容提供了一种图像显示装置，包括：图像形成单元，其用于发出图像光并将图像光转换为用于视角的平行光；导光板，其允许由图像形成单元转换的图像光进入导光板，在导光板内部行进，并从导光板向外部射出；设置在导光板中的第一衍射光栅，其用于对进入导光板的图像光进行并使图像光在导光板内部行进；设置在导光板中的第二衍射光栅，其用于对在导光板内部行进的图像光进行衍射，并将图像光从导光板向外部射出；以及再利用衍射光栅，其用于对从第二衍射光栅发射的图像光进行衍射并再利用。

本技术内容还提供了一种图像显示方法，包括以下步骤：发射图像光的步骤；使发射的图像光进入导光板的步骤；对进入导光板的图像光进行衍射并使图像光在导光板内部行进的步骤；对在导光板内部行进的图像光进行衍射并将图像光从导光板向外部射出的步骤；以及对在导光板内部行进的图像光进行再利用并将图像光从导光板向外部射出的步骤。

发明的效果

根据本技术内容，可以提供一种能够实现图像质量的一致性，并且提高入射光的使用效率的图像显示装置。需要注意的是，上述效果并非限制性的，本说明书中提到的任何一个效果或者可以根据本说明书构思出的其他效果都可被提供，以作为上述效果的补充或替代。

附图说明

图1是示出根据本技术内容的第一实施方式的图像显示装置的从上方观察的结构示意图。

图2是示出根据本技术内容第一实施方式的设置在图像显示装置中的衍射光栅的配置示例示意图。

图3是示出根据本技术内容的第一实施方式的衍射光栅的间距示例的示意图。

图4是是描述根据本技术内容的第一实施方式的衍射光栅的表面折射率和残余膜厚度的示意图。

图5是示出根据本技术内容的第一实施方式的衍射光栅的光传播的示意图。

图6是示出根据本技术内容第一实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图7是示出根据本技术内容的第二实施方式的衍射光栅的光传播的示意图。

图8是示出根据本技术内容的第二实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图9是示出根据本技术内容第二实施方式的衍射光栅的修改例中的光传播的示意图。

图10是示出根据本技术内容的第二实施方式的衍射光栅的修改例中的光传播的示意图。

图11是示出根据本技术内容第二实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图12是示出根据本技术内容第二实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图13是示出根据本技术内容第二实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图14是示出根据本技术内容第二实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图15是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的光传播的示意图。

图16是示出本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图17是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图18是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图19是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图20是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图21是示出根据本技术内容第三实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图22是用于描述根据本技术内容第三实施方式的再利用衍射光栅的光传播的示意图。

图23是用于描述根据本技术内容第三实施方式的再利用衍射光栅的光传播的示意图。

图24是示出根据本技术内容第四实施方式中衍射光栅的光传播的示意图。

图25是示出根据本技术内容第四实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图26是示出根据本技术内容第四实施方式的衍射光栅的修改例中光传播的示意图。

图27是示出根据本技术内容第五实施方式中衍射光栅的示意图。

图28是示出根据本技术内容第六实施方式中衍射光栅的示意图。

图29是示出根据本技术内容第七实施方式中衍射光栅的示意图。

图30是示出根据本技术内容第八实施方式中衍射光栅表面的配置示例的示意图。

图31是示出根据本技术内容第九实施方式中衍射光栅表面的配置示例的示意图。

图32是示出根据本技术内容第十实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图33是示出根据本技术内容第十一实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图34是示出根据本技术内容第十二实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图35是示出根据本技术内容第十三实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图36是示出根据本技术内容第十三实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图37是示出根据本技术内容第十四实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图38是示出根据本技术内容第十五实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图39是示出根据本技术内容第十六实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图40是示出根据本技术内容第十七实施方式中衍射光栅的配置示例的示意图。

图41是示出根据本技术内容第十七实施方式的衍射光栅的修改例的配置示例的示意图。

图42是示出根据本技术内容第十七实施方式的衍射光栅的修改例的配置示例的示意图。

图43是示出根据本技术内容第十七实施方式的衍射光栅的修改例的配置示例的示意图。

图44是示出根据本技术内容第十八实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。

图45是示出根据本技术内容第十九实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例的示意图。

图46是示出根据本技术内容第二十实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例的示意图。

图47是示出根据本技术内容第二十一实施方式的再利用衍射光栅的配置示例的示意图。

具体实施方式

下文将参照附图描述用于实施本技术内容的有利实施方式。下述实施方式代表本技术内容的典型实施方式，并且任何实施方式可以进行组合。此外，不应由于这些示例而狭隘地理解本技术内容的范围。请注意，以下将按照以下顺序进行描述。

1.第一实施方式

(1)图像显示装置的配置示例

(2)衍射光栅的配置示例

(3)图像显示方法的示例

(4)衍射光栅的修改例

2.第二实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

(2)衍射光栅的修改例

3.第三实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

(2)衍射光栅的修改例

(3)再利用衍射光栅的效果

4.第四实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

(2)衍射光栅的修改例

5.第五实施方式

6.第六实施方式

7.第七实施方式

8.第八实施方式

9.第九实施方式

10.第十实施方式

11.第十一实施方式

12.第十二实施方式

13.第十三实施方式

14.第十四实施方式

15.第十五实施方式

16.第十六实施方式

17.第十七实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

(2)衍射光栅的修改例

18.第十八实施方式

19.第十九实施方式

20.第二十实施方式

21.第二十一实施方式

1.第一实施方式

(1)图像显示装置的配置示例

首先，参照图1描述根据本技术内容的第一实施方式的图像显示装置的配置示例。图1是根据本实施方式的图像显示装置100从上方观察的示意性结构图。

例如，图像显示装置100可用作眼镜显示器，其包括衍射光栅型的导光板，用于将光沿恒定方向衍射。具体而言，图像显示装置100可应用于增强现实(AR)的光学系统中。

如图1所示，图像显示装置100例如包括具有发光光源的图像形成单元101、作为光学系统的投影镜头102、导光板103、作为第一衍射光栅的入射侧衍射光栅IN、以及作为第二衍射光栅的出射侧衍射光栅EX2。入射侧衍射光栅IN和出射侧衍射光栅EX2分别设置在作为导光板103的表面的光输入表面104和光输出表面105上。

图像形成单元101被设置在面向导光板103的一端，并朝向导光板103的入射侧衍射光栅IN发射图像光。需要注意的是，图像形成单元101可以从多个像素发射具有多个波长的图像光。

投影镜头102设置于图像形成单元101和导光板103之间，并聚焦从图像形成单元101发射的光。此外，投影镜头102能够将从图像形成单元101发射的具有各个图像高度的图像光转换为用于视角的平行光。投影镜头102可以相对于导光板103或图像形成单元101倾斜设置。

导光板103是一个平行的平板，用于引导光线，以使相对于来自每个光源的光不改变各个导光角度。由投影镜头102聚焦的图像光进入导光板103。进入的图像光在导光板103内部行进，并从导光板103向外射出。

图像形成单元101的光源包括用于产生视频或图像的显示部分，并可以是自发光类型，也可以是具有照明系统的液晶硅(LCOS)或高温多晶硅(HTPS)，或者可以是数字光处理(DLP)。在光源是自发光类型的情况下，则光源可以是与面板一体的且可以是分散的发光二极管(LED)光源或激光二极管(LD)光源。

例如，入射侧衍射光栅IN是透射式衍射光栅。入射侧衍射光栅IN设置在导光板103的与布置有图像形成单元101的入射面侧相对的表面的一端上。入射侧衍射光栅IN是用于沿导光角方向对来自导光板103外部的图像光进行衍射的衍射光栅。入射侧衍射光栅IN对进入导光板103的图像光进行衍射和反射，使其在导光板103内部行进。

