CN114185174A - 增强现实显示装置和头戴式设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增强现实显示装置和头戴式设备。其中，增强现实显示装置包括光机和光波导；光波导包括光波导片、两个超表面光栅；两个超表面光栅均包括高度相同宽度不同的两个条状单元，两个条状单元相距第一距离平行设置组成基本单元，基本单元以第二距离周期性地设置；两个超表面光栅中的条装单元对称排布；在条状单元的高度大于或等于光机发出光束最小波长三分之一的情况下，光束入射到第一个超表面光栅发生偏转产生与条状单元高度成正比的相位差，进入光波导片再次发生偏转并发生全反射，从第二个超表面光栅出射在人眼成像。本发明通过使两个超表面光栅采用对称结构，可以使不同波长和入射角的光效率互补，使扩瞳后图像的亮度均匀。

Description

增强现实显示装置和头戴式设备
技术领域
本发明涉及超表面技术领域，尤其涉及一种增强现实显示装置和头戴式设备。
背景技术
增强现实（Augmented Reality，简称AR）是一种全新的人机交互技术，利用增强现实技术，可以模拟真实的现场景观，它是以交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面。第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）、第六代移动通信技术（6th Generation Mobile Communication Technology，简称6G）、人工智能、大数据等技术的发展，进一步促进了AR设备的发展。AR设备的显示装置通常由微型显示屏和光学元件组成。目前市场上的AR设备的显示装置主要是由各种微型显示屏与棱镜、自由曲面、BirdBath、光波导等光学元件组合而成，其中微型显示屏与除光波导以外的光学元件可以称为光机。
光波导是一种利用光栅实现图像近眼显示的技术，随着光学元件从毫米级别到微纳米级别，从“立体”转向“平面”，促进了光波导在AR设备中的应用。光波导可以通过全反射压缩将图像传导到人眼，具有轻薄、透过率高的特点，外观接近近视镜片，比较符合消费级AR设备的需求。目前AR行业中最为领先的微软的HoloLens，是通过将2到3片光波导片叠加实现三色混色，形成彩色画面，其中每片光波导片都采用表面浮雕光栅用于光的耦和耦出。多片光波导片叠加使用容易产生色散、鬼影等问题，并且其投影部分光机体积较大、存在多级衍射导致图像外泄、双目视差引起的眩晕问题。
发明内容
本发明提供一种增强现实显示装置和头戴式设备，用以解决现有技术中光波导容易产生色散、鬼影等问题，以及多级衍射导致图像外泄、双目视差引起的眩晕问题，可以通过单片光波导实现彩色显示，提高衍射效率，有效抑制多级衍射，获得更好的成像效果，可以满足AR设备的需求。
第一方面，本发明提供了一种增强现实显示装置，包括：光机和光波导；所述光波导包括：光波导片、第一超表面光栅和第二超表面光栅；所述第一超表面光栅设置于所述光波导片靠近所述光机一侧的表面上，所述第二超表面光栅设置于所述光波导片靠近人眼一侧的表面上；
所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅均包括：第一条状单元和第二条状单元，所述第一条状单元与所述第二条状单元具有相同的高度，所述第一条状单元的宽度小于所述第二条状单元的宽度，并且小于条状单元的高度；所述第一条状单元与所述第二条状单元相距第一距离，平行地设置于所述光波导片的表面上，组成超表面光栅的基本单元，所述基本单元以第二距离周期性地设置于所述光波导片的表面上；所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅中的条装单元对称排布；
在所述条状单元的高度大于或者等于所述光机发出的光束最小波长的三分之一的情况下，所述光机发出的光束入射到所述超表面光栅，经过所述基本单元发生第一次偏转，并累计产生与所述条状单元的高度成正比的相位差，进入所述光波导片发生第二次偏转，并在所述光波导片中发生全反射，从所述第二超表面光栅出射在人眼成像，其中光束在宽度不同的两个条状单元之间的耦合可以忽略。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅设置于所述光波导片同一侧的表面上。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅设置于所述光波导片相对两侧的表面上。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述相位差根据常数
