CN114637067A - 衍射光波导及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导及显示设备，其包括：波导基板；耦出光栅，设置在波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出波导基板，其中，耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，每个周期性结构包括在第一方向上间隔设置的第一边和第二边，第一边和第二边沿第一方向的距离为第一预设周期，第一边的宽度和第二边的宽度相等，第一边的中心和第二边的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期，每个周期性结构的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边。

Description

衍射光波导及显示设备
技术领域
本申请总地涉及衍射光学技术领域，更具体地涉及一种衍射光波导及显示设备。
背景技术
随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，其中增强现实(Augmented Reality，AR)显示可以提供给人类以更多维度的信息，得到人们的广泛关注。AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。衍射光波导具有可量产性强、轻薄等优势，在AR显示领域逐渐得到认可，有望成为未来AR领域主流技术发展方向，而耦出光栅则是衍射光波导的必要组成部分之一，在衍射光波导的耦出光栅中经常需要用到一维光栅作为其光栅结构的一部分。传统的应用于衍射光波导的耦出光栅中的一维光栅采用的多数是直线型结构，如图1所示。
然而，直线型结构的耦出光栅存在以下问题：出光的均匀性较差，且光栅的耦出效率随入射角的增大有较快的衰减速度，从而导致人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较明显的明暗变化，导致显示效果不佳，显著影响用户的使用体验。
因此，有必要对衍射光波导进行改进，以解决至少一个技术问题。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个而提出了本申请。具体地，本申请第一方面提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导，包括：
波导基板；
耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出所述波导基板，其中，
所述耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，所述多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个所述光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，
其中，每个所述周期性结构包括在所述第一方向上间隔设置的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向的距离为所述第一预设周期，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度相等，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度均小于所述第二预设周期，所述第一边的中心和所述第二边的中心沿所述第二方向的距离为0.5倍的所述第二预设周期，
每个所述周期性结构还包括连接所述第一边和第二边的第一侧边、以及连接所述第一边和所述第二边的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相对，所述第一侧边和所述第二侧边中至少一者为非直线侧边。
示例性地，所述第二方向为所述第一方向的正交方向或非正交方向。
示例性地，所述非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形。
示例性地，所述第一侧边和所述第二侧边均为非直线侧边，其中，
所述第一侧边和所述第二侧边均为折线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为弧线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为直线与弧线组合形。
示例性地，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，所述第一侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离与所述第二侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离均相等。
