CN117420682A - 衍射光波导、显示装置及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种衍射光波导、显示装置和AR眼镜。其中衍射光波导包括：光波导基底，包括耦入区、中继区和耦出区，用于引导光线的传输；耦入光栅位于耦入区，用于将光线耦入光波导基底，并通过光波导基底将光线传输至中继区和/或耦出区；中继光栅位于中继区，包括一维光栅组件，用于将传输至中继区的光线转向，并通过光波导基底将光线传输至耦出区，传输至所述中继区的光线改变传播方向奇数次或偶数次后均能到达耦出区；耦出光栅位于耦出区，用于将传输至耦出区的光线耦出。本发明通过设置中继区，减小耦出区出射光线存在缺角/缺边的可能，使得出射光线更均匀；通过设置一维光栅组件，减少了光线在传输路径上不必要的浪费，增加最终耦出的能量。

Description

衍射光波导、显示装置及AR眼镜

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，特别是涉及衍射光波导、显示装置及AR眼镜。

背景技术

在AR(Augmented reality,增强现实)、MR(Mixed reality,混合现实)领域，相比BB(Bird Bath,半反半透式)、虫眼或离轴反射式、自由曲面棱镜等显示方案，光波导方案更轻薄、眼盒更大，因此有更广阔的应用前景。眼盒指人眼在给定视距下能完整看到所给视场光线的二维区域，即每个视场角的光线均能被观察到的二维区域。

在光波导方案中，相比使用部分透反膜的阵列光波导，衍射光波导生产制备工艺难度更低，在实现二维扩瞳即两个维度的出瞳拓展时不存在栅格状暗条纹，因此更受关注。目前的衍射光波导还需要进一步增大眼盒以适于瞳距不同的用户。

然而，目前的增大眼盒方案会存在光线在非耦出区耦出的问题，会造成能量浪费。

发明内容

基于此，有必要针对光线在非耦出区耦出的问题，提供一种能够降低光线在非耦出区耦出、提高光能利用率的衍射光波导、显示装置及AR眼镜。

第一方面，本发明提供了一种衍射光波导，包括：

光波导基底，光波导基底包括耦入区、中继区和耦出区，用于引导光线的传输；

耦入光栅，位于耦入区，用于将光线耦入光波导基底，并通过光波导基底将光线传输至中继区和/或耦出区；

中继光栅，位于中继区，中继光栅包括一维光栅组件，用于将传输至中继区的光线转向，并通过光波导基底将光线传输至耦出区，传输至中继区的光线改变传播方向奇数次或偶数次后均能到达耦出区；

耦出光栅，位于耦出区，用于将传输至耦出区的光线耦出。

在其中一个实施例中，耦入区和耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，将耦入区的等效中心与耦出区的等效中心的连线的有向方向定义为主方向，与主方向垂直的有向方向定义为法方向；中继区为梯形或带倒角梯形或带圆角梯形，梯形的高平行于主方向，梯形的高和/或所述梯形靠近耦入区的边的长度大于等于耦入区沿着主方向的最长距离，梯形靠近耦出区的边的长度大于等于梯形靠近耦入区的边的长度，梯形可以是对称梯形或非对称梯形。

在其中一个实施例中，耦入区和耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，将耦入区的等效中心与耦出区的等效中心的连线的有向方向定义为主方向，与主方向垂直的有向方向定义为法方向；中继区包括错位的至少两个子图形，错位即中继区的包络线与子图形不重合；子图形的高和/或子图形靠近耦入区的边的长度大于等于耦入区沿着主方向的最长距离，所述子图形靠近耦出区的边的长度大于等于所述子图形靠近耦入区的边的长度。

在其中一个实施例中，主方向与中继区的第三边的夹角以及主方向与中继区的第四边的夹角的绝对值在0°到45°之间。

在其中一个实施例中，耦入区和耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，耦入区的等效中心与耦出区的等效中心的距离在10mm～50mm之间。

在其中一个实施例中，耦入光栅包括一维光栅或二维光栅，耦出光栅包括二维光栅。

在其中一个实施例中，一维光栅组件包括至少两个一维光栅，或一维光栅为二维光栅单元拼接而成的等效一维光栅；至少两个一维光栅的栅线角度不同，或当一维光栅组件包括等效一维光栅时，等效一维光栅的等效栅线角度不同，或当一维光栅组件包括一维光栅、等效一维光栅的二维光栅时，一维光栅的栅线和等效一维光栅的等效栅线角度不同。