Figure 971544DEST_PATH_IMAGE001
、所述光束的波长、 所述条状单元的高度以及所述第一条状单元与所述第二条状单元之间的有效折射率确定；
两次偏转累计产生的偏转角度的正弦值根据所述光束的波长、所述光波导片的折射率以及所述超表面光栅的第二距离确定；
所述超表面光栅的第一距离根据常数
Figure 258169DEST_PATH_IMAGE002
、所述相位差、所述光束的波长以及所 述偏转角度的正弦值确定。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述第一条状单元与所述第二条状单元采用相同的材料，所述材料包括氧化硅、氮化硅、氮化镓和二氧化钛中的一种。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述光波导片的材料为熔融石英。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅是以所述光波导片为基底，采用半导体制造工艺制作。
根据本发明提供的增强现实显示装置，所述第一条状单元和所述第二条装单元的材料为二氧化钛，所述第一条状单元与所述第二条装单元的高度为150~450nm，所述第一条状单元的宽度为20~100nm，所述第二条状单元的宽度为60~200nm，所述第一距离为100~300nm，所述第二距离为400~1000nm，所述光波导片的折射率为1.4~2.2。
第二方面，本发明提供了一种头戴式设备，包括第一方面所述增强现实显示装置，所述增强现实显示装置中的光波导用于制作所述头戴式设备的镜片。
根据本发明提供的头戴式设备，包括增强现实眼镜和增强现实头盔中的一种。
本发明实施例提供的增强现实显示装置和头戴式设备，通过将超表面光栅作为光波导中的耦入光栅和耦出光栅使用，可以将现有单片光栅的有效光谱范围从465nm扩展到615nm，通过单片光波导实现彩色显示，解决色散、鬼影等问题；并且可以将耦入光栅的衍射效率从10%左右提高到80%以上，有效抑制多级衍射，解决图像外泄、双目视差引起的眩晕问题，可以获得更好的成像效果；同时，薄膜型的超表面光栅轻薄体积小、作为耦入光栅可以提升光耦合的效率，降低元器件的功耗，从而提升光波导的光学效率；并且可以通过调整光波导片的折射率，扩大视场角，使视场角可以达到50°；作为耦出光栅可以保持较高的反射效率，方便扩瞳；另外，耦入光栅与耦出光栅采用相同结构的超表面光栅，可以通过将耦入光栅与耦出光栅对称设置，使不同波长和入射角的光效率互补，从而使扩瞳之后图像的亮度均匀一致，可以满足AR设备对于轻小型、隐私性、高效性、长时间佩戴的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的增强现实显示装置中光波导的示意图；
图2是图1中光波导中的超表面光栅的主视图；
图3是图2中超表面光栅的俯视图；
图4是本发明提供的增强现实显示装置在人眼成像的示意图；
图5是本发明提供的超表面光栅一实施例的相移示意图；
图6A和图6B分别是本发明提供的第一超表面光栅和第二超表面光栅一实施例的相位示意图；
图7是本发明提供的第一超表面光栅一实施例的衍射效率的示意图；
图8是本发明提供的第一超表面光栅一实施例的视场角的示意图；
图9是本发明提供的第二超表面光栅一实施例的衍射效率的示意图；
图10是本发明提供的第二超表面光栅一实施例的衍射效率随入射角度变化的示意图；
图11是本发明提供的第一超表面光栅的视场角随光波导片的折射率变化的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
超表面是由亚波长尺度的单元构成的功能膜层，可以实现对电磁波振幅、相位、偏振、频率等特性的灵活调控，具有调控精度高、结构平面化、集成度高、多重功能等诸多优点，超表面元件被认为是继第一代折反射光学元件和第二代衍射光学元件之后的第三代新型光学元件。将超表面光栅作为光波导中的耦合光栅使用，已成为近眼显示光学领域的主要发展方向之一。
本发明提供了一种将超表面光栅作为光波导中的耦合光栅的增强现实显示装置，请参阅图1、图2、图3和图4，图1是本发明提供的增强现实显示装置中光波导的示意图；图2是图1中光波导中的超表面光栅的主视图；图3是图2中超表面光栅的俯视图；图4是本发明提供的增强现实显示装置在人眼成像的示意图。