示例性地，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，以所述中心线上沿所述第一方向距所述第一边和所述第二边距离相等的点为对称中点，所述周期性结构为绕所述对称中点对称的中心对称形状。
示例性地，每个所述光栅线的宽度由其所包括的所述周期性结构的所述第一侧边和所述第二侧边之间的沿所述第二方向的距离界定，所述光栅线的宽度为定值。
示例性地，所述多个光栅线构造为使得入射方向不同的输入光经所述耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的均匀性满足预设条件。
示例性地，所述预设条件包括所述均匀性的数值低于10％。
示例性地，还包括：
耦入光栅，设置在所述波导基板之上或之中，配置为将所述输入光耦合到所述波导基板中以使之通过全反射被耦合到所述耦出光栅。
本申请另一方面还提供一种显示设备，包括前述的衍射光波导。
示例性地，所述显示设备为近眼显示设备，包括：
镜片和用于将所述镜片保持为靠近眼镜的框架，所述镜片包括所述衍射光波导。
示例性地，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
本申请的用于光学扩瞳的衍射光波导其耦出光栅的第一边的中心和第二边的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期，以及耦出光栅的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边，从而可以使得入射方向不同的输入光经耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的更加均匀，同时减缓耦出效率随入射角的衰减速度，进而使得人眼在佩戴光波导显示设备后，对不同入射方向光的亮度变化的感受更加缓和，同时也避免人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
本申请的显示设备由于包括前述的衍射光波导，因此，具有和衍射光波导基本相同的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了传统的直线型光波导的示意图；
图2A示出了本申请一个实施例中的衍射光波导的示意图；
图2B示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的示意图；
图3A示出了本申请一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图3B示出了本申请一个实施例中的具有图3A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
图3C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图4A示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图4B示出了本申请一个实施例中的具有图4A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
图4C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图5A示出了本申请再一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图5B示出了本申请一个实施例中的具有图5A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
图5C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图6A示出了本申请又一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图6B示出了本申请一个实施例中的具有图6A中所示的周期性结构的耦出光栅的示意图；
图6C示出了本申请另一个实施例中的衍射光波导的耦出光栅的周期性结构的示意图；
图7A示出了具有图1中所示的直线型耦出光栅的不同入射角度的光的相对耦出效率的示意图；
图7B示出了具有图3B中所示的耦出光栅的不同入射角度的光的相对耦出效率的示意图；
图7C示出了具有图4B中所示的耦出光栅的不同入射角度的光的相对耦出效率的示意图；
图7D示出了具有图5B中所示的耦出光栅的不同入射角度的光的相对耦出效率的示意图；
图7E示出了具有图6B中所示的耦出光栅的不同入射角度的光的相对耦出效率的示意图；
图8示出了一种示例性的显示设备的示意图。
具体实施方式
为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
为了解决前述的技术问题，本申请提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导，其中，图2A示意性地示出根据本发明实施例的用于光学扩瞳的衍射光波导的一示例，即衍射光波导100。如图2A所示，衍射光波导100包括波导基板110。波导基板110可以是由玻璃、光学塑料或者或其它光学透射材料制成的。
