CN113777790A - 波导衍射装置和显示眼镜 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种波导衍射装置和显示眼镜，波导衍射装置包括：衍射波导，包括入瞳区、第一扩瞳区、第二扩瞳区和出瞳区，第一扩瞳区位于入瞳区的水平侧，第二扩瞳区位于入瞳区的下侧，出瞳区位于第一扩瞳区和第二扩瞳区的光路重叠处；入瞳区设置有两个入瞳光栅，第一扩瞳区和第二扩瞳区均设置有扩瞳光栅，出瞳区设置有两个出瞳光栅；投影光机，用于发出波长不同的第一入射光和第二入射光，第一入射光入射第一入瞳光栅，经第一扩瞳光栅衍射，由第一出瞳光栅射出；第二入射光入射第二入瞳光栅，经第二扩瞳光栅衍射，由第二出瞳光栅射出；由两个出瞳光栅射出的两个出瞳光在出瞳区合束形成彩色图像。本申请单片波导即可实现彩色显示，且能够保证色彩的均匀性和出光亮度。

Description

波导衍射装置和显示眼镜
技术领域
本申请属于显示技术领域，特别涉及一种波导衍射装置和显示眼镜。
背景技术
随着成像技术的进步，人们对沉浸式体验的需求越来越高，近年来VR/AR技术的发展，逐渐满足人们对视觉体验的追求。头戴式设备能解放人们的双手，降低对屏幕的依赖，同时营造更好的视觉效果。对于头戴式设备，近眼显示是其技术的关键，成像质量和轻薄性则是主要的考虑因素。近眼显示系统一般由图像远近光传输系统组成，图像源发出的图像画面，通过光学传输系统传递到人眼中。在此，区别于VR对外部环境的阻断，AR则需要有一定透过率，使佩戴者在看到图像画面的同时，可以看到外界的环境。
对于光学传输系统，业界有很多种方案，例如，自由空间光学，自由曲面光学，及显示光波导。其中，光波导技术由于其大eye box的特点，及其轻薄的特性，明显优于其他光学方案，成为各大公司的主流路径。
目前主流的AR眼镜大多采用衍射光波导技术，例如Microsoft的HoloLens一代和二代，Magic Leap的AR眼镜。由于光波衍射的低效率及光栅对波长的选择性，AR眼镜大多采用2～3层的波导来实现彩色显示，每层波导传播一种色光，最终在出瞳时合束，这种方法拥有较强的色彩均匀性，但透过率较低，且增加了佩戴重量。
发明内容
本申请提供一种波导衍射装置和显示眼镜，以解决彩色显示时波导体积和重量较大，显示透过率低的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种波导衍射装置，其特征在于，所述波导衍射装置包括：衍射波导，所述衍射波导包括入瞳区、第一扩瞳区、第二扩瞳区和出瞳区，所述第一扩瞳区位于所述入瞳区的水平侧，所述第二扩瞳区位于所述入瞳区的下侧，所述出瞳区位于所述第一扩瞳区和所述第二扩瞳区的光路重叠处；所述入瞳区设置有第一入瞳光栅和第二入瞳光栅，所述第一扩瞳区设置有第一扩瞳光栅，所述第二扩瞳区设置有第二扩瞳光栅，所述出瞳区设置有第一出瞳光栅和第二出瞳光栅；投影光机，所述投影光机用于发出波长不同的第一入射光和第二入射光，所述第一入射光入射所述第一入瞳光栅，经第一扩瞳光栅衍射，由第一出瞳光栅射出；所述第二入射光入射所述第二入瞳光栅，经第二扩瞳光栅衍射，由第二出瞳光栅射出；由所述第一出瞳光栅射出的第一出瞳光和由所述第二出瞳光栅射出的第二出瞳光在所述出瞳区合束。
在一个实施例中，所述衍射波导还包括：第一滤光带，所述第一滤光带设置于所述第一扩瞳区和所述入瞳区之间，和/或所述第一扩瞳区和所述出瞳区之间；第二滤光带，所述第二滤光带设置于所述第二扩瞳区和所述入瞳区之间，和/或所述第二扩瞳区和所述出瞳区之间。
在一个实施例中，所述第一入射光为蓝光和绿光，所述第二入射光为红光；所述第一滤光带用于截止红光，通过蓝光和绿光；所述第二滤光带用于截止蓝光和绿光，通过红光。
在一个实施例中，所述第一滤光带的厚度为1.5mm～3mm，第二滤光带的厚度为1.5mm～3mm。
