CN112130246A - 衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备。衍射光栅结构包括波导片、耦入光栅、耦出光栅及设置在耦出光栅上的功能层。耦入光栅设置在波导片的第一端，耦入光栅包括倾斜光栅。耦出光栅设置在波导片的第二端，第一端与第二端为波导片相对的两端，耦出光栅包括闪耀光栅。耦入光栅用于将光线耦合进波导片，波导片用于将耦入光栅耦合进的光线传输至耦出光栅，耦出光栅用于将波导片中的光线耦出至功能层，功能层用于将耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加耦出光栅的光耦出率。本申请在闪耀光栅上设置功能层将耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加所述耦出光栅的光耦出率，配合波导片及耦入光栅进行光线传输，由此降低衍射光栅的均一性误差。

Description

衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备

技术领域

本申请涉及衍射光波导技术领域，更具体而言，涉及一种衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备。

背景技术

现如今，AR(Augmented Reality)增强现实技术在教育、医疗、娱乐等行业得到了广泛的应用。其主要特点为将虚拟图像和现实场景结合起来，保证可以同时观看虚拟图像及现实场景。然而，目前AR技术生成的虚拟图像产生的虚拟图像往往亮度分布不均匀。因此，提高虚拟图像的亮度分布的均匀性成为现在亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施方式提供一种衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备。

本申请实施方式的衍射光栅结构包括波导片、耦入光栅、耦出光栅及功能层。所述耦入光栅设置在所述波导片的第一端，所述耦入光栅包括倾斜光栅。所述耦出光栅设置在所述波导片的第二端，所述第一端与所述第二端为所述波导片相对的两端，所述耦出光栅包括闪耀光栅。所述功能层设置在所述耦出光栅上，其中：所述耦入光栅用于将光栅耦合进所述波导片，所述波导片用于将所述耦入光栅耦合进的光线传输至所述耦出光栅，所述耦出光栅用于将所述波导片中的光线耦出至所述功能层，所述功能层用于将所述耦出光栅耦合出的光线折射至外界及增加所述耦出光栅的光耦出率。

本申请实施方式的成像装置包括衍射光栅结构、图像生成模组及光学模组。所述衍射光栅结构包括波导片、耦入光栅、耦出光栅及功能层。所述耦入光栅设置在所述波导片的第一端，所述耦入光栅包括倾斜光栅。所述耦出光栅设置在所述波导片的第二端，所述第一端与所述第二端为所述波导片相对的两端，所述耦出光栅包括闪耀光栅。所述功能层设置在所述耦出光栅上，所述耦入光栅用于将光栅耦合进所述波导片，所述波导片用于将所述耦入光栅耦合进的光线传输至所述耦出光栅，所述耦出光栅用于将所述波导片中的光线耦出至所述功能层，所述功能层用于将所述耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加所述耦出光栅的光耦出率。所述图像生成模组与所述耦入光栅相对，并用于朝所述耦入光栅发射光线。所述光学模组设置在所述图像生成模组与所述耦入光栅之间，并用于将所述图像生成模组发出的光线调整为与所述耦入光栅成预设角度的平行光。

本申请实施方式的穿戴设备包括壳体及成像装置。所述成像装置设置在所述壳体上。所述成像装置包括衍射光栅结构、图像生成模组及光学模组。所述衍射光栅结构包括波导片、耦入光栅、耦出光栅及功能层。所述耦入光栅设置在所述波导片的第一端，所述耦入光栅包括倾斜光栅。所述耦出光栅设置在所述波导片的第二端，所述第一端与所述第二端为所述波导片相对的两端，所述耦出光栅包括闪耀光栅。所述功能层设置在所述耦出光栅上，所述耦入光栅用于将光栅耦合进所述波导片，所述波导片用于将所述耦入光栅耦合进的光线传输至所述耦出光栅，所述耦出光栅用于将所述波导片中的光线耦出至所述功能层，所述功能层用于将所述耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加所述耦出光栅的光耦出率。所述图像生成模组与所述耦入光栅相对，并用于朝所述耦入光栅发射光线。所述光学模组设置在所述图像生成模组与所述耦入光栅之间，并用于将所述图像生成模组发出的光线调整为与所述耦入光栅成预设角度的平行光。