如图1、图2、图3和图4所示，增强现实显示装置包括：光机110和光波导120。其中， 光波导120包括：光波导片121、第一超表面光栅122和第二超表面光栅123。第一超表面光栅 122设置于光波导片121靠近光机110一侧的表面上，作为光波导120的耦入光栅。第二超表 面光栅123设置于光波导片121靠近人眼一侧的表面上，作为光波导120的耦出光栅。第一超 表面光栅122与第二超表面光栅123均包括：第一条状单元120a和第二条状单元120b。第一 条状单元120a和第二条状单元120b可以为横截面为矩形的微纳米结构，第一条状单元120a 与第二条状单元120b具有相同的高度L，第一条状单元120a的宽度W L可以小于第二条状单 元120b的宽度W R，并且小于条状单元120a和120b的高度L，第一条状单元120a与第二条状单 元120b可以相距第一距离D，平行地设置于光波导片121的表面上，组成超表面光栅122和 123的基本单元，该基本单元可以以第二距离
Figure 647562DEST_PATH_IMAGE003
周期性地设置于光波导片121的表面上。其 中，高度L、宽度W L、宽度W R、第一距离D和第二距离
Figure 197492DEST_PATH_IMAGE003
的度量单位均为纳米，第一超表面光栅 122与第二超表面光栅123中的条装单元对称排布。
如图4所示，在条状单元120a和120b的高度L足够高的情况下，例如大于或者等于光机发出的光束最小波长的三分之一，光机110发出的光束入射到第一超表面光栅122，经过基本单元发生第一次偏转，并累计产生与条状单元120a和120b的高度L成正比的相位差，进入光波导片121发生第二次偏转，并在光波导片121中发生全反射，从第二超表面光栅123出射，进入人眼，在人眼成像。其中，光束在宽度不同的两个条状单元120a与120b之间的耦合可以忽略，第一超表面光栅122与第二超表面光栅123的结构相同，原理相同，都只对光线发生偏折，可以使第一超表面光栅122入射的光束与第二超表面光栅123出射的光束朝向相反。
在本发明实施例中，第一超表面光栅122与第二超表面光栅123采用广义斯涅尔定 律，与采用衍射原理的表面浮雕光栅不同，其实现光束耦合的原理：当第一条状单元120a和 第二条状单元120b的高度L足够高时，光机110发出的光束从空气进入超表面光栅，近似基 模光在波导中传输，光束出射的相位和透射率由波导基模光的传输特性决定，波导基模光 的传输特性由第一条状单元120a与第二条状单元120b0的折射率和光波导片121的宽度决 定。通过在超表面光栅中并排设置第一条状单元120a和第二条状单元120b，不同宽度的条 状单元之间的光耦合可以忽略，沿着不同条状单元移动的光束积累的相移
Figure 439380DEST_PATH_IMAGE004
，即相位差， 与高度L成正比，其中，相位差
Figure 467379DEST_PATH_IMAGE004
与高度L之间的关系可以用公式1表示，公式1的形式如下：
Figure 711278DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 494427DEST_PATH_IMAGE006
光束的波长
Figure 659829DEST_PATH_IMAGE007
为第一条状单元120a与第二条状单元120b之间的有效 折射率，可以通过调节第一条状单元120a的宽度W L与第二条状单元120b的宽度W R，使基膜光 的有效折射率
Figure 52371DEST_PATH_IMAGE008
从光在空气中的折射率到光在条状单元材料中的折射率之间发生变 化，在实际应用中可以使用测量软件直接测量获得有效折射率
Figure 150777DEST_PATH_IMAGE008
。如图5所示，图5是本 发明提供的超表面光栅一实施例的相移示意图，其中，光束在经过两个条状单元120a和 120b后产生0.5
Figure 42509DEST_PATH_IMAGE009
相位差，虚线表示光束经过两个条状单元120a和120b后发生第一次偏 转的方向，可以表示第一次偏转的角
Figure 757524DEST_PATH_IMAGE010
。光束经过超表面光栅的第一条状单元120a和第二 条状单元120b发生偏转的角度
Figure 127326DEST_PATH_IMAGE011
可以用公式2表示，公式2的形式如下：
Figure 112862DEST_PATH_IMAGE012
)
公式2也可以改写为公式3，公式3的形式如下：