在一个实施例中，所述第一入瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为0°，所述第二入瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为-90°；所述第一扩瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为-135°，所述第二扩瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为45°；所述第一出瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为90°，第二出瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为180°。
在一个实施例中，所述入瞳区为直径为2.5mm～7mm的圆形，所述第一入瞳光栅和所述第二入瞳光栅的光栅周期均为300nm～450nm；所述第一扩瞳区和第二扩瞳区均为四边形，所述四边形的最大宽度为入瞳区直径的5～10倍，最大高度为入瞳区直径的2～4倍，由靠近入瞳区到远离入瞳区，所述四边形的高度逐渐增大；第一扩瞳光栅和第二扩瞳光栅的光栅周期均为150nm～300nm；所述出瞳区为矩形，所述矩形的长度为第一扩瞳区的最大宽度的80％～90％，所述矩形的宽度为第二扩瞳区的最大宽度的80％～90％，所述第一出瞳光栅和所述第二出瞳光栅的光栅周期为300nm～450nm。
在一个实施例中，所述出瞳区的长宽比为16:9或4:3。
在一个实施例中，所述投影光机包括红光光机，绿光光机和蓝光光机，均为MicroLED投影光机，所述绿光光机和所述蓝光光机正对所述第一入瞳光栅，所述红光光机正对所述第二入瞳光栅，所述三个光机的显示面板在同一平面上。
在一个实施例中，所述投影光机为LCOS投影光机，其中第一透镜组的等效后焦面与第二透镜组的等效前焦面重合，LCOS屏位于焦面重合处，所述第一透镜组的等效前焦面设有红光光源，绿光蓝光光源；所述投影光机的出瞳面设有转角棱镜，红光光源，绿光蓝光光源利用转角棱镜将光线反射到所述入瞳区。
在一个实施例中，所述入瞳区包括第一半圆入瞳区和第二半圆入瞳区，所述第一入瞳光栅设置于所述第一半圆入瞳区，所述第二入瞳光栅设置于所述第二半圆入瞳区；第一半圆入瞳区和所述第二半圆入瞳区的交界线与水平方向的夹角为135°。
在一个实施例中，所述入瞳区包括第一入瞳分区、第二入瞳分区和第三入瞳分区，所述第一入射光栅形成于所述第一入瞳分区和第二入瞳分区，所述第二入射光栅形成于所述第三入瞳分区。
在一个实施例中，所述投影光机的光源分布与所述入瞳区的分布一一对应。
为解决上述技术问题，本申请提出一种显示眼镜，所述显示眼镜包括上述波导衍射装置。
在一个实施例中，所述显示眼镜包括两个波导衍射装置，所述两个波导衍射装置中出瞳区的中心距离为60mm～70mm。
区别于现有技术，本申请波导衍射装置包括衍射波导和投影光机，其中投影光机可分束即输出不同波长的光线，而在衍射波导上形成有入瞳区、第一扩瞳区、第二扩瞳区和出瞳区，为不同波长的光线提供了两个传播路径，且最后在出瞳区进行合束，继而实现彩色显示。且本申请波导衍射装置的结构简单，单片波导即可实现彩色显示，且透过率高。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本申请波导衍射装置第一实施例的结构示意图；
图2是图1所示波导衍射装置中衍射波导的结构示意图；
图3是图1所示波导衍射装置中投影光机的结构示意图；
图4是图2所示衍射波导的尺寸示意图；
图5是图3所示投影光机的分瞳光路示意图；
图6是图2所示衍射波导中红光的路径示意图；
图7是图2所示衍射波导中入瞳区的另一结构示意图；
图8是本申请波导衍射装置第二实施例的结构示意图；
图9是图8所示波导衍射装置中投影光机的结构示意图；
图10是本申请显示眼镜一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本申请波导衍射装置采用单片波导作为基板，利用双扩瞳区进行色彩分区以及投影光机的分瞳特性来实现彩色显示，同时保证色彩均匀性和出光亮度，提高视场角。衍射波导中一个扩瞳区负责635nm波段的色光传播，另一个扩瞳区负责470nm和520nm波段的色光传播，并最终在出瞳区合束，产生彩色图案。在波导片的入瞳区设置两种方向的衍射光栅，并配以分瞳光机使不同色彩的图像源落在不同方向的光栅上，以实现色彩分区。
