CN116679457B - 一种衍射光波导 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个耦入区域分别分布在耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，第一侧至少设置一个耦入区域，第二侧至少设置两个耦入区域；设置在第二侧的耦入区域位于耦出区域的第一中轴线的两侧；每个耦入区域内设置有耦入光栅，耦入光栅包括一维光栅；耦出区域内设置有耦出光栅，耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅。本申请将耦入区域分散排布在耦出区域两侧，调整衍射光波导对应的图像的RGB能量分布，优化颜色分布的均匀性，使得RGB能量更高的部分各自叠合，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题。

Description

一种衍射光波导

技术领域

本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种衍射光波导。

背景技术

增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，AR显示系统通常包括微型投影仪和光学显示屏，微型投影仪为AR显示系统提供虚拟内容，该虚拟内容通过光学显示屏投射到人眼中，光学显示屏通常是透明的光学部件，这样可以使得用户可以透过光学显示屏同时看到真实世界。

图1为现有技术中的一种衍射光波导的结构示意图；图2为图1中衍射光波导对应的图像的RGB能量分布图。现有技术当中，衍射光波导采用光栅耦入和光栅耦出，由于光栅对波长敏感，不同波长的光在波导内部的全反射角度不同，导致在耦出区域不同波长的光线的耦出密度不同，从而从耦出进入人眼的图像呈现出RGB三色的分布具有极大的差异，通常长波和短波对应的图像亮点分布正好相反。为了解决该问题，行业内做法是采用多层波导，分别对RGB三色进行传输，RGB三色在多层波导各自的耦出区域耦出后再合为白光进入人眼。

但是多层波导的厚度较厚大大地增加了整体波导的重量，非常不便于作为眼镜佩戴。对于可穿戴设备，消费者往往需求更轻更薄的眼镜设备，从而获得更好的穿戴体验。因此，单片波导具有其轻薄化、低成本的优势。相对地，单片波导若采用单个耦入光栅对RGB三色进行作用，受限于材料的折射率，耦入波导的波长范围有限，业内通常采用多个耦入光栅分别耦入不同波段的光线。结合图1-图2所示，其中，图1中，20为耦入光栅，30为转折光栅，40为耦出光栅；图2中横坐标为视场角（Field of View，FOV），纵坐标为RGB光线的衍射效率。通常采用多个耦入光栅20，设置多个耦入光栅20位于耦出光栅40的一侧，且多个耦入光栅20沿一直线间隔排列，如图1所示。当多个耦入光栅20沿一直线间隔排列，结合RGB光线的耦入都位于耦出的单侧的波导对应的图像的RGB能量分布图2所示，可以看到R、G、B光的能量分别集中在观察视角的左侧、中侧和右侧，对应到成像图片就会呈现为从红光R、绿光G再到蓝光B的颜色过度，出现白平衡的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种衍射光波导，采用至少三个耦入区域，并且将耦入区域分散排布在耦出区域两侧，调整衍射光波导对应的图像的RGB能量分布，优化颜色分布的均匀性，使得RGB能量更高的部分各自叠合，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题，从而提高衍射光波导的视觉成像效果。

本发明实施例提供了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在所述波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个所述耦入区域分别分布在所述耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，所述第一侧至少设置一个所述耦入区域，所述第二侧至少设置两个所述耦入区域；设置在所述第二侧的所述耦入区域位于所述耦出区域的第一中轴线的两侧；每个所述耦入区域内设置有耦入光栅，所述耦入光栅包括一维光栅；所述耦出区域内设置有耦出光栅，所述耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅；所述耦出区域的第一中轴线平行于所述第一侧指向所述第二侧的方向；所述第一侧设置为蓝光耦入区域或红光耦入区域，以调制各区域的能量分布。