本申请实施方式的衍射光栅结构、成像装置及穿戴设备通过在闪耀光栅上设置功能层以将所述耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加所述耦出光栅的光耦出率，及配合波导片及耦入光栅进行光线传输，由此提高了衍射光栅结构的衍射效率及降低了衍射光栅结构的均一性误差，从而使得生成的虚拟图像的亮度分布均匀。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的衍射光栅结构的结构示意图；

图2是本申请某些实施方式的衍射光栅结构的耦出光栅的结构示意图；

图3是现有技术方案的耦出光栅在不同入射角度和衍射级别下的衍射效率的示意图；

图4是现有技术方案的耦出光栅在+1衍射级别下不同波长的衍射效率的示意图；

图5是现有技术方案的耦出光栅在不同入射角度和+1衍射级别下的衍射均匀性的示意图；

图6是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化钛时，耦出光栅在不同入射角度和衍射级别下的衍射效率的示意图；

图7是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化钛时，耦出光栅在+1衍射级别下不同波长的衍射效率的示意图；

图8是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化钛时，耦出光栅在不同入射角度和+1衍射级别下的衍射均匀性的示意图；

图9是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化锆时，耦出光栅在不同入射角度和衍射级别下的衍射效率的示意图；

图10是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化锆时，耦出光栅在+1衍射级别下不同波长的衍射效率的示意图；

图11是本申请某些实施方式的衍射光栅结构中功能层为氧化锆时，耦出光栅在不同入射角度和+1衍射级别下的衍射均匀性的示意图；

图12是本申请某些实施方式的成像装置的结构示意图；

图13是本申请某些实施方式的成像装置的结构示意图；

图14是本申请某些实施方式的成像装置的结构示意图；

图15是本申请某些实施方式的穿戴设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

请参阅图1，本申请实施方式提供一种衍射光栅结构100。衍射光栅结构100包括波导片10、耦入光栅20、耦出光栅30及功能层40。耦入光栅20设置在波导片10的第一端11，耦入光栅20包括倾斜光栅。耦出光栅30设置在波导片10的第二端12，耦出光栅30包括闪耀光栅，第一端11和第二端12是波导片10相对的两端。功能层40设置在耦出光栅30上，其中：耦入光栅20用于将光栅耦合进波导片10，波导片10用于将耦入光栅10耦合进的光线传输至耦出光栅30，耦出光栅30用于将波导片10中的光线耦出至功能层40，功能层40用于将耦出光栅30耦合出的光线折射至外界并增加耦出光栅30的光耦出率。

本申请实施方式的衍射光栅结构100通过在闪耀光栅上设置功能层40将耦出光栅30耦合出的光线折射至外界并增加耦出光栅30的光耦出率，及配合波导片10及耦入光栅20进行光线传输，由此提高了衍射光栅结构100的衍射效率及降低了衍射光栅结构100的均一性误差，从而使得生成的虚拟图像的亮度分布均匀。

其中，耦入光栅20可以是如图1左侧的所示的倾斜光栅，也可以是如图1右侧所示的闪耀光栅。耦出光栅30可以是如图1右侧的所示的闪耀光栅，也可以是如图1左侧所示的倾斜光栅。也即是说，耦入光栅20和耦出光栅30可以都是倾斜光栅，也可以都是闪耀光栅，或者可以一个是倾斜光栅，另一个是闪耀光栅。本申请以耦入光栅20为倾斜光栅，耦出光栅为闪耀光栅为例，可以理解，衍射光栅结构100并不限于此种结构一种。

请参阅图2，具体地，在某些实施方式中，耦出光栅30的周期T的取值范围为[300纳米，500纳米]，即，耦出光栅30的周期T大于等于300纳米，且小于等于500纳米。耦出光栅30的闪耀角α的取值范围为[5度，40度]，即，耦出光栅30的闪耀角α大于等于5度，且小于等于40度。耦出光栅30的反闪耀角β的取值范围为[50度，85度]，即，耦出光栅30的反闪耀角β大于等于50度，且小于等于85度。