具体请参阅图1-3，其中衍射波导100可设置在镜框200内，镜框200用于约束波导片，同时起到保护作用。衍射波导100包括入瞳区110，第一扩瞳区121，第二扩瞳区122和出瞳区130，第一扩瞳区121的边缘设有第一滤光带141，第二扩瞳区122边缘设有第二滤光带142。LCOS投影光机300安装在入瞳区110左侧，利用转角棱镜340将光束耦合进衍射波导100内。入瞳区110内设有两个入瞳光栅，以45°角划分，右上方区域的光栅方向为水平朝向，将光束往第一扩瞳区121偏折；左下方区域的光栅方向为竖直朝向，将光束往第二扩瞳区122偏折。利用投影光机300的分瞳原理，将红光投影到入瞳区110的左下方区域，使其通过第二扩瞳区122传播到出瞳区130；将绿光和蓝光投影到入瞳区110的右上方区域，使其通过第一扩瞳区121传播到出瞳区130，最终合束形成彩色图像。
请参阅图4，入瞳区110位于衍射波导100的左上角，可以位于衍射波导的右上角。这里是以左眼的使用为例。入瞳区110内设有两个方向衍射光栅，以45°角划分，入瞳区110右上角为第一入瞳光栅，光栅方向为V11，与水平线的夹角θ11＝0°，光栅周期为d11，负责将蓝光和绿光波段的色光传播到第一扩瞳区121；入瞳区110左下角为第二入瞳光栅，光栅方向为V12，与水平线的夹角θ12＝-90°，光栅周期为d12，负责将红光波段的色光传播到第二扩瞳区122。
第一扩瞳区121位于入瞳区110的右侧，设有第一扩瞳光栅，光栅方向为V21，与水平线的夹角θ21＝-135°，光栅周期为d21，第一扩瞳区121外围设有第一滤光带141，负责过滤红光；第二扩瞳区122位于入瞳区110的下方，设有第二扩瞳光栅，光栅方向为V22，与水平线的夹角θ22＝45°，光栅周期为d22，第二扩瞳区122外围设有第二滤光带142，负责过滤蓝光和绿光。
出瞳区130位于第一扩瞳区121的下方和第二扩瞳区122的右方，处于两个扩瞳区光路覆盖范围内，即两光路重叠区。出瞳区130内设有第一出瞳光栅和第二出瞳光栅，第一出瞳光栅的光栅方向为V31，与水平线的夹角θ31＝90°，光栅周期为d31，负责将图像源中的蓝光与绿光耦合出波导；第二出瞳光栅的光栅方向为V32，与水平线的夹角θ32＝180°，光栅周期为d32，负责将图像源中的红光耦合出波导。三种色光在出瞳区合束，形成彩色图像。
其中，入瞳区110的直径D取值在2.5～7mm，第一入瞳光栅和第二入瞳光栅的光栅周期d11和d12取值在300～450nm。
第一扩瞳区121是最大宽度为W1，最大高度为H1的四边形，其中最大宽度W1可以是入瞳直径D的5～10倍，最大高度可以是入瞳直径D的2～4倍，靠近入瞳区110的一侧高度最低，远离入瞳区110的一侧高度最大，第一扩瞳光栅的光栅周期d21取值在150～300nm。
第二扩瞳区122是最大宽度为W2，最大高度为H2的四边形，其中最大宽度W2可以是入瞳直径D的5～8倍，最大高度可以是入瞳直径D的2～4倍，靠近入瞳区110的一侧高度最低，远离入瞳区110的一侧高度最大，第二扩瞳光栅的光栅周期d22取值在150～300nm。
第一滤光带141设置在第一扩瞳区121的外边缘，厚度TH1取值在1.5～3mm；第二滤光带142设置在第二扩瞳区122的外边缘，厚度TH2取值在1.5～3mm。
出瞳区130的长度为L，宽度为W，长度L可以是W1的80％～90％，宽度W可以是W2的80％～90％，且L:W＝16:9或L:W＝4:3，第一出瞳光栅和第二出瞳光栅的光栅周期d31和d32取值在300～450nm。
无焦系统的投影光机300设置于入瞳区110的左侧，利用转角棱镜340将光束偏折并入射入瞳区110。其中，投影光机300的光源分开设置，光源301设置在左下方，负责红光照明；光源302设置在右上方，负责蓝光和绿光的照明。根据4f无焦系统原理，红光会入射第二入瞳光栅，经第二扩瞳区122传播到出瞳区130；蓝光和绿光会入射第一入瞳光栅，经第一扩瞳区121传播到出瞳区130。三种色光在出瞳区130合束，形成彩色图像。
