CN115145042A - 衍射波导器件和近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供衍射波导器件和近眼显示装置，涉及衍射波导技术领域，衍射波导器件包括至少一组波导结构，每组波导结构包括间隔设置的第一光波导片和第二光波导片，第一光波导片和第二光波导片相互平行；第二光波导片的第二耦入光栅用于接收沿第二方向出射的第一衍射光，出射单元用于将在第二波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光出射到第一光波导片；第一光波导片的入射单元用于接收第二衍射光，第一耦出光栅还用于将在第一波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光耦出到人眼成像，通过上述方式，本发明可实现均匀的eyebox和画面亮度，提高出瞳均匀性，降低漏光；同时降低对光栅制作工艺的限制，降低波导制作的难度。

Description

衍射波导器件和近眼显示装置

技术领域

本发明涉及衍射波导技术领域，尤其涉及衍射波导器件和近眼显示装置。

背景技术

近眼显示设备作为虚拟现实和增强现实技术的主要显示设备，可以将虚拟图像叠加到现实景物中，同时兼具透视特性，不影响对现实景物的正常观察。近眼显示设备可采用多种显示技术，如棱镜、半透半反镜片、自由曲面波导、镜面阵列波导、衍射波导等。其中，衍射波导显示技术是利用衍射光栅实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。并且，由于采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射波导元件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明，同时由于对光线的转折是通过波导表面的衍射光栅来实现的，与波导的形状基本没有关系，因此易于批量制造，生产成本低。但是，衍射波导是新兴的技术，虽然目前已经达到了较高的技术水平，但仍存在很多挑战，如提高出瞳均匀性和降低漏光就是急需解决的问题。

发明内容

本发明提供衍射波导器件和近眼显示装置，用以解决现有技术中出瞳均匀性低、漏光量高的缺陷。

本发明提供一种衍射波导器件，包括至少一组波导结构，每组波导结构包括间隔设置的第一光波导片和第二光波导片，第一光波导片和第二光波导片相互平行；第一光波导片包括第一波导基底、第一耦入光栅、第一耦出光栅和入射单元；其中，第一耦入光栅、第一耦出光栅和入射单元分别设置于第一波导基底；第二光波导片包括第二波导基底、第二耦入光栅和出射单元；其中，第二耦入光栅和出射单元分别设置于第二波导基底；第一光波导片的第一耦入光栅用于将携带有图像信息的入射光线耦入到第一波导基底中，第一耦出光栅用于将在第一波导基底内以全反射方式传导的第一衍射光沿两个方向出射，其中沿第一方向出射的第一衍射光耦出到人眼成像，沿第二方向出射的第一衍射光耦出到第二光波导片；第二光波导片的第二耦入光栅用于接收沿第二方向出射的第一衍射光，出射单元用于将在第二波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光出射到第一光波导片；第一光波导片的入射单元用于接收第二衍射光，第一耦出光栅还用于将在第一波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光耦出到人眼成像；其中，在第一光波导片中，第一衍射光的传导方向和第二衍射光的传导方向相反。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，入射单元为第一棱镜，出射单元为第二棱镜；第一棱镜设置在第一波导基底内，第二棱镜设置在第二波导基底内。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，入射单元为第一光栅，出射单元为第二光栅；其中，第一光栅为透射光栅或者反射光栅，第二光栅为透射光栅或者反射光栅。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一耦出光栅设置在第一光波导片远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅设置在第二光波导片远离第一光波导片的一侧表面，第一耦出光栅和第二耦入光栅为反射光栅。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一耦出光栅设置在第一光波导片靠近人眼的一侧表面；第二耦入光栅设置在第二光波导片靠近第一光波导片的一侧表面，第一耦出光栅和第二耦入光栅为透射光栅。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一耦出光栅设置在第一光波导片远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅设置在第二光波导片靠近第一光波导片的一侧表面，第一耦出光栅为反射光栅，第二耦入光栅为透射光栅。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，衍射波导器件包括两组波导结构；其中，第一组波导结构的第一光波导片、第一组波导结构的第二光波导片、第二组波导结构的第一光波导片和第二组波导结构的第二光波导片相互平行。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一组波导结构的第二光波导片分别与第一组波导结构的第一光波导片和第二组波导结构的第一光波导片相邻；第二组波导结构的第一光波导片与第二组波导结构的第二光波导片相邻。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第二组波导结构的第一光波导片分别与第一组波导结构的第一光波导片和第一组波导结构的第二光波导片相邻；第一组波导结构的第二光波导片与第二组波导结构的第二光波导片相邻。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一组波导结构和第二组波导结构分别用于传导不同颜色的入射光线。

