CN113302526B - 具有部分反射器的波导 - Google Patents

Abstract

提供了一种波导，例如图像复制波导。波导包括具有两个外表面的基板，用于通过从外表面反射光束，来在基板中传播图像光的光束。衍射光栅由基板支撑，并被配置用于衍射入射光束。部分反射器设置在基板中，在第一表面和第二表面之间并且平行于第一表面和第二表面。部分反射器被配置用于分离入射光束，增加波导中光束部分的数量，从而提高输出光瞳密度。

Description

具有部分反射器的波导

技术领域

本公开涉及光学组件，并且具体涉及可用于可佩戴显示器的波导。

背景

头戴式显示器(HMD)、近眼显示器和其他可佩戴显示系统可用于提供虚拟场景，或者用动态信息、数据或虚拟对象来增强真实场景。虚拟场景或增强场景可以是三维(3D)的，以增强体验并使虚拟对象与用户观察到的真实3D对象匹配。在一些显示系统中，实时跟踪在3D空间中的用户的眼睛位置和凝视方向和/或取向，并且根据用户的头部取向和凝视方向动态调整显示的场景，以提供沉浸在模拟或增强的3D环境中的更佳体验。

重量轻且紧凑的近眼显示器减小了对用户的头部和颈部的压力，且佩戴起来通常更舒适的且容易的。这种显示器的光学器件可能是整个系统中最重的模块。可以采用紧凑的平面光学组件(诸如波导、光栅、菲涅耳透镜等)，以减小光学块的尺寸和重量。然而，紧凑的平面光学器件可能具有与图像质量、出射光瞳尺寸和均匀性、生成的影像(imagery)的视场、视觉伪像、光瞳游移(pupil swim)等相关的限制。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，其中：

图1是包括本公开的波导的近眼显示器的侧视截面图；

图2A和图2B分别是光瞳孔(pupil hole)尺寸和光瞳填充因子(pupil fillfactor)的曲线图，该曲线图被绘制为没有部分反射器的1.5mm厚的光瞳复制波导(pupil-replicating waveguide)的视角的函数；

图3A和图3B分别是光瞳孔尺寸和光瞳填充因子的曲线图，该曲线图被绘制为没有部分反射器的2mm厚的光瞳复制波导的视角的函数；

图4A是沿着没有部分反射器的光瞳复制波导的辐照度(irradiance)图；

图4B是沿着具有部分反射器的光瞳复制波导的辐照度图；

图5A是本公开的波导的部分反射器的反射率的曲线图，该曲线图被绘制为入射角的函数；

图5B是本公开的波导的部分反射器的反射率的曲线图，其中反射率随着入射角的增加而增大；

图6A、图6B和图6C是第一实施例的波导在不同制造阶段的侧视截面图；

图6D是示出反射和衍射光线的第一实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图7A是第二实施例的波导的侧视截面分解图；

图7B是示出反射和衍射光线的第二实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图8A是第三实施例的波导的侧视截面分解图；

图8B是第三实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图9A是第四实施例的波导的侧视截面分解图；

图9B是示出反射和衍射光线的第四实施例的所制造的波导的侧视截面图；

图10是包括表面浮雕衍射光栅的波导的侧视截面图；

图11A是合并了本公开的波导的眼镜形状因子(form factor)近眼AR/VR显示器的等距视图；

图11B是图11A的显示器的侧视截面图；以及

图12是合并了本公开的波导的头戴式显示器(HMD)的等距视图。

详细描述

虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是并不旨在将本教导限制于这样的实施例。相反，本教导包括各种替代和等同物，如本领域技术人员所理解的。本文中叙述本公开的原理、方面和实施例以及其特定示例的所有陈述旨在包括其结构和功能等同物。另外，意图是使这种等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物(即，所开发的执行相同功能的任何元素)，而不管结构如何。

如在本文所使用的，除非明确规定，否则术语“第一”、“第二”等并不意欲暗示顺序排序，而是更确切地意欲将一个元素与另一个元素区分开。类似地，除非明确规定，否则方法步骤的顺序排序并不暗示它们执行的顺序次序。在图1、图6A至图6D、图7A、图7B、图8A、图8B、图9A、图9B和图10中，相似的元素用相似的附图标记表示。