请参阅图5，其中，投影光机300包括偏振分束镜(PBS)320，按光的偏振态分束；以及硅基液晶(LCOS)330，作为投影面板，读入图像，还包括第一透镜311和第二透镜312。第一透镜组311的后焦面和第二透镜组312的前焦面重合，构成无焦系统，其中光源出瞳面位于第一透镜组311的前焦面，LCOS位于第一透镜组后焦面和第二透镜组前焦面的重合处，光机出瞳面位于第二透镜组的后焦面。在该系统中，由于光源和LCOS分别在第一透镜组311的前后焦面处，LCOS上的每一个像素都能得到均匀的照明，同时，LCOS也位于第二透镜组312的前焦面处，第二透镜组能对LCOS上的每一个像素准直出光，且在出瞳面，即第二透镜组的后焦面处形成一束腰，该位置上光斑能量密度最大，面积最小，且每一点均包含了投影图像的全部信息，因此只要有光线穿过，无论如何遮挡都能投影出完整的图像信息，对出瞳的遮挡只会降低图像亮度，而不会遮挡图像信息。基于该特性，我们可在出瞳面上设置多个孔径光阑，便可把原图像分成与孔径光阑数量一致的子图像，且每个子图像都包含完整的原图像信息，再分别把子图像耦合进不同的入瞳通道中，便可同时朝不同方向传输图像。
同时，若在第一透镜组311的前焦面设置多个不重叠的子光源，根据无焦系统的对称性，每个子光源均在系统的出瞳面，即第二透镜组312的后焦面处对称成像，对称中心为第一透镜组的后焦点，物像间的中心间隔与光源发光面的中心间隔成比例关系，放大倍数取决于第二透镜组的焦距，即β＝f_2/f_1，其中β为垂轴放大率，f_2为第二透镜组等效焦距，f_1为第一透镜组等效焦距。同样，出瞳面上所成物像也是投影光束的束腰，且每个像点都携带了LCOS图像的完整信息。分别把每个物像耦合到不同的入瞳通道中，也可实现同时朝不同方向传输图像。
请参阅图6，在分瞳光机的作用下，图像源的红光部分从第二入瞳光栅耦合进波导。光束在接触光栅时，会产生衍射现象(我们假设﹢1级光向下传播，﹣1级光向上传播)，﹢1级衍射光经第二扩瞳光栅向出瞳区偏折，在出瞳光栅的作用下耦合出波导；﹣1级光在传播时会有部分光接触到第一入瞳光栅，从而向第一扩瞳区偏折，这一部分串扰光会影响色彩的均匀性，因此在第一扩瞳区和入瞳区之间、第一扩瞳区和出瞳区之间均设置有滤光带，防止红光串扰，影响成像质量。同理，第二扩瞳区和入瞳区之间、第二扩瞳区和出瞳区之间均设有针对蓝光和绿光的滤光带，同样防止色光的串扰。
色彩分区与光机分瞳需搭配使用，若不采用光机分瞳，将所有光束全部打到入瞳区表面，会有一半的能量因错误的衍射方向而导致全部损失，如此能量利用率便会降到25％。
本实施例为可用于显示眼镜即AR眼镜的单片波导衍射装置，包括衍射波导片100，LCOS投影光机300。衍射波导片包括入瞳区域110、第一扩瞳区121、第二扩瞳区122、出瞳区域130，以及第一滤光带141和第二滤光带142。入瞳区位于波导片的左上角，第一扩瞳区在入瞳区的右侧，第二扩瞳区在入瞳区的下方，出瞳区在第一扩瞳区的下方及第二扩瞳区的右侧，及两扩瞳区光路的重叠区域。其中，第一滤光带包围第一扩瞳区的左侧和下方，第二滤光带包围第二扩瞳区的右侧和上方。
LCOS投影光机采用无焦系统，第一透镜组311的后焦面与第二透镜组312的前焦面重合，光源面在第一透镜组的前焦面，LCOS屏位于第一透镜组后焦面和第二透镜组前焦面的重合处，出瞳面在第二透镜组的后焦面。光源面中，包含第一光源301和第二光源302，其中第一光源为单独的红光光源，第二光源为绿光和蓝光的集成光源。投影光机设置在入瞳区的左侧，在光机的出瞳处设置转角棱镜，将图像信息投影到入瞳区。
利用无焦系统的分瞳特性，绿光和蓝光将携带图像信息投影到入瞳区的第一入瞳光栅，此为第一入射光；第一入射光在接触第一入瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合到波导内并通过全内反射传播到第一扩瞳区域，此为第一入瞳光；第一入瞳光在接触第一扩瞳光栅后产生衍射，衍射光朝着出瞳区通过全内反射进行传播，此为第一扩瞳光；第一扩瞳光在接触出瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合出波导朝人眼传播，此为第一出瞳光。