本发明公开了一种衍射光波导，包括波导基底和设置在波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个耦入区域分别分布在耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，第一侧至少设置一个耦入区域，第二侧至少设置两个耦入区域。这种采用多个耦入区域，并且将耦入区域分散排布在耦出区域两侧架构，限定在第一侧的耦入区域为蓝光耦入区域，在第二侧的耦入区域为绿光耦入区域和红光耦入区域；或者在第一侧的耦入区域为红光耦入区域，在第二侧的耦入区域为绿光耦入区域和蓝光耦入区域，通过限定不同耦入区域不同入射光线，能够调整衍射光波导对应的图像的各色能量分布，提高各色能量分布的一致性，使得合色时各色能量之间能到均衡，避免不同颜色的光线合色时能量差异过大，产生偏色的问题，从而优化颜色分布的均匀性，调制不同区域的能量分布，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题，从而提高衍射光波导的视觉成像效果，相较于现有技术具有意料不到的技术效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中的一种衍射光波导的结构示意图；

图2为图1中衍射光波导对应的图像的RGB能量分布图；

图3是本发明实施例提供的一种衍射光波导的立体结构示意图；

图4为图3提供的衍射光波导对应的图像的RGB能量分布图；

图5为本发明实施例提供的另一种衍射光波导的平面结构示意图；

图6为图3提供的衍射光波导的平面结构示意图；

图7是光线在图5提供的衍射光波导中传播的矢量图；

图8是光线在图6提供的衍射光波导中传播的矢量图；

图9为本发明实施例提供的另一种衍射光波导的平面结构示意图；

图10是光线在图9提供的衍射光波导中传播的矢量图。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

基于背景技术部分提出的问题，本发明提供了多种衍射光波导。图3是本发明实施例提供的一种衍射光波导的立体结构示意图；图4为图3提供的衍射光波导对应的图像的RGB能量分布图，其中，图3中的（a）图为衍射光波导的主视图，图3中的（b）图为衍射光波导的侧视图，图3中的（c）图为衍射光波导的俯视图。

结合图3和图4所示，本发明实施例提供的衍射光波导包括波导基底1和设置在波导基底1上的至少三个耦入区域2和至少一个耦出区域3；多个耦入区域2分别分布在耦出区域3相对的第一侧P1和第二侧P2，其中，第一侧P1至少设置一个耦入区域2，第二侧P2至少设置两个耦入区域2。每个耦入区域2内设置有耦入光栅，耦入光栅包括一维光栅；耦出区域3内设置有耦出光栅，耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅。

可实施地，设置在第一侧P1的耦入区域2的中心线与耦出区域3的第一中轴线L1重合或者偏移；设置在第二侧P2的耦入区域2设置在耦出区域3的第一中轴线L1的两侧，可选地，关于第一中轴线L1对称。

本发明实施例中采用分离的单色光机，单色光机4的数量根据耦入区域2的数量进行设置，多个单色光机4与多个耦入光栅2一一对应设置。这种采用多个耦入区域，并且将耦入区域分散排布在耦出区域两侧架构，能够调整衍射光波导对应的图像的各色能量分布，提高各色能量分布的一致性，使得合色时各色能量之间能到均衡，如图4中的圆圈所示，避免不同颜色的光线合色时能量差异过大，产生偏色的问题，从而优化颜色分布的均匀性，实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题，从而提高衍射光波导的视觉成像效果。

下面列举一些具体的实施例，以说明本发明实施例提供的衍射光波导的结构设计。

图5为本发明实施例提供的另一种衍射光波导的平面结构示意图；图6为图3提供的衍射光波导的平面结构示意图。结合图5和图6所示，以波导基底1所在的平面为参考平面，建立三维直角坐标系XYZ，其中，以耦出区域3的第一中轴线L1所在方向为X轴方向，以耦出区域3的第二中轴线L2所在方向为Y轴方向，以波导基底1所在的平面的法线方向为Z轴方向。

本发明实施例在耦出区域3的第一侧P1设置一个耦入区域2，第二侧P2设置两个耦入区域2为例进行说明，需要说明的是，耦出区域3的第一侧P1和第二侧P2也可以是图中沿Y方向的耦出区域3的上下侧面，该中结构设计与本发明实施例提供的耦入区域2的设置具有相同的技术效果，本发明实施例不再一一列举说明。可实施地，三个耦入区域为蓝光耦入区域、绿光耦入区域和红光耦入区域，其中，蓝光耦入区域和红光耦入区域分别位于耦出区域相对的两侧。