光瞳复制波导可用于将图像从投影仪传送到用户的眼睛。波导表面需要高度的平坦度和平行度，以保持观察到的图像质量良好。抛光较厚的光学组件(诸如波导)以获得高平坦度和平行度是较容易的。然而，较厚的图像复制波导可能具有这样的输出光瞳区域，在该区域中，由于输出光瞳中的所谓“孔”，图像亮度急剧下降。该孔可能会由于图像光束在从较厚波导的外表面反射时的较大横向偏移而出现。根据本公开，通过提供设置在波导外表面之间一定深度处的部分反射器，可以减少甚至完全消除输出光瞳孔。部分反射器产生图像光的光束的附加部分，该附加部分可以更均匀地填充波导的输出光瞳。

根据本公开，提供了一种包括基板的波导，该基板具有第一外表面和第二外表面，用于通过从第一表面和第二表面反射光束，来在基板中传播图像光的光束。衍射光栅由基板支撑，并被配置用于衍射入射光束。第一部分反射器设置在基板中，在第一表面和第二表面之间并且平行于第一表面和第二表面。第一部分反射器被配置用于分离入射光束。基板可以包括塑料材料或玻璃材料中的至少一种。第一部分反射器可以包括氮化硅层、氧化硅层或氧化钛层中的至少一者。

光束可以通过具有临界角的全内反射(TIR)以锯齿形(zigzag)图案的方式从基板的第一外表面和第二外表面反射。第一部分反射器在光束的入射角小于临界角时可以具有不大于2％的反射率。在一些实施例中，在光束入射角大于15度但小于临界角时，第一部分反射器的反射率不大于1％。第一部分反射器的反射率可以在入射角处于超过临界角的角度时增加。第一部分反射器的反射率也可以具有预定的波长和/或偏振相关性。

衍射光栅可以设置在基板中的第一表面和第二表面之间。在一些实施例中，衍射光栅包括体积布拉格光栅(VBG)和/或设置在例如第一外表面处的表面浮雕光栅。基板可以包括包含第一表面的第一部分和包含第二表面的第二部分，使得VBG(或另一种类型的衍射光栅，视情况而定)堆叠在基板的第一部分和第二部分之间，并且第一部分反射器由与第二表面相对的第二部分支撑。在一些实施例中，基板包括包含第一表面的第一部分、第二部分、以及包含第二表面和与第二表面相对的第一部分反射器的第三部分。VBG或另一种类型的衍射光栅可以堆叠在第一部分和第二部分之间，并且第二部分可以堆叠在光栅和第三部分之间。第一部分和第二部分的厚度之和可以小于第三部分的厚度。波导可以包括第二部分反射器，该第二部分反射器设置在基板中，在第一外表面和第二外表面之间并平行于第一外表面和第二外表面。第二部分反射器可以被配置用于分离入射光束。

根据本公开，还提供了一种近眼显示器，该近眼显示器包括上述任意波导和用于向波导提供图像光的光束的光源。该光源具有源光瞳，并且波导具有大于源光瞳的出射光瞳。出射光瞳具有取决于第一部分反射器的反射率的光瞳填充因子。

根据本公开，还提供了一种用于扩展图像光的光束的方法。该方法包括：通过从基板的第一外表面和第二外表面反射光束，来在基板中传播光束，从而使光束照射在由基板支撑的衍射光栅上，并在衍射光栅上衍射。当光束通过从第一外表面和第二外表面反射而传播时，光束照射到部分反射器上，该部分反射器设置在基板中，在第一外表面和第二外表面之间并且平行于第一外表面和第二外表面，该部分反射器使光束分离，以便进一步在基板中传播。由部分反射器分离的光束的一部分可以随着光束在部分反射器上的入射角的增加而增加。