本发明还提供一种近眼显示装置，包括微显示器和上述的衍射波导器件；微显示器用于输出携带有图像信息的入射光线。

本发明提供的衍射波导器件和近眼显示装置，通过第二光波导片接收第一光波导片泄露的第一衍射光，第一衍射光在第二波导基底内以全反射方式传导，形成第二衍射光，第二衍射光出射回第一光波导片，虽然衍射光在衍射时携带的能量依次减少，但是由于第二衍射光在第一波导片内的传导方向与第一衍射光在第一波导片内的传导方向相反，因此在第一波导片内第一衍射光和第二衍射光的能量衰减相互补偿，可以使得eyebox范围内图像亮度相同，提高衍射波导器件的出瞳均匀性和图像均匀性；降低衍射波导器件的漏光，提高能量利用率；同时降低对光栅制作工艺的限制，降低波导制作的难度。

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一简单地介绍，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是相关技术中衍射波导显示装置一实施例的结构示意图；

图2是相关技术中衍射波导显示装置另一实施例的结构示意图；

图3是本发明近眼显示装置一实施例的结构示意图；

图4是本发明近眼显示装置第二实施例的结构示意图；

图5是本发明近眼显示装置第三实施例的结构示意图；

图6是本发明近眼显示装置第四实施例的结构示意图；

图7是本发明近眼显示装置第五实施例的结构示意图；

图8是本发明近眼显示装置第六实施例的结构示意图；

图9是本发明近眼显示装置第七实施例的结构示意图；

图10是本发明近眼显示装置第八实施例的结构示意图。

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。

图1是相关技术中衍射波导显示装置一实施例的结构示意图。该衍射波导显示装置由微显示器110以及光波导片100组成，其中，携带有图像信息的光线由微显示器110输出。

光波导片100通常由波导基底111以及位于波导基底表面上的耦入光栅120和耦出光栅130组成；微显示器110输出的光线101入射到光波导片100的耦入光栅120上发生衍射生成衍射光102，衍射光102在波导内以全反射方式向耦出光栅130方向传导，传导到耦出光栅130区域时发生衍射生成衍射光103和106向波导外耦合输出，除第一次衍射外，衍射光102会继续向前传导发生第二次衍射生成衍射光104和107向波导外耦合输出，发生第三次衍射生成衍射光105和108向波导外耦合输出。

若耦出光栅130的衍射效率保持不变，由于第二次衍射时衍射光102携带的能量比第一次衍射时少，因此衍射光104能量比衍射光103少，衍射光107能量比衍射光106少，衍射光102继续向前传导发生第三次衍射生成衍射光105和108向波导外耦合输出，同理，衍射光105能量比衍射光104少，衍射光108能量比衍射光107少，衍射光102继续向前传导发生第n次衍射的情况类似。

因此，耦出光栅130的结构不变时，衍射效率不变，耦合输出的光线103、104和105所携带的能量会逐渐减少，光线106、107和108所携带的能量也会逐渐减少。若光线103、104和105向人眼方向传导并进入人眼成像，则人眼位于eyebox 140不同区域观察时，所看到的图像亮度会有不同，导致波导出瞳不均匀，而光线106、107和108向远离人眼方向传导，不能进入人眼成像，造成光线泄露和能量浪费，且泄露光线容易进入外部环境中，造成隐私泄露。

为了提高波导出瞳均匀性，保证人眼移动时看到图像的亮度不发生变化，需要对耦出光栅130的衍射效率进行调制，目前的调制方式主要包括光栅槽深调制和占空比调制等。如图2所示，图2是相关技术中衍射波导显示装置另一实施例的结构示意图。

光波导片200由波导基底211以及位于波导基底表面上的耦入光栅220和耦出光栅230组成；微显示器210输出的光线入射到光波导片200的耦入光栅220上发生衍射生成衍射光，衍射光在波导内以全反射方式向耦出光栅230方向传导，传导到耦出光栅230区域时发生衍射生成衍射光203和206向波导外耦合输出，除第一次衍射外，衍射光会继续向前传导发生第二次衍射生成衍射光204和207向波导外耦合输出，发生第三次衍射生成衍射光205和208向波导外耦合输出。