具体地，耦出光栅30的周期T可以是300纳米至500纳米之间的任意值。例如，耦出光栅30的周期T可以是300纳米、330纳米、350纳米、370纳米、390纳米、410纳米、430纳米、450纳米、470纳米、490纳米、500纳米等中的任意一个或其他在300纳米与500纳米之间的任意值。

耦出光栅30的闪耀角α可以是5度至40度之间的任意值。例如，耦出光栅30的闪耀角α可以是5度、10度、17度、20度、25度、27度、30度、35度、37度、40度等中的任意一个或其他在5度至40度之间的任意值。

耦出光栅30的反闪耀角β可以是50度至85度之间的任意值。例如，耦出光栅30的反闪耀角β可以是50度、53度、55度、60度、65度、68度、75度、80度、83度、85度等中的任意一个或其他在50度至85度之间的任意值。

在一个实施例中，耦出光栅30的周期T为370纳米、耦出光栅30的闪耀角α为37度及耦出光栅30的反闪耀角β为85度，根据耦出光栅30的周期T、闪耀角α及反闪耀角β则可计算出耦出光栅30的深度H为261纳米。

请参阅图3至图5，假设衍射光栅结构100不设置功能层40，且耦出光栅30的周期T为370纳米、耦出光栅30的闪耀角α为37度、耦出光栅30的反闪耀角β为85度及耦出光栅30的深度H为261纳米，请参阅图3，横坐标为入射角度，纵坐标为衍射效率。从图3可以看出，入射角度从负10度到10度变化，衍射效率与入射角度变化呈现负相关关系。请参阅图4，横坐标为光线波长，纵坐标为衍射效率。从图4可以看出，波长从400纳米到700纳米变化时，衍射效率与波长变化也呈现负相关关系。而且，衍射效率对入射角度和波长的变化都非常敏感，在这样的效率分布关系下，不仅会增加衍射光栅结构的设计难度，同时用户观察到的虚拟图像往往亮度分布不均匀。

请参阅图5，横坐标为沿光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负10度；纵坐标为垂直于光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负18度。从图5中可以看出最大衍射效率为34％，最小衍射效率为10％，再根据公式：

可计算出不设置功能层40的衍射光栅结构的耦出光栅的均一性误差为0.55。通常，均一性误差越小，则代表视场的均一性越好，而不设置功能层40的衍射光栅结构的均一性误差为0.55时，会影响到虚拟图像的亮度均匀分布。为了生成亮度分布均匀的虚拟图像，则需要提高衍射光栅机构100的衍射效率并降低均一性误差。

请继续参阅图2，本申请实施方式的衍射光栅结构100，功能层40为设置在耦出光栅30上的高折射率膜层。在某些实施方式中，功能层40的折射率n大于等于1.8。功能层40的厚度D的取值范围为[20纳米，150纳米]，即，功能层40的厚度D大于等于20纳米，小于等于150纳米。

具体地，功能层40的折射率n可以是大于等于1.8的任意值。例如，功能层40的折射率n可以是1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0等中的任意一个或其他在大于1.8的任意值。

再具体地，功能层40的厚度D可以是20纳米至150纳米之间的任意值。例如，功能层40的厚度D可以是20纳米、30纳米、40纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、110纳米、120纳米、130纳米、140纳米、150纳米等中的任意一个或其他在20纳米至150纳米之间的任意值。当功能层40的厚度D小于20纳米时，一方面，衍射光栅结构100难以加工设计，另一方面，衍射光栅结构100的衍射效率得不到提高，均一性误差也得不到减小，进而得到的虚拟图像的亮度分布均匀性也不佳。当功能层40的厚度D大于150纳米时，在加工时容易填满两个三角形之间的间隙，同样也加大了加工难度。因此，功能层40的厚度D可以是20纳米至150纳米之间时，一方面能降低衍射光栅结构100的加工难度，而且衍射光栅结构100的衍射效率得到提高，均一性误差也得到减小，进而得到的虚拟图像的亮度分布均匀性较佳(具体分析如下文介绍)。