现在参考图1，近眼显示器(NED)101包括波导100，波导100通过耦合器(诸如棱镜105)光学耦合到图像光源103。波导100包括具有第一外表面111和第二外表面112的基板102，用于通过从第一表面111和第二表面112反射光束104，在基板102中传播由图像光源103生成的图像光的光束104。实线所示的光束104由棱镜105(也可以使用衍射光栅)以超过光束104的全内反射(TIR)临界角的角度向内耦合(in-coupled)到基板102内部，以使光束104通过TIR从第一表面111和第二表面112在基板102中以锯齿形图案的方式传播，如图所示。体积布拉格光栅(VBG)106可以夹在基板102的两半之间。VBG 106可以被配置用于在第一入射时将入射光束(impinging beam)104的第一部分121衍射出基板102，在第二入射时衍射第二部分122等等，从而扩展图像光的光束，或者换句话说，将出射光瞳扩展为大于源光瞳。衍射光束部分121、122用长划线示出。注意，衍射光束部分121、122仅在从图1中的VBG106上方(而不是从底部)照射时产生，这是在本示例中使用VBG几何结构的结果。

部分反射器108设置在基板102中，位于第一外表面111和第二外表面112之间并平行于第一外表面111和第二外表面112。在操作中，部分反射器108分离出入射光束104的一部分110。分离部分110用虚线示出。分离部分110照射到VBG 106上，产生供用户观察的第三衍射光束部分123。第三衍射光束部分123以短划线示出。第三衍射光束部分123在第一衍射光束部分121和第二衍射光束部分122之间传播，从而填充在第一衍射光束部分121和第二衍射光束部分122之间的输出光瞳孔。注意，为了简洁起见，仅示出了部分反射器108对光束104的一次分离。实际上，将会发生多次部分反射，这提供了多个衍射光束部分。

输出光瞳孔的形成将在图2A、图2B、图3A和图3B中更详细地解释。首先参考图2A，光瞳复制孔的线性尺寸被绘制为视角(即图1的衍射光束部分121、122和123的角度)的函数。在图2A的示例中，基板102具有1.5mm的厚度t，VBG 106具有0.5mm的厚度d，并且光束104具有2mm的直径D。D也是光源103光瞳直径(图1)。将光瞳复制孔的尺寸H定义为

H＝L-(l₁+l₂) (1)

其中，L、l₁和l₂如图1所示。在大约-12度的角度，孔开始出现，如图2A的曲线200A的一部分升至零以上所证实的。当用户的眼睛靠近这些孔之中的一个孔时，可佩戴显示器的感知亮度急剧下降，类似于当眼睛与目镜不对准时通过显微镜或望远镜进行视觉观看的渐晕(vignetting)。

图2B示出作为视角的函数的光瞳填充因子F。填充因子F在本文中被定义为

F＝(l₁+l₂)/L (2)

在大约-12度的角度，填充因子F下降到1(unity)以下，如通过图2B的曲线200B的下降部分所证实的。低于1的填充因子F指示光瞳复制孔的存在。

图3A和图3B示出了对于厚度t为2.0mm的基板102的H和F计算的结果。以这个厚度，光瞳复制孔出现在任何视角，如图3A的曲线300A在所有视角值处都高于零并且图3B的曲线300B在所有视角值处都低于1所证实的。

图4A和图4B示出了将部分反射器108添加到基板102的效果。首先参考图4A，峰值400A对应于当基板102中不存在部分反射器108时的衍射光束位置。在该数值模拟中，基板102厚度t＝1.5mm；VBG 106厚度d＝0.5mm；VBG 106高度h(图1)是0.3mm，而波导基板102内部的光束角是62°。模拟结果示出了当部分反射器108不存在时，衍射光束沿着基板102的第一表面111大约每隔5mm发射一次。现在转到图4B，峰值400B对应于当基板102中存在部分反射器108的情况下的衍射光束位置。计算的其他参数与图4A相同。可以看到峰值400B(图4B)，虽然幅度较小，但间隔更频繁(即大约每隔1mm)，从而填充光瞳复制孔。

因此，用于扩展图像光的光束(例如光束104)的方法可以包括通过从基板102的第一外表面111和第二外表面112反射，在基板102中传播光束104，从而使光束104照射到衍射光栅(例如由基板102支撑的VBG106)上，并在衍射光栅上衍射。当光束104通过从第一外表面111和第二外表面112反射而传播时，光束104照射到部分反射器(诸如部分反射器108)上，该部分反射器设置在基板102中，在第一外表面111和第二外表面112之间并平行于第一外表面111和第二外表面112。部分反射器使光束分离，以便在基板102中进一步传播，这填充光瞳孔，如上面参考图1、图2A、图2B、图3A、图4B以及图4A和图4B所解释的。