例如，出射侧衍射光栅EX2是透射式衍射光栅。出射侧衍射光栅EX2设置在导光板的与其上设置有入射侧衍射光栅IN的表面相同的表面的另一端。出射侧衍射光栅EX2是用于从导光板103向外射出被引导的图像光的衍射光栅。出射侧衍射光栅EX2第在导光板103内部行进的图像光进行衍射和反射，并将图像光从导光板103向外射出。出射侧衍射光栅EX2具有与入射侧衍射光栅IN相同的衍射光栅间距，并具有关闭光栅矢量的功能。此外，出射侧衍射光栅EX2还可以具有扩大瞳孔的功能。需要注意的是，入射侧衍射光栅IN和出射侧衍射光栅EX2可以是透射式衍射光栅，或也可以是体积光栅或表面起伏光栅。需要注意的是，在下述的示例中，假设表面起伏光栅是通过压印制造的，然而表面起伏光栅也可以通过注塑、蚀刻、铸造等方法制造。

被出射侧衍射光栅EX2从图像形成单元101一侧衍射和反射，而从导光板103向外射出的图像光显示图像。然后，用户用眼睛观察这个图像。

投影镜头102例如将从图1中所示的图像显示装置100发射的多束图像光转换成用于不同视角的平行光。导光板103上的入射侧衍射光栅IN进一步将平行光线转换为光导方向上的角度。出射侧衍射光栅EX2使具有不同角度的引导的入射光返回到进入导光板103之前的角度。当这些光进入眼睛的瞳孔时，用户可以看到图像。

(2)衍射光栅的配置示例

接下来，将参照图2至图4描述根据本实施方式的图像显示装置中设置的双面衍射光栅的配置示例。图2是示出图像显示装置中设置的衍射光栅的配置示例的示意图。图3是示出图像显示装置中设置的衍射光栅的间距示例的示意图。图4是用于描述采用压印技术制造时，在图像显示装置中设置的衍射光栅的表面折射率和残余膜厚度的示意图。

如图2所示，图像显示装置100包括入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1、出射侧衍射光栅EX2和再利用衍射光栅Re1。瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2均为第二衍射光栅。再利用衍射光栅Re1用于对未被出射侧衍射光栅EX2衍射的光束或者在光束在任一侧被奇数次衍射后向下行进的光束进行再利用。围绕着该IN、EX1和EX2，设置有具有窄间距(即较长的衍射矢量)的衍射光栅。

根据本实施方式，再利用衍射光栅Re1设置在出射侧衍射光栅EX2的下侧。然而，再利用衍射光栅Re1可以设置在入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2周围，并且可以设置在它们的前表面和后表面的两个表面上。因此，再利用衍射光栅Re1是围绕着入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2设置的具有窄间距(即长衍射矢量)的衍射光栅。

此时，下侧的再利用衍射光栅Re1用作使光束向上返回，侧边的再利用衍射光栅Re1用作使光束向侧面返回，而上侧的再利用衍射光栅Re1用作使光束向下返回。需要注意的是，光线的返回的角度会根据光栅设计、入射角度和波长的不同而有所变化。

例如，如图3所示，在导光板103的折射率约为2且光源发出约530nm的绿色波长的光的情况下，入射侧衍射光栅IN以及作为第二衍射光栅的瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的每一光栅的间距约为300至400nm。再利用衍射光栅Re1的间距，例如，比上述间距窄约150至250nm。需要注意的是，由于间距被设计为根据导光板的波长和折射率具有适当的矢量，该间距会根据导光板的折射率和波长而偏离这种范围。

如图4所示，作为入射侧衍射光栅IN，为了增加衍射效率，采用涂覆有金属(如铝)的表面起伏衍射光栅。此外，由于入射侧衍射光栅IN的IN矢量只需要在一个方向上起作用，因此入射侧衍射光栅IN期望通过使其所具有的形状不对称以增加在导光方向的衍射效率。需要注意的是，入射侧衍射光栅IN可以使用梯度型表面起伏衍射光栅。

瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的EX1矢量和EX2矢量期望在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2返回光的两个方向上都具有衍射效率。瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2期望为二元型、近对称梯度型、梯形和闪耀(blazed type)型。需要注意的是，在某些情况下，例如在提供相对于入射角的衍射效率具有不对称性质的情况下，期望瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2具有不对称的形状。在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2折射率低于导光板103的折射率的情况下，其残余薄膜厚度期望为50nm或以下。需要注意的是，只要衍射光栅的折射率与导光板103的折射率大致相等或稍低，残余薄膜厚度可以为50nm或以上。

虽然铝涂层对于再利用衍射光栅Re1是理想的，但也可以使用涂有高折射膜的涂层，例如二氧化钛(TiO₂)。可以使用梯度型、闪耀型、梯形或倾斜型表面起伏衍射光栅，具有亚间距的衍射光栅，或任何优化形状的二元超表面。同样，对于再利用衍射光栅Re1，Re1矢量只需在返回光的方向起作用即可。期望具有不对称性质的衍射光栅来改善返回光方向上的衍射效率。需要注意的是，针对各个衍射光栅区域之间的间距，在考虑制造公差的情况下，它们相距约0.2mm到3mm。

(3)图像显示方法的示例

接下来，将参照图5描述使用根据本实施方式的图像显示装置100的图像显示方法的示例。图5的A是示出显示装置中设置的衍射光栅的光传播的示意图。图5的B是在K空间中表示显示装置设置的衍射光栅的光传播的概念图。

使用图像显示装置100的图像显示方法包括以下步骤：从图像形成单元101发射图像光的步骤；使发射的图像光进入导光板103的步骤；对进入导光板103的图像光进行衍射并使其在导光板103内部行进的步骤；对在导光板103内部行进的图像光进行衍射并将图像光从导光板103向外部射出的步骤；以及对在导光板103内部行进的图像光进行再利用并将图像光从导光板向外部射出的步骤。

图像显示装置中设置的衍射光栅的基本配置是具有入射侧衍射光栅IN、作为第二衍射光栅的瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的三个闭合衍射光栅矢量的配置。

瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2分别布置在导光板103的不同的相对表面上。任何一个衍射光栅都可以布置在前表面上。此外，这些区域不需要具有相同的大小和形状，例如，这些区域可以以矩形的形状来形成。此外，这些区域可以完全或部分地相互重叠。在考虑光线路径的情况下，可以进行任何设计。

利用这样的基本配置下，从图像显示装置100中的图像形成单元101(例如像投影仪这样的光学引擎)发射的一组平行光束首先射到导光板103上的入射侧衍射光栅IN(＝IN耦合器)。这组平行光束因此在满足导光板103的全内反射角度的角度方向上被衍射。

被衍射光束在导光板103内被重复反射的同时被引导。通过多次地射到瞳孔扩大衍射光栅EX1(＝扩展器衍射光栅)，从导光板的上表面观察时，光束在平面内扩展。

在比扩展的光束每次射到出射侧衍射光栅EX2(＝EX2耦合器)时，被扩展的光束从导光板103向外部衍射。扩展的光束通过这种方式逐渐返回到原来的光束角度。然后，光束被输出。

用户的眼睛(Eye)位于距离导光板103大约10到30mm的位置。当这些光束从导光板103输出并进入眼睛的瞳孔时，用户可以看到图像。

需要注意的是，光束不一定需要按照上述顺序进行衍射。进入入射侧衍射光栅IN的光首先射到EX2耦合器，而EX2耦合器可对光进行扩展。也就是说，瞳孔扩大衍射光栅EX1可以用作出射侧衍射光栅EX2。

此外，在图像显示装置100中，这些矢量始终由再利用衍射光栅Re1、入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2中的任何一个或其组合来闭合。需要注意的是，在说明书中提到的光栅矢量仅指长度和角度，并不涉及方向和取向。

如图5的A和图5的B所示，在图像显示装置100中，例如，布置于下侧的再利用衍射光栅Re1、入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的四个矢量被闭合。本实施方式是其中再利用衍射光栅Re1对未被瞳孔扩大衍射光栅EX1衍射的光进行再利用的一个示例。