其中，耦出光栅230的槽深沿光线在波导中传导方向逐渐加深，输出衍射效率随之逐渐增大，因此虽然衍射输出前到达耦出光栅230的能量比前一次到达耦出光栅230的能量少，但是耦出光线203、204和205所携带的能量可基本保持一致，从而人眼在不同观察区域接收到光线203、204和205时看到的图像亮度一样。但这些调制方式对光栅制作工艺有限制，也会增加光栅制作的难度。

基于此，本发明提供衍射波导器件和近眼显示装置，在已有的光栅槽深调制和占空比调制之外新的改善波导出瞳均匀性的调制手段，不需要对耦出光栅进行调制来实现均匀的eyebox和画面亮度，同时降低对光栅制作工艺的限制，降低波导制作的难度。

请参阅图3，图3是本发明近眼显示装置一实施例的结构示意图，在本实施例中，近眼显示装置包括微显示器310和衍射波导器件；微显示器310用于输出携带有图像信息的入射光线。

衍射波导器件包括至少一组波导结构，每组波导结构包括间隔设置的第一光波导片321和第二光波导片322，第一光波导片321和第二光波导片322相互平行。

第一光波导片321包括第一波导基底331、第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和入射单元；其中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和入射单元分别设置于第一波导基底331。

可选地，入射单元可以是第一光栅370或第一棱镜371。

第二光波导片322包括第二波导基底332、第二耦入光栅350和出射单元；其中，第二耦入光栅350和出射单元分别设置于第二波导基底332。

可选地，出射单元可以是第二光栅360或第二棱镜361。

第一光波导片321的第一耦入光栅320用于将携带有图像信息的入射光线耦入到第一波导基底331中，第一耦出光栅330用于将在第一波导基底331内以全反射方式传导的第一衍射光302沿两个方向出射，其中沿第一方向出射的第一衍射光302耦出到人眼（即eyebox区域340）成像，沿第二方向出射的第一衍射光302耦出到第二光波导片322。

第二光波导片322的第二耦入光栅350用于接收沿第二方向出射的第一衍射光302，第一衍射光302在第二耦入光栅350上发生衍射，形成第二衍射光309，出射单元用于将在第二波导基底332内以全反射方式传导的第二衍射光309出射到第一光波导片321。

第一光波导片321的入射单元用于接收第二衍射光309，第二衍射光309出射第二光波导片332形成衍射光311，衍射光311通过入射单元进入第一光波导片321，并以全反射方式传导。

如图3所示的衍射光312可以看作是进入第一波导基底331中的第二衍射光。第一耦出光栅330还用于将在第一波导基底331内以全反射方式传导的第二衍射光312耦出到人眼成像。

其中，在第一光波导片321中，第一衍射光302的传导方向和第二衍射光312的传导方向相反。第一衍射光302和第二衍射光312的能量衰减相互补偿，从而eyebox区域340范围内图像亮度相同。

可选地，第一波导基底331和第二波导基底332可以相同，材质可以是玻璃、聚合物或其它对可见光透明的材料，形态为一个平板，且两侧表面光滑。

可选地，第一耦入光栅320和第一耦出光栅330可以位于第一波导基底331的同一侧表面或不同侧表面上。

可选地，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第二耦入光栅350可通过光刻或纳米压印技术来制备。

在一些实施例中，入射单元为第一光栅370，出射单元为第二光栅360；其中，第一光栅370为透射光栅或者反射光栅，第二光栅360为透射光栅或者反射光栅。

继续参阅图3，入射光线301入射到第一耦入光栅320上发生衍射生成第一衍射光302，第一衍射光302在第一光波导片321内以全反射方式向第一耦出光栅330方向传导，传导到第一耦出光栅330区域时依次发生衍射生成衍射光303、304和305向人眼方向（即第一方向）传导并进入人眼成像，由于衍射光302向前传导时携带的能量依次减少，光线303、304和305的能量依次减少；衍射光302发生衍射时同时生成衍射光306、307和308向远离人眼方向（即第二方向）传导，不能进入人眼成像，造成能量浪费和隐私泄露。

通过增加第二光波导片322，衍射光306、307和308将入射到第二耦入光栅350上发生衍射生成第二衍射光309，第二衍射光309将以全反射方式在第二光波导片322内向出射单元方向传导，传导至出射单元区域时发生衍射生成衍射光311向波导外耦合输出。