参考图5A，针对NED 101的增强现实(AR)显示应用，部分反射器108的反射率R被绘制为光束的入射角的函数。在该实施例中，在入射角低于TIR临界角时，反射率R应保持低，例如不大于2％。这增加了波导100对于入射角小于临界角的外部光线的光学吞吐量，使得用户在观察由图像光的光束104(其通过TIR在基板102中传播)传送的虚拟影像时能够更清楚地看到外部世界。基板102传送图像光束104，使用户能够观察到与真实世界影像叠加的虚拟影像。在一个实施例中，在光束入射角大于15度但小于临界角时，部分反射器108的反射率不大于1％。这有助于减少所谓的彩虹效应(rainbow effects)，彩虹效应是由从VBG106的条纹和基板102的外表面111和112反射的外部光引起的。

图像复制波导中的光瞳孔密度取决于视角，因为不同的视角对应于基板102内部光束的不同角度，因此对应于不同的横向光束偏移。在较大的光束角度处，光束104以较大的间隔离开基板102，这可以在例如在图2A、图2B、图3A和图3B中看到，这些图示出了随着视角的增大，视窗处的孔尺寸增大，且光瞳填充因子减小。为了抵消光瞳密度或光瞳填充因子对视角的这种自然相关性，可以在入射角处于超过临界角的角度时使部分反射器108的反射率R增大，如图5B所示。增大的反射率增加了反射光的部分，便于填充光瞳孔。

在一些实施例中，可以提供波导的堆叠，其中图像的不同颜色通道在不同的波导中主要地传播。这样做可以增加显示器的整体视场。在这样的配置中，不同的颜色通道在任何特定的波导中具有不同的入射角，并且对于这些配置，部分反射器108的反射率R可以具有被选择来优化光瞳孔对于不同颜色通道的填充的波长相关性。例如，在图5B中，在针对红光的临界TIR角之后，针对绿光的反射率单色地增大。此外，部分反射器108的反射率R可以具有预定的偏振相关性，以提供附加的自由度来优化反射率R的角度和波长相关性。

现在将考虑光瞳复制波导的各种实施例及其示例性制造方法。参考图6A到图6D，空白波导600A包括夹在空白基板602A的第一部分631和第二部分632之间的VBG 606，空白基板602A分别具有第一外表面611和第二外表面612。空白波导600A不包括部分反射器。通过从第一表面611和第二表面反射而在空白基板602A中传播的图像光束604通过在VBG606上衍射产生图像光束604的第一部分621和第二部分622，来从空白波导600A向外耦合(out-coupled)。图像光束604的第一部分621和第二部分622用长划线箭头线示出。为了提供部分反射器，空白基板602A的第二部分632可以被剥离(图6B)，并且在剥离的第二部分632的与第二表面612相对的一侧上，部分反射器608可以被沉积、涂覆、溅射等，使得部分反射器608由第二基板部分632支撑，与第二表面612相对。然后，将VBG 606堆叠在基板602D的第一部分631和第二部分632之间，部分反射器608面向内(图6C)。在操作中，在图像复制波导600D中传播的图像光束604照射在部分反射器608上(图6D)。部分反射器608分离出图像光束604的一部分610。虚线箭头线所示的分离部分610在VBG 606上衍射，产生短划线箭头线所示的第三衍射光束部分623和第四衍射光束部分624。第三衍射光束部分623和第四衍射光束部分624可以填充波导的光瞳孔。部分反射器608可以包括例如氮化硅层、氧化硅层、氧化钛层或这些层的组合，形成部分电介质反射器。基板602可以由例如塑料材料、玻璃材料或两者制成。