在其中一个实施例中，一维光栅组件的一维光栅周期或等效一维光栅的等效一维周期在300nm～600nm之间。

在其中一个实施例中，一维光栅的栅线方向或等效一维光栅的等效栅线方向的法线方向的正方向，为一维光栅或等效一维光栅的法向量，主方向与一维光栅组件中任意法向量夹角的绝对值在110°～130°之间。

在其中一个实施例中，当耦入光栅为一维光栅或等效一维光栅时，一维光栅的栅线方向或等效一维光栅的等效栅线方向的法线方向的正方向，为一维光栅或等效一维光栅的法向量，耦入光栅的法向量平行于主方向。

在其中一个实施例中，中继区与耦出区相连，和/或中继区与耦入区相连，和/或中继区与耦入区和耦出区均相连，和/或中继区为多边形。

在其中一个实施例中，当衍射光波导应用于左眼时，水平方向与主方向之间的夹角在0°～90°之间；当衍射光波导应用于右眼时，水平方向与主方向之间的夹角在90°～180°之间。

在其中一个实施例中，耦入区包括至少一个耦入子分区，任一子分区内可以为一维光栅或等效一维光栅或二维光栅，或没有光栅微结构；和/或中继区包括至少一个中继子分区，任一子分区内可以为一维光栅或等效一维光栅或二维光栅，或没有光栅微结构；和/或耦出区包括至少一个耦出子分区，任一子分区内可以为二维光栅，或没有光栅微结构。

在其中一个实施例中，耦入光栅、中继光栅和耦出光栅包括体全息光栅，和/或，表面浮雕光栅；其中表面浮雕光栅包括直槽浮雕光栅、斜齿浮雕光栅、闪耀浮雕光栅、台阶浮雕光栅以及曲面浮雕光栅，体全息光栅包括卤化银光栅、液晶光栅、液晶聚合物光栅；和/或，耦入光栅、中继光栅和耦出光栅高折射率部分区域的折射率在1.5～2.4之间。