请参阅图6至图8，在一个实施例中，功能层40可以是氧化钛膜层，此时功能层40的厚度D为90纳米。同样地，耦出光栅30的周期T为370纳米、耦出光栅30的闪耀角α为37度、耦出光栅30的反闪耀角β为85度、及耦出光栅30的深度H为261纳米时，请结合图6，横坐标为入射角度，纵坐标为衍射效率。可以看出，入射角度从负10度到10度变化时，+1衍射级别的衍射效率的变化趋势比较平坦，且在入射角度为0度时，衍射效率大于65％。

请结合图7，横坐标为光线波长，纵坐标为衍射效率，从图7可以看出，波长从480纳米到640纳米变化时，衍射效率的变化趋势也比较平坦，且衍射效率大于65％。由此可以看出，功能层40设置在耦出光栅30上后，衍射光栅结构100的衍射效率得到明显改善。

请再结合图8，横坐标为沿光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负10度。纵坐标为垂直于光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负18度。从图8中可以看出最大衍射效率为73.5％，最小衍射效率为65％，再根据公式：

可以得出采用氧化钛膜层作为功能层40的衍射光栅结构100的耦出光栅30的均一性误差为0.06。相较于不设置功能层40的衍射光栅结构而言，采用氧化钛膜层作为功能层40的衍射光栅结构100的耦出光栅30的衍射效率得到了提高，且降低了均一性误差，从而提高了生成的虚拟图像的亮度分布均匀性。

请参阅图9至图11，在另一个实施例中，功能层40还可以是氧化锆膜层，此时功能层40的厚度D为110纳米。同样地，耦出光栅30的周期T为370纳米、耦出光栅30的闪耀角α为37度、耦出光栅30的反闪耀角β为85度及耦出光栅30的深度H为261纳米时，请结合图9，横坐标为入射角度，纵坐标为衍射效率，从图9可以看出，入射角度从负10度到10度变化时，+1衍射级别的衍射效率的呈现平坦趋势，且衍射效率大于55％。

请结合图10，横坐标为光线波长，纵坐标为衍射效率，从图10可以看出，波长从480纳米到640纳米变化时，衍射效率的变化趋势也比较平坦，且衍射效率大于55％。由此可以看出，功能层40设置在耦出光栅30上后，衍射光栅结构100的衍射效率得到明显改善。

请再结合图11，横坐标为沿光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负10度。纵坐标为垂直于光栅矢量方向上的视场分布，具体为正负18度。则图11中可以看出最大衍射效率为61.5％和最小衍射效率为57.5％，再根据公式：

可以得出采用氧化锆膜层作为功能层40的衍射光栅结构100的耦出光栅30的均一性误差为0.03。相较于不设置功能层40的衍射光栅结构而言，采用氧化锆膜层作为功能层40的衍射光栅结构100的耦出光栅30的衍射效率也得到了提高，且降低了均一性误差，从而提高了生成的虚拟图像的亮度分布均匀性。

综上，无论是采用氧化钛膜层作为功能层40，还是采用氧化锆膜层作为功能层40，本申请实施方式的衍射光栅结构100通过在闪耀光栅上设置功能层40，均能增加耦出光栅30的镜面反射，并配合波导片10及耦入光栅20进行光线传输，由此相较于不设置功能层的衍射光栅结构，提高了衍射光栅结构100的衍射效率及降低了衍射光栅结构100的均一性误差，从而使得生成的虚拟图像的亮度分布均匀。

请参阅图12，本申请实施方式还提供一种成像装置1000。成像装置1000包括上述任一实施方式的衍射光栅结构100、图像生成模组200及光学模组300。请结合图1，图像生成模组200与耦入光栅20相对，并用于朝耦入光栅20发射光线。光学模组300设置在图像生成模组200与耦入光栅20之间，并用于将图像生成模组200发出的光线调整为与耦入光栅20成预设角度的平行光。

