CN116256836B - 衍射光波导和显示设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种衍射光波导和显示设备。衍射光波导包括波导基板、耦入光栅和耦出光栅。波导基板包括耦入区域和耦出区域。耦入光栅设置于耦入区域，其将输入光耦合到波导基板。耦出光栅设置于耦出区域，其用于使光的至少一部分耦合出波导基板。光线经耦出光栅衍射分出包括沿第一传播方向传播的第一分光的多个分光，第一传播方向和入射到耦出光栅的光线的传播方向相同。耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，镀膜区域内的耦出光栅的表面设有光学膜，耦出区域具有第一边和第二边，非镀膜区域具有第一端和第二端，第一端和第一边重叠，第二端与第二边隔开。沿第一传播方向，非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，宽度方向垂直于第一传播方向。
Description
技术领域
本申请总地涉及微纳光学技术领域，更具体地涉及一种衍射光波导和显示设备。
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。例如AR眼镜是增强现实显示领域的重要媒介之一。衍射光波导是一种可以将光束缚在其内部并使得光向着一定方向传输的器件，其由于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。
例如，衍射光波导可以作为AR眼镜的前端。衍射光波导将带虚拟信息的光传输到人眼在视网膜成像，并且由于光波导良好的透光性，人眼还可以捕捉到真实环境的影像，最终虚拟影像与真实环境影像融合达到增强现实的目的。
其中，耦出光栅则是衍射光波导的必要组成部分之一，光线通过耦出光栅耦出衍射光波导并被投射到人眼。但由于光在衍射光波导内传播时，经过耦出光栅光发生衍射，导致出光、分束，导致光能量快速衰减，可能使得耦出光的非均匀性和效率都较差。
因此，有必要对衍射光波导和显示设备进行改进，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衍射光波导，其包括：
波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域；
耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述耦入区域，所述耦入光栅配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使所述输入光通过全反射在所述波导基板内传播；
耦出光栅，所述耦出光栅设置于所述耦出区域，所述耦出光栅用于使传播到所述耦出光栅中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，由所述耦入光栅发射出来的光线经所述波导基板直接入射或经转折光栅入射到所述耦出光栅，并经所述耦出光栅衍射分出多个分光，所述多个分光包括沿第一传播方向传播的第一分光，其中所述第一传播方向和入射到所述耦出光栅的光线的传播方向相同；
其中，所述耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，位于所述镀膜区域内的所述耦出光栅的表面设置有光学膜，所述耦出区域具有靠近所述耦入区域的第一边和与所述第一边相反的第二边，所述非镀膜区域具有靠近所述耦入区域的第一端和与所述第一端相反的第二端，其中所述第一端和所述第一边重叠，所述第二端与所述第二边隔开，并且沿所述第一传播方向，所述非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，所述宽度方向垂直于所述第一传播方向。
根据本申请的衍射光波导，能够沿远离耦入光栅的方向逐步提高耦出光栅远端的耦出效率，尤其是还补偿了耦出光栅最远端的耦出效率，由此改善了整体的非均匀性。
可选地，所述耦出光栅被平分为沿所述第一传播方向布置的第一半区和第二半区，所述镀膜区域包括位于所述第一半区的第一镀膜区域，所述第一镀膜区域在所述第一半区中占据的面积小于所述第一半区总面积的50%。根据上述设置，能够适当调节耦出光栅近端耦出光的非均匀性。
可选地，所述镀膜区域包括位于所述第二半区的第二镀膜区域，所述第二镀膜区域在所述第二半区中占据的面积大于所述第二半区总面积的50%。根据上述设置，有利于补偿耦出光栅远端的耦出效率。
可选地，所述非镀膜区域构造为倒梯形。由此，能够进一步整体上改善耦出光栅耦出光的非均匀性。
可选地，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的二分之一。