在其中一个实施例中，当所述中继光栅为表面浮雕光栅时，槽深在10nm～1μm之间；当所述中继光栅为全息光栅时，光栅区域的厚度在10nm～1mm之间。

在其中一个实施例中，光波导基底的一侧或两侧，或耦入光栅、中继光栅、耦出光栅远离光波导基底的一侧可以镀有单层或多层介质膜和/或金属膜。

在其中一个实施例中，耦入光栅、中继光栅和耦出光栅位于光波导基底一侧或位于光波导基底的两侧或内部，光波导基底可以为单层光波导基底或光波导基底为多层光波导基底。

第二方面，本发明提供了一种显示装置，显示装置包括：

如第一方面任一种的衍射光波导；

以及光机，用于向衍射光波导发射信号光。

第三方面，本发明提供了一种AR眼镜，AR眼镜包括：

如第二方面任一种的显示装置；

以及眼镜框架，眼镜本体用于支撑显示装置。

上述衍射光波导及AR眼镜，通过在中继区设置一维光栅组件，从而降低光在传播路径上不必要的能量浪费，提升最终耦出区光线的耦出能量和各视场角耦出能量的均匀性。

附图说明

图1(a)为本发明实施例的一种衍射光波导的结构示意图，中继区为梯形；

图1(b)为本发明实施例的另一种衍射光波导的结构示意图，中继区有两个错位的梯形区域设置衍射结构；

图1(c)为本发明实施例的又一种衍射光波导的结构示意图，中继区有两个错位的梯形区域设置衍射结构；

图2为本发明实施例的一维光栅的示意图；

图3(a)为本发明实施例的二维光栅的示意图；

图3(b)为本发明实施例的等效一维光栅的示意图；

图4(a)为本发明实施例的一种一维光栅组件的示意图，中继区的全部区域有光栅结构，光栅的两个子分区法向量不一致；

图4(b)为本发明实施例的另一种一维光栅组件的示意图，中继区有两个梯形区域有光栅结构，两个区域的光栅法向量不一致；

图4(c)为本发明实施例的又一种一维光栅组件的示意图，中继区有两个梯形区域有光栅结构，两个区域的光栅法向量不一致；

图5(a)为本发明实施例中光线从耦入区经中继区的第二光栅传输到耦出区的示意图；

图5(b)为本发明实施例中光线从耦入区经中继区的第一光栅传输到耦出区的示意图；

图5(c)为本发明实施例中的光线从耦入区传输到耦出区的示意图；

图6(a)为本发明实施例的一种确定光线在光波导基底中的传播方向的k空间分析示意图；

图6(b)为当主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角的绝对值为135°时，经第二光栅衍射的光线波矢集合的k空间分析示意图；

图6(c)为当主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角的绝对值为135°时，部分视场光线的传输效果示意图；

图6(d)为本发明实施例的一种确定第二光栅参数的k空间分析示意图；

图6(e)为本发明实施例确定第二光栅参数的一般情况的k空间分析示意图；

图7为本发明实施例的另一种衍射光波导的结构示意图；

图8为本发明实施例的又一种衍射光波导的结构示意图；

图9(a)为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图；

图9(b)为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图；

图10为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图；

图11为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图；

图12为本发明实施例的几种不同微结构的示意图；

图13为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图；

图14为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

为了便于描述，本发明中定义坐标系OXY如下，水平向右为X轴正方向，竖直向下为Y轴正方向，角度终边相对起始边顺时针旋转时角度符号为正，逆时针旋转时角度符号为负。

参阅图1(a)至图1(c)，图2至图4，附图示出了本发明一实施例中的衍射光波导的结构示意图。图1(a)中所示的衍射光波导，包括光波导基底1，光波导基底1包括耦入区10、中继区12和耦出区14，用于引导光线的传输；耦入光栅，位于耦入区10，用于将光线耦入光波导基底1，并通过光波导基底1将光线传输至中继区12和/或耦出区14；中继光栅，位于中继区12；中继光栅包括一维光栅组件，用于将传输至中继区12的光线转向，并通过光波导基底1将光线传输至耦出区14，传输至中继区12的光线改变传播方向奇数次或偶数次后均能到达耦出区14；耦出光栅，位于耦出区14，用于将传输至耦出区14的光线耦出。

耦入区10将自由空间光束转换成在光波导基底1中以全反射形式传输的光束，耦出区14执行逆过程，将以全反射形式传输的光束部分转换为自由空间光束，从而人眼能在较大范围接收到出射光线，即观察到图像。为了减小耦出区出射图像存在缺角/缺边的可能，使得出射图像亮度、和/或色彩更均匀，除了耦入区10、耦出区14，本发明设置了一或多个中间分区，即设置中继区12。全反射形式传输的光线在中继区12被部分地改变传输方向，以新的方向继续以全反射形式的传输。

在本发明的实施例中，耦入区和耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，将耦入区10的等效中心A与耦出区14的等效中心C的连线的有向方向定义为主方向，与主方向垂直的有向方向定义为法方向，法方向可设置为相反的方向，不影响本发明的实施。主方向如图1(a)箭头所示，可以理解，主方向一般与正入射的光线耦入衍射光波导后的传输方向一致，也可根据需求设置为其他入射角光线在衍射光波导内的传输方向。

再次参照图1(a)，在一些实施例中，中继区12为梯形或带倒角梯形或带圆角梯形，中继区12沿着主方向的长度即为梯形的高，梯形的高平行于主方向，梯形的高大于等于耦入区10沿着主方向的最长距离；梯形可以是对称梯形或非对称梯形。

中继区12可以为多边形。可选的，中继区10为四边形，中继区12外轮廓的四个顶点分别为E、F、G、H，中继区12的四条边分别为第一边EH、第二边FG、第三边EF、第四边GH。第一边EH为中继区12靠近耦入区10的边，第二边FG为中继区12靠近耦出区14的边。可选的，第一边EH平行于法方向，第二边FG平行于第一边EH。第一边EH与第二边FG之间的垂直距离为l₁，耦入区10沿着主方向最长的距离为l，可选的，l₁≥l。l₁≥l，可以保证中继光栅能够完整地改变耦入衍射光波导的光斑的传播方向。若l₁小于距离l，则有部分光斑不能被改变方向，影响耦出区耦出光斑的形貌，进而影响耦出图像的亮度和亮度均匀性。可选地，第一边EH的长度l₂≥l。