具体地，图像生产模组200会朝耦入光栅20发射光线，光线在传输的过程中会经过光学模组300，光学模组300将入射光线准直成平行光线后以预设角度射入耦入光栅20，光线经过耦入光栅20衍射后，在波导片10中以全反射的形式传播至耦出光栅30，通过在耦出光栅30上设置功能层40，从而使经过耦出光栅30及功能层40的光线衍射耦出至空气中，从而进一步得到亮度均匀分布的虚拟图像，该虚拟图像可被人眼600观察到。

请继续参阅12及图1，在一个实施方式中，成像装置1000中的衍射光栅结构100包含一层波导片10，波导片10的两端分别分布有耦入光栅20和耦出光栅30，耦入光栅20和耦出光栅30用于对红、绿、蓝三色光进行衍射及反射。

具体地，图像生产模组200会对耦入光栅20发射光线，光线在传输过程中会经过光学模组300，光学模组300将入射光线准直成平行光线后以预设角度射入耦入光栅20，光线经过耦入光栅20衍射后，波导片10对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以对红光、绿光和蓝光三种光线进行全反射，进而传播至耦出光栅30，功能层40再将耦出光栅耦合后的光线折射至空气中，功能层40能够增加耦出光栅30的光耦出率，从而进一步得到亮度均匀分布的虚拟图像，该虚拟图像可被人眼600观察到。

其中，在一些实施方式中，耦入光栅20可以设置在波导片10任意一面上，在一个例子中，耦入光栅20可设置在波导片10的上表面，即设置在背向图像生产模组200的表面。在另一个例子中，耦入光栅20可设置在波导片10的下表面，即设置在朝向图像生产模组200的表面。同样地，在一些实施方式中，耦出光栅30也可以设置在波导片10任意一面上，在一个例子中，耦出光栅30可设置在波导片10的上表面，即设置在背向图像生产模组200的表面。在另一个例子中，耦出光栅30可设置在波导片10的下表面，即设置在朝向图像生产模组200的表面。

另外，在某些实施方式中，耦入光栅20和耦出光栅30可以设置在波导片10的同一侧，在一个例子中，耦入光栅20和耦出光栅30可均设置在波导片10的上表面，即均设置在背向图像生产模组200的表面。在另一个例子中，耦入光栅20和耦出光栅30可均设置在波导片10的下表面，即均设置在朝向图像生产模组200的表面。在另一些实施方式中，耦入光栅20和耦出光栅30可以设置在波导片10的不同侧，在一个例子中，耦入光栅20可设置在波导片10的上表面，即设置在背向图像生产模组200的表面，而耦出光栅30可设置在波导片10的下表面，即设置在朝向图像生产模组200的表面。在另一个例子中，耦出光栅30可设置在波导片10的上表面，即设置在背向图像生产模组200的表面，而耦入光栅20可设置在波导片10的下表面，即设置在朝向图像生产模组200的表面。

请参阅图13及图1，在另一个实施方式中，衍射光栅结构100包含两层波导片10，且每层波导片10的两端分别分布有耦入光栅20和耦出光栅30，其中一层波导片10上的耦入光栅20和耦出光栅30用于对红、绿、蓝三色光中的任一种进行衍射及反射，另一层波导片10上的耦入光栅20和耦出光栅30用于对红、绿、蓝三色光中的其余两种进行衍射及反射。

具体地，图像生产模组200会对耦入光栅20发射光线，光线在传输过程中会经过光学模组300，光学模组300将入射光线准直成平行光线后以预设角度射入第一层波导片101上的耦入光栅20，第一层波导片101对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以对红光、绿光、蓝光其中的一种进行全反射，从而将光线传播至第一层波导片101上的耦出光栅30，第一层波导片101上的耦出光栅30及功能层40再将被全反射光线衍射耦出至空气中。

