CN116088086A - 光波导及近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种光波导，该光波导包括第一曲面棱镜、第二曲面棱镜、第一超表面光栅和第二超表面光栅，第一入射光在第一曲面棱镜的两次反射后进入眼球，第二入射光依次通过第一曲面棱镜和第二曲面棱镜后进入眼球，经过第一超表面光栅的第一入射光，以及经过第一超表面光栅和第二超表面光栅的第二入射光，均在眼球的晶状体处聚焦，可实现视网膜投影显示无辐辏‑聚焦冲突的良好体验效果。第一超表面光栅和第二超表面光栅采用微纳技术加工制作，因此可以大大简化光学系统的复杂程度，减小近眼显示装置的尺寸和体积。本公开还提供一种包括上述光波导的近眼显示装置。

Description

光波导及近眼显示装置

技术领域

本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种光波导及近眼显示装置。

背景技术

近眼显示器可将数字世界与物理世界无缝融合，有望成为下一代增强现实显示终端。阻碍近眼显示器发展的主要技术问题是辐辏聚焦矛盾，用户长时间佩戴近眼显示器会产生视觉疲劳并引发其它不适问题，极大影响用户体验。

视网膜显示技术可以避免辐辏聚焦矛盾，传统的视网膜显示技术采用激光光源，因为需要将光线聚焦在晶状体光心上，滤波和投影系统中都采用了普通的光学透镜，系统庞大笨重，无法满足近眼显示轻薄的要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服现有视网膜显示技术的系统庞大笨重，无法满足近眼显示轻薄的要求的问题，提供一种光波导及近眼显示装置。

根据本公开的一个方面，提供一种光波导，包括第一曲面棱镜、第二曲面棱镜、第一超表面光栅和第二超表面光栅，第一曲面棱镜包括第一光学表面、第二光学表面和第三光学表面，第二光学表面和第三光学表面是自由曲面，第三光学表面设有分束膜；第二曲面棱镜包括第四光学表面和第五光学表面，第四光学表面与第三光学表面相互贴合，且位于第二光学表面与第五光学表面之间；第一超表面光栅设于第二光学表面；第二超表面光栅设于第五光学表面；第一光学表面用于将第一入射光透射至第二光学表面上，第二光学表面用于将透射后的第一入射光全反射至第三光学表面上，第三光学表面用于将全反射后的第一入射光反射至第二光学表面，第二光学表面还用于将再次反射后的第一入射光透射至外部，自由曲面补偿棱镜用于将从第五光学表面进入的第二入射光，由第二光学表面出射；经过第一超表面光栅的第一入射光在眼球的第一位置成像，经过第一超表面光栅和第二超表面光栅的第二入射光在眼球的第二位置成像。

在本公开的一个实施例中，第一超表面光栅包括第一基底和第一光栅阵列，第一基底贴设于第二光学表面上，第一光栅阵列位于第一基底远离第二光学表面的一侧，第二超表面光栅包括第二基底和第二光栅阵列，第二基底贴设于第五光学表面上，第二光栅阵列位于第二基底远离第五光学表面的一侧。

在本公开的一个实施例中，第一光栅阵列为聚焦透镜，对于任意单波长的第一入射光，第一光栅阵列的相位分布满足：

其中(x，y)是第一光栅阵列上任意位置到中心点的距离，f是第一光栅阵列形成聚焦透镜的焦距，λ是第一入射光的波长。

在本公开的一个实施例中，第二光栅阵列为补偿透镜，对于任意单波长的第二入射光，第二光栅阵列的相位分布满足：

其中(x₁，y₁)是第二光栅阵列上任意位置到中心点的距离，f₁是第二光栅阵列形成补偿透镜的焦距，λ₁是第二入射光的波长。

在本公开的一个实施例中，第一光栅阵列和第二光栅阵列包括多个周期性排列的光栅单元，第一光栅阵列和第二光栅阵列的光栅单元的长度、宽度、高度及旋转角度均根据第一入射光的相位面分布和第二入射光的相位面分布进行调节。