然后，衍射光311入射到入射单元上发生衍射生成第二衍射光312，第二衍射光312以全反射方式在第一光波导片321内向第一耦出光栅330方向传导，传导至第一耦出光栅330区域时依次发生衍射生成衍射光313、314和315向人眼方向传导并进入人眼（即eyebox区域340）成像。

同样地，由于第二衍射光312发生衍射时携带的能量依次减少，光线313,314和315的能量依次减少。通过设置第二耦入光栅350、入射单元和出射单元的周期和结构参数，使得衍射光313、314和315的方向与衍射光303、304和305的方向相同，且衍射光303和315之和、衍射光304和314之和、以及衍射光305和313之和接近相等，能量衰减相互补偿，从而eyebox区域340范围内图像亮度相同。

第二耦入光栅350的作用是使泄露光线306、307和308耦合到第二光波导片322内并以全反射方式传导，与第一耦入光栅320作用相同，因此第二耦入光栅350与第一耦入光栅320周期相同，但结构可以不同，且第二耦入光栅350区域面积比第一耦入光栅320区域面积大，近似与第一耦出光栅330区域面积相同。

需要说明的是，当出射单元为第二光栅360，入射单元为第一光栅370时，第二光栅360的作用是使在第二光波导片322内以全反射方式传导的衍射光309耦合出波导，这与第一耦出光栅330的作用相同。因此第二光栅360与第一耦出光栅330的周期可以相同，但结构可以不同，且第二光栅360区域面积比第一耦出光栅330区域面积小，第二光栅360区域面积近似与第一耦入光栅320区域面积相同。

第一光栅370的作用是将衍射光311耦入到第一光波导片321内并以全反射方式传导，这与第二耦入光栅350和第一耦入光栅320的作用相同，但如图3所示的第一光栅370工作在透射模式，而第二耦入光栅350和第一耦入光栅320工作在反射模式，因此第一光栅370的周期与第二耦入光栅350以及第一耦入光栅320相同，但结构不同，且第一光栅370区域面积与第一耦入光栅320和第二光栅360区域面积近似相等。

因此，第一耦入光栅320，第二耦入光栅350和第一光栅370周期相同，第一耦出光栅330和第二光栅360周期相同时，可保证衍射光313、314和315的方向与衍射光303、304和305的方向相同，且通过调整第二耦入光栅350、第二光栅360和第一光栅370的结构参数可使得衍射光303和315之和、衍射光304和314之和、以及衍射光305和313之和相等，能量衰减相互补偿，从而eyebox区域340范围内图像亮度相同。

可选地，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330、第二耦入光栅350、第二光栅360和第一光栅370可以是矩形光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和其它光栅类型。

在一些实施例中，第一光栅370和第二光栅360为反射光栅；或者，第一光栅370和第二光栅360为透射光栅；或者，第一光栅370为透射光栅，第二光栅360为反射光栅；或者，第一光栅370为反射光栅，第二光栅360为透射光栅。

需要说明的是，当第一光栅370为反射光栅时，第一光栅370设置在第一光波导片321靠近人眼的一侧表面；当第一光栅370为透射光栅时，第一光栅370设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面。

当第二光栅360为反射光栅时，第二光栅360设置在第二光波导片322远离第一光波导片321的一侧表面；当第二光栅360为透射光栅时，第二光栅360设置在第二光波导片322靠近第一光波导片的一侧表面。

在一些实施例中，入射单元可以为第一棱镜371，出射单元可以为第二棱镜361；第一棱镜371设置在第一波导基底331内，第二棱镜361设置在第二波导基底332内。

第一棱镜371和第二棱镜361可实现光束方向的偏转，这样减少了光栅数量，降低了衍射波导器件制作难度，如图4所示，图4是本发明近眼显示装置第二实施例的结构示意图。第一棱镜371和第二棱镜361相对设置。

可选地，第一棱镜371和第二棱镜361可以为反射镜。

可选地，当出射单元为第二棱镜361时，入射单元也可以为第一光栅370；当出射单元为第二光栅360时，入射单元也可以为第一棱镜371。

在一些实施例中，第一耦出光栅330可以设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350可以设置在第二光波导片322远离第一光波导片321的一侧表面，第一耦出光栅330和第二耦入光栅350为反射光栅。