可选地，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的三分之二。
可选地，所述耦出区域具有沿所述第一传播方向延伸且平分所述耦出区域的中线，所述非镀膜区域的位于所述第一端处的边缘到所述中线的距离大于或等于所述第一边尺寸的四分之一。
可选地，所述光学膜的厚度为5~1000nm；并且/或者
所述光学膜的折射率为1.4~4.5。
可选地，所述镀膜区域分为多个镀膜分区，所述镀膜分区的形状是规则的或者不规则的。
可选地，当所述镀膜分区的形状为规则形状时，所述镀膜分区的边界与所述耦出光栅中的光线传播方向平行和/或垂直。
可选地，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸小于或等于所述耦入光栅发射出来的光线的光斑的尺寸。根据上述设置，可以在不影响画质的前提下尽可能的多分区，更好的调控非均匀性和效率。
可选地，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸为1~4mm。
可选地，不同所述镀膜分区的所述光学膜的厚度和/或折射率不同。
可选地，所述耦出区域还分为多个耦出分区，至少部分所述耦出分区中的所述耦出光栅不同，所述耦出分区与所述镀膜分区一一对应。根据上述设置，可以根据不同耦出分区中耦出光栅的结构的特点设计不同的镀膜分区中光学膜的特点，调控的自由度更高。
可选地，所述镀膜分区中的所述光学膜的折射率与对应的所述耦出分区中的所述耦出光栅的折射率不同。
本申请的第二方面提供一种显示设备，其包括上述第一方面所述的衍射光波导。
可选地，所述显示设备为近眼显示设备，所述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。
根据本申请的显示设备具有衍射光波导，因此能够起到与上述第一方面的衍射光波导相类似的技术效果。
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示出了根据本申请的一种实施方式的衍射光波导的示意图；
图2示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅的示意图；
图3示出了根据本申请的一种优选实施方式的衍射光波导的耦出光栅的光路示意图；
图4示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅的示意图，其中镀膜区域进行了分区；
图5a示出了根据本申请的一种实施方式耦出光栅分区的示意图；
图5b示出了根据本申请的一种实施方式镀膜分区与耦出分区对应的示意图；以及
图6示出了根据本申请的另一种实施方式耦出光栅的示意图；
图7示出了根据本申请的一种分区镀膜的优化方法；
图8示出了一种示例性的显示设备的示意图。
附图标记说明：
L1：第一中线 L2：第二中线 D1：第一传播方向
D2：第二传播方向 D3：第三传播方向 100：衍射光波导
101：入射光 102：第一分光 103：第二分光
104：第三分光 110：波导基板 111：第一表面
112：第二表面 113：耦出区域 114：第一边
115：第二边 120：耦入光栅 130：耦出光栅
131：镀膜区域 132：非镀膜区域 133：第一端
134：第二端 135：第一半区 136：第二半区
137：镀膜分区 138：耦出分区 800：显示设备
810：框架 820：镜片 830：光机
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，本申请第一方面提供一种衍射光波导，其包括波导基板、耦入光栅和耦出光栅。波导基板包括耦入区域和耦出区域。耦入光栅设置于耦入区域，耦入光栅配置为将输入光耦合到波导基板中以使输入光通过全反射在波导基板内传播。耦出光栅设置于耦出区域，耦出光栅用于使传播到耦出光栅中的光的至少一部分通过衍射耦合出波导基板，由耦入光栅发射出来的光线经波导基板直接入射或经转折光栅入射到耦出光栅，并经耦出光栅衍射分出多个分光，多个分光包括沿第一传播方传播的第一分光，其中第一传播方向和入射到耦出光栅的光线的传播方向相同。
其中，耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，位于镀膜区域内的耦出光栅的表面设置有光学膜，耦出区域靠近耦入区域的第一边和与第一边相反的第二边，非镀膜区域具有靠近耦入区域的第一端和与第一端相反的第二端，其中第一端和第一边重叠，第二端与第二边隔开，并且沿第一传播方向，非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，宽度方向垂直于第一传播方向。
根据本申请的衍射光波导，能够沿远离耦入光栅的方向逐步提高耦出光栅远端的耦出效率，尤其是还补偿了耦出光栅最远端的耦出效率，由此改善了整体的非均匀性。