在本公开的一个实施例中，光栅单元的形状为椭圆柱结构，光栅单元的短轴的尺寸为100nm-400nm，光栅单元的长轴的尺寸为300nm-800nm，光栅单元的高度的尺寸为200nm-500nm，光栅单元的角度在0°-180°旋转变化。

在本公开的一个实施例中，第一基底的材质和第二基底的材质均为熔融石英，第一光栅阵列和第二光栅阵列的材质均为氧化钛。

在本公开的一个实施例中，第二曲面棱镜的第四光学表面与第一曲面棱镜的第二光学表面相互粘接在一起。

根据本公开的另一个方面，提供一种近眼显示装置，包括微型显示器和本公开一个方面所提供的光波导，微型显示器用于提供第一入射光；光波导的第一超表面光栅设于靠近眼球的一侧，第二超表面光栅设于靠近真实场景的一侧，真实场景用于提供第二入射光。

在本公开的一个实施例中，近眼显示装置还包括偏折元件，偏折元件用于将微型显示器发出的第一入射光按预设的角度反射至第一曲面棱镜的第一光学表面。

本公开的光波导包括第一曲面棱镜、第二曲面棱镜、第一超表面光栅和第二超表面光栅，第一入射光在第一曲面棱镜的第二光学表面和第三光学表面两次反射后进入眼球，第二入射光依次通过第一曲面棱镜和第二曲面棱镜后进入眼球，经过第一超表面光栅的第一入射光，在眼球的晶状体处聚焦，并在在眼球的第一位置成像，经过第一超表面光栅和第二超表面光栅的第二入射光，在眼球的晶状体处聚焦，并在眼球的第二位置成像，眼球即可同时观察真实世界场景和增强现实图像，也可实现视网膜投影显示无辐辏-聚焦冲突的良好体验效果。第一超表面光栅和第二超表面光栅采用微纳技术加工制作，因此可以大大简化光学系统的复杂程度，减小近眼显示装置的尺寸和体积。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开实施例涉及的近眼显示装置的结构示意图。

图2为本公开实施例涉及的自由曲面棱镜组的结构示意图。

图3为本公开实施例涉及的第一超表面光栅的俯视图。

图4为本公开实施例涉及的第一超表面光栅的主视图。

图中：1-光波导，11-第一曲面棱镜，111-第一光学表面，112-第二光学表面，113-第三光学表面，12-第二曲面棱镜，121-第四光学表面，122-第五光学表面，13-第一超表面光栅，131-第一基底，132-第一光栅阵列，1321-第一光栅单元，14-第二超表面光栅，141-第二基底，142-第二光栅阵列，1421-第二光栅单元，2-微型显示器，21-第一入射光，3-偏折元件，4-镜腿，5-眼球，51-晶状体，52-第一位置，53-第二位置，6-真实场景，61-第二入射光。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

近眼显示器可将数字世界与物理世界无缝融合，有望成为下一代增强现实显示终端。阻碍近眼显示器发展的主要技术问题是辐辏聚焦矛盾，用户长时间佩戴近眼显示器会产生视觉疲劳并引发其它不适问题，极大影响用户体验。不同于传统的显示技术，视网膜显示技术基于麦克斯韦观察法，将携带图像信息的细光束聚焦于眼球的晶状体光心或眼球转动中心，然后投影到视网膜上不同的位置形成图像视觉，这种显示方法由于全部细光束都经过眼球晶状体光心，因此晶状体的调焦不影响细光束的传播，另外虚拟图像可以独立于晶状体的调焦而清晰显示，具有较长的景深，从而避免了辐辏聚焦矛盾。传统的视网膜显示技术采用激光光源，因为需要将光线聚焦在晶状体光心上，滤波和投影系统中都采用了普通的光学透镜，系统庞大笨重，无法满足近眼显示轻薄的要求。