光线在经过第一层波导片101上的耦入光栅20全反射后，无法被全反射的光线则进入第二层波导片102上的耦入光栅20，第二层波导片102对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以对红绿光、红蓝光、绿蓝光中剩余的两种进行全反射，由此保证对红光、绿光和蓝光都进行了反射和衍射，从而将光线传播至第二层波导片102上的耦出光栅30，第二层波导片102上的耦出光栅30及功能层40再将被全反射光线衍射耦出至空气中并与从第一层波导片101的耦出光栅30耦出至空气中的光线一起得到亮度均匀分布的虚拟图像，该虚拟图像可被人眼600观察到。

其中，每层波导片10中的耦入光栅20和耦出光栅30的设置方式与前述相同，例如，每层波导片10中的耦入光栅20可以设置在波导片10任意一面上，每层波导片10中的耦出光栅30可以设置在波导片10任意一面上，同一层波导片10中的耦入光栅20与耦出光栅30可以设置在波导片10的同一侧，同一层波导片10中的耦入光栅20与耦出光栅30可以设置在波导片10的不同侧，具体设置方式请参见前述，在此不一一展开说明。

请参阅图14及图1，在再一个实施方式中，衍射光栅结构100包含三层波导片10，且每层波导片10的两端分别分布有耦入光栅20和耦出光栅30，每层波导片10上的耦入光栅20和耦出光栅30用于对红、绿、蓝三色光中的任一种进行衍射及反射，以使三层波导片10上的耦入光栅20和耦出光栅30分别对红、绿、蓝三色光进行衍射及反射。

具体地，图像生产模组200会对耦入光栅20发射光线，光线在传输过程中会经过光学模组300，光学模组300将入射光线准直成平行光线后以预设角度射入第一层波导片101下的耦入光栅20，第一层波导片101对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以对红光、绿光、蓝光其中的一种进行全反射，从而将光线传播至第一层波导片101上的耦出光栅30，第一层波导片101上的耦出光栅30及功能层40再将被全反射的光线衍射耦出至空气中。

光线在经过第一层波导片101上的耦入光栅20后，无法被反射的光线则进入第二层波导片102上的耦入光栅20，第二层波导片102对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以是对红光、蓝光、绿光中的另一种进行全反射，从而将另一种光线传播至第二层波导片102上的耦出光栅30，第二层波导片102上的耦出光栅30及功能层40再将被全反射的光线衍射耦出至空气中。

光线在经过第二层波导片102下耦入光栅20后，无法被反射的光线则进入第三层波导片103上的耦入光栅20，第三层波导片103对耦入光栅20耦合后的相应波长的光线进行全反射，例如可以对红光、蓝光、绿光中的再一种进行全反射，从而将再一种光线传播至第三层波导片102上的耦出光栅30，第三层波导片102上的耦出光栅30及功能层40再将被全反射的光线衍射耦出至空气中并与从第一层波导片101的耦出光栅30耦出至空气中的光线及第二层波导片102的耦出光栅30耦出至空气中的光线一起得到亮度均匀分布的虚拟图像，该虚拟图像可被人眼600观察到。

同样地，每层波导片10中的耦入光栅20和耦出光栅30的设置方式与前述相同，例如，每层波导片10中的耦入光栅20可以设置在波导片10任意一面上，每层波导片10中的耦出光栅30可以设置在波导片10任意一面上，同一层波导片10中的耦入光栅20与耦出光栅30可以设置在波导片10的同一侧，同一层波导片10中的耦入光栅20与耦出光栅30可以设置在波导片10的不同侧，具体设置方式请参见前述，在此不一一展开说明。

本申请实施方式的成像装置1000通过在闪耀光栅上设置功能层40将耦出光栅30耦合出的光线折射至外界并增加耦出光栅30的光耦出率，及配合波导片10及耦入光栅20进行光线传输，由此提高了衍射光栅结构100的衍射效率及降低了衍射光栅结构100的均一性误差，从而使得生成的虚拟图像的亮度分布均匀。

请参考图15，本申请实施方式还提供一种穿戴设备2000，包括壳体500和上述任一实施方式所述的成像装置1000，成像装置1000设置在壳体500上。

穿戴设备2000可以是智能眼镜、AR眼镜、头戴式感应头盔等设备以及其他具有虚拟画面与现实场景结合功能的设备。本申请以穿戴设备2000为AR眼镜为例进行说明，可以理解穿戴设备2000的具体形式并不限于AR眼镜。