作为一个示例，结合图5和图6所示，衍射光波导包括三个耦入区域2和一个耦出区域3，设置在第一侧P1的耦入区域2为蓝光耦入区域B，设置在第二侧P2的耦入区域2为绿光耦入区域G和红光耦入区域R。红光耦入区域R和绿光耦入区域G分别位于耦出区域3在X方向上第一中轴线L1的两侧，蓝光耦入区域B可偏离该第一中轴线L1设置，也可以该第一中轴线L1为对称轴设置。可选的，红光耦入区域R和绿光耦入区域G关于该第一中轴线L1对称设置。

需要说明的是，在其他实施例中，还可以设置在第一侧P1的耦入区域2为红光耦入区域R，设置在第二侧P2的耦入区域2为绿光耦入区域G和蓝光耦入区域B，该耦入区域的设置与图5和图6具体相似的效果，本发明实施例仅以图5和图6所示的耦入区域的设计为例进行说明。

进一步地，在耦入区域偏离耦出区域的中轴线设置时，为了使得光线经过该耦入区域耦入波导基底并传输至耦出区域后能够更均匀的覆盖耦出区域，可以设置光线倾斜入射至该耦入区域。而且，随耦入区域偏离耦出区域的中轴线的距离增大，光线的入射角增大。其中，光线的入射角为光线与波导表面法线的夹角。

在本发明的实施例中，三个耦入区域的耦入光栅的方向可以相同。三个耦入区域的耦入光栅的方向也可以至少有两个不同。本发明实施例中耦入光栅的方向定义为光栅矢量的方向。

图7是光线在图5提供的衍射光波导中传播的矢量图。结合图5和图7所示，作为一个示例，蓝光耦入区域单独设置，绿光耦入区域与红光耦入区域同侧设置，三个耦入区域的耦入光栅均为一维光栅且方向相同，均为X轴方向。三个耦入区域均偏离耦出区域的中轴线设置，则红光、绿光、蓝光分别倾斜入射各自对应的耦入区域，且入射角分别为θ_R、θ_G、θ_B。为了使得耦出得到较好的亮度均匀性与颜色均匀性，耦出光栅可设置为二维光栅。具体的光线传输原理，以蓝光为例，由于倾斜入射，所以蓝光耦入波导基底1后，并不是沿X轴负方向传播，而是沿着自X轴负方向向Y轴负方向偏转一定角度的方向传输，到达耦出区域3后，一部分能量在耦出光栅的作用下耦出，另一部分偏转沿Y轴负方向传播实现扩瞳，在与耦出光栅再次作用后被耦出，此时耦出区域3同时实现扩瞳和耦出的功能。绿光与红光的传输原理类似。

需要说明的是，由于光线倾斜入射使得光线的波矢发生改变，为了光线有效地扩瞳和耦出，光线入射的角度、各个耦入区域的耦入光栅周期、方向以及耦出区域的耦出光栅周期与方向需满足光线耦出条件。此时，耦入光栅与耦出光栅的光栅矢量之和不为零。下面以图5所示的衍射光波导架构以及其所对应的图7所示的光线传输的矢量图为例进行说明。

设置蓝光耦入区域B内蓝光耦入光栅的光栅矢量为KinB；绿光耦入区域G内绿光耦入光栅的光栅矢量为KinG；红光耦入区域R内红光耦入光栅的光栅矢量为KinR。耦出区域3内耦出光栅为二维光栅，光栅矢量包括：Kout1、Kout2、Kout3。结合图7中（a）、（b）、（c）图所示，红光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsR，绿光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsG，蓝光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsB。

其中，；/>；/>。λ_R为红光的中心波长，λ_G为绿光的中心波长，λ_B为蓝光的中心波长。

结合图7中（a）图所示，对于红光满足光线耦出条件：

KsR+KinR+Kout2=0，即：，/>；其中，T_inR为红光耦入光栅的光栅周期，γ为耦出光栅的光栅矢量Kout2的方向与X轴的夹角，T_out2为该光栅矢量Kout2对应的光栅周期。