可选地，波导基板110可以具有基本平坦的第一表面和第二表面，其中，第一表面和第二表面相背，其中第一表面可以是指的具有该波导基板110的显示设备朝向观察者眼睛一侧的表面。波导基板110可以通过全内反射在与第一表面和第二表面大体平行的方向中传播光。
进一步，如图2A所示，本申请的衍射光波导100还包括耦入光栅120和耦出光栅130，其中，耦入光栅120设置在所述波导基板110之上或之中，其配置为将所述输入光耦合到所述波导基板110中以使之通过全反射被耦合到耦出光栅130，耦出光栅130设置在所述波导基板110之上或之中，用于使输入光衍射耦合出所述波导基板110，从而使得观看者的眼睛可以接收到耦合出的光，当进入耦入光栅120的光例如为投影仪透射的图像光时，则自耦出光栅130耦合出的光为至少一部分的图像光，经耦出光栅130将该部分图像光引导至观看者的眼睛，从而使得观看者的眼睛能够看到投影仪投射的图像。其中，耦出光栅130起到扩瞳作用，扩瞳可以是指将低可视角度(Field Of View，FOV)的输入变为高FOV的输出。值得一提的是图2A中所示的耦出光栅可以是衍射光波导的整个耦出光栅的一部分区域，整个耦出光栅还可以包括其他的一个或多个耦出区域，其他的耦出区域可以被形成有二维光栅结构、一维光栅结构或一维光栅结构和二维光栅结构的结合等。
在本申请的另一个示例中，如图2B所示，耦入光栅120可以是一维光栅，例如直线型光栅，或者也可以是其他适合类型的光栅。耦入光栅120和耦出光栅位于波导基板110的同一侧表面，耦出光栅可以包括第一耦出光栅131、第二耦出光栅132和第三耦出光栅133，其中，第一耦出光栅131和第二耦出光栅132中的至少一者可以实现为本申请实施例中的一维光栅结构(具体结构形态将在下文中描述)，而第三耦出光栅133可以为二维光栅结构，二维光栅结构包括多个周期性结构，二维光栅的周期性结构的形状可以是多边形，例如六边形等。第三耦出光栅133可以位于第一耦出光栅131和第二耦出光栅132之间，第三耦出光栅133可以用于将入射至该第三耦出光栅133的光的少部分耦出波导基板110，朝向观看者的眼睛，并将入射至该第三耦出光栅133的光的大部分朝向第一耦出光栅131和第二耦出光栅132所在的区域衍射传播，而第一耦出光栅131和第二耦出光栅132则用于将光耦合出波导基板110，朝向观看者的眼睛。
在一些实施例中，耦入光栅120还可以通过一些其他能够起到耦合作用的光学器件来实现例如通过棱镜、反射偏振器或者可以是具有反射功能的镜子。
耦入光栅120可以是包括周期性结构的光学元件，其可以通过任意适合的微制造工艺制造获得，例如，可以通过光刻技术在波导基板110的表面或中制作光栅，或者还可以通过纳米压印的方式在波导基板110上制作获得光栅，从而形成表面浮雕衍射光栅。
耦入光栅120和耦出光栅130可以位于波导基板110的同一侧，例如均设置在波导基板110的第一表面，也可以位于不同的侧，或者，在一些实施例中，衍射光波导100还可以包括转折光栅，光经耦入光栅120耦合进入波导基板110，并经波导基板110全反射进入转折光栅，经转折光栅沿第一预定方向传播后自耦出光栅130沿第二预定方向耦出，其中第一预定方向和第二预定方向不同。
为了使得自耦出光栅130出射的光的光场更加均匀，本申请中，如图2A所示，耦出光栅130可以包括多条具有宽度的光栅线，所述多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布。其中，耦出光栅130的矢量方向可以基于第一方向和第二方向确定。本申请经耦出光栅130耦出的光线会与入射光方向平行，从而避免了在其他方向上的杂散光的出现，进而提高了出光的均匀性和相对耦出效率。
进一步，如图3A至图6C所示，每个所述光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构200，每个所述周期性结构200包括在第一方向(对应X方向)上间隔设置的第一边201和第二边202，所述第一边201和所述第二边202沿所述第一方向的距离为所述第一预设周期d1，所述第一边201的宽度w和所述第二边202的宽度w相等，所述第一边201的宽度w和所述第二边202的宽度w均小于所述第二预设周期d2，所述第一边201的中心和所述第二边202的中心沿所述第二方向(对应Y方向)的距离dw为0.5倍的所述第二预设周期d2，每个所述周期性结构200还包括连接所述第一边201和第二边202的第一侧边211、以及连接所述第一边201和所述第二边202的第二侧边212，所述第一侧边211和所述第二侧边212相对，所述第一侧边211和所述第二侧边212中至少一者为非直线侧边。
在一些示例中，第二方向(对应Y方向)可以为第一方向(对应X方向)的正交方向，例如，如图3A、图4A、图5A和图6A所示；在另一些示例中，如图3C、图4C、图5C和图6C所示,第二方向(对应Y方向)可以为第一方向(对应X方向)的非正交方向，当第一方向和第二方向非正交时，第一方向和第二方向之间的夹角可以根据实际需要合理设定。
其中，第一预设周期d1的长度可以根据实际需要合理设定，第二预设周期d2的长度也可以是根据实际需要合理设定，而第一边201的宽度和第二边202的宽度也可以是根据实际需要合理设定的，在此均不做具体限定。