下面将参考附图1至图6对本申请的衍射光波导100及显示设备800进行描述，在不冲突的前提下，本申请的各个实施例的特征可以相互结合。
本申请提供一种用于光学扩瞳的衍射光波导100，其中，图1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100的一示例，即衍射光波导100。如图1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111和第二表面112。其中，第一表面111和第二表面112相背，其中第一表面111可以是指的具有该波导基板110的显示设备800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111和第二表面112大体平行的方向中传播光。
可选地，波导基板110的形状可以是任意适合的形状，例如其可以为矩形、哑铃型或蝶形等。波导基板110的厚度可以采用任意适合的厚度，例如波导基板110的厚度大于或等于0.4mm，且小于或等于2mm，该厚度范围的波导基板110既可以提供好的光学特性，又不会过于厚重，影响用户的使用体验。值得一提的是，波导基板110的厚度可以是指的波导基板110在与第一表面111和第二表面112大体垂直的方向上的尺寸。
可选地，波导基板110包括耦入区域和耦出区域113。本申请的衍射光波导100还包括耦入光栅120和耦出光栅130。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111，也可以位于不同的侧，即分别位于第一表面111和第二表面112。
其中，耦入光栅120设置在波导基板110之上或之中并位于耦入区域，其配置为将输入光耦合到波导基板110中以使之通过全反射在波导基板110内传播，以将光向耦出光栅130传播。
耦入光栅120可以是一维光栅，例如直线型光栅（也可以称为直齿光栅），或者也可以是斜齿光栅、非闪耀光栅等其他适合类型的光栅，或耦入光栅120也可以为超表面耦入（metasurface）结构，在一些示例中，耦入光栅120为一维光栅、二维光栅、或者，由光栅矢量不同的两个光栅拼接而成。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的表面或其内部制作光栅，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。可选地，耦入光栅120的周期可以为350nm-600nm，或者其他适合的周期长度。
耦出光栅130设置在波导基板110之上或之中，且耦出光栅130位于上述耦出区域113。耦出光栅130用于使传播到其中的光的至少一部分通过衍射耦合出波导基板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的光例如为投影仪投射的图像光时，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，耦出光栅130在接收到来自耦入光栅120的较细的入射光101束之后，通过在平面内的两个方向上不断衍射扩展光束并同时部分地将光从波导基板110中耦出，实现在平面内扩展光瞳的作用，使得观察者能够在较大的视窗EB（eyebox）内观察到入射光101束所携带的显示信息。
其中，由耦入光栅120发射出来的光线经波导基板110直接入射或经转折光栅入射到耦出光栅130，并经耦出光栅130衍射分出多个分光。例如图3所示的第一分光102、第二分光103和第三分光104。第一分光102沿第一传播方向D1传播，第二分光103沿第二传播方向D2传播，第三分光104沿第三传播方向D3传播。其中第一传播方向D1和入射到耦出光栅130的光线的传播方向相同，第二传播方向D2与第一传播方向D1交叉，第三传播方向D3与第一传播方向D1交叉。第二传播方向D2与第三传播方向D3可以是对称的。第一传播方向D1是主要光路，第二传播方向D2和第三传播方向D3是次要光路。光线在上述三个传播方向传播的过程中从耦出光栅130中耦出，进而传递到人眼中。
一些实施例中，耦出光栅130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。
耦出光栅130可以包括二维光栅，二维光栅结构包括多个二维周期性结构，二维光栅的二维周期性结构的形状可以是多边形，例如四边形、五边形、六边形以及其它多边形等，也可以是三角形或勒洛三角形等。值得一提的是，本申请所示意的各种光栅的形状为其在与光波导的表面（也即是指设置有耦出光栅130或耦入光栅120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。