可选的，可以根据光线的传播路径、耦入区10和耦出区14的等效中心的距离、耦入区10的几何尺寸、耦出区14的几何尺寸确定第一边EH与耦入区10的中心的距离、主方向与第三边EF的夹角-β以及主方向与第四边GH的夹角α，可选的|α|＝|β|，|α|和|β|也可不相等。一般的，|α|和|β|在0°至45°间；进一步可选的，|α|和|β|在0°至20°间。夹角α和β均以主方向为起始边，因此在图1(a)中α为正值，β为负值。

在一些实施例中，耦入区10的等效中心为A，耦出区14的等效中心为C。如前所述，等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置。可选的，当耦入区10为圆形时，A为圆心。可选的，当耦出区14为矩形时，定义耦出区14的四个顶点MNOP，其等效中心C位于其两条对角线的交点。

在一些实施例中，可以利用一个视场的光线传输路径，按对称原则确定中继区12外轮廓的四个顶点EFGH。可选的，可以对更多视场的光线传输路径确定中继区12更精确的外轮廓，可以理解，中继区12可以为对称图形或非对称图形，以及，中继区12可以为多边形等，但本发明不限于此。

由于人眼在眼盒内部分位置接收的视场光线来源于耦出区14的四边形MNOP的顶点M处附近，因此需要保证耦出区14四边形MNOP该顶点M处附近视场光线足量地耦出，即中继区12需要将传输至顶点G附近的光线足量地改变传输方向，使之传输至顶点M附近。通过对中继区12的外轮廓的精确设计，以及对中继区12的中继光栅组件光栅参数例如周期、方位角、槽深、占空比、形状、折射率等的精确设计，可以保证传输光线从顶点G附近足量地传输到顶点M处附近。

结合图1(b)和图1(c)所示，图1(b)为本发明实施例的另一种衍射光波导的结构示意图，中继区有两个错位的梯形区域设置衍射结构。图1(c)为本发明实施例的又一种衍射光波导的结构示意图，中继区有两个错位的梯形区域设置衍射结构。在图1(b)和图1(c)中，虚线区域为中继区，中继区内存在至少两个错位的子图形区。在本发明的一些实施例中，子图形为梯形，子图形区为梯形区。梯形区设置有光栅，虚线为两个错位梯形区的包络线，此时包络线所围图形不是光栅区域的简单叠加。至少两个的错位梯形区可以相连，即不存在间隙，或存在间隙，两个错位梯形也可以分别与耦入区10相连或与耦出区14相连。至少两个错位梯形中的任一个梯形的高大于等于耦入区沿主方向的最大距离l，该梯形靠近耦出区14的底边长度大于等于靠近耦入区的底边长度，靠近耦入区10的底边长度大于等于l。通过对中继区12内光栅组件光栅参数例如周期、方位角、槽深、占空比、形状、折射率等的精确设计，可以保证光线附近足量地传输到耦出区14靠近耦入区10的顶角附近，从而改善人眼观察图像的缺角/缺边问题。

在一些实施例中，位于耦入区10的耦入光栅包括一维光栅和/或二维光栅；位于耦出区14的耦出光栅包括二维光栅。当耦入光栅为一维光栅或等效一维光栅时，一维光栅的栅线方向或等效一维光栅的等效栅线方向的法线方向的正方向，为一维光栅或所述等效一维光栅的法向量，耦入光栅的所述法向量平行于所述主方向，其中正方向指向目标波矢方向。

结合图2所示，图2示出了本发明实施例的一维光栅的示意图。一维光栅对应的微结构在一个方向上以最短间距的周期排布，在图2中，该光栅的周期为p₁。

结合图3(a)和图3(b)所示，图3(a)示出了本发明实施例的二维光栅的示意图。在图3(a)中，二维光栅对应的微结构在两个方向均周期排布，在图3(a)中，光栅周期分别为p₁和p₂。可以理解，虽然图3(a)以椭圆形示意出二维光栅的微结构，但本发明的二维光栅的微结构不限于图示微结构的形状。