本申请通过使耦出光栅130的第一边201的中心和第二边202的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期d2，以及耦出光栅130的第一侧边211和第二侧边212中至少一者为非直线侧边，从而可以使得入射方向不同的输入光经耦出光栅130耦合出的出射光场的光能量分布的更加均匀，进而避免人眼在衍射光波导100的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导100的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
本申请的耦出光栅130的每条光栅线由多个周期性结构200连续连接而成，其也可以称为一维光栅结构。其中，每个所述光栅线包括的周期性结构200的数量可以根据实际需要合理设定，例如，对于耦出光栅130可以包括第一方向排列的数量大于或等于3的周期性结构200和沿第二方向排列的数量大于或等于3的周期性结构200，其中，可以以第一预设周期d1和第二预设周期d2分别为长和宽划定一个单元特征范围，每个单元特征范围内可以包括一个周期性结构200。
在一些示例中，非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形，或者其他任意适合的形状结构，其中，对于折线形，其可以弯折一次或者也可以弯折多次，弧线形则可以是由一条弧线形组成或者也可以是由多条弧线依次连续连接而成的，直线与弧线组合形，则可以也是由一条直线和一条弧线依次连接组成，或者也可以是由多条直线和一条弧线依次连接而成，或者也可以是多条直线与多条弧线依次连接而成。其中，折线形的非直线侧边的偏折角度和弧线形的非直线侧边的弯曲弧度可以根据实际需要自由调整，在此不做具体限定。
周期性结构200的所述第一侧边211和所述第二侧边212中至少一者为非直线侧边，例如第一侧边211和所述第二侧边212中的一者为非直线侧边，另一者为直线侧边，或者，又例如，所述第一侧边211和所述第二侧边212均为非直线侧边。
当第一侧边211和第二侧边212均为非直线侧边时，可选地，如图3A、图3B和图4A和图4B所示，所述第一侧边211和所述第二侧边212可以均为折线形，从而使得多个周期性结构200进行周期排列并连续连接后，形成光栅线，光栅线大体上呈现为连续的折线结构，又或者，如图5A和图5B，所述第一侧边211和所述第二侧边212均为弧线形，从而使得多个周期性结构200进行周期排列并连续连接后，形成光栅线，光栅线大体上呈现为连续的曲线结构，再或者，如图6A和图6B所示，所述第一侧边211和所述第二侧边212均为直线与弧线组合形，从而使得多个周期性结构200进行周期排列并连续连接后，形成光栅线，光栅线大体上呈现为连续的曲线结构。除了图中所示出的几种形状，本申请的周期性结构200还可以通过其他适合的形状来实现，例如在可能的情况下，第一侧边211和第二侧边212还可以为形状不同的非直线侧边。
对于不同形状的周期性结构200其特征也可能不同，例如，对于如图4A所示的周期性结构200，其以所述第一边201的中点和所述第二边202的中点的连线为中心线，以所述中心线上沿所述第一方向距所述第一边201和所述第二边202距离相等的点为对称中点，所述周期性结构200为绕所述对称中点对称的中心对称形状；而对于如图6A所示的周期性结构200，其大体为轴对称图形，其以所述第一边201的中点和所述第二边202的中点的连线为中心线，所述第一侧边211沿所述第二方向到所述中心线的距离与所述第二侧边212沿所述第二方向到所述中心线的距离均相等。
在一些示例中，当所述第一侧边211和所述第二侧边212均为非直线侧边时，所述第一侧边211的凹凸方向和第二侧边212的凹凸方向相同或者不同，例如，如图3A和图5A所示，所述第一侧边211的凹凸方向和第二侧边212的凹凸方向相同，对于第一侧边211和第二侧边212是折线形的情况，第一侧边211的凹凸方向和第二侧边212的凹凸方向相同从而使得光栅线的宽度沿着光栅线的走向大体均匀分布，例如大体为固定值。凹凸方向相同也即第一侧边211和第二侧边212朝同一个方向凸出或凹陷，或者具有朝一个方向凸出的部分也具有朝同一个方向凹陷的部分。
在一些示例中，当所述第一侧边211的凹凸方向和第二侧边212的凹凸方向不同时，所述第一侧边211的凹凸方向和所述第二侧边212的凹凸方向大体互为反方向，例如如图4A和图6A所示。
在一些示例中，每个所述光栅线的宽度由其所包括的所述周期性结构200的所述第一侧边211和所述第二侧边212之间的沿所述第二方向的距离界定，所述光栅线的宽度为定值，例如，如图3A、图3B、图5A、图5B所示。或者在其他示例中，光栅线的宽度还可以为变化值，如4A、图4B、图6A和图6B所示，该变化还可以呈现为周期性变化。可选地，由于相邻光栅线之间存在间隔，因此，光栅线的宽度小于第二预设周期d2。