因此，进入入射侧衍射光栅IN的光束通过瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2，射到再利用衍射光栅Re1，并返回。返回的光束进一步射到瞳孔扩大衍射光栅EX1和/或出射侧衍射光栅EX2，并从导光板103射出。通过这种方式，光束在根据矢量改变角度的同时被引导，多次在导光角度上来回传输，最终返回光束在入射时的原始角度，并从导光板103射出。

在此，传统的单轴瞳孔扩大导光板存在的问题在于，IN的尺寸和透镜尺寸相对于导光方向增加。鉴于此，提出了通过在双轴方向上进行瞳孔扩大来减小IN的尺寸的双轴瞳孔扩大技术。然而，双轴瞳孔扩大技术存在的问题在于，在考虑布局布置的情况下，使用一维衍射光栅会增加导光板的尺寸。

基于此，已经设计了在两个表面上布置对称的一维衍射光栅的技术。此外，虽然也布置了二维衍射光栅，但存在在导光方向上损失大量光的问题。这是因为，虽然在导光过程中在瞳孔扩大时光进行了部分衍射，但仍有一些光无法衍射到末端，因此在双轴传输方向上丢失了光。研究发现，这显著降低了效率。

相反，根据本实施方式的图像显示装置100可以减少光束在传播方向上的损失，因为根据本实施方式的图像显示装置100包括再利用衍射光栅(Re1)，并且再利用衍射光栅(Re1)、入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的四个矢量被闭合。因此，图像显示装置100可以在提高入射光利用效率的同时实现均匀的图像质量，并且还可以减少能量消耗。此外，由于使用双面衍射光栅，图像显示装置100还可以实现小型化。

(4)衍射光栅的修改例

接下来，将参照图6描述根据本实施方式的修改例中的衍射光栅。图6的A是示出根据本实施方式的修改例的衍射光栅的光传播的示意图。图6的B是在K空间中表示根据本实施方式的修改例的衍射光栅的光传播的概念图。

如图6的A和图6的B所示，根据本实施方式的修改例的衍射光栅包括布置于下侧的再利用衍射光栅Re1，以及进一步包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面上的再利用衍射光栅Re2，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面上的再利用衍射光栅Re3，以及在上侧位于入射侧衍射光栅IN周围的再利用衍射光栅Re4。在此修改例中，可以通过这些再利用衍射光栅、入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的组合来闭合矢量。这个修改例是其中再利用衍射光栅Re1到Re4对未被衍射的光进行再利用的一个示例。

在本修改例中，例如，进入入射侧衍射光栅IN的光束通过瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2，射到再利用衍射光栅Re1并返回。返回的光束通过瞳孔扩大衍射光栅EX1和/或出射侧衍射光栅EX2，射到再利用衍射光栅Re2到Re4中的任意一个，然后返回。返回的光束进一步射到瞳孔扩大衍射光栅EX1和/或出射侧衍射光栅(EX2)，并从导光板103向外部射出。

根据本修改例的使用衍射光栅的图像显示装置100除了具有类似于根据本实施方式的图像显示装置的效果外，还可以在实现均匀的图像质量同时进一步提高入射光的利用效率，因为该修改例的图像显示装置100除了再利用衍射光栅Re1之外，还包括了再利用衍射光栅Re2到Re4。

2.第二实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

接下来，将参照图7，描述根据本技术内容的第二实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图7的A是示出根据本实施方式衍射光栅配置示例的示意图。图7的B是在K空间中表示根据本实施方式的衍射光栅的光传播的概念图。根据本实施方式的图像显示装置的入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的排列方向不同。

如图7的A所示，根据本实施方式的图像显示装置包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re1，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re2，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3，以及在上侧位于入射侧衍射光栅IN的侧面附近的再利用衍射光栅Re4。

两侧表面上的再利用衍射光栅Re2和Re3的Re2和Re3矢量被设置为相互平行且方向相反。再利用衍射光栅Re1在K空间中相对于水平轴沿对称方向垂直地排列。再利用衍射光栅Re4所具有的矢量与再利用衍射光栅Re1的矢量平行且与再利用衍射光栅Re1的长度相同。

如图7的B所示，例如，经由再利用衍射光栅Re2的矢量路径可以是各种路径，例如IN→EX1→再利用器2→EX2或IN→EX1→再利用器2→EX1→再利用器4→EX1。经由再利用衍射光栅Re2的这些矢量只需要闭合即可。通过这些不同的路径，使得光束的方向向上、向下、向左和向右扩展，从而实现瞳孔扩大。此外，在双面设计中，考虑到用户瞳孔位置，可将光束发送到导光板表面内需要的位置。

根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置，可以在提高入射光利用效率的同时实现均匀的图像质量，就像根据第一实施方式的图像显示装置100一样。

(2)衍射光栅的修改例

接下来，将参照图8到图14描述根据本实施方式的衍射光栅的修改例1至7。图8的A到图14的A是示出本实施方式的修改例1至7的衍射光栅的配置示例的示意图。图8的B到图1的4B是在K空间中表示本实施方式的修改例1至7的衍射光栅的光传播的概念图。

根据图8的A和图8的B所示的修改例1的衍射光栅包括类似于本实施方式的再利用衍射光栅Re2到Re4，但其还包括在下侧以不同角度并关于垂直轴对称地布置的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2。例如，再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2可以在前表面和后表面相互面对地布置。

在根据图9的A和图9的B所示的修改例2的衍射光栅中，位于两侧的再利用衍射光栅Re2和Re3类似于本实施方式中的光栅，并且位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2类似于本实施方式的修改例1的光栅。修改例2包括再利用衍射光栅Re4和Re5，其在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表的附近。修改例2是其中可以根据希望放置光学引擎的位置来放置衍射光栅的示例。

根据图10的A和图10的B所示的修改例3中的衍射光栅包括如本实施方式的修改例2那样的再利用衍射光栅Re1-1和1-2、再利用衍射光栅Re2、再利用衍射光栅Re3、再利用衍射光栅Re4和再利用衍射光栅Re5。此外，修改例3还包括位于入射侧衍射光栅IN外部的再利用衍射光栅Re6。修改例3使经由这些再利用衍射光栅从入射侧衍射光栅IN射出的光束以及仅经由瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2从入射侧衍射光栅IN射出的光束能够返回并被再利用。再利用衍射光栅Re6沿导光方向放置在入射侧衍射光栅IN的相对侧。这使得从入射侧衍射光栅IN以相反的顺序衍射而向后行进的光束能够返回到必要的导光方向中。此外，位于入射侧衍射光栅IN上侧的再利用衍射光栅Re6不仅能够使进入入射侧衍射光栅IN的光返回，还能够使从其他衍射光栅(如瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2)反馈的光返回。因此，可以提高使用效率。

根据图11的A和图11的B所示的修改例4的衍射光栅与根据本实施方式的衍射光栅的排列方式相同。根据修改例4的衍射光栅被布置成使得位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2可以将光束沿一定方向倾斜地返回，而位于上侧的再利用衍射光栅Re4可以将光束以沿与位于下侧的再利用衍射光栅Re 1-1和1-2返回光束的方向相对的方向倾斜地返回。

在图12的A和图12的B所示的修改例5的衍射光栅中，位于两侧的再利用衍射光栅Re2和Re3以及位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2与本实施方式的修改例1中的衍射光栅类似。此外，修改例5包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的侧表面附近的再利用衍射光栅Re4-1和Re4-2。

在图13的A和图13的B所示的修改例6的衍射光栅中，位于两侧的再利用衍射光栅Re2和Re3类似于本实施方式的衍射光栅。此外，在修改例6中，再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2在下侧并排布置，并且再利用衍射光栅Re4-1和Re4-2在上侧布置在入射侧衍射光栅IN的两侧表面的附近。