进一步地，参考图2和图6，耦出区域113的靠近耦入区域的边称之为第一边114，耦出区域113的远离耦入区域且与第一边114相反的边称之为第二边115。
耦出区域113包括镀膜区域131和非镀膜区域132，位于镀膜区域131内的耦出光栅130的表面设置有光学膜，该光学膜可以改善耦出光栅130的耦出效率。该光学膜的厚度可以为5~1000nm。该光学膜的折射率为1.4~4.5。不同折射率可以通过使用不同材质的光学膜来达成。
非镀膜区域132具有靠近耦入区域的第一端133和与第一端133相反的第二端134，其中第一端133和第一边114重叠，第二端134与第二边115隔开。并且沿第一传播方向D1，非镀膜区域132的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，宽度方向垂直于第一传播方向D1。换言之，镀膜区域131的沿宽度方向的尺寸逐渐增大。
沿着第一传播方向D1，光线的能量会出现快速衰减。由于光学膜能够改善耦出光栅130的耦出效率，上述的将镀膜区域131的范围或面积沿着光线能量衰减的方向逐渐变大，可以对光线能量衰减较大区域的耦出效率进行补偿，平衡了各个位置耦出光的能量分布，改善了非均匀性。
作为一种可选实施方式，为了能进一步整体上改善耦出光栅130耦出光的非均匀性，非镀膜区域132构造为倒梯形。例如参考图2，非镀膜区域132的倒梯形的下底与第一边114重合，上底位于第一边114和第二边115之间且与第二边115间隔开。
作为另一种可选实施方式，非镀膜区域132可以构造成第一端133宽而第二端134窄的其它形状，诸如图5b中所示的非镀膜区域132的宽度沿第一传播方向D1以台阶方式变窄。
作为又一种可选实施方式，参考图6，其中非镀膜区域132除了满足上述的非镀膜区域132的宽度沿第一传播方向D1逐渐减小的条件之外，其余条件可以不规则。即，非镀膜区域132可以仅在大趋势上满足宽度沿第一传播方向D1变窄。
可选地，第一端133与第二端134之间的距离大于或等于耦出区域113沿第一传播方向D1的尺寸的二分之一。优选地，第一端133与第二端134之间的距离大于或等于耦出区域113沿第一传播方向D1的尺寸的三分之二。在上述的尺寸范围内，光线能量衰减的幅度较大，对这部分区域镀膜能够有效补偿耦出效率。
参考图2和图4，耦出区域113或耦出光栅130具有第一中线L1，第一中线L1沿第一传播方向D1延伸，以在宽度方向上平分耦出区域113。非镀膜区域132的位于第一端133处的边缘到中线的距离大于或等于第一边114尺寸的四分之一。在上述尺寸范围内，沿第二传播方向D2和第三传播方向D3传播的光线能量衰减较高，对这部分区域镀膜能够有效补偿耦出效率。
耦出区域113或耦出光栅130具有第二中线L2，第二中线L2沿垂直于第一传播方向D1的方向延伸。或者说第二中线L2沿宽度方向延伸，将耦出光栅130平分成第一半区135和第二半区136，第一半区135和第二半区136沿第一传播方向D1布置。镀膜区域131包括位于第一半区135的第一镀膜区域131和位于第二半区136的第二镀膜区。其中，第一镀膜区域131在第一半区135中占据的面积小于第一半区135总面积的50%，第二镀膜区域131在第二半区136中占据的面积大于第二半区136总面积的50%。根据上述设置，有利于补偿耦出光栅130远端的耦出效率。
参考图4、图5b和图6，镀膜区域131可以分为多个镀膜分区137。其中，不同镀膜分区137的光学膜的厚度可以不同。不同镀膜分区137的光学膜的折射率也可以不同。由此，可以根据不同分区的耦出效率的需求，自由设计光学膜的特点，进而整体上改善非均匀性。其中，镀膜分区137可以具有规则的形状。
示例性地，如图4中示出的分区边界与光线的传播方向平行和/或垂直，例如图4中第一中线L1一侧的分区具有与第二传播方向D2平行和垂直的边界，即该侧分区可以形成平行四边形；第一中线L1另一侧的分区具有与第三传播方向D3平行和垂直的边界，即该侧分区可以形成平行四边形；第二端134和第二边115之间的分区具有与第一传播方向D1垂直的边界。
或者，如图5b中示出的，镀膜分区137可以是规则排列的矩形或方形。
再或者，如图6中示出的，镀膜分区137可以是不规则的形状。
进一步地，为了在不影响画质的前提下尽可能的多分区，更好的调控非均匀性和效率，需要限制分区的尺寸，例如需要镀膜分区137的尺寸小于或等于耦入光栅120发射出来的光线的光斑的尺寸。即，沿垂直于耦出光栅130中的光线传播方向的方向，镀膜分区137的尺寸小于或等于耦入光栅120发射出来的光线的光斑的尺寸。优选地，沿垂直于耦出光栅130中的光线传播方向的方向，镀膜分区137的尺寸为1~4mm。