结合图7中（b）图所示，对于绿光满足光线耦出条件：

KsG+KinG+Kout1=0，即：，/>，其中，T_inG为绿光耦入光栅的光栅周期，β为耦出光栅的光栅矢量Kout1的方向与X轴的夹角，T_out1该光栅矢量Kout1对应的光栅周期。

结合图7中（c）图所示，对于蓝光满足光线耦出条件：

KsB+KinB+Kout1=0，即：，/>；其中，T_inB为蓝光耦入光栅的光栅周期。

其中，光线倾斜入射的角度可调，配合适当的耦入光栅周期与方向以及耦出光栅周期与方向，将不同颜色的光线分别耦入波导基底以及将不同衍射的光合色耦出。角度的范围满足：。Fov_x为单色光机沿耦出区域的第一中轴线方向的视场角，即光机X方向视场角，Fov_y为单色光机沿耦出区域的第二中轴线方向的视场角，即光机Y方向视场角。

上述示例中，三个耦入光栅的光栅方向相同，相同的光栅方向更利于光栅制备，尤其是采用纳米压印方式批量生产的场景。可选地，三个耦入光栅的光栅方向和光栅周期均一致，相同的方向与周期，制备工艺更加稳定，尤其是采用电子束直写时能够一次性直写成，更利于光栅参数的一致性。

图8是光线在图6提供的衍射光波导中传播的矢量图。结合图6和图8所示，作为一个示例，蓝光耦入区域单独设置，绿光耦入区域与红光耦入区域同侧设置，三个耦入区域的耦入光栅均为一维光栅且方向各不相同，蓝光耦入光栅的方向为X方向，绿光耦入光栅的方向向Y轴正方向偏转，偏转角度为α_G；红光耦入光栅的方向向Y轴负方向偏转，偏转角度为α_R。绿光耦入区域与红光耦入区域偏离耦出区域的中轴线设置，则红光、绿光分别倾斜入射各自对应的耦入区域，且入射角分别为θ_R、θ_G。蓝光耦入区域以耦出区域的中轴线为对称轴设置，则蓝光垂直入射其对应的耦入区域，入射角θ_B=0°，为了使得耦出得到较好的亮度均匀性与颜色均匀性，耦出光栅可设置为二维光栅。具体的光线传输原理，与图5的示例类似。

需要说明的是，由于光线倾斜入射使得光线的波矢发生改变，为了光线有效地扩瞳和耦出，光线倾斜入射的角度、各个耦入区域的耦入光栅周期、方向以及耦出区域的耦出光栅周期与方向需满足光线耦出条件。此时，对于第二侧设置的两个耦出区域，耦入光栅与耦出光栅的光栅矢量之和不为零。下面以图6所示的衍射光波导架构以及其所对应的图8所示的光线传输的矢量图为例进行说明。

设置蓝光耦入区域B内蓝光耦入光栅的光栅矢量为KinB；绿光耦入区域G内绿光耦入光栅的光栅矢量为KinG；红光耦入区域R内红光耦入光栅的光栅矢量为KinR。三个耦入光栅的方向不一致；耦出区域3内耦出光栅为二维光栅，光栅矢量包括：Kout1、Kout2、Kout3。红光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsR，绿光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsG，T_out1为耦出光栅在X轴方向上的光栅周期。

其中， ；/>。

结合图8中（a）图所示，对于红光满足光线耦出条件：

KsR+KinR+Kout1=0，即：，/>其中，T_inR红光耦入光栅的光栅周期，α_R为红光耦入光栅的光栅矢量方向与X轴的夹角。

结合图8中（b）图所示，对于绿光满足光线耦出条件：

KsG+KinG+Kout1=0，即：，/>；其中，T_inG为绿光耦入光栅的光栅周期，α_G为绿光耦入光栅的光栅矢量方向与X轴的夹角。

结合图8中（c）图所示，对于蓝光满足光线耦出条件：

KinB+Kout1=0，即；，其中，T_inB为蓝光耦入光栅的光栅周期。

其中，红光耦入光栅的方向的偏转角度。

绿光耦入光栅的方向的偏转角度。

上述示例中，通过对耦入区域的排布分布以及倾斜角度、光栅周期与方向等设计，可以调整衍射光波导对应的图像的RGB能量分布，优化颜色分布的均匀性，能够实现更好的颜色显示，解决白平衡的问题。