在图14的A和14的B所示的修改例7的衍射光栅中，位于两侧的再利用衍射光栅Re2和Re3以及位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2类似于本实施方式的修改例1中的衍射光栅。此外，在修改例7中，再利用衍射光栅Re4-1和Re4-2以及再利用衍射光栅Re5-1和Re5-2在上侧布置于入射侧衍射光栅IN的两侧表面的附近。

本实施方式的修改例5至7是在上下两侧沿水平轴在两个方向对称地返回光束的示例。如修改例5和修改例7，也可以在两个表面上布置再利用衍射光栅并有效地返回光束。虽然再利用衍射光栅可以如修改例6一样并排布置或者布置在两个表面上，其也可以将再利用衍射光栅布置在部分区域内，而不是整个表面上，或者以上述的组合方式来布置再利用衍射光栅。应当注意，可以考虑光束布局、均匀性和效率来进行设计。

3.第三实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

接下来，将参照图15描述根据本技术内容的第三实施方式的衍射光栅的配置示例。图15的A是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。图15的B是在K-空间中表示根据本实施方式的衍射光栅的光传播的概念图。根据本实施方式的图像显示装置的入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的排列方式与第二实施方式的排列方向不同。

如图15的A和图15的B所示，根据本实施方式的图像显示装置包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的下侧(即，与入射侧衍射光栅IN相对的一侧)的再利用衍射光栅Re1-1和1-2；位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面上的再利用衍射光栅Re2；位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面上的再利用衍射光栅Re3；以及在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re4和Re5。

如图15的A所示，由于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2是对称的，因此入射侧衍射光栅IN基本上放置于左右方向的中间位置。需要注意的是，由于再利用衍射光栅的使光束返回，因此入射侧衍射光栅IN不一定需要布置在中间。根据光学引擎的放置位置的需求，入射侧衍射光栅IN可以在左右方向和上下方向上进行偏移。

根据本实施方式的两侧表面上的再利用衍射光栅Re2和Re3具有倾斜向上的矢量。此外，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2具有向上的两个方向的矢量。位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5具有垂直向下的一个方向的矢量。

根据包括本实施方式的衍射光栅的图像显示装置，布置有多个再利用衍射光栅，并形成由这些再利用衍射光栅和作为基本配置的衍射光栅的组合而闭合的矢量。因此，与根据第一实施方式的图像显示装置100类似，既可以实现均匀的图像质量，又可以提高入射光的使用效率。

(2)衍射光栅的修改例

下面，将参照图16到图21描述根据本实施方式的修改例1到6的衍射光栅。图16的A到图21的A是示出根据本实施方式的修改例1到6的衍射光栅的配置示例的示意图。图16的B到图21的B是描述在K空间中表示的根据本实施方式的修改例1到6的衍射光栅的光传播的概念图。

根据图16的A和图16的B所示的修改例1的衍射光栅包括类似于根据本实施方式的衍射光栅的再利用衍射光栅Re1-1和1-2以及再利用衍射光栅Re2到Re5。在本实施方式的修改例1中，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2具有沿两个方向的向上的矢量，位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5具有沿两个方向的向下的矢量。

根据图17的A和图17的B所示的修改例2的衍射光栅也包括类似于根据本实施方式的衍射光栅的再利用衍射光栅Re1-1和1-2，以及再利用衍射光栅Re2到Re5。在本实施方式的修改例2中，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2具有沿着一个方向的向上的矢量，位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5具有沿着两个方向的向下的矢量。

根据图18的A和18的B所示的修改例3的衍射光栅也包括类似于根据本实施方式的衍射光栅的再利用衍射光栅Re1-1和R1-2，以及再利用衍射光栅Re2到Re5。在本实施方式的修改例3中，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2以及位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5具有矢量长度相等的相互平行且彼此反向指向的矢量。

根据图19的A和19的B所示的修改例4的衍射光栅也包括类似于根据本实施方式的衍射光栅的再利用衍射光栅Re1-1和1-2，以及再利用衍射光栅Re2到Re5。在本实施方式的修改例4中，位于两侧表面的再利用衍射光栅Re2和Re3具有沿平行于水平轴的方向的矢量。此外，在本实施方式的修改例4中，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2以及位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5均具有沿两个方向的矢量。这里，来自出射侧衍射光栅EX2的二阶光被用于将光束从图19的B所示的右下区域移动到左上区域。

根据图20的A和图20的B所示的修改例5的衍射光栅包括类似于根据本实施方式的衍射光栅的再利用衍射光栅Re1-1和1-2。此外，根据本实施方式的修改例5的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2右侧表面的再利用衍射光栅Re2-1和Re2-2，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3-1和Re3-2。此外，根据本实施方式的修改例5的衍射光栅包括在上侧分别位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re4-1和Re4-2以及再利用衍射光栅Re5-1和Re5-2。

在本实施方式的修改例5中，位于下侧的再利用衍射光栅Re1-1和1-2以及位于上侧的再利用衍射光栅Re4-1、Re4-2、Re5-1和Re5-2具有相互平行且长度相等的矢量。在本实施方式的修改例5中，为了提高光束返回效率，用单一类型的矢量，同时再利用衍射光栅被布置在前表面和后表面两者的表面。值得注意的是，考虑到可制造性，再利用衍射光栅可以仅布置在其中的一个表面上，或者某些再利用衍射光栅可以布置在两个表面上。

根据图21的A和图21的B所示的修改例6的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re1。此外，根据本实施方式的修改例6的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re2，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3。此外，根据本实施方式的修改例6的衍射光栅还包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re4和Re5，并且还包括位于入射侧衍射光栅IN的上侧的再利用衍射光栅Re6。

在本实施方式的修改例6中，入射侧衍射光栅IN的IN矢量和位于上侧的再利用衍射光栅Re4到Re6的矢量是相同的。如图21的B所示，根据本修改例6的衍射光栅能够使K空间中两个斜上方点的光束返回到斜下方点。尽管在图21的B中布局是分开的，但入射侧衍射光栅IN、再利用衍射光栅Re4和再利用衍射光栅Re5的区域可以连接在一起。此外，在本修改例6中，还进一步在K空间中放置再利用衍射光栅Re6来向下返回光束。需要注意的是，这只是一个示例，并可以考虑根据各种其他的闭合矢量配置放置光栅。

(3)再利用衍射光栅的效果

接下来，将参照图22和图23描述根据本实施方式的再利用衍射光栅的效果。图22的A是示出没有布置根据本实施方式的再利用衍射光栅的情况下的光传播的示意图。图22的B是以足迹的方式示出图22A的情况的图。图23的A是示出布置有根据本实施方式的再利用衍射光栅的情况下的光传播的示意图。图23的B是以足迹的方式示出图23A的情况的图。

如图22的A和图22的B所示，在未设置根据本实施方式的再利用衍射光栅的情况下，例如，对于从左上斜方位置进入的光束，大量光束从瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面和下侧向外部射出。相反，如图23的A和图23的B所示，在右侧表面上布置有根据本实施方式的再利用衍射光栅Re2的情况下，例如，对于从左斜上方位置进入的光束，光束在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面上发生衍射。可以看出，所设置的再利用衍射光栅Re2允许光束被衍射和返回。

4.第四实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

接下来，将参照图24描述根据本技术内容第四实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图24的A是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。图24的B是在K空间中表示根据本实施方式的衍射光栅的光传播的概念图。在根据本实施方式的图像显示装置中，再利用衍射光栅被布置在入射侧衍射光栅IN的外部，用于对光束进行再利用。根据本实施方式的再利用衍射光栅可以设计为各种衍射光栅，只要各衍射光栅的矢量是闭合的。

如图24的A和图24的B所示，根据本实施方式的图像显示装置包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re2，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3。在本实施方式中，再利用衍射光栅Re4和Re5在上侧设置于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近，并且再利用衍射光栅Re6设置在入射侧衍射光栅IN的上侧。

在本实施方式中，位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5以及位于入射侧衍射光栅IN外部的再利用衍射光栅Re6具有相同的矢量，并具有沿一个方向上垂直向下的矢量。