同时，红光将携带图像信息投影到入瞳区的第二入瞳光栅，此为第二入射光；第二入射光在接触第二入瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合到波导内并通过全内反射传播到第二扩瞳区域，此为第二入瞳光；第二入瞳光在接触第二扩瞳光栅后产生衍射，衍射光朝着出瞳区通过全内反射进行传播，此为第二扩瞳光；第二扩瞳光在接触出瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合出波导朝人眼传播，此为第二出瞳光。
第一出瞳光和第二出瞳光在出瞳区域上合束，最终形成彩色图像。
由于入瞳光栅以45°角划分，第一入射光的部分衍射光会与第二入瞳光栅作用，从而进入第二扩瞳区，产生串扰，同理，第二入射光的部分衍射光也会串扰到第一扩瞳区。因此，在第一扩瞳区和入瞳区之间、第一扩瞳区和出瞳区之间设置第一滤光带，以防止红光的串扰；在第二扩瞳区和入瞳区之间、第二扩瞳区和出瞳区之间设置第二滤光带，以防止绿光和蓝光的串扰。
可选的，入瞳区可设为三个分区，与投影光机的光源位置对应，分别负责一种色光的耦合，见图7。
本发明利用双扩瞳的色彩分区，将合成彩色图像的三原色光在同一块波导片上分为两个区域，提高了色彩的均匀性；利用光机分瞳将图像源的色彩信息分别投影到不同的衍射区域，以提高能量的利用率。整体构造降低了波导片的厚度及重量，使色彩融合更加均匀，同时提高了能量转换效率，滤光带的引入也能更好的抑制色彩串扰。
现有的AR波导技术基本采用多波导片的设计来实现图像的彩色显示，不同波导片负责不同的色光。本发明利用单片衍射波导实现了图像的彩色显示，利用色彩分区和光机分瞳技术，在同一片波导上设置双光路，红光走一条光路，绿光和蓝光走另一条光路，最终在出瞳面进行合束，实现彩色显示。降低了波导片的厚度及重量，使色彩融合更加均匀，同时提高了能量转换效率，滤光带的引入也能更好的抑制色彩串扰。
本实施例中，采用基于LCOS面板的无焦系统投影光机，利用其分瞳特性将红光投影到第二入瞳光栅面，绿光和蓝光投影到第一入瞳光栅面，提高光能利用率，不同色光分别投影到对应衍射方向的光栅上，相比分瞳前光能利用率提高了1倍。
请参阅图8-9，为本申请波导衍射装置第二实施例的相关示意图。包括衍射波导片100，Micro LED光机400。衍射波导片包括入瞳区域110、第一扩瞳区121、第二扩瞳区122、出瞳区域130，以及第一滤光带141和第二滤光带142。入瞳区位于波导片的左上角，第一扩瞳区在入瞳区的右侧，第二扩瞳区在入瞳区的下方，出瞳区在第一扩瞳区的下方及第二扩瞳区的右侧，及两扩瞳区光路的重叠区域。其中，第一滤光带包围第一扩瞳区的左侧和下方，第二滤光带包围第二扩瞳区的右侧和上方。
投影光机采用Micro LED面板技术，Micro LED面板技术是自发光技术，不需额外光源，因此能将体积做得很小。但限于技术原因，Micro LED仅能显示一种色光，因此本发明采用三个Micro LED光机并联的方式来实现图像的彩色显示，见图9。三个光机的显示面板在同一平面上。Micro LED光机正对着入瞳区设置，光机由显示面板40X(X＝1,2,3)和投影镜头41X(X＝1,2,3)组成，其中显示面板401负责红色图像显示，将图像源投影到第二入瞳光栅的位置，402和403分别负责绿色和蓝色图像的显示，将图像源投影到第一入瞳光栅的位置。
Micro LED光机中，绿光和蓝光将携带图像信息投影到入瞳区的第一入瞳光栅，此为第一入射光；第一入射光在接触第一入瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合到波导内并通过全内反射传播到第一扩瞳区域，此为第一入瞳光；第一入瞳光在接触第一扩瞳光栅后产生衍射，衍射光朝着出瞳区通过全内反射进行传播，此为第一扩瞳光；第一扩瞳光在接触出瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合出波导朝人眼传播，此为第一出瞳光。