本申请实施方式的穿戴设备2000通过在闪耀光栅上设置功能层40将耦出光栅30耦合出的光线折射至外界并增加耦出光栅30的光耦出率，及配合波导片10及耦入光栅20进行光线传输，由此提高了衍射光栅结构100的衍射效率及降低了衍射光栅结构100的均一性误差，从而使得生成的虚拟图像的亮度分布均匀。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个例子中”、“示例地”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种衍射光栅结构，其特征在于，包括：

波导片；

耦入光栅，所述耦入光栅设置在所述波导片的第一端，所述耦入光栅包括倾斜光栅；

耦出光栅，所述耦出光栅设置在所述波导片的第二端，所述第一端与所述第二端为所述波导片相对的两端，所述耦出光栅包括闪耀光栅；及

功能层，所述功能层设置在所述耦出光栅上；其中：

所述耦入光栅用于将光线耦合进所述波导片，所述波导片用于将所述耦入光栅耦合进的光线传输至所述耦出光栅，所述耦出光栅用于将所述波导片中的光线耦出至所述功能层，所述功能层用于将所述耦出光栅耦合出的光线折射至外界并增加所述耦出光栅的光耦出率。

2.根据权利要求1所述的衍射光栅结构，其特征在于，

所述耦出光栅的周期的取值范围为[300纳米，500纳米]；和/或

所述耦出光栅的闪耀角的取值范围为[5度，40度]；和/或

所述耦出光栅的反闪耀角的取值范围为[50度，85度]。

3.根据权利要求1所述的衍射光栅结构，其特征在于，所述功能层包括高折射率膜层，其中：

所述功能层的折射率的取值范围大于等于1.8；和/或

所述功能层的厚度的取值范围为[20纳米，150纳米]。

4.根据权利要求1所述的衍射光栅结构，其特征在于，所述功能层包括氧化钛膜层或氧化锆膜层。

5.根据权利要求4所述的衍射光栅结构，其特征在于，当所述功能层包括氧化钛膜层时，所述功能层的厚度为90纳米。

6.根据权利要求4所述的衍射光栅结构，其特征在于，当所述功能层包括氧化锆膜层时，所述功能层的厚度为110纳米。

7.一种成像装置，其特征在于，包括：

权利要求1至6任一项所述的衍射光栅结构；

图像生成模组，所述图像生成模组与所述耦入光栅相对，并用于朝所述耦入光栅发射光线；及

光学模组，所述光学模组设置在所述图像生成模组与所述耦入光栅之间，并用于将所述图像生成模组发出的光线调整为与所述耦入光栅成预设角度的平行光。

8.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述衍射光栅结构包含三层波导片，且每层所述波导片的两端分别分布有所述耦入光栅和所述耦出光栅，每层所述波导片上的所述耦入光栅和所述耦出光栅用于对红、绿、蓝三色光中的任一种进行衍射及反射，以使三层所述波导片上的所述耦入光栅和所述耦出光栅分别对红、绿、蓝三色光进行衍射及反射。

9.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述衍射光栅结构包含两层波导片，且每层所述波导片的两端分别分布有所述耦入光栅和所述耦出光栅，其中一层所述波导片上的所述耦入光栅和所述耦出光栅用于对红、绿、蓝三色光中的任一种进行衍射及反射，另一层所述波导片上的所述耦入光栅和所述耦出光栅用于对红、绿、蓝三色光中的其余两种进行衍射及反射。

10.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述衍射光栅结构包含一层波导片，所述波导片的两端分别分布有所述耦入光栅和所述耦出光栅，所述耦入光栅和所述耦出光栅用于对红、绿、蓝三色光进行衍射及反射。

11.一种穿戴设备，其特征在于，包括：

壳体；及

权利要求7-10任一项所述的成像装置，所述成像装置设置在所述壳体上。

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