需要说明的是，本发明实施例中的耦出区域也可采用一种一维光栅，当三个耦入光栅的方向也与耦出光栅相同时，例如水平方向，衍射光波导即可正常工作。但是由于同侧的耦入区域之间存在间隔，会导致这两个耦入区域耦入的光线到达耦出区域时会靠近耦出区域边缘，影响成像亮度均匀性。为了让耦入光线尽可能达到耦出区域的中间位置，本申请在不改变耦入光栅方向的情况下，设置光线倾斜入射，在此基础上，上述示例中，耦出区域优选设置为二维光栅或者多种一维光栅拼接，至少存在两个光栅周期，其中部分周期用于扩瞳，部分周期用于耦出，在耦出区域同时实现扩瞳与耦出，可以实现光线的二维扩瞳，使到达耦出区域3的光线覆盖面积更大，均匀性更好。其中，二维光栅的子单元可以呈矩形或平行四边形的网格分布。

进一步地，本发明实施例还提供了一种在耦入光栅和耦出光栅之间增设转折光栅的方式来优化显示均匀性。

具体地，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的衍射光波导还包括至少一个转折区域，转折区域位于耦入区域和耦出区域之间的光线传播路径上围绕耦入区域设置，用于进一步优化亮度均匀性和颜色均匀性；转折区域内设置有转折光栅，转折光栅包括一维光栅或者二维光栅。

图9为本发明实施例提供的另一种衍射光波导的平面结构示意图。在前述示例的基础上，衍射光波导还包括至少一个转折区域。结合图9所示，衍射光波导包括三个耦入区域2、二个转折区域5和一个耦出区域3，以蓝光耦入区域B单独设置，红光耦入区域R和绿光耦入区域G同侧设置为例进行说明，参考图9，红光耦入区域R和绿光耦入区域G关于耦出区域3在X方向上中轴线对称设置，蓝光耦入区域B与耦出区域3在X轴方向上的第一中轴线L1重合。在红光耦入区域R和绿光耦入区域G的衍射光线的共同传播路径上共用一个第一转折区域51，蓝光耦入区域B的衍射光线的传播路径上单独设置一个第二转折区域52。

在一些实施例中，红光耦入区域R和绿光耦入区域G对应的第一转折区域51和蓝光耦入区域B对应的第二转折区域52可以采用全一维光栅的设计，第一转折区域51内转折光栅为一种一维光栅；第二转折区域52内的转折光栅为一种一维光栅；或者，第二转折区域52内的转折光栅为两种一维光栅拼接。

图10是光线在图9提供的衍射光波导中传播的矢量图。结合图9和图10所示，作为一个示例，蓝光耦入区域单独设置，绿光耦入区域与红光耦入区域同侧设置，三个耦入区域的耦入光栅均为一维光栅且方向相同均为X方向。绿光耦入区域与红光耦入区域偏离耦出区域的中轴线设置，则红光、绿光分别倾斜入射各自对应的耦入区域，且入射角分别为θ_R、θ_G。蓝光耦入区域以耦出区域的中轴线为对称轴设置，则蓝光垂直入射其对应的耦入区域，入射角θ_B=0°，为了使得耦出得到较好的亮度均匀性与颜色均匀性，以及提高工艺的便利性，蓝光扩瞳区域设置两种一维光栅拼接，红绿光扩瞳区域设置一维光栅，耦出光栅可设置为一维光栅。

需要说明的是，由于光线倾斜入射使得光线的波矢发生改变，为了光线有效地扩瞳和耦出，光线倾斜入射的角度、各个耦入区域的耦入光栅周期与方向、转折区域的转折光栅周期与方向以及耦出区域的耦出光栅周期与方向需满足光线耦出条件。此时，耦入光栅、转折光栅与耦出光栅的光栅矢量之和不为零。下面以图9所示的衍射光波导架构以及其所对应的图10所示的光线传输的矢量图为例进行说明。