同时，红光将携带图像信息投影到入瞳区的第二入瞳光栅，此为第二入射光；第二入射光在接触第二入瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合到波导内并通过全内反射传播到第二扩瞳区域，此为第二入瞳光；第二入瞳光在接触第二扩瞳光栅后产生衍射，衍射光朝着出瞳区通过全内反射进行传播，此为第二扩瞳光；第二扩瞳光在接触出瞳光栅后产生衍射，衍射光耦合出波导朝人眼传播，此为第二出瞳光。
第一出瞳光和第二出瞳光在出瞳区域上合束，最终形成彩色图像。
由于入瞳光栅以45°角划分，第一入射光的部分衍射光会与第二入瞳光栅作用，从而进入第二扩瞳区，产生串扰，同理，第二入射光的部分衍射光也会串扰到第一扩瞳区。因此，在第一扩瞳区和入瞳区之间、第一扩瞳区和出瞳区之间设置第一滤光带，以防止红光的串扰；在第二扩瞳区和入瞳区之间、第二扩瞳区和出瞳区之间设置第二滤光带，以防止绿光和蓝光的串扰。
可选的，入瞳区可设为三个分区，与投影光机的光源位置一一对应，分别负责一种色光的耦合。
本实施例中除了上述提到的各个有益效果，另外采用三个Micro LED光机并联的方式实现色彩分区，红光Micro LED投影到第二入瞳光栅面，绿光和蓝光Micro LED投影到第一入瞳光栅面，不同色光分别投影到对应衍射方向的光栅上，相比分瞳前光能利用率提高了1倍。
本申请还提出一种显示眼镜，即将上述单片波导衍射装置用于双目显示，通过镜像设置两块波导片以实现双目显示，其中两个出瞳区的中心距离在60～70mm之间，为人眼的瞳孔间距。
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本申请的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本申请方案的限制。
另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
虽然本说明书已经示出和描述了本申请的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本申请思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本申请的过程中，可以采用对本文所描述的本申请实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本申请的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

Claims (14)

1.一种波导衍射装置，其特征在于，所述波导衍射装置包括：
衍射波导，所述衍射波导包括入瞳区、第一扩瞳区、第二扩瞳区和出瞳区，所述第一扩瞳区位于所述入瞳区的水平侧，所述第二扩瞳区位于所述入瞳区的下侧，所述出瞳区位于所述第一扩瞳区和所述第二扩瞳区的光路重叠处；
所述入瞳区设置有第一入瞳光栅和第二入瞳光栅，所述第一扩瞳区设置有第一扩瞳光栅，所述第二扩瞳区设置有第二扩瞳光栅，所述出瞳区设置有第一出瞳光栅和第二出瞳光栅；
投影光机，所述投影光机用于发出波长不同的第一入射光和第二入射光，所述第一入射光入射所述第一入瞳光栅，经第一扩瞳光栅衍射，由第一出瞳光栅射出；所述第二入射光入射所述第二入瞳光栅，经第二扩瞳光栅衍射，由第二出瞳光栅射出；由所述第一出瞳光栅射出的第一出瞳光和由所述第二出瞳光栅射出的第二出瞳光在所述出瞳区合束。
2.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述衍射波导还包括：
第一滤光带，所述第一滤光带设置于所述第一扩瞳区和所述入瞳区之间，和/或所述第一扩瞳区和所述出瞳区之间；
第二滤光带，所述第二滤光带设置于所述第二扩瞳区和所述入瞳区之间，和/或所述第二扩瞳区和所述出瞳区之间。