根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置，除了多个再利用衍射光栅外，还在入射侧衍射光栅IN的外部布置再利用衍射光栅，并且通过这些再利用衍射光栅与作为基本配置的衍射光栅组合来形成闭合的矢量。可以像第一实施方式中的图像显示装置100一样，在提高入射光的利用效率的同时实现均匀的图像质量。

(2)衍射光栅的修改例

接下来，将参照图25和图26描述根据本实施方式的修改例1和修改例2的衍射光栅。图25的A和图26的A是示出根据本实施方式的修改例1和修改例2的衍射光栅的配置示例的示意图。图25的B到图26的B是在K空间中表示根据本实施方式的修改例1和修改例2的衍射光栅的光传播的概念图。

根据图25的A和图25的B所示的修改例1的衍射光栅包括与本实施方式的衍射光栅类似的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2，以及再利用衍射光栅Re2到Re5。此外，根据本实施方式的修改例1的衍射光栅包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN上侧的再利用衍射光栅Re6。在本实施方式修改例1中，位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5以及位于入射侧衍射光栅IN外部的再利用衍射光栅Re6具有相同的矢量，并且具有沿两个方向的垂直向下的矢量。

根据图26的A和图26的B所示的修改例2的衍射光栅包括与本实施方式的衍射光栅类似的再利用衍射光栅Re1-1和Re1-2，以及再利用衍射光栅Re2到Re6。在本实施方式修改例2中，位于上侧的再利用衍射光栅Re4和Re5以及位于入射侧衍射光栅IN外部的再利用衍射光栅Re6具有不同的矢量。需要注意的是，这些只是示例，只要矢量能够闭合，可以采用各种组合。可以考虑效率、可制造性、均匀性等因素进行设计。

虽然上述实施方式中均采用出射侧衍射光栅EX2布置在前表面侧(即，正面)，并将瞳孔扩大衍射光栅EX1放置在后表面侧(即，深侧)的示例来示出，但这样的布置也可以相反。此外，再利用衍射光栅的前后关系并不受限制，可以根据制造便利性、设计便利性、效率、均匀性等因素进行任意选择。

5.第五实施方式

接下来，将参照图27描述根据本技术内容的第五实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图27是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。尽管在上述每个实施方式中已经描述了双面配置示例，但本实施方式中描述了应用于二维表面起伏衍射光栅(SRG)的示例。

如图27所示，根据本实施方式的图像显示装置包括位于出射侧衍射光栅EX2的下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re1，位于出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re2和位于出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3。在本实施方式中，在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧附近设有再利用衍射光栅Re4与Re5，并在入射侧衍射光栅IN的上侧设有再利用衍射光栅Re6。

根据本实施方式的图像显示装置，除了具有与第一实施方式的图像显示装置100类似的效果之外，还可以提高制造能力，因为光栅都设计在一个表面上。

6.第六实施方式

接下来，将参照图28描述根据本技术内容的第六实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图28是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。在本实施方式中，将描述应用于传统的双轴技术的示例。

如图28所示，根据本实施方式的图像显示装置包括入射侧衍射光栅IN、和在二维平面上并排排列的瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2。此外，该图像显示装置还包括位于出射侧衍射光栅EX2下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re1，位于出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re2和位于出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re3。在本实施方式中，图像显示装置还包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的侧表面附近的再利用衍射光栅Re4。

根据本实施方式的图像显示装置，除了具有与第一实施方式的图像显示装置100类似的效果之外，由于还存在很多设计结果和制造结果，因此具有巨大的优势。需要注意的是，导光板103的尺寸增加了，这点应予以考虑。

7.第七实施方式

接下来，将参照图29描述根据本技术内容的第七实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图29是示出根据本实施方式的图像显示装置中放置衍射光栅的示意图。在本实施方式中，将描述应用于单轴技术的示例。

如图29所示，根据本实施方式的图像显示装置包括入射侧衍射光栅IN和出射侧衍射光栅EX2。根据实施方式的图像显示装置还包括位于入射侧衍射光栅IN外部的左侧表面上的再利用衍射光栅Re1，以及位于出射侧衍射光栅EX2的右侧表面(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re2。

根据本实施方式的图像显示装置，如根据第一实施方式的图像显示装置100一样，可以提高入射光的利用效率，并实现均匀的图像质量。

至于入射侧衍射光栅IN的布置，入射侧衍射光栅IN不仅可以布置在上侧，并且与本实施方式一样还可以布置在左侧，或布置在整体上按顺时针或逆时针旋转90度或其他角度的方向上。这可以根据光学引擎的放置位置和整个装置的尺寸来任意选择。此外，衍射光栅也不仅限于本实施方式所述的那些。各衍射光栅的矢量是闭合即可。可以根据布局、尺寸和形状来任意设计衍射光栅，以提高效率。

8.第八实施方式

接下来，将参照图30描述根据本技术内容的第八实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图30是示出根据本实施方式的表面起伏衍射光栅的表面的配置示例的示意图。

如图30的A至图30的G所示，例如二元衍射光栅301、梯度衍射光栅302、闪耀衍射光栅303、梯形衍射光栅304、倾斜衍射光栅305、超表面衍射光栅306以及使用全息光学元件(HOE)的衍射光栅307等，都可以用作根据本实施方式的图像显示装置的衍射光栅。

在使用梯度型、闪耀型、梯形、倾斜型、超表面型或全息光学元件情况下，采用非对称形状可以提供相对于入射方向具有非对称特性的衍射效率，并且可以考虑光线路径而在需要的方向上提高衍射效率。此外，在使用二元型、梯度型、闪耀型、梯形或超表面型时，虽然不提供非对称特性，但可在入射角度处的两个方向上提供对称的衍射效率，以在第二衍射光栅(如瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2)的两个方向上扩展光束。关于再利用衍射光栅，由于再利用衍射光栅起到沿一个方向的矢量的作用，期望提供非对称特性，以改善光返回方向的衍射效率。

9.第九实施方式

接下来，将参照图31描述根据本技术内容的第九实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图31是示出根据本实施方式的表面起伏衍射光栅的表面的配置示例的示意图。在本实施方式中，在表面起伏衍射光栅上形成膜可以提供改善图像质量的效果。

如图31的A至图31的E所示，例如，在其前表面具有涂层的衍射光栅311、具有均匀厚度涂层的衍射光栅312、仅在其凸起部和底表面具有涂层的衍射光栅313、具有厚度根据其表面进行变化的涂层的衍射光栅314、以及具有多层膜形式的涂层的衍射光栅315等，都可以用作根据本实施方式的图像显示装置的衍射光栅。需要注意的是，所有的衍射光栅可以具有不同的涂层或可不具有涂层。

利用膜覆盖衍射光栅的前表面可以增加所需的衍射效率或降低所需的衍射效率，或者同时实现上述两者。此外，用膜覆盖衍射光栅的整个前表面允许衍射光栅可以像体积全息图一样工作，还可以增加波长和角度的衍射效率选择性。此外，在一个表面涂覆膜可以提供更多效果，因为它进一步增强了不对称性质。此外，布置多层膜可以进一步增强上述效果。特别地，提供选择性能够提供更多效果。

10.第十实施方式

接下来，将参照图32描述根据本技术内容的第十实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图32的A是示出根据本实施方式的图像显示装置中的再利用衍射光栅的布置示例的示意图。图32的B是示出再利用衍射光栅布置在导光板的前表面上的情况下的光束路径的示意图。图32的C是示出再利用衍射光栅布置在导光板内部的情况下的光束路径的示意图。

如图32的A所示，根据本实施方式的图像显示装置包括导光板103、出射侧衍射光栅EX2、入射侧衍射光栅IN和再利用衍射光栅Re11。再利用衍射光栅Re11布置在导光板103内部，而不是布置在导光板103的前表面上。