示例性地，结合参考图3和图4，在倒梯形非镀膜区域132的两侧，上述的沿垂直于耦出光栅130中的光线传播方向的方向指的是垂直于第二传播方向D2或垂直于第三传播方向D3。在倒梯形的非镀膜区域132的第二端134和第二边115之间且靠近第一中线L1的部分，上述的沿垂直于耦出光栅130中的光线传播方向的方向可以指垂直于第一传播方向D1。
作为一种实现方式，参考图5a，耦出区域113还分为多个耦出分区138，可以在不同的耦出分区138设置不同的耦出光栅130。这样可以通过不同耦出光栅130的微结构优化来调节非均匀性。优选地，参考图5a和图5b，耦出分区138与镀膜分区137一一对应。由此，在对耦出分区138中光栅结构设计的基础上，叠加不同镀膜分区137的设计，大大提高了调控的自由度，尤其是可以根据不同耦出分区138中耦出光栅130的结构的特点设计不同的镀膜分区137中光学膜的特点，进一步改善了整体上的耦出效率和非均匀性。
其中，镀膜分区137中的光学膜的折射率与对应的耦出分区138中的耦出光栅130的折射率不同。
下面将结合图5a、图5b和图7介绍本申请的一种分区镀膜的优化方法。参考图7，首先设置波导的耦出区域面积，确定镀膜区域和非镀膜区域。之后执行S1划分耦出区域的分区数i，例如图5a和图5b中沿从一侧到另一侧的方向逐个并逐行排序，第i个分区中的关键参数包含光栅结构，深度，膜层折射率，镀膜厚度。
之后执行S2对第i块分区中的上述参数进行优化，即改变第i个分区中的关键参数包含光栅结构，深度，膜层折射率，镀膜厚度中的至少一个。
之后执行S3通过仿真得到波导耦出效率和均匀性。示例性地，对AR波导采用RCWA、
FDTD进行仿真，则得到Eyebox内光能量分布，对Eyebox区域按照瞳孔尺寸进行划分，形成u
个区域，第u块区域中光功率为Qu，其中Qumax和Qumin分别为Qu的最大值和最小值，则Eyebox中
光能分布非均匀性为。若耦入端前入射光能量为Ein，Eyebox内总能量
为EE，则波导耦合效率为r=EE/Ein。并且，每进行一次仿真模拟，计数执行了一次优化循环。
之后判断是否达到优化目标，如上述的耦合效率为r和非均匀性为γ是否达到优化目标。若已达到优化目标，则结束当前优化过程。若没有达到优化目标，则判断是否已经达到预设的优化循环次数，若是，则返回S1并改变i的数量继续进行循环，若否，则返回S3改变第i块分区中的关键参数，直至达到优化目标。
另一方面，如图8所示，本申请还提供一种显示设备800，该显示设备800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800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可以为近眼显示设备800，其可以包括：镜片820和用于将所述镜片820保持为靠近眼睛的框架810，所述镜片820包括所述衍射光波导100。
在一些示例中，如图8所示，显示设备800还可以包括光机830，可选地，该光机830可以将图像光向衍射光波导100投射，例如向衍射光波导100的耦入光栅120所在区域进行投射，其中光机830可以为激光束扫描仪（Laser Beam Scanning，LBS）、数字光处理（Digital Light Procession，DLP）、数字微镜器件（Digital Micromirror Device，DMD）、硅基液晶（Liquid Crystal On Silicon，LCOS）、微机电系统（Micro Electro MechanicalSystem，MEMS）、有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，OLED）、MicroLED光机830等微型显示器，该光机830出射的光线为可见光。
进一步，显示设备800还可以包括驱动装置，驱动装置用于驱动光机830将图像光向衍射光波导100的耦入光栅120投射，其中驱动装置可以包括驱动电路，驱动电路可以包括MOS管、电容、电阻或者其他适合的元器件，显示设备800还可以包括控制器，控制器可以电连接驱动电路，经由控制器控制驱动装置驱动光机830将图像光向衍射光波导100的耦入光栅120投射。
可选地，耦入区域的面积可以大于或等于光机830投射到耦入区域的光的光斑面积。可选地，光机830投射的图像光的光轴垂直于衍射光波导100的波导基板110的表面，以保证最终成像的质量。
光机830投射向衍射光波导100的光（例如图像光）经耦入光栅120耦合至波导基板110内全反射至耦出，经耦出光栅130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机830所投射的图像。
在一些实施例中，显示设备800为增强现实显示设备800或虚拟现实显示设备800，其中，增强现实显示设备800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 (17)