设置蓝光耦入区域B内蓝光耦入光栅的光栅矢量为KinB；绿光耦入区域G内绿光耦入光栅的光栅矢量为KinG；红光耦入区域R内红光耦入光栅的光栅矢量为KinR。三个耦入光栅的方向一致；耦出区域3内耦出光栅为一维光栅，光栅矢量为Kout，光栅周期为Tout。蓝光扩瞳区域设置两种一维光栅拼接，光栅矢量为Kepeb1、Kepeb2。红绿光扩瞳区域设置一维光栅，光栅矢量为Kepegr，光栅周期为Tepegr。红光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsR，绿光倾斜入射对光线波矢引起的改变为KsG。

结合图10，对于红光满足光线耦出条件：

KsR+KinR+Kepegr+Kout=0，其中，|KinR|=|Kout|、|KsR|=|Kepegr|；

对于绿光满足光线耦出条件：

KsG+KinG+ Kepegr +Kout=0，其中，|KinG|=|Kout|、|KsG|=|Kepegr|；

对于蓝光满足光线耦出条件：

KinB+Kout=0。

即：，/>。

具体的光线传播原理，以蓝光为例，蓝光耦入波导基底1后，由于蓝光垂直入射，所以蓝光沿X轴负方向传播，到达第二转折区域52后，一部分能量在转折光栅的作用下向Y轴正/负方向偏转，实现扩瞳，在与转折光栅再次作用后偏转耦出区域3传播，在耦出区域3实现耦出。以红光R为例，红光R耦入波导基底1后，由于红光倾斜入射，所以红光并不是沿X轴正方向传播，而是自X轴正方向向Y轴负方向偏转一定角度的方向传输，到达第一转折区域51后，一部分能量在转折光栅的作用下向Y轴正方向偏转，实现扩瞳，在与耦出光栅再次作用后被耦出，此时耦出区域3同时实现扩瞳和耦出的功能。绿光的原理类似。

上述实施例中，耦入区域、转折区域以及耦出区域均设置一维光栅，在光栅制备工艺上更加便利，而且全一维光栅架构相较于包括二维光栅的架构更够达到更高的衍射效率。另外，转折区域围绕耦入区域设置，一方面能够更好地对耦入的光线进行扩瞳，另一方面，转折区域在波导基底上的投影覆盖耦入区域在波导基底上的投影，这样设置能够有效减少转折区域和耦入区域在波导基底上的占用面积，有利于光波导系统的小型化。

在上述实施例的基础上，当耦出区域的耦出光栅采用二维耦出时，可以增加一定的预扩瞳区域，可以在原有最小耦出区域尺寸的基础上增加扩瞳区域。由于本发明耦出区域的左右两侧均有耦入光线，因此耦出区域的左右两侧均需要留一定的区域作为预扩瞳区域。

在上述实施例的基础上，结合图5、图6、图9所示，沿耦出区域3的第一中轴线方向（X轴方向），耦出区域3内耦出光栅高度以及占空比可调制。

具体的，考虑到光线自耦入区域2耦入波导基底1后，沿光线传播方向，光线能量逐渐降低，表现在图像中为一侧效率高一侧效率低，为解决该问题，可以调制耦出区域3内耦出光栅高度或占空比来均衡耦出区域3的衍射效率分布。比如，沿X轴方向，设置光栅高度从右到左依次增加，有利于实现亮度的均匀性，同时不会影响图像的白平衡。