Figure 972233DEST_PATH_IMAGE013
考虑到光束进入光波导片121发生偏转，光束进入光波导片121发生第二次偏转的 角度
Figure 846648DEST_PATH_IMAGE014
可以用公式4表示，公式4的形式如下：
Figure 82458DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 913711DEST_PATH_IMAGE016
为光波导片121的折射率，
Figure 147246DEST_PATH_IMAGE017
超表面光栅中基本单元的周期，即第二距 离。因此，光束经过超表面光栅和光波导片121发生两次偏转累计产生的偏转角度
Figure 571274DEST_PATH_IMAGE014
可以用 公式5表示，公式5的形式如下：
Figure 282878DEST_PATH_IMAGE018
在已经确定偏转角度
Figure 475962DEST_PATH_IMAGE014
和相位差
Figure 444180DEST_PATH_IMAGE004
之后，可以根据公式6得到超表面光栅中的第 一距离D，公式6的形式如下：
Figure 293188DEST_PATH_IMAGE019
如图6A和图6B所示，图6A和图6B分别是本发明提供的第一超表面光栅和第二超表面光栅一实施例的相位示意图。其中，上面水平条纹代表垂直入射和出射的光束的相位，下方倾斜条纹代表经过第一超表面光栅122和第二超表面光栅123光束改变方向发生偏转的相位。
经由上述公式可知：光束经过第一超表面光栅122或者第二超表面光栅123产生的 相位差
Figure 870800DEST_PATH_IMAGE020
，可以根据常数
Figure 121652DEST_PATH_IMAGE021
、光束的波长
Figure 493728DEST_PATH_IMAGE022
第一条状单元120a与第二条状单元120b的高度 L以及第一条状单元120a与第二条状单元120b之间的有效折射率
Figure 390883DEST_PATH_IMAGE023
；。两次偏转累计产 生的偏转角度
Figure 709869DEST_PATH_IMAGE024
的正弦值可以根据光束的波长
Figure 877545DEST_PATH_IMAGE025
、光波导片121的折射率
Figure 623784DEST_PATH_IMAGE026
以及第一超表面光 栅122或者第二超表面光栅123的第二距离
Figure 978542DEST_PATH_IMAGE027
确定。第一超表面光栅122或者第二超表面光栅 123的第一距离D可以根据常数
Figure 665001DEST_PATH_IMAGE028
、相位差
Figure 624867DEST_PATH_IMAGE029
光束的波长
Figure 338745DEST_PATH_IMAGE025
以及偏转角度
Figure 711957DEST_PATH_IMAGE024
的正弦值确 定。因此，可以通过合理设置高度L和第二距离
Figure 372746DEST_PATH_IMAGE027
的数值，或者合理设置第一距离D和第二距 离
Figure 488250DEST_PATH_IMAGE027
的数值，获得满足相位差
Figure 904188DEST_PATH_IMAGE030
偏转的角度
Figure 436801DEST_PATH_IMAGE024
要求的第一超表面光栅122或者第二超表面 光栅123。
在本发明实施例中，第一超表面光栅122和第二超表面光栅123中的第一条状单元120a与第二条状单元120b可以采用相同的材料，第一条状单元120a与第二条状单元120b可以采用在可见光波段具有高透过率的材料，例如，可以采用氧化硅、氮化硅、氮化镓和二氧化钛等中的一种，本发明实施例对此不作限定。光波导片121的材料可以采用熔融石英。第一超表面光栅122和第二超表面光栅123可以光波导片121为基底，采用半导体制造工艺制作，以满足高量产、高精度的要求，例如半导体制造工艺可以包括涂胶、曝光、原子层沉积、刻蚀、除胶等工序，本发明实施例对在光波导片121上制作第一超表面光栅122和第二超表面光栅123的半导体制造工艺的实现方法不作限定。
在一些可选的例子中，第一超表面光栅122和第二超表面光栅123中的第一条状单 元120a和第二条状单元120b可以采用二氧化钛，第一条状单元120a与第二条状单元120b的 高度L可以为150~450nm，第一条状单元120a的宽度W L 可以为20~100nm，第二条状单元120b 的宽度W R 可以为60~200nm，第一距离D可以为100~300nm，第二距离