1.一种衍射光波导，其特征在于，包括：
波导基板，所述波导基板包括耦入区域和耦出区域；
耦入光栅，所述耦入光栅设置于所述耦入区域，所述耦入光栅配置为将输入光耦合到所述波导基板中以使所述输入光通过全反射在所述波导基板内传播；
耦出光栅，所述耦出光栅设置于所述耦出区域，所述耦出光栅用于使传播到所述耦出光栅中的光的至少一部分通过衍射耦合出所述波导基板，由所述耦入光栅发射出来的光线经所述波导基板直接入射或经转折光栅入射到所述耦出光栅，并经所述耦出光栅衍射分出多个分光，所述多个分光包括沿第一传播方向传播的第一分光，其中所述第一传播方向和入射到所述耦出光栅的光线的传播方向相同；
其中，所述耦出区域包括镀膜区域和非镀膜区域，位于所述镀膜区域内的所述耦出光栅的表面设置有光学膜，所述耦出区域具有靠近所述耦入区域的第一边和与所述第一边相反的第二边，所述非镀膜区域具有靠近所述耦入区域的第一端和与所述第一端相反的第二端，其中所述第一端和所述第一边重叠，所述第二端与所述第二边隔开，并且沿所述第一传播方向，所述非镀膜区域的沿宽度方向的尺寸逐渐减小，所述宽度方向垂直于所述第一传播方向。
2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出光栅被平分为沿所述第一传播方向布置的第一半区和第二半区，所述镀膜区域包括位于所述第一半区的第一镀膜区域，所述第一镀膜区域在所述第一半区中占据的面积小于所述第一半区总面积的50%。
3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述镀膜区域包括位于所述第二半区的第二镀膜区域，所述第二镀膜区域在所述第二半区中占据的面积大于所述第二半区总面积的50%。
4.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述非镀膜区域构造为倒梯形。
5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的二分之一。
6.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一端与所述第二端之间的距离大于或等于所述耦出区域沿所述第一传播方向的尺寸的三分之二。
7.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出区域具有沿所述第一传播方向延伸且平分所述耦出区域的中线，所述非镀膜区域的位于所述第一端处的边缘到所述中线的距离大于或等于所述第一边尺寸的四分之一。
8.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，
所述光学膜的厚度为5~1000nm；并且/或者
所述光学膜的折射率为1.4~4.5。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，所述镀膜区域分为多个镀膜分区，所述镀膜分区的形状是规则的或者不规则的。
10.根据权利要求9所述的衍射光波导，其特征在于，当所述镀膜分区的形状为规则形状时，所述镀膜分区的边界与所述耦出光栅中的光线传播方向平行和/或垂直。
11.根据权利要求9所述的衍射光波导，其特征在于，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸小于或等于所述耦入光栅发射出来的光线的光斑的尺寸。
12.根据权利要求9所述的衍射光波导，其特征在于，沿垂直于所述耦出光栅中的光线传播方向的方向，所述镀膜分区的尺寸为1~4mm。
13.根据权利要求9所述的衍射光波导，其特征在于，不同所述镀膜分区的所述光学膜的厚度和/或折射率不同。
14.根据权利要求9所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦出区域还分为多个耦出分区，至少部分所述耦出分区中的所述耦出光栅不同，所述耦出分区与所述镀膜分区一一对应。
15.根据权利要求14所述的衍射光波导，其特征在于，所述镀膜分区中的所述光学膜的折射率与对应的所述耦出分区中的所述耦出光栅的折射率不同。
16.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-15中任一项所述的衍射光波导。
17.根据权利要求16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，所述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。
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