图7A和图7B的波导类似于图6A到图6D的波导，但是其制造不需要剥离基板部分之一。空白波导700A(图7A)包括夹在空白基板702A的第一部分731和第二部分732之间的VBG706。空白基板702A不包括部分反射器。相反，单独的第三部分733可以涂有部分反射器708并且固定到第二部分732。所得图像复制波导700B的基板702B(图7B)包括第一部分731、第二部分732和第三部分733，第一部分731包括第一表面711，第三部分733包括第二表面712和与第二表面712相对的部分反射器708。VBG 706堆叠在第一部分731和第二部分732之间，并且第二部分732堆叠在VBG 706和第三部分733之间。在操作中，在图像复制波导700B中传播的图像光束704照射在VBG 706上，产生用长划线箭头线所示的第一光束部分721和第二光束部分722。图像光束也照射在部分反射器708上，部分反射器708分离出图像光束704的部分710。如虚线箭头所示的分离部分710在VBG 706上衍射，产生第三衍射光束部分723和第四衍射光束部分724，如短划线箭头线所示。

图8A和图8B的波导类似于图7A和图7B的波导，但是使用了空白波导800A的围绕VBG 806的第一基板部分831和第二基板部分832(图8A)，该第一基板部分831和第二基板部分832与包括部分反射器808的第三基板部分833的厚度相比薄的多。在光瞳复制波导800B中(图8B)，第一部分831和第二部分832的厚度之和小于第三部分833的厚度。

图9A和图9B的波导类似于图8A和图8B的波导。不使用一个而是两个额外的基板部分，即第三基板部分933和第四基板部分934，每个部分装备了自己的反射器：第一反射器908由第三基板部分933支撑，第二反射器909由第四基板部分934支撑。为了组装光瞳复制波导900B，第三基板部分933和第四基板部分934可以固定到空白波导900A的相对的相应第二部分932和第一部分931，其中反射器908、909如图所示指向内部。制造的光瞳复制波导900B包括在VBG 906相对侧上的第一部分反射器908和第二部分反射器909。第一部分反射器908和第二部分反射器909设置在基板902B中，在基板902B的第一外表面911和第二外表面912之间并平行于第一外表面911和第二外表面912。在操作中，在图像复制波导900B中传播的图像光束904顺序照射在第二部分反射器909、VBG 906和第一部分反射器908上。VBG906产生以长划线箭头所示的第一衍射光束部分921和第二衍射光束部分922第一部分反射器908和第二部分反射器909分离图像光束904的部分910。分离部分710(虚线箭头)在VBG706上衍射，产生第三衍射光束部分923和第四衍射光束部分924(短划线箭头)。

迄今为止考虑的波导示例包括作为衍射元件的VBG，用于在波导的输出光瞳上的不同位置处向外耦合成像光束部分。然而，VBG不是唯一可以使用的衍射光栅类型。例如，参考图10，光瞳复制波导1000包括由基板1002支撑的表面浮雕衍射光栅1006。部分反射器1008设置在基板1002中，在其第一表面1011和第二表面1012之间并平行于第一表面1011和第二表面1012，例如在第一表面1011和第二表面1012之间的中间，如图所示。在操作中，图像光束1004在表面浮雕衍射光栅1006上衍射，提供衍射光束部分1021和1022(长划线箭头)。部分反射器1008被配置用于从入射图像光束1004(实线箭头)中分离出部分1010(虚线箭头)。部分1010照射到表面浮雕衍射光栅1006上并在其上衍射，产生衍射光束部分1023和1024(短划线箭头)。表面浮雕光栅1006当然可以设置在第一表面1011处，或者甚至在基板1002内部。此外，可以使用其他类型的衍射光栅，例如双曲超材料光栅、液晶光栅或包括多个倾斜电介质条纹的所谓的Pisa光栅。更广泛地说，可以使用在外部、内部等由基板支撑并且被配置用于衍射照射在其上的图像光束的任何衍射光栅或多个衍射光栅。

参考图11A和图11B，近眼AR/VR显示器1100包括主体或框架1102，该主体或框架1102具有一副眼镜的形状因子。显示器1104包括光瞳复制波导1106(图11B)，光瞳复制波导1106向视窗1110(即其中高质量图像可以被呈现给用户的眼睛1112的几何区域)提供图像光1108。图像复制波导1106可以包括本文描述的任何波导，即图1的波导100、图6D的波导600D、图7B的波导700B、图8B的波导800B、图9B的波导900B和/或图10的波导1000。