基于此，本公开实施方式提供一种光波导。如图1至图4所示，该光波导，包括第一曲面棱镜11、第二曲面棱镜12、第一超表面光栅13和第二超表面光栅14，第一曲面棱镜11包括第一光学表面111、第二光学表面112和第三光学表面113，第一光学表面111和第二光学表面112是自由曲面，第三光学表面113设有分束膜；第二曲面棱镜12包括第四光学表面121和第五光学表面122，第四光学表面121与第三光学表面113相互贴合，且位于第二光学表面112与第五光学表面122之间；第一超表面光栅13设于第二光学表面112；第二超表面光栅14设于第五光学表面122；第一光学表面111用于将第一入射光21透射至第二光学表面112上，第二光学表面112用于将透射后的第一入射光21全反射至第三光学表面113上，第三光学表面113用于将全反射后的第一入射光21反射至第二光学表面112，第二光学表面112还用于将再次反射后的第一入射光21透射至外部，自由曲面补偿棱镜用于将从第五光学表面122进入的第二入射光61，由第二光学表面112出射；经过第一超表面光栅13的第一入射光21在眼球5的第一位置52成像，经过第一超表面光栅13和第二超表面光栅14的第二入射光61在眼球5的第二位置53成像。

第一入射光21在第一曲面棱镜11的第二光学表面112和第三光学表面113两次反射后进入眼球5，第二入射光61依次通过第一曲面棱镜11和第二曲面棱镜12后进入眼球5，经过第一超表面光栅13的第一入射光21，在眼球5的晶状体51处聚焦，并在在眼球5的第一位置52成像，经过第一超表面光栅13和第二超表面光栅14的第二入射光61，在眼球5的晶状体51处聚焦，并在眼球5的第二位置53成像，眼球即可同时观察真实世界场景和增强现实图像，也可实现视网膜投影显示无辐辏-聚焦冲突的良好体验效果。第一超表面光栅13和第二超表面光栅14采用微纳技术加工制作，因此可以大大简化光学系统的复杂程度，减小近眼显示装置的尺寸和体积。

下面结合具体的实施例对本公开实施方式所涉及的光波导进行详细说明。

如图1所示，该光波导包括自由曲面棱镜组，自由曲面棱镜组包括一个用于以自由形式表面成像的第一曲面棱镜11和用于补偿的第二曲面棱镜12。每个自由形式光学元件具有至少两个有效光学表面和其他辅助表面以形成有效元件。第一曲面棱镜11具有至少三个有效光学表面，其通过折射和/或反射第一入射光21，放大提供第一入射光21的微型显示器2所显示的图像。

如图2所示，第一曲面棱镜11可以包括第一光学表面111、第二光学表面112和第三光学表面113。从微型显示器2发射的第一入射光21穿过第一光学表面111，进入第一曲面棱镜11的主体，然后传播到第二光学表面112。光在第一次到达第二光学表面112之后被全内反射。来自第二光学表面112的反射光被第三光学表面113反射，然后第二次到达第二光学面。在第二次到达第二光学表面112之后，第一入射光21穿过第二光学面到达眼球5。

第二光学表面112和第三光学表面113是自由曲面。第一曲面棱镜11的第二光学表面112需要满足光第一次到达时的全反射条件。第一曲面棱镜11的第三光学表面113涂覆有分束膜，穿过分束膜的第一入射光21至少部分反射至第一曲面棱镜11的内部。分束膜的透射率可以根据微型显示器2的亮度来确定，以确保第一入射光21的有效利用，并平衡微型显示器2的光的亮度与环境光的亮度，以提高近眼显示装置的图像对比度。分束膜可以为半透半反膜，当然也可以为具有其它分束比的膜。

可以理解的是，使用第一曲面棱镜11的三个自由曲面的方式来增强放大图像和图像像差调节的能力是优选实施例，但这不是限制性的。第一曲面棱镜11的三个有效光学表面可以分别是其他类型的表面，例如，只有第三光学表面113是自由曲面，并且为了便于制造第一光学表面111和第二光学表面112，它们可以是其他类型表面。例如，第一光学表面111可以采用球面或非球面，或者如果第二光学表面112能够满足第一次到达它的光的全内反射条件，但是球面或非球面对放大图像的光的像差校正能力显著低于自由曲面的表面。因此，将第三光学表面113保持为自由曲面的表面类型特别重要。