Figure 432438DEST_PATH_IMAGE003
可以为400~1000nm，光 波导片121的折射率可以为1.4~2.2。
可选地，当将光波导120应用于头戴式设备时，光机110发出的光束可以为携带有 图像信息的光束，携带有图像信息的光束入射到第一超表面光栅122，经第一超表面光栅 122产生相位差
Figure 429213DEST_PATH_IMAGE004
，产生相位差
Figure 455200DEST_PATH_IMAGE004
的光束进入光波导片121发生角度为
Figure 6267DEST_PATH_IMAGE014
的偏转，发生角度 为
Figure 336755DEST_PATH_IMAGE014
的偏转的光束在光波导片121中发生全反射，并从第二超表面光栅123出射，进入人眼， 在人眼形成虚拟图像。
在一些可选的例子中，第一超表面光栅122与第二超表面光栅123设置于光波导片121同一侧的表面上。在另一些可选的例子中，第一超表面光栅122与第二超表面光栅123设置于光波导片121相对两侧的表面上。其中，将第一超表面光栅122与第二超表面光栅123设置于光波导片121同一侧的表面上以及将第一超表面光栅122与第二超表面光栅123设置于光波导片121相对两侧的表面上，光束传播的过程和原理相同，故在此不作赘述。
请参阅图7，图7是本发明提供的第一超表面光栅一实施例的衍射效率的示意图。如图7所示，T1为一级衍射，T为总衍射，R为反射率。可见本发明提供的第一超表面光栅122的结构，可以抑制零级衍射和高级衍射，只保留一级衍射，在465nm到615nm光谱范围内的一级衍射效率大于80%，可以实现宽波带，高效率。
请参阅图8，图8是本发明提供的第一超表面光栅一实施例的视场角的示意图。如图8所示，当光波导片121采用折射率为1.5的熔融石英时，第一超表面光栅122的视场角为30°，在该视场角范围内第一超表面光栅122的衍射效率大于60%。
请参阅图9，图9是本发明提供的第二超表面光栅一实施例的衍射效率的示意图。如图9所示，对于光波导120，其耦入光栅的衍射效率越高越好，而耦出光栅为了在扩瞳的过程中有足够的反射光继续参加扩瞳，可以通过调节第二超表面光栅123的结构参数，使耦出光栅具有合适的衍射效率。
请参阅图10，图10是本发明提供的第二超表面光栅一实施例的衍射效率随入射角度变化的示意图。如图10所示，在光波导片121发生全反射的光入射到第二超表面光栅123，第二超表面光栅123的衍射效率随着入射角度的变化较小。
请参阅图11，图11是本发明提供的第一超表面光栅的视场角随光波导片的折射率变化的示意图。如图11所示，改变光波导120中光波导片121的折射率可以影响视场角，随着光波导片121折射率的增大，光波导120中第一超表面光栅122的视场角可以扩大到50°左右。
本发明实施例提供的增强现实显示装置，通过将超表面光栅作为光波导中的耦入光栅和耦出光栅使用，可以将现有单片光栅的有效光谱范围从465nm扩展到615nm，通过单片光波导实现彩色显示，解决色散、鬼影等问题；并且可以将耦入光栅的衍射效率从10%左右提高到80%以上，有效抑制多级衍射，解决图像外泄、双目视差引起的眩晕问题，可以获得更好的成像效果；同时，薄膜型的超表面光栅轻薄体积小、作为耦入光栅可以提升光耦合的效率，降低元器件的功耗，从而提升光波导的光学效率；并且可以通过调整光波导片的折射率，扩大视场角，使视场角可以达到50°；作为耦出光栅可以保持较高的反射效率，方便扩瞳；另外，耦入光栅与耦出光栅采用相同结构的超表面光栅，可以通过将耦入光栅与耦出光栅对称设置，使不同波长和入射角的光效率互补，从而使扩瞳之后图像的亮度均匀一致，可以满足AR设备对于轻小型、隐私性、高效性和长时间佩戴的需求。
本发明还提供了一种头戴式设备，包括上述任一实施例的增强现实显示装置，其中增强现实显示装置中的光波导120可以用于制作头戴式设备的镜片。以光波导120应用于右眼镜片为例，第一超表面光栅122可以位于人体右侧太阳穴的位置，用于接收光机110发出的携带有图像信息的光束；第二超表面光栅123可以位于右眼处，用于接收光波导片121出射的携带有图像信息的光束。其中，携带有图像信息的光束入射到第一超表面光栅122，经第一超表面光栅122产生相位差，产生相位差的光束进入光波导片121发生偏转，发生偏转的光束在光波导片121中发生全反射，发生全反射的光束从第二超表面光栅123出射，进入人眼，在人眼形成虚拟图像。