近眼AR/VR显示器1100的图像光源可以包括例如但不限于液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)、无机发光显示器(ILED)、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、透明有机发光二极管(TOLED)显示器、投影仪或其组合。近眼AR/VR显示器1100还可以包括眼睛跟踪系统1114，用于实时确定用户眼睛1112的凝视方向和/或聚散角(vergence angle)。所确定的凝视方向和聚散角也可以用于视觉伪像的实时补偿，其取决于视角和眼睛位置。此外，所确定的聚散角和凝视角可用于与用户的交互、突出显示对象、将对象带到前景、动态创建附加对象或指针等。此外，近眼AR/VR显示器1100可以包括音频系统，诸如一组小扬声器或耳麦。

现在转到图12，HMD 1200是为了更大程度地沉浸到AR/VR环境内而包围用户眼睛的AR/VR可佩戴显示系统的示例。HMD 1200可以是AR/VR系统的一部分，该AR/VR系统包括用户位置和取向跟踪系统、外部照相机、手势识别系统、用于向系统提供用户输入和控制的控制装置以及用于存储用于与用户交互的软件程序和其他数据的中央控制台，以用于与AR/VR环境交互。HMD 1200的功能是用计算机生成的影像来增强物理、真实世界环境的视图，和/或生成完全虚拟的3D影像。HMD 1200包括前主体1202和带1204。前主体1202被配置用于以可靠和舒适的方式放置在用户的眼前并且带1204可以被拉伸以将前主体1202固定在用户的头上。显示系统1280可以包括本文描述的任何光瞳复制波导。显示系统1280可以设置在前主体1202中，用于向用户呈现AR/VR图像。前主体1202的侧面1206可以是不透明的或透明的。

在一些实施例中，前主体1202包括定位器1208、用于跟踪HMD 1200的加速度的惯性测量单元(IMU)1210、以及用于跟踪HMD 1200的位置的位置传感器1212。定位器1208由虚拟现实系统的外部成像设备跟踪，使得虚拟现实系统可以跟踪HMD 1200的位置和取向。由IMU和位置传感器1212生成的信息可以与通过跟踪定位器1208获得的位置和取向进行比较，以改进对HMD 1200的位置和取向的跟踪。当用户在3D空间中移动和转向时，准确的位置和取向对于向用户呈现适当的虚拟场景是重要的。

HMD 1200还可以包括实时地确定用户眼睛的取向和位置的眼睛跟踪系统1214。所获得的眼睛的位置和取向允许HMD 1200确定用户的凝视方向，并且对应地调整由显示系统1280生成的图像。在一个实施例中，确定聚散度，即用户的眼睛凝视的会聚角度。所确定的凝视方向和聚散角也可以用于视觉伪像的实时补偿，其取决于视角和眼睛位置。此外，所确定的聚散角和凝视角可用于与用户的交互、突出显示对象、将对象带到前景、创建附加对象或指针等。还可以提供音频系统，包括例如内置在前主体1202中的一组小扬声器。

本公开的范围不限于本文描述的特定实施例。实际上，除了在本文描述的那些实施例和修改之外，其他各种实施例和修改从前面的描述和附图对于本领域中的普通技术人员将明显。因此，这样的其他实施例和修改被规定为落在本公开的范围内。此外，虽然在本文在特定实现方式的上下文中在特定环境中为了特定的目的描述了本公开，但是本领域中的普通技术人员将认识到它的有用性不限于此，以及本公开可以有益地在任何数量的环境中为了任何数量的目的而实现。因此，应该考虑如本文描述的本公开的全部广度和精神来解释所阐述的权利要求。

Claims (18)

1.一种波导，包括：

基板，所述基板包括第一外表面和第二外表面，用于通过从所述第一外表面和所述第二外表面反射图像光的光束，来在所述基板中传播所述光束；

衍射光栅，所述衍射光栅由所述基板支撑，并且被配置用于衍射照射在其上的光束；和

第一部分反射器，所述第一部分反射器设置在所述基板中，在所述第一外表面和所述第二外表面之间并且平行于所述第一外表面和所述第二外表面，其中，所述第一部分反射器是平坦的，延伸穿过所述基板的长度和宽度，以及被配置用于分离照射在其上的光束；