衍射光栅不一定需要位于在导光板的前表面上。衍射光栅可以放置在导光板103的内部。如图32的B所示，在再利用衍射光栅Re11布置在导光板103的前表面上的情况下，照射到再利用衍射光栅Re11上的光束入射面是单一的表面，并且取决于光学引擎的瞳孔直径和入射侧衍射光栅IN的尺寸的光通量的宽度尺寸很大，因此难以减少非均匀性。

相反，如图32的C所示，在导光板103内部布置再利用衍射光栅Re11的情况下，照射到再利用衍射光栅Re11上的光束入射面104是两个上下表面，而不是单一表面，并且取决于光学引擎的瞳孔直径和入射侧衍射光栅IN的大小光通量的宽度尺寸很小。这样，即使光学引擎瞳孔或入射侧衍射光栅较小，也可以减少非均匀性。

11.第十一实施方式

接下来，将参照图33描述根据本技术内容的第十一实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图33的A是示出根据本实施方式的图像显示装置中的再利用衍射光栅的布置示例的示意图。图33的B是示出再利用衍射光栅的配置示例的示意图。

如图33的A所示，可以在导光板331的前表面和后表面上分别布置一维的再利用衍射光栅332和再利用衍射光栅333。如图33的B所示，在从导光板331的前表面观察再利用衍射光栅332和再利用衍射光栅333时，光栅形状相互重叠。

12.第十二实施方式

接下来，将参照图34描述根据本技术内容的第十二实施方式中的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图34的A是示出根据本实施方式的图像显示装置的再利用衍射光栅的配置示例的示意图。图34的B到34而D是示出再利用衍射光栅的配置示例的示意图。

如图34的A所示，在导光板331的前表面上可以布置二维的再利用衍射光栅341。立体的、斜网格形状的衍射光栅被形成为再利用衍射光栅341。如图34的B所示，具有柱形的衍射光栅被形成为再利用衍射光栅342。如图34的C所示，立体的厚斜网格形状的衍射光栅被形成为再利用衍射光栅343。如图34的D所示，底部表面具有立体的非对称形状的衍射光栅被形成为再利用衍射光栅344。

不仅可以布置一维衍射光栅，还可以布置类似于再利用衍射光栅341至344的二维衍射光栅以作为再利用衍射光栅。这使得整个表面能够在两个方向上实现衍射。此外，对于二维衍射光栅，通过使用任意的超表面形成(可以是矩形或圆形)作为每个元件的形状，可以进行最佳衍射效率设计。

13.第十三实施方式

接下来，将参照图35和图36描述根据本技术内容的第十三实施方式的衍射光栅的配置示例。图35的A到35的D是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。图36是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。

对于再利用衍射光栅，例如，在下侧需要两种类型的再利用衍射光栅的情况下，它们可以案区域划分来排列。如图35的A所示，在本实施方式中，例如，设置了导光板331和分别排列在导光板331的前表面和后表面的再利用衍射光栅351和再利用衍射光栅352。再利用衍射光栅351和再利用衍射光栅352各自以单一矢量不布置的形式形成，而没有划分区域。

如图35的B所示，在本实施方式中，作为示例，布置了导光板331和衍射光栅，这些衍射光栅是在导光板331的前表面上划分并交替布置的再利用衍射光栅353和再利用衍射光栅354的区域。

如图35的C所示，本实施方式中，作为示例，布置了导光板331和衍射光栅，这些衍射光栅是在导光板331的前表面上划分并交替布置的再利用衍射光栅353和再利用衍射光栅354的区域。此外，在本实施方式中，还设置了在导光板331的后表面的划分区域内交替布置的作为再利用衍射光栅354和再利用衍射光栅353的衍射光栅。

如图35的D所示，在本实施方式中，作为示例，布置了导光板331和衍射光栅，这些衍射光栅是在导光板331的前表面的划分区域内布置的再利用衍射光栅353、再利用衍射光栅354、再利用衍射光栅355和再利用衍射光栅354。还布置了不同衍射光栅，这些衍射光栅是在导光板331的后表面上的划分区域内布置的再生再利用衍射光栅355、再利用衍射光栅354、再利用衍射光栅353和再利用衍射光栅355。

图35的B至35的D示出了区域被等间隔划分的情况。该区域可以分为左右区域。在考虑效率的情况下，可以进行任意区域的划分和调整。此外，这些附图仅显示其中在单个位置存在两种类型的衍射光栅矢量的示例。如图35的D所示，也可以使用三种类型的衍射光栅矢量，它们可以通过任意区域的划分进行排列。

如图36所示，根据本实施方式的图像显示装置包括入射侧衍射光栅IN、瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2。此外，根据本实施方式的图像显示装置还包括在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的下侧的再利用衍射光栅Re21，在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re22，在瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re23，以及在上侧位于入射侧衍射光栅IN外部的再利用衍射光栅Re24。

对于再利用衍射光栅Re21到Re24，两种类型的衍射光栅矢量布置在划分区域中。以这种方式，在本实施方式中可以布置分别任意设计的再利用衍射光栅。

14.第十四实施方式

接下来，将参照图37描述根据本技术内容的第十四实施方式的图像显示装置中的衍射光栅的配置示例。图37是示出根据本实施方式的配置示例的衍射光栅的示意图。

如图37所示，本实施方式的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re31。此外，本实施方式的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re32以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re33。此外，作为本实施方式的衍射光栅，在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近分别设置有再利用衍射光栅Re34和Re35，并且在入射侧衍射光栅IN的上侧设置有再利用衍射光栅Re36。

根据本实施方式的再利用衍射光栅可以通过在区域中变化衍射效率来提高整体的均匀性和效率。由于光束基本上随着入射侧衍射光栅IN距离的增加而变弱，因此有必要进行提高衍射效率的设计。

然而，在将衍射效率分布应用于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的情况下，由于首先需要更强力地将射到靠近入射侧衍射光栅IN的再利用衍射光栅的高强度光返回，因此可能需要应用相反的效率分布。此外，有时为了考虑均匀性和效率，除了线性地改变衍射效率外，还需要根据位置改变衍射效率的变化率。

例如，在侧面的再利用衍射光栅Re32的(a)中，衍射效率在下侧较低。然而，在右下角部分，有很多光线从下侧的再利用衍射光栅Re31反馈回来，因此有时需要降低角部分的衍射效率。此外，如在再利用衍射光栅Re31的(b)中，可以根据位置应用适当的分布。

此外，再利用衍射光栅Re34到Re36的(c)中示出的效率分布假设再利用衍射光栅具有一定的宽度。在导光角度陡峭的情况下，虽然其取决于衍射效率分布的设计，在再利用衍射光栅上通过首次衍射而向后返回的光通过再次衍射会再次返回到原始角度，这对降低效率。在这种情况下，可以将降低瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的衍射效率的梯度应用于具有这种角度的光束，以减少重新衍射后返回原始角度的光束。此外，考虑了上述两者的再利用衍射光栅Re33的(d)也是可能的。值得注意的是，虽然这里使用了“梯度”一词，但实际上为了制造的目的，可以划分区域并分段改变效率。

15.第十五实施方式

接下来，将参照图38描述根据本技术内容的第十五实施方式的图像显示装置中的衍射光栅的配置示例。图38的A到38的D是示出根据本实施方式的图像显示装置中的衍射光栅的配置示例的示意图，。

如图38的A至图38的D所示，在根据本实施方式中的图像显示装置中，例如可以采用通过改变高度来改变衍射效率的衍射光栅381，通过改变占空比来改变衍射效率的衍射光栅382，通过改变密度分布来改变衍射效率的衍射光栅383，以及通过改变残余膜厚度来改变衍射效率的衍射光栅384。此外，还可以通过改变形状或其组合来应用衍射效率分布。

需要注意的是，为了便于制造，在考虑工序数量的情况下，改变衍射光栅382的占空比是理想的。然而，例如，在阶梯形状的情况下，可以通过改变阶梯的数量来改变高度。在相同形状的情况下改变高度是最简单的衍射效率控制方法。