将光波导120应用于左眼镜片，第一超表面光栅122可以位于人体左侧太阳穴的位置，第二超表面光栅123可以位于左眼处，将光波导120应用于左眼镜片的原理与应用于右眼镜片的原理相同，故在此不作赘述。
可选地，头戴式设备可以包括增强现实眼镜和增强现实头盔中的一种。增强现实眼镜和增强现实头盔常被用于医学领域、商业活动和影视领域等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种增强现实显示装置，其特征在于，包括：光机和光波导；所述光波导包括：光波导片、第一超表面光栅和第二超表面光栅；所述第一超表面光栅设置于所述光波导片靠近所述光机一侧的表面上，所述第二超表面光栅设置于所述光波导片靠近人眼一侧的表面上；
所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅均包括：第一条状单元和第二条状单元，所述第一条状单元与所述第二条状单元具有相同的高度，所述第一条状单元的宽度小于所述第二条状单元的宽度，并且小于条状单元的高度；所述第一条状单元与所述第二条状单元相距第一距离，平行地设置于所述光波导片的表面上，组成超表面光栅的基本单元，所述基本单元以第二距离周期性地设置于所述光波导片的表面上；所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅中的条装单元对称排布；
在所述条状单元的高度大于或者等于所述光机发出的光束最小波长的三分之一的情况下，所述光机发出的光束入射到所述超表面光栅，经过所述基本单元发生第一次偏转，并累计产生与所述条状单元的高度成正比的相位差，进入所述光波导片发生第二次偏转，并在所述光波导片中发生全反射，从所述第二超表面光栅出射在人眼成像，其中光束在宽度不同的两个条状单元之间的耦合可以忽略。
2.根据权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅设置于所述光波导片同一侧的表面上。
3.根据权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅设置于所述光波导片相对两侧的表面上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述相位差根据 常数
Figure 495348DEST_PATH_IMAGE001
、所述光束的波长、所述条状单元的高度以及所述第一条状单元与所述第二条状单 元之间的有效折射率确定；
两次偏转累计产生的偏转角度的正弦值根据所述光束的波长、所述光波导片的折射率以及所述超表面光栅的第二距离确定；
所述超表面光栅的第一距离根据常数
Figure 721930DEST_PATH_IMAGE002
、所述相位差、所述光束的波长以及所述偏 转角度的正弦值确定。
5.根据权利要求4所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第一条状单元与所述第二条状单元采用相同的材料，所述材料包括氧化硅、氮化硅、氮化镓和二氧化钛中的一种。
6.根据权利要求5所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述光波导片的材料为熔融石英。
7.根据权利要求6所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第一超表面光栅与所述第二超表面光栅是以所述光波导片为基底，采用半导体制造工艺制作。
8.根据权利要求7所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第一条状单元和所述第二条装单元的材料为二氧化钛，所述第一条状单元与所述第二条装单元的高度为150~450nm，所述第一条状单元的宽度为20~100nm，所述第二条状单元的宽度为60~200nm，所述第一距离为100~300nm，所述第二距离为400~1000nm，所述光波导片的折射率为1.4~2.2。
9.一种头戴式设备，其特征在于，包括根据权利要求1至8任一项所述的增强现实显示装置，所述增强现实显示装置中的光波导用于制作所述头戴式设备的镜片。
10.根据权利要求9所述的头戴式设备，其特征在于，包括增强现实眼镜和增强现实头盔中的一种。
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