基于第一曲面棱镜11的有效光学表面的聚焦和第一曲面棱镜11厚度的不一致性，通过第一曲面棱镜11连接到眼球5的环境光线将导致环境光线成像的变形。因此，需要设置第二曲面棱镜12，第二曲面棱镜12放置在第一曲面棱镜11的一侧。在该实施例中，第二曲面棱镜12被放置在第一曲面棱镜11的外部，例如，靠近真实场景6的一侧。

第二曲面棱镜12包括第四光学表面121和第五光学表面122，第二曲面棱镜12的第四光学表面121与第一曲面棱镜11的第二光学表面112相邻，第二曲面棱镜12的第五光学表面122靠近真实场景6，第四光学表面121与第二光学表面112的形状相同且相互贴合。可以理解的是，第二表面和第四光学表面121位于第三光学表面113与第五光学表面122之间。

第二曲面棱镜12的第五光学表面122也是用于将真实场景6的第二入射光61透射到第二曲面棱镜12和第一曲面棱镜11中的光学表面。由于第二曲面棱镜12的第五光学表面122面向环境，第五光学表面122是平坦表面，可以在第五光学表面122涂覆保护膜层，以便于对第二曲面棱镜12进行保护。

第一曲面棱镜11和第二曲面棱镜12采用注塑成型的方式一次性加工完成，第二曲面棱镜12的第四光学表面121与第一曲面棱镜11的第二光学表面112通过胶合的方式相互粘接在一起。为了便于组装和定位，可以在第一曲面棱镜11的第三光学表面113设置第一定位结构，在第二曲面棱镜12的第一光学表面111上设置与第一定位结构相匹配的第二定位结构。通过将第一定位结构与第二定位结构配合，可以容易地确定第二曲面棱镜12和第一曲面棱镜11的相对位置，从而在第一曲面棱镜11表面粘结到第二曲面棱镜12之后实现高精度对准，并且可以获得环境光线的高图像质量。

第一入射光21从微显示器出发，通过第一光学表面111透射进入第一曲面棱镜11的内部，然后在第二光学表面112上发生全反射，后到达第三光学表面113，再次经过第三光学表面113反射，经过第二光学表面112透射，最终离开第一曲面棱镜11进入眼球5。来自真实场景6的光线依次透射通过第一曲面棱镜11和第二曲面棱镜12后进入眼球5。

第一曲面棱镜11的第二光学表面112设有第一超表面光栅13，第二曲面棱镜12的第五光学表面122设有第二超表面光栅14，第一超表面光栅13包括第一基底131和第一光栅阵列132，第一基底131贴设于第二光学表面112上，第一光栅阵列132位于第一基底131远离第二光学表面112的一侧，第二超表面光栅14包括第二基底141和第二光栅阵列142，第一基底131贴设于第五光学表面122上，第二光栅阵列142位于第二基底141远离第五光学表面122的一侧。

第一超表面光栅13具有聚焦光束的作用，使得经由第一曲面棱镜11发出虚拟图像光在眼球5的晶状体51聚焦。第二曲面棱镜12靠近真实场景6的第五光学面上安装的第二超表面光栅14是起光学补偿作用。经过第二超表面光栅14、第二曲面棱镜12、第一曲面棱镜11和第一超表面光栅13的综合作用，可以使得真实场景6中的物体的第二入射光61正常进入眼球5。

第一光栅阵列132包括多个周期性排列的第一光栅单元1321，第二光栅阵列142包括多个周期性排列的第二光栅单元1421。在实际应用中，第一光栅阵列132的第一光栅单元1321的长度、宽度、高度及旋转角度均根据第一入射光21的相位面分布进行调节，多个自由度同时调节传输相位和几何相位，匹配聚焦第一入射光21的相位面。对于任意单波长的第一入射光21，第一光栅阵列132的相位分布满足：