如图3(b)所示为等效一维光栅，灰色区域折射率高于空白区域，因此图3(b)中在p₃方向折射率变化幅度大于p₂方向折射率变化幅度。虽然图3(b)所示的光栅结构为二维光栅结构，但是衍射效果与一维光栅的衍射效果类似。此时等效栅线形成等效一维周期p₄。由于p₂和p₃的夹角可能等于或不等于90°，因此p₃可能等于或不等于p₄。

在一些实施例中，一维光栅组件包括至少两个一维光栅，或一维光栅为二维光栅单元拼接而成的等效一维光栅；该至少两个一维光栅的栅线角度不同，或当一维光栅组件包括等效一维光栅时，等效一维光栅的等效栅线角度不同，或当一维光栅组件包括一维光栅、等效一维光栅的二维光栅时，一维光栅的栅线和等效一维光栅的栅线角度不同。

在一些实施例中，如图4(a)所示，为本发明实施例的一种一维光栅组件的示意图，中继区的全部梯形区域有光栅，光栅的两个子分区栅线或等效栅线方向不一致；该中继区12包括一维光栅组件，该一维光栅组件包括第一光栅20、第二光栅22，光栅的两个子分区栅线或等效栅线方向不一致。图4(b)为本发明实施例的另一种一维光栅组件的示意图，中继区有两个梯形区域有光栅结构，两个区域的光栅栅线或等效栅线方向不一致。图4(c)为本发明实施例的又一种一维光栅组件的示意图，中继区有两个梯形区域有光栅结构，两个区域的光栅栅线或等效栅线方向不一致。通过在中继区设置一维光栅组件，该一维光栅组件包括至少两个光栅栅线或光栅等效栅线角度不同的一维光栅或等效一维光栅，则耦入后的光线不会从中继区12中耦出，减少能量浪费，从而提高了光线的能量利用率。

可以理解，通过对各个一维光栅的栅线法线方向的法向量进行设计，可以使得入射中继区12光线的传播方向与该视场光线从中继区12出射时的目标传播方向的夹角的绝对值在40°至80°之间。一维光栅的栅线方向或等效一维光栅的等效栅线方向的法线方向的正方向，为一维光栅或等效一维光栅的法向量，其中正方向指向目标波矢方向。需要说明的是，该视场光线被分为至少两个传输角度出射中继区，其一为该视场光线进入中继区时的传播方向，其二为目标传播方向，目标传播方向用于改善缺角/缺边现象。第一光栅20的法向量k₂₀和第二光栅22的法向量k₂₂参见图6中的有向箭头，法向量平行于对应光栅栅线的法线方向。法向量k₂₀和法向量k₂₂用于连接各个视场角入射光线的波矢集合，即图6中的第二方框64和第四方框68，以及第二方框64和第三方框66。可以理解，虽然光栅栅线的法线方向对应两个相反的方向，但为了说明的目的，本发明中仅取其中一个方向标注法向量以说明夹角。

对入射至中继区12的光线，传播方向改变一次计数一次，未改变传播方向计数零次。在上述夹角设置下，光线在中继区12内改变传播方向偶数次后，光线延续进入中继区12之前的传播方向，可以进入耦出区；光线在中继区12中改变传播方向奇数次时，仍能进入耦出区14，而无需再次通过衍射改变传播方向才能进入耦出区，从而提高了光线的能量利用率，使得耦出能量较高。

在一些实施例中，光栅的法向量平行于等效光栅的等效栅线的法线方向，本发明取连接光线波矢矢量框集合的有向方向。通过对主方向与光栅的法向量的夹角进行设计，可以使得入射中继区12光线的传播方向与该视场光线从中继区12出射时的目标传播方向的夹角的绝对值在40°至80°之间，需要说明的是，与上述其他实施例类似，该视场光线被分为至少两个传播角度出射中继区。

可以理解，在中继光栅为等效一维光栅时，对入射至中继区12的光线，传播方向改变一次计数一次，未改变传播方向计数零次。在上述夹角设置下，光线在中继区12内改变传播方向偶数次后，光线延续进