在上述实施例的基础上，还可以对各个单色光机输出的红光R、绿光G、蓝光B的光通量进行单独调节，以调节耦出光线亮度的均匀性。

在上述实施例的基础上，还可以将耦入区域内耦入光栅采用闪耀光栅和斜齿光栅或者耦入光栅表面镀膜，以增加耦入效率。

在上述实施例的基础上，当耦出区域的耦出光栅采用二维耦出，二维耦出的光栅单元的形状可以是其它形状，也可以旋转耦出光栅的方向，控制特定耦出的级次效率更高。

在上述实施例的基础上，转折区域的形状可根据实际情况进行调整，以扩大扩瞳衍射的范围，提高扩瞳效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种衍射光波导，其特征在于，包括波导基底和设置在所述波导基底上的至少三个耦入区域和至少一个耦出区域；各个所述耦入区域分别分布在所述耦出区域相对的第一侧和第二侧，其中，所述第一侧至少设置一个所述耦入区域，所述第二侧至少设置两个所述耦入区域；设置在所述第二侧的所述耦入区域位于所述耦出区域的第一中轴线的两侧；每个所述耦入区域内设置有耦入光栅，所述耦入光栅包括一维光栅；所述耦出区域内设置有耦出光栅，所述耦出光栅包括一维光栅或者二维光栅；所述耦出区域的第一中轴线平行于所述第一侧指向所述第二侧的方向；设置在所述第一侧的所述耦入区域包括蓝光耦入区域，设置在所述第二侧的所述耦入区域包括红光耦入区域；或者，设置在所述第一侧的所述耦入区域包括红光耦入区域，设置在所述第二侧的所述耦入区域包括蓝光耦入区域，以使所述红光耦入区域和所述蓝光耦入区域分别位于所述耦出区域相对的第一侧和第二侧，以调制各区域的能量分布；并且光线入射的角度、各所述耦入区域的光栅周期以及所述耦出区域的光栅周期满足光线耦出条件；

其中，对于任一所述耦入区域，在该耦入区域偏离所述第一中轴线设置时，光线倾斜入射至该耦入区域；单色光线倾斜入射的角度θ的角度范围为：

；

其中，为所述单色光线沿所述耦出区域的第一中轴线方向的视场角，/>为所述单色光线沿所述耦出区域的第二中轴线方向的视场角，其中，所述耦出区域的第二中轴线垂直于所述第一侧指向所述第二侧的方向。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一侧设置一个所述耦入区域，所述第二侧设置两个所述耦入区域；设置在所述第一侧的所述耦入区域为蓝光耦入区域，设置在所述第二侧的所述耦入区域为绿光耦入区域和红光耦入区域；或者，设置在所述第一侧的所述耦入区域为红光耦入区域，设置在所述第二侧的所述耦入区域为绿光耦入区域和蓝光耦入区域。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，在所述耦入区域偏离所述第一中轴线设置时，随该耦入区域偏离所述第一中轴线的距离增大，光线的入射角增大。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导，其特征在于，设置在所述第一侧的所述耦入区域的中心线与所述耦出区域的第一中轴线重合；经所述第一侧的所述耦入区域耦入的光线垂直入射至所述波导基底的表面；设置在所述第二侧的所述耦入区域关于所述耦出区域的第一中轴线对称，经所述第二侧的所述耦入区域耦入的光线倾斜入射至所述波导基底的表面。

5.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，三个所述耦入区域内耦入光栅的方向相同。

6.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，至少两个所述耦入区域内耦入光栅的方向不同，各个所述耦入光栅的方向与所述耦出区域的第一中轴线和第二中轴线之间的角度与单色光线倾斜入射的角度正相关。

7.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述衍射光波导还包括至少一个转折区域，所述转折区域位于所述耦入区域和所述耦出区域之间的衍射光线的传播路径上；所述转折区域内设置有转折光栅，所述转折光栅包括一维光栅或者二维光栅。

8.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，在所述第一侧的所述耦入区域的衍射光线的传播路径上围绕所述第一侧的耦入区域设置一个转折区域，在所述第二侧的两个所述耦入区域耦入的衍射光线的传播路径上围绕所述第二侧的两个耦入区域设置一个转折区域。

9.根据权利要求8所述的衍射光波导，其特征在于，三个所述耦入区域内耦入光栅的方向相同，所述转折光栅和所述耦出光栅均为一维光栅；

对于所述第二侧的两个所述耦入区域，该耦入区域内的耦入光栅的光栅矢量与所述转折光栅的光栅矢量以及所述耦出光栅的光栅矢量之和不为零。