其中(x，y)是第一光栅阵列132上任意位置到中心点的距离，f是第一光栅阵列132形成聚焦透镜的焦距，λ是第一入射光21的波长。

第二光栅阵列142的第二光栅单元1421的长度、宽度、高度及旋转角度均根据第二入射光61的相位面分布进行调节，多个自由度同时调节传输相位和几何相位，匹配聚焦第二入射光61的的相位面。第二光栅阵列142为补偿透镜，对于任意单波长的光线，第二光栅阵列142的相位分布满足：

其中(x₁，y₁)是第二光栅阵列142上任意位置到中心点的距离，f₁是第二光栅阵列142形成补偿透镜的焦距，λ₁是第二入射光61的波长。

对第一光栅阵列132的相位进行调整，使得第一入射光21中的红(例如中心波长632nm)、绿(例如中心波长532nm)、蓝(例如中心波长473nm)三原色的光会聚到眼球5的晶状体51。对第二光栅阵列142的相位进行调节，第二光栅阵列142与第一光栅阵列132综合作用，将第二入射光61中红(例如中心波长632nm)、绿(例如中心波长532nm)、蓝(例如中心波长473nm)三原色的光会聚到眼球5的晶状体51。第一光栅阵列132可以将微型显示器2发出的第一入射光21聚焦形成图像点源，并使得图像点源位于眼球5的晶状体51处。第二光栅阵列142与第一光栅阵列132综合作用，使得真实场景的第二入射光61最终在眼球5的晶状体51聚焦。

如图3和图4所示，以第一光栅阵列132为例进行说明，第一光栅单元1321设置为椭圆柱结构，第一光栅单元1321含有三个可调节参量，分别为第一光栅单元1321的长度、宽度和高度，即椭圆柱结构的短轴X、长轴Y和高度H。光栅阵列的尺寸和分布均可根据实际需要进行设置。椭圆柱结构的短轴X的尺寸为100nm-400nm，椭圆柱结构的长轴Y的尺寸为300nm-800nm，椭圆柱结构的高度H的尺寸为200nm-500nm，椭圆柱结构的光栅角度在0°-180°旋转变化。第二光栅阵列142与第一光栅阵列132的结构相似，在此不再进行赘述。

需要说明的是，第一基底131的材质和第二基底141的材质均为熔融石英(SiO2)，第一光栅阵列132和第二光栅阵列142的材质均为氧化钛(TiO2)。第一超表面光栅13是由微纳技术对第一基底131加工制成，第二超表面光栅14是由微纳技术对第二基底141加工制成。第一基底131和第二基底141可采用晶圆，可通过采用电子束设备、离子束设备、光刻设备等衍射光栅加工设备来加工晶圆。

本公开实施方式还提供一种近眼显示装置。如图1和图2所示，该近眼显示装置包括微型显示器2和本公开实施方式上面任一项的光波导1，微型显示器2用于提供第一入射光21；光波导1的第一超表面光栅13设于靠近眼球5的一侧，第二超表面光栅14设于靠近真实场景6的一侧，真实场景6用于提供第二入射光61。

下面结合具体的实施例对本公开实施方式所涉及的光波导进行详细说明。

如图1和图2所示，该近眼显示装置包括微型显示器2、偏折元件3和光波导1，微型显示器2所输出的第一入射光21含有虚拟数字图像信息，第一入射光21经偏折元件3反射，后经第一光学表面111进入第一曲面棱镜11内部，透射后到达第二光学表面112，经第二光学表面112全反射到达第三光学表面113，由于第三光学表面113具有半透半反膜，部分第一入射光21反射回第二光学表面112并透射出，由第二光学表面112并透射出的第一入射光21经过第一超表面光栅13，在眼球5的晶状体51聚焦，其中第一位置52为虚拟数字图像信息的成像位置。