或者，第一耦出光栅330可以设置在第一光波导片321靠近人眼的一侧表面；第二耦入光栅350可以设置在第二光波导片322靠近第一光波导片321的一侧表面，第一耦出光栅330和第二耦入光栅350为透射光栅。

或者，第一耦出光栅330可以设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350可以设置在第二光波导片322靠近第一光波导片321的一侧表面，第一耦出光栅330为反射光栅，第二耦入光栅350为透射光栅。

可选地，第一耦入光栅320可以是透射光栅或者反射光栅，第一耦入光栅320可以设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；或者，第一耦入光栅320可以设置在第一光波导片321靠近人眼的一侧表面。

请参阅图3~图7，图5是本发明近眼显示装置第三实施例的结构示意图；图6是本发明近眼显示装置第四实施例的结构示意图；图7是本发明近眼显示装置第五实施例的结构示意图。

如图3所示，入射单元为第一光栅370，出射单元为第二光栅360。第一耦入光栅320、第一耦出光栅330、第二耦入光栅350和第二光栅360都为反射光栅，并工作在反射模式。第一光栅370为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322远离第一光波导片321的一侧表面。

如图4所示，入射单元为第一棱镜371，出射单元为第二棱镜361。第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第二耦入光栅350都为反射光栅，并工作在反射模式。

其中，第一耦入光栅320和第一耦出光栅330都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350设置在第二光波导片322远离第一光波导片321的一侧表面；第一棱镜371设置在第一波导基底331内，第二棱镜361设置在第二波导基底332内。

如图5所示，入射单元为第一光栅370，出射单元为第二光栅360。第一耦入光栅320、第一耦出光栅330、第二耦入光栅350和第二光栅360都为透射光栅，并工作在透射模式。第一光栅370为反射光栅，并工作在反射模式。

其中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321靠近人眼的一侧表面；第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322靠近第一光波导片321的一侧表面。

如图6所示，入射单元为第一光栅370，出射单元为第二光栅360。第一耦入光栅320和第一耦出光栅330都为反射光栅，并工作在反射模式。第二耦入光栅350、第二光栅360和第一光栅370都为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322靠近第一光波导片321的一侧表面。

图6所示的设计使得所有光栅都位于衍射波导器件内，不需要添加额外的保护片以保护波导表面上的光栅，减轻衍射波导器件的体积和重量。

如图7所示，入射单元为第一棱镜371，出射单元为第二棱镜361。第一耦入光栅320和第一耦出光栅330为反射光栅，并工作在反射模式，第二耦入光栅350为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，第一耦入光栅320和第一耦出光栅330都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350设置在第二光波导片322靠近第一光波导片321的一侧表面；第一棱镜371设置在第一波导基底331内，第二棱镜361设置在第二波导基底332内。

图7所示的设计使得所有光栅都位于衍射波导器件内，不需要添加额外的保护片以保护波导表面上的光栅，减轻衍射波导器件的体积和重量；并且采用棱镜代替光栅，光栅数目减少，降低了衍射波导器件的制作难度。

以上，第一耦出光栅330、第二耦入光栅350、第一耦入光栅320、出射单元和入射单元的位置可以根据实际情况具体设置，包括但不限于上述的设置方式。

出射单元可以是第二棱镜361或者第二光栅360，入射单元可以是第一棱镜371或者第一光栅370。第一耦出光栅330、第二耦入光栅350、第一耦入光栅320、出射单元和入射单元的位置还可以有其他的组合设置方式，在此不再一一列举。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，衍射波导器件可以包括两组波导结构；其中，第一组波导结构的第一光波导片321、第一组波导结构的第二光波导片322、第二组波导结构的第一光波导片321’和第二组波导结构的第二光波导片322’相互平行。

近眼显示装置可以传导彩色图像。可选地，第一组波导结构和第二组波导结构分别用于传导不同颜色的入射光线。例如，第一组波导结构传导彩色图像的红色和绿色的入射光线，第二组波导结构传导彩色图像的绿光和蓝光。

两组波导结构可以使得每组eyebox区域340的图像亮度都均匀，进而衍射波导器件的eyebox区域340的图像亮度均匀。

请参阅图8~图10，图8是本发明近眼显示装置第六实施例的结构示意图；图9是本发明近眼显示装置第七实施例的结构示意图；图10是本发明近眼显示装置第八实施例的结构示意图。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第一组波导结构的第二光波导片322分别与第一组波导结构的第一光波导片321和第二组波导结构的第一光波导片321’相邻；第二组波导结构的第一光波导片321’与第二组波导结构的第二光波导片322’相邻。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第二组波导结构的第一光波导片321’分别与第一组波导结构的第一光波导片321和第一组波导结构的第二光波导片322相邻；第一组波导结构的第二光波导片322与第二组波导结构的第二光波导片322’相邻。