此外，再利用衍射光栅的折射率可以与导光板的折射率相同。在这种情况下，即使残余膜的厚度达到50nm或以上，再利用衍射光栅也可以使用。相比于再利用衍射光栅的折射率低于导光板的情况，更容易使用取决于导光板的折射率的整个视角。

16.第十六实施方式

接下来，将参照图39描述根据本技术内容的第十六实施方式的图像显示装置中的衍射光栅的配置示例。图39是示出根据本实施方式的图像显示装置中的衍射光栅的配置示例的示意图。

如图39所示，在根据本实施方式的图像显示装置中，再利用衍射光栅Re1布置在导光板103的上表面上，且出射侧衍射光栅EX2布置在导光板103的下表面上。通过改变再利用衍射光栅Re1与出射侧衍射光栅EX2之间的位置关系使再利用衍射光栅Re1与出射侧衍射光栅EX2在上下方方向上部分地重叠，根据本实施方式的图像显示装置能够更高效地接收来自出射侧衍射光栅EX2的光束，并将光束返回到导光板103的内部。需要注意的是，再利用衍射光栅Re1和出射侧衍射光栅EX2可以不重叠地使用。

17.第十七实施方式

(1)衍射光栅的配置示例

接下来，将参照图40描述根据本技术内容第十七实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图40是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。

如图40所示，本实施方式的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和入射侧衍射光栅IN的下侧(即，入射侧衍射光栅IN的相对侧)的再利用衍射光栅Re41，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面上的再利用衍射光栅Re42，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面上的再利用衍射光栅Re43。此外，本实施方式中的衍射光栅包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re44和Re45，并且还包括位于入射侧衍射光栅IN的上侧的再利用衍射光栅Re46。

在本实施方式的衍射光栅中，位于两个侧表面上的再利用衍射光栅Re42和Re43延伸到下侧的再利用衍射光栅Re41的外侧。

根据本实施方式的图像显示装置，如根据第一实施方式的图像显示装置100，在提高入射光的利用效率的同时，可以实现均匀的图像质量。

(2)衍射光栅的修改例

接下来，将参照图41至图43描述根据本实施方式的修改例1至3的衍射光栅。图41至图43是示出根据本实施方式的修改例1至3的衍射光栅的配置示例的示意图。

如图41所示，根据本实施方式的修改例1的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2下侧的再利用衍射光栅Re51，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re52，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re53。此外，根据本修改例1的衍射光栅包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re54和Re55，并且还包括在入射侧衍射光栅IN的上侧的再利用衍射光栅Re56。在这个修改例1中，下侧的再利用衍射光栅Re51所延伸的宽度覆盖位于两侧表面上的再利用衍射光栅Re52和Re53。

如图42所示，根据本实施方式的修改例2的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2下侧的再利用衍射光栅Re61，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re62，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出口端衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re63。此外，根据本修改例2的衍射光栅包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re64和Re65，并且还包括在入射侧衍射光栅IN的上侧的再利用衍射光栅Re66。在这个修改例2中，位于下侧的再利用衍射光栅Re61和位于两侧表面的再利用衍射光栅Re62和Re63通过使用前表面的后表面相互重叠。

如图42所示，根据本实施方式的修改例3的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2下侧的再利用衍射光栅Re71，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re72，以及位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re73。此外，根据本修改例3的衍射光栅包括在上侧位于入射侧衍射光栅IN的两侧表面附近的再利用衍射光栅Re74和Re75，并且还包括在入射侧衍射光栅IN的上侧的再利用衍射光栅Re76。在这个修改例3中，考虑到光束路径，左侧表面的再利用衍射光栅Re73可以形成为自由形状。

上述的再利用衍射光栅可以布置在两个表面或一个表面，也可以通过上述的组合来进行布置。虽然将再利用衍射光栅布置在两个表面上可以进一步提高返回效率，但会增加加工步骤和难度。此外，例如，将位于侧面的再利用衍射光栅和位于下侧的再利用衍射光栅布置相对表面使得允许从上方观察存在重叠部分，可以有效布置各个区域并高效利用它们。

可以采用各种图案作为其中放置相应再利用衍射光栅的区域。例如，下侧的再利用衍射光栅的宽度小于位于侧面的再利用衍射光栅之间的距离。在这种情况下，位于侧面的再利用衍射光栅的效果可以得到加强，并且可以在考虑许多光束沿侧面方向射出以及在角部处光束方向的情况下确定形状。需要注意的是，每个再利用衍射光栅的边界线不需要是一条直线，也不需要限制为垂直或水平线。此外，再利用衍射光栅的形状也不一定是矩形的，考虑到需要引导的光束和返回光线的路径，可以适当地设计再利用衍射光栅。

18.第十八实施方式

接下来，将参照图44描述根据本技术内容的第十八实施方式的图像显示装置的衍射光栅的配置示例。图44的A和图44的B是示出根据本实施方式的图像显示装置的再利用衍射光栅的配置示例的示意图。

如图44的A所示，再利用衍射光栅Re3和出射侧衍射光栅EX2之间的边界处的一些光栅元素可以完全重叠在整合在一起。此外，如图44的B所示，再利用衍射光栅Re3和出射侧衍射光栅EX2之间的边界处的一些光栅元素可以整合在以下而具有重叠的部分。

衍射光栅的间距可以布置为等于或小于0.5毫米，以便使它们完全接触。虽然增加了制造难度，但能实现尺寸缩小，并进一步减少光束从再利用衍射光栅缝隙中逸出。特别地，没有边界的情况下是衍射光栅元件朝着相同方向取向、并且位于末端处的衍射光栅元件用作边界处的两侧表面的衍射光栅元件的情况。此外，衍射光栅可以接触。需要注意的是，并不是所有的再利用衍射光栅都需要被布置，如果它们在光束路径上没有足够发挥功能，某些再利用衍射光栅可以被省略。

这里，再利用衍射光栅、耦合光栅(ICG)和扩展器可具有不同的折射率。控制折射率还可以控制衍射效率、衍射效率分布、再利用角度范围等。例如，降低再利用衍射光栅的折射率可以缩小待再利用的视角范围，从而只能有效地对特定的角度范围进行再利用。相反，增加再利用衍射光栅的折射率可以在整个视角范围内高效地返回光。

19.第十九实施方式

接下来，将参照图45描述根据本技的术第十九实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例。图45的A是示出根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例的正视图。图45的B是示出根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例的俯视图。

如图45的A和图45的B所示，根据本实施方式的图像显示装置400是一种眼镜式眼镜，并包括眼镜框架401和位于眼镜框架401外部的入射边衍射光栅IN。此外，图像显示装置400包括布置在眼镜框架401的插入有镜片的部分中的出射侧衍射光栅EX2。然后，再利用衍射光栅Re1到Re4被布置在眼镜框架401的位于出射侧衍射光栅EX2周围的部分。

从图像显示装置400的正面观察时，再利用衍射光栅Re1到Re4被布置在隐藏在眼镜框架401后的位置处，并且在每个再利用衍射光栅和眼镜框架401之间施加有粘合剂和粘贴剂性质的金属涂层402。这样的配置允许通常无法施加的金属涂层402。

隐藏在眼镜框架401后面的再利用衍射光栅Re1到Re4并不需要透明性。因此，可以使用铝和银等金属涂层来增加再利用衍射光栅Re1到Re4的反射率。需要注意的是，可以不涂覆或者涂覆透明的涂层。此外，因为涂层也可以作为粘合剂，因此可以提供眼镜框架401和导光板之间保持或防止脱落的加固效果。

20.第二十实施方式

接下来，将参照图46描述根据本技术内容的第二十实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例。图46的A是示出根据本实施方式的衍射光栅的配置示例的示意图。图46的B是示出根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置的配置示例的正视图。

如图46的A所示，根据本实施方式的衍射光栅包括位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的下侧的再利用衍射光栅Re81，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的右侧表面的再利用衍射光栅Re82，位于瞳孔扩大衍射光栅EX1和出射侧衍射光栅EX2的左侧表面的再利用衍射光栅Re83，以及布置成在上侧覆盖入射侧衍射光栅IN的再利用衍射光栅Re84。