在一些示例中，如图4A和图4B所示的耦合光栅，其光栅线的所述第一边201和所述第二边202的宽度小于所述光栅线的在所述第一边201和所述第二边202之间的部分的宽度，在其他示例中，如图6A和图6B所示的耦合光栅，其光栅线的在所述第一边201和所述第二边202之间的部分既包括宽度大于所述光栅线的所述第一边201和所述第二边202的宽度的部分，也包括宽度小于所述第一边201和所述第二边202的宽度的部分。
耦出光栅130的多条光栅线可以具有大体相同的周期性结构200，或者，在其示例中，耦出光栅130还可以包括多组光栅线，不同组的光栅线具有不同的形状，也即不同组的光栅线的周期性结构200具有不同的形状，其中多组不同形状的光栅线可以是沿第一方向相邻排布，或者也可以是沿第二方向相邻排布，在此不做具体限定。
在一些实施例中，由于制造的原因，如图3A和图3B以及图4A和图4B所示的耦出光栅130的结构近似为理想光栅结构，在制造中，它们的位于第一侧边211和第二侧边212的尖角部分还可能被制造成圆角。
值得一提的是，本申请的耦出光栅130可以作为衍射光波导100的整个耦出光栅130结构，或者也可以作为衍射光波导100的整个耦出光栅130结构的一部分。
其中，耦出光栅130其可以通过任意适合的微制造工艺制造获得，例如，可以通过光刻技术在波导基板110的表面或中制作光栅，或者还可以通过纳米压印的方式在波导基板110上制作获得光栅，从而形成表面浮雕衍射光栅。其中，光栅线在波导基板110的表面上可以形成为凸起，该凸起的高度可以根据实际需要合理设定。值得一提的是，本申请所示意的耦出光栅130为其在与光波导的表面(也即是指设置有耦出光栅130的表面)平行的顶面的形状，其可以是以与光波导的表面大体平行的面所截的截面形状，或者可以是在与光波导的表面平行的面上的投影形状。
本申请的耦出光栅130的多个光栅线构造为使得入射方向不同的输入光经所述耦出光栅130耦合出的出射光场的光能量分布的均匀性满足预设条件，例如所述预设条件包括所述均匀性的数值低于10％，或者其他能够满足要求的数值，其中，可以通过不同入射角度的出射光的相对耦出效率来表征出射光场的光能量，在本申请中，均匀性可以通过以下公式来计算，均匀性＝(最大相对耦出效率-最小相对耦出效率)/(最大相对耦出效率+最小相对耦出效率)。
通过对如图1所示的传统一维直线型光栅和本申请中的如图3B、图4B、图5B和图6B中的四种耦出光栅130结构进行仿真计算，其中，计算过程中，以以光线从0°入射角入射时的耦出效率为基准，分别计算当入射角从-5°变化到+15°时的相对耦出效率，得到这些光栅各自的相对耦出效率曲线(分别如图7A至图7E所示)，并这些光栅的不同入射角间的均匀性(也即耦出均匀性)，计算结果如以下表格所示：
耦出光栅类型 不同入射角耦出均匀性
图1所示的一维直线光栅 30.7％
图3B所示的一维光栅 8.6％
图4B所示的一维光栅 5.2％
图5B所示的一维光栅 8.5％
图6B所示的一维光栅 6.7％
其中，耦出均匀性数值越小说明越均匀，其从表格中计算结果可以看出本申请中的一维耦出光栅的耦出均匀性远好于传统一维直线光栅。
综上所述，本申请的用于光学扩瞳的衍射光波导其耦出光栅的第一边201的中心和第二边202的中心沿第二方向的距离dw为0.5倍的第二预设周期d2，以及耦出光栅的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边，从而可以使得入射方向不同的输入光经耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的更加均匀，同时减缓耦出效率随入射角的衰减速度，进而使得人眼在佩戴光波导显示设备后，对不同入射方向光的亮度变化的感受更加缓和，同时也避免人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
进一步，本申请还提供一种显示设备，该显示设备可以包括前述的衍射光波导100，其中，有关该衍射光波导100的描述可以参考前文，在此不再重复。
该显示设备可以是任意的包括前述的衍射光波导100的设备，例如，如图8所示，该显示设备800可以为所述显示设备为近眼显示设备，其可以包括：镜片820和用于将所述镜片保持为靠近眼镜的框架810，所述镜片820包括所述衍射光波导。
在一些示例中，如图8所示，显示设备800还可以包括光源830，可选地，该光源830可以将图像光向衍射光波导投射例如向衍射光波导的耦入光栅所在区域进行投射，其中光源可以为激光束扫描仪(Laser Beam Scanning，LBS)、数字光处理(Digital LightProcession，DLP)、数字微镜器件(Digital Micro mirror Device，DMD)、硅基液晶(LiquidCrystal On Silicon，LCOS)、微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)、有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)等微型显示器，该光源出射的光线为可见光。
光源投射向衍射光波导的光(例如图像光)经耦入光栅耦合至波导基板内全反射至耦出光栅，经耦出光栅耦出后进入近眼设备的观看者的眼睛，从而使得观看者能够看到光源所投射的图像。其中，用于光学扩瞳的衍射光波导其耦出光栅的第一边的中心和第二边的中心沿第二方向的距离为0.5倍的第二预设周期，以及耦出光栅的第一侧边和第二侧边中至少一者为非直线侧边，从而可以使得入射方向不同的输入光经耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的更加均匀，进而避免人眼在衍射光波导的视窗中活动时观察到的图像出现较大的明暗变化，改善包括该衍射光波导的显示设备的显示效果，进而提升用户的使用体验。
在一些实施例中，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备，其中，增强现实显示设备包括但不限于增强现实((Augmented Reality，AR)眼镜、车载抬头显示(Head Up Display，HUD)等设备。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (13)

1.一种用于光学扩瞳的衍射光波导，其特征在于，包括：
波导基板；
耦出光栅，设置在所述波导基板之上或之中，用于使输入光衍射耦合出所述波导基板，其中，
所述耦出光栅包括多条具有宽度的光栅线，所述多条光栅线以第一预设周期沿第一方向间隔排布，以第二预设周期沿着第二方向间隔排布，每个所述光栅线包括连续连接排布的多个周期性结构，
其中，每个所述周期性结构包括在所述第一方向上间隔设置的第一边和第二边，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向的距离为所述第一预设周期，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度相等，所述第一边的宽度和所述第二边的宽度均小于所述第二预设周期，所述第一边的中心和所述第二边的中心沿所述第二方向的距离为0.5倍的所述第二预设周期，
每个所述周期性结构还包括分别连接所述第一边和第二边的第一侧边、以及连接所述第一边和所述第二边的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相对，所述第一侧边和所述第二侧边中至少一者为非直线侧边。
2.如权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二方向为所述第一方向的正交方向或非正交方向。
3.如权利要求1或2所述的衍射光波导，其特征在于，所述非直线侧边的形状为以下形状中的一种：折线形、弧线形、或直线与弧线组合形。
4.如权利要求1或2所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一侧边和所述第二侧边均为非直线侧边，其中，
所述第一侧边和所述第二侧边均为折线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为弧线形，或所述第一侧边和所述第二侧边均为直线与弧线组合形。
5.如权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，所述第一侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离与所述第二侧边沿所述第二方向到所述中心线的距离均相等。
6.如权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，以所述第一边的中点和所述第二边的中点的连线为中心线，以所述中心线上沿所述第一方向距所述第一边和所述第二边距离相等的点为对称中点，所述周期性结构为绕所述对称中点对称的中心对称形状。
7.如权利要求4所述的衍射光波导，其特征在于，每个所述光栅线的宽度由其所包括的所述周期性结构的所述第一侧边和所述第二侧边之间的沿所述第二方向的距离界定，所述光栅线的宽度为定值。
8.如权利要求1或2所述的衍射光波导，其特征在于，所述多个光栅线构造为使得入射方向不同的输入光经所述耦出光栅耦合出的出射光场的光能量分布的均匀性满足预设条件。
9.如权利要求8所述的衍射光波导，其特征在于，所述预设条件包括所述均匀性的数值低于10％。
10.如权利要求1至9中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，还包括：
耦入光栅，设置在所述波导基板之上或之中，配置为将所述输入光耦合到所述波导基板中以使之通过全反射被耦合到所述耦出光栅。
11.一种显示设备，包括如权利要求1至10中任一项所述的衍射光波导。
12.如权利要求11所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备为近眼显示设备，包括：
镜片和用于将所述镜片保持为靠近眼镜的框架，所述镜片包括所述衍射光波导。
13.如权利要求11或12所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备为增强现实显示设备或虚拟现实显示设备。
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