根据本发明提供的一种衍射波导器件，第二组波导结构的第一光波导片321’分别与第一组波导结构的第一光波导片321和第二组波导结构的第二光波导片322’相邻；第二组波导结构的第二光波导片322’与第一组波导结构的第二光波导片322相邻。

如图8所示，第一组波导结构和第二组波导结构相同，第一组波导结构和第二组波导结构的入射单元为第一光栅370和370’，第一组波导结构和第二组波导结构的出射单元为第二光栅360和360’。

第一组波导结构的第一光波导片321的下方依次间隔分别设置有第一组波导结构的第二光波导片322、第二组波导结构的第一光波导片321’和第二组波导结构的第二光波导片322’。

第一组波导结构和第二组波导结构的第一耦入光栅320和320’、第一耦出光栅330和330’、第二耦入光栅350和350’、第二光栅360和360’都为反射光栅，并工作在反射模式。第一光栅370和370’为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，在第一组波导结构中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面；第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322远离第一光波导片321的一侧表面。

在第二组波导结构中，第一耦入光栅320’、第一耦出光栅330’和第一光栅370’都设置在第一光波导片321’的远离第一组波导结构的第二光波导片322的一侧表面；第二耦入光栅350’和第二光栅360’都设置在第二光波导片322’远离第一光波导片321’的一侧表面。

如图9所示，第一组波导结构和第二组波导结构相同，第一组波导结构和第二组波导结构的入射单元都为第一光栅370和370’，第一组波导结构和第二组波导结构的出射单元都为第二光栅360和360’。

第一组波导结构的第一光波导片321的下方依次间隔分别设置有第二组波导结构的第一光波导片321’、第一组波导结构的第二光波导片322和第二组波导结构的第二光波导片322’。

第一组波导结构和第二组波导结构的第一耦入光栅320和320’、第一耦出光栅330和330’、第二耦入光栅350和350’、第二光栅360和360’都为反射光栅，并工作在反射模式。第一光栅370和370’为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，在第一组波导结构中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面。

在第二组波导结构中，第一耦入光栅320’、第一耦出光栅330’和第一光栅370’都设置在第一光波导片321’的远离第一组波导结构的第一光波导片321的一侧表面。

在第一组波导结构中，第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322远离第二组波导结构的第一光波导片321’的一侧表面。

在第二组波导结构中，第二耦入光栅350’和第二光栅360’都设置在第二光波导片322’远离第一组波导结构的第二光波导片322的一侧表面。

如图10所示，第一组波导结构和第二组波导结构不相同，第一组波导结构和第二组波导结构的入射单元都为第一光栅370和370’，第一组波导结构和第二组波导结构的出射单元都为第二光栅360和360’。

第一组波导结构的第一光波导片321的下方依次间隔分别设置有第二组波导结构的第一光波导片321’、第一组波导结构的第二光波导片322和第二组波导结构的第二光波导片322’。

第一组波导结构的第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第二组波导结构的第一耦入光栅320’、第一耦出光栅330’都为反射光栅，并工作在反射模式。

第一组波导结构的第二耦入光栅350、第二光栅360、第一光栅370和第二组波导结构的第二耦入光栅350’、第二光栅360’、第一光栅370’都为透射光栅，并工作在透射模式。

其中，在第一组波导结构中，第一耦入光栅320、第一耦出光栅330和第一光栅370都设置在第一光波导片321远离人眼的一侧表面。

在第二组波导结构中，第一耦入光栅320’、第一耦出光栅330’和第一光栅370’都设置在第一光波导片321’的远离第一组波导结构的第一光波导片321的一侧表面。

在第一组波导结构中，第二耦入光栅350和第二光栅360都设置在第二光波导片322靠近第二组波导结构的第一光波导片321’的一侧表面。

在第二组波导结构中，第二耦入光栅350’和第二光栅360’都设置在第二光波导片322’靠近第一组波导结构的第二光波导片322的一侧表面。

需要说明的是，两层波导结构的近眼显示装置中的光波导片还可以有其他的设置方式，具体可参照上述实施例中的光波导片。本领域的技术人员可以根据实际需要，在不冲突的情况下将两层波导结构进行组合设计，在此不多赘述。