如图46的B所示，根据本实施方式的包括衍射光栅的图像显示装置410是一种眼镜式眼镜，包括眼镜框架401和位于眼镜框架401外部的入射侧衍射光栅IN。此外，图像显示装置410包括布置在眼镜框架401的插入有镜片的部分中的出射侧衍射光栅EX2。然后，再利用衍射光栅Re81至Re84布置于眼镜框架401的位于出射侧衍射光栅EX2周围的位置。

图像显示装置410可以这种任意的形状形成，以便眼镜框架401完全隐藏住再利用衍射光栅Re81至Re84。因此，这种眼镜不像眼镜那样不舒服，而且可以通过使用其整个镜片来提供图像。

21.第二十一实施方式

接下来，将参照图47描述根据本技术内容的第二十一实施方式的再利用衍射光栅的配置示例。图47是示出根据本实施方式的再利用衍射光栅的配置示例的示意图。

如图47所示，根据本实施方式的再利用衍射光栅Re在前表面上具有残余膜421。通过控制形成在衍射光栅之间的残余膜421，可以改善再利用衍射光栅的均匀性、使用效率等。需要注意的是，所有上述的再利用衍射光栅都可以具有与再利用衍射光栅Re1类似的功能。

值得注意的是，本技术内容还可以采用以下配置。

(1)一种图像显示装置，包括：

图像形成单元，所述图像形成单元发出图像光并将所述图像光转换为视角的平行光；

导光板，所述导光板允许由所述图像形成单元转换的所述图像光进入所述导光板，在所述导光板的内部行进，并从向外部射出；

第一衍射光栅，所述第一衍射光栅设置在导光板中，对入射至所述导光板的所述图像光进行衍射，并使所述图像光在所述导光板的内部行进；

第二衍射光栅，所述第二衍射光栅设置在导光板中，对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行延伸，并从所述导光板向外部射出所述图像光；

再利用衍射光栅，所述再利用衍射光栅对从所述第二衍射光栅射出的所述图像光进行衍射而进行再利用。

(2)根据(1)所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅和所述再利用衍射光栅具有根据待被再利用的光的路径使得各光栅的矢量之和变为零的间距和取向。

(3)根据(1)或(2)所述的图像显示装置，其中

根据光的路径，在所述第二衍射光栅的周围设置有多种类型的所述再利用衍射光栅。

(4)根据(1)到(3)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

根据光的路径，所述再利用衍射光栅设置在所述第一衍射光栅的周围。

(5)根据(1)到(4)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅是用于扩大瞳孔的瞳孔扩大衍射光栅和/或出射侧的衍射光栅的。

(6)根据(1)到(5)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅设置在所述导光板的两个表面上。

(7)根据(1)到(6)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅为表面起伏衍射光栅。

(8)根据(1)到(7)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅为全息光学元件。

(9)根据(1)至(8)中的任何一项所述的图像显示装置，其中

所述图像形成单元包括发射所述图像光的图像生成单元，和将从所述图像生成单元射出的所述图像光转换为视角的平行光的光学系统。

(10)根据(5)至(9)中的任何一项所述的图像显示装置，其中

所述瞳孔的扩大是在单轴方向或双轴方向上的扩大。

(11)根据(1)到(10)中的任何一项所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅和所述再利用衍射光栅是一维的或二维的。

(12)根据(1)到(11)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述再利用衍射光栅具有衍射效率分布。

(13)根据(1)到(12)中的任何一项所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅具有衍射效率分布。

(14)根据(1)到(13)中的任何一项所述的图像显示装置，其中

再利用衍射光栅多重地设置在所述第二衍射光栅的周围。

(15)根据(1)到(14)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅相对于来自正方向的入射光和来自所述再利用衍射光栅的逆方向的入射光的衍射效率被适当地控制，以便所述第二衍射光栅对来自所述再利用衍射光栅的光进行有效衍射。

(16)根据(1)到(15)中的任意一项所述的图像显示装置，其中

所述图像显示装置是佩戴在用户眼睛附近的眼镜，并且所述再利用衍射光栅设置在所述眼镜的框架位置处。

(17)一种图像显示方法，包括：

发射图像光的步骤；

使发射的所述图像光入射至导光板的步骤；

对进入所述导光板的所述图像光进行衍射，以使所述图像光在所述导光板的内部行进的步骤；

对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行衍射，以使所述图像光从所述导光板向外部射出的步骤；以及

对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行再利用，以使所述图像光从所述导光板向外部射出的步骤。

附图标记

100、200、400、410 图像显示装置

101 图像形成单元

102 投影透镜(光学系统)

103 导光板

104 光输入表面

105 光输出表面

401 眼镜框

111、421残余膜

IN 入射侧衍射光栅(第一衍射光栅)

EX1 瞳孔扩大衍射光栅(第二衍射光栅)

EX2 出射侧衍射光栅(第二衍射光栅)

Re1至Re6、Re11、Re21至Re26、Re31至Re36、Re41至Re46、Re51至Re56、Re61至Re66、Re71至Re76、Re81至Re84、RE再利用衍射光栅

Eye眼睛。

Claims (17)

1.一种图像显示装置，包括：

图像形成单元，所述图像形成单元发出图像光并将所述图像光转换为视角的平行光；

导光板，所述导光板允许由所述图像形成单元转换的所述图像光进入所述导光板，在所述导光板的内部行进，并从向外部射出；

第一衍射光栅，所述第一衍射光栅设置在导光板中，对入射至所述导光板的所述图像光进行衍射，并使所述图像光在所述导光板的内部行进；

第二衍射光栅，所述第二衍射光栅设置在导光板中，对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行延伸，并从所述导光板向外部射出所述图像光；

再利用衍射光栅，所述再利用衍射光栅对从所述第二衍射光栅射出的所述图像光进行衍射而进行再利用。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅和所述再利用衍射光栅具有根据待被再利用的光的路径使得各光栅的矢量之和变为零的间距和取向。

3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

根据光的路径，在所述第二衍射光栅的周围设置有多种类型的所述再利用衍射光栅。

4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

根据光的路径，所述再利用衍射光栅设置在所述第一衍射光栅的周围。

5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅是用于扩大瞳孔的瞳孔扩大衍射光栅和/或出射侧的衍射光栅的。

6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅设置在所述导光板的两个表面上。

7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅为表面起伏衍射光栅。

8.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅为全息光学元件。

9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述图像形成单元包括发射所述图像光的图像生成单元，和将从所述图像生成单元射出的所述图像光转换为视角的平行光的光学系统。

10.根据权利要求5所述的图像显示装置，其中

所述瞳孔的扩大是在单轴方向或双轴方向上的扩大。

11.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第一衍射光栅、所述第二衍射光栅和所述再利用衍射光栅是一维的或二维的。

12.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述再利用衍射光栅具有衍射效率分布。

13.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅具有衍射效率分布。

14.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

再利用衍射光栅多重地设置在所述第二衍射光栅的周围。

15.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述第二衍射光栅相对于来自正方向的入射光和来自所述再利用衍射光栅的逆方向的入射光的衍射效率被适当地控制，以便所述第二衍射光栅对来自所述再利用衍射光栅的光进行有效衍射。

16.根据权利要求1所述的图像显示装置，其中

所述图像显示装置是佩戴在用户眼睛附近的眼镜，并且所述再利用衍射光栅设置在所述眼镜的框架位置处。

17.一种图像显示方法，包括：

发射图像光的步骤；

使发射的所述图像光入射至导光板的步骤；

对进入所述导光板的所述图像光进行衍射，以使所述图像光在所述导光板的内部行进的步骤；

对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行衍射，以使所述图像光从所述导光板向外部射出的步骤；以及

对在所述导光板的内部行进的所述图像光进行再利用，以使所述图像光从所述导光板向外部射出的步骤。