来自真实场景6的第一入射光21依次通过第二超表面光栅14、第二曲面棱镜12、第一曲面棱镜11和第一超表面光栅13，在眼球5的晶状体51聚焦，其中真实场景6在眼球5的晶状体51聚焦，并在第二位置53上成像。综上，微型显示器2形成虚拟图像信息与真实场景6一起在眼球5的晶状体51处聚焦，并成像在视网膜上，眼球5可同时观察真实场景6和增强现实图像。

该近眼显示装置可以是AR眼镜，当近眼显示装置为AR眼镜时，除了上述结构之外，还应当包括镜腿4，以便使用者将近眼显示装置佩戴于头部。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种光波导，其特征在于，包括：

第一曲面棱镜，包括第一光学表面、第二光学表面和第三光学表面，所述第二光学表面和所述第三光学表面是自由曲面，所述第三光学表面设有分束膜；

第二曲面棱镜，包括第四光学表面和第五光学表面，所述第四光学表面与所述第三光学表面相互贴合，且位于所述第二光学表面与所述第五光学表面之间；

第一超表面光栅，设于所述第二光学表面；

第二超表面光栅，设于所述第五光学表面；

所述第一光学表面用于将第一入射光透射至第二光学表面上，所述第二光学表面用于将透射后的所述第一入射光全反射至所述第三光学表面上，所述第三光学表面用于将全反射后的第一入射光反射至所述第二光学表面，所述第二光学表面还用于将再次反射后的所述第一入射光透射至外部，所述自由曲面补偿棱镜用于将从所述第五光学表面进入的第二入射光，由所述第二光学表面出射；经过所述第一超表面光栅的所述第一入射光在眼球的第一位置成像，经过所述第一超表面光栅和所述第二超表面光栅的第二入射光在眼球的第二位置成像。

2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第一超表面光栅包括第一基底和第一光栅阵列，所述第一基底贴设于所述第二光学表面上，所述第一光栅阵列位于所述第一基底远离所述第二光学表面的一侧，所述第二超表面光栅包括第二基底和第二光栅阵列，所述第一基底贴设于所述第五光学表面上，所述第二光栅阵列位于所述第二基底远离所述第五光学表面的一侧。

3.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述第一光栅阵列为聚焦透镜，对于任意单波长的所述第一入射光，所述第一光栅阵列的相位分布满足：

其中(x，y)是所述第一光栅阵列上任意位置到中心点的距离，f是所述第一光栅阵列形成聚焦透镜的焦距，λ是所述第一入射光的波长。

4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，所述第二光栅阵列为补偿透镜，对于任意单波长的所述第二入射光，所述第二光栅阵列的相位分布满足：

其中(x₁，y₁)是所述第二光栅阵列上任意位置到中心点的距离，f₁是所述第二光栅阵列形成补偿透镜的焦距，λ₁是所述第二入射光的波长。

5.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述第一光栅阵列和所述第二光栅阵列包括多个周期性排列的光栅单元，所述第一光栅阵列和所述第二光栅阵列的光栅单元的长度、宽度、高度及旋转角度均根据所述第一入射光的相位面分布和所述第二入射光的相位面分布进行调节。

6.根据权利要求5所述的光波导，其特征在于，所述光栅单元的形状为椭圆柱结构，所述光栅单元的短轴的尺寸为100nm-400nm，所述光栅单元的长轴的尺寸为300nm-800nm，所述光栅单元的高度的尺寸为200nm-500nm，所述光栅单元的角度在0°-180°旋转变化。

7.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述第一基底的材质和所述第二基底的材质均为熔融石英，所述第一光栅阵列和所述第二光栅阵列的材质均为氧化钛。

8.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述第二曲面棱镜的第四光学表面与所述第一曲面棱镜的第二光学表面相互粘接在一起。

9.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：

微型显示器，用于提供第一入射光；

权利要求1至8任一项所述的光波导，所述第一超表面光栅设于靠近眼球的一侧，所述第二超表面光栅设于靠近真实场景的一侧，所述真实场景用于提供第二入射光。

10.根据权利要求9所述的近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示装置还包括偏折元件，所述偏折元件用于将微型显示器发出的第一入射光按预设的角度反射至所述第一曲面棱镜的第一光学表面。

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