其中，在操作中，所述光束通过具有临界角的全内反射（TIR）以锯齿形图案的方式从所述基板的所述第一外表面和所述第二外表面反射；以及

其中，所述第一部分反射器在所述光束的入射角小于所述临界角时具有不大于2%的反射率。

2.根据权利要求1所述的波导，其中，所述衍射光栅设置在所述基板中的所述第一外表面和所述第二外表面之间。

3.根据权利要求2所述的波导，其中，所述衍射光栅包括体积布拉格光栅（VBG）。

4.根据权利要求3所述的波导，其中，所述基板包括包含所述第一外表面的第一部分和包含所述第二外表面的第二部分，其中，所述体积布拉格光栅堆叠在所述基板的所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中所述第一部分反射器由与所述第二外表面相对的所述第二部分支撑。

5.根据权利要求3所述的波导，其中，所述基板包括包含所述第一外表面的第一部分、第二部分、以及第三部分，其中所述第三部分包含所述第二外表面和与所述第二外表面相对的所述第一部分反射器，其中所述体积布拉格光栅被堆叠在所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中所述第二部分被堆叠在所述体积布拉格光栅和所述第三部分之间。

6.根据权利要求5所述的波导，其中，所述第一部分和所述第二部分的厚度之和小于所述第三部分的厚度。

7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的波导，还包括第二部分反射器，所述第二部分反射器设置在所述基板中，在所述第一外表面和所述第二外表面之间并平行于所述第一外表面和所述第二外表面，其中，所述第二部分反射器被配置用于分离照射在其上的光束。

8.根据权利要求1所述的波导，其中，所述第一部分反射器的反射率在所述光束的入射角大于15度但小于所述临界角时不大于1%。

9.根据权利要求1所述的波导，其中，所述第一部分反射器的反射率在入射角处于超过所述临界角的角度时增大。

10.根据权利要求1-6、8-9中任一项所述的波导，其中，所述基板包括塑料材料或玻璃材料中的至少一种。

11.根据权利要求1-6、8-9中任一项所述的波导，其中，所述第一部分反射器包括氮化硅层、氧化硅层或氧化钛层中的至少一种。

12.根据权利要求1-6、8-9中任一项所述的波导，其中，所述第一部分反射器的反射率具有预定的波长相关性。

13.根据权利要求1-6、8-9中任一项所述的波导，其中，所述第一部分反射器的反射率具有预定的偏振相关性。

14.根据权利要求1、权利要求2或权利要求8至权利要求9中任一项所述的波导，其中，所述衍射光栅包括设置在所述第一外表面处的表面浮雕光栅。

15.一种近眼显示器，包括根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的波导和用于向所述波导提供所述图像光的光束的光源，所述光源具有源光瞳，并且所述波导具有大于所述源光瞳的出射光瞳；

其中，所述出射光瞳具有取决于所述第一部分反射器的反射率的光瞳填充因子。

16.根据权利要求15所述的近眼显示器，其中，所述反射率随着所述图像光的光束到所述第一部分反射器上的入射角的增加而增大。

17.一种用于扩展图像光的光束的方法，所述方法包括：

通过从基板的第一外表面和第二外表面反射所述光束，来在所述基板中传播所述光束，从而使所述光束照射在由所述基板支撑的衍射光栅上，并在所述衍射光栅上衍射；

其中，当所述光束通过从第一外表面和第二外表面反射而传播时，所述光束照射到第一部分反射器上，所述第一部分反射器设置在所述基板中，在所述第一外表面和所述第二外表面之间并且平行于所述第一外表面和所述第二外表面，所述第一部分反射器是平坦的，延伸穿过所述基板的长度和宽度，以及使所述光束分离，以便进一步在所述基板中传播；

其中，在操作中，所述光束通过具有临界角的全内反射（TIR）以锯齿形图案的方式从所述基板的所述第一外表面和所述第二外表面反射；以及

其中，所述第一部分反射器在所述光束的入射角小于所述临界角时具有不大于2%的反射率。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，由所述第一部分反射器分离的所述光束的一部分随着所述光束到所述第一部分反射器上的入射角的增加而增加。