3.根据权利要求2所述的波导衍射装置，其特征在于，所述第一入射光为蓝光和绿光，所述第二入射光为红光；所述第一滤光带用于截止红光，通过蓝光和绿光；所述第二滤光带用于截止蓝光和绿光，通过红光。
4.根据权利要求2所述的波导衍射装置，其特征在于，所述第一滤光带的厚度为1.5mm～3mm，第二滤光带的厚度为1.5mm～3mm。
5.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述第一入瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为0°，所述第二入瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为-90°；所述第一扩瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为-135°，所述第二扩瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为45°；所述第一出瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为90°，所述第二出瞳光栅的光栅方向与水平方向的夹角为180°。
6.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述入瞳区为直径为2.5mm～7mm的圆形，所述第一入瞳光栅和所述第二入瞳光栅的光栅周期均为300nm～450nm；
所述第一扩瞳区和第二扩瞳区均为四边形，所述四边形的最大宽度为入瞳区直径的5～10倍，最大高度为入瞳区直径的2～4倍，由靠近入瞳区到远离入瞳区，所述四边形的高度逐渐增大；第一扩瞳光栅和第二扩瞳光栅的光栅周期均为150nm～300nm；
所述出瞳区为矩形，所述矩形的长度为第一扩瞳区的最大宽度的80％～90％，所述矩形的宽度为第二扩瞳区的最大宽度的80％～90％，所述第一出瞳光栅和所述第二出瞳光栅的光栅周期为300nm～450nm。
7.根据权利要求6所述的波导衍射装置，其特征在于，所述出瞳区的长宽比为16:9或4:3。
8.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述投影光机包括红光光机，绿光光机和蓝光光机，均为MicroLED投影光机，所述绿光光机和所述蓝光光机正对所述第一入瞳光栅，所述红光光机正对所述第二入瞳光栅，所述三个光机的显示面板在同一平面上。
9.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述投影光机为LCOS投影光机，其中第一透镜组的等效后焦面与第二透镜组的等效前焦面重合，LCOS屏位于焦面重合处，所述第一透镜组的等效前焦面设有红光光源，绿光蓝光光源；所述投影光机的出瞳面设有转角棱镜，红光光源，绿光蓝光光源利用转角棱镜将光线反射到所述入瞳区。
10.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述入瞳区包括第一半圆入瞳区和第二半圆入瞳区，所述第一入瞳光栅设置于所述第一半圆入瞳区，所述第二入瞳光栅设置于所述第二半圆入瞳区；第一半圆入瞳区和所述第二半圆入瞳区的交界线与水平方向的夹角为135°。
11.根据权利要求1所述的波导衍射装置，其特征在于，所述入瞳区包括第一入瞳分区、第二入瞳分区和第三入瞳分区，所述第一入射光栅形成于所述第一入瞳分区和第二入瞳分区，所述第二入射光栅形成于所述第三入瞳分区。
12.根据权利要求10或11所述的波导衍射装置，其特征在于，所述投影光机的光源分布与所述入瞳区的分布一一对应。
13.一种显示眼镜，其特征在于，所述显示眼镜包括权利要求1-12中任一项所述的波导衍射装置。
14.根据权利要求13所述的显示眼镜，其特征在于，所述显示眼镜包括两个波导衍射装置，所述两个波导衍射装置中出瞳区的中心距离为60mm～70mm。
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