近眼显示装置可以传导彩色图像。可选地，第一组波导结构和第二组波导结构分别用于传导不同颜色的入射光线。例如，第一组波导结构传导彩色图像的红色和绿色的入射光线，第二组波导结构传导彩色图像的绿光和蓝光。

采用两组波导结构传导彩色图像，可以使得每组波导结构的eyebox区域的图像亮度都均匀，进而衍射波导器件的eyebox区域的图像亮度均匀。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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 (11)

1.一种衍射波导器件，其特征在于，包括至少一组波导结构，每组波导结构包括间隔设置的第一光波导片和第二光波导片，所述第一光波导片和所述第二光波导片相互平行；

所述第一光波导片包括第一波导基底、第一耦入光栅、第一耦出光栅和入射单元；其中，所述第一耦入光栅、所述第一耦出光栅和所述入射单元分别设置于所述第一波导基底；

所述第二光波导片包括第二波导基底、第二耦入光栅和出射单元；其中，所述第二耦入光栅和所述出射单元分别设置于所述第二波导基底；

所述第一耦入光栅用于将携带有图像信息的入射光线耦入到所述第一波导基底中，所述第一耦出光栅用于将在所述第一波导基底内以全反射方式传导的第一衍射光沿两个方向出射，其中沿第一方向出射的第一衍射光耦出到人眼成像，沿第二方向出射的第一衍射光耦出到所述第二光波导片；

所述第二光波导片的第二耦入光栅用于接收沿第二方向出射的第一衍射光，所述出射单元用于将在所述第二波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光出射到所述第一光波导片；

所述第一光波导片的所述入射单元用于接收第二衍射光，所述第一耦出光栅还用于将在所述第一波导基底内以全反射方式传导的第二衍射光耦出到人眼成像；

其中，在所述第一光波导片中，所述第一衍射光的传导方向和所述第二衍射光的传导方向相反。

2.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，所述入射单元为第一棱镜，所述出射单元为第二棱镜；

所述第一棱镜设置在所述第一波导基底内，所述第二棱镜设置在所述第二波导基底内。

3.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述入射单元为第一光栅，所述出射单元为第二光栅；其中，所述第一光栅为透射光栅或者反射光栅，所述第二光栅为透射光栅或者反射光栅。

4.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第一耦出光栅设置在所述第一光波导片远离人眼的一侧表面；所述第二耦入光栅设置在所述第二光波导片远离所述第一光波导片的一侧表面，所述第一耦出光栅和所述第二耦入光栅为反射光栅。

5.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第一耦出光栅设置在所述第一光波导片靠近人眼的一侧表面；所述第二耦入光栅设置在所述第二光波导片靠近所述第一光波导片的一侧表面，所述第一耦出光栅和所述第二耦入光栅为透射光栅。

6.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第一耦出光栅设置在所述第一光波导片远离人眼的一侧表面；所述第二耦入光栅设置在所述第二光波导片靠近所述第一光波导片的一侧表面，所述第一耦出光栅为反射光栅，所述第二耦入光栅为透射光栅。

7.根据权利要求1所述的衍射波导器件，其特征在于，所述衍射波导器件包括两组波导结构；

其中，第一组波导结构的第一光波导片、第一组波导结构的第二光波导片、第二组波导结构的第一光波导片和第二组波导结构的第二光波导片相互平行。

8.根据权利要求7所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第一组波导结构的第二光波导片分别与所述第一组波导结构的第一光波导片和所述第二组波导结构的第一光波导片相邻；

所述第二组波导结构的第一光波导片与所述第二组波导结构的第二光波导片相邻。

9.根据权利要求7所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第二组波导结构的第一光波导片分别与所述第一组波导结构的第一光波导片和所述第一组波导结构的第二光波导片相邻；

所述第一组波导结构的第二光波导片与所述第二组波导结构的第二光波导片相邻。

10.根据权利要求7~9任一项所述的衍射波导器件，其特征在于，

所述第一组波导结构和所述第二组波导结构分别用于传导不同颜色的入射光线。

11.一种近眼显示装置，其特征在于，包括微显示器和如权利要求1-10任一项所述的衍射波导器件；所述微显示器用于输出携带有图像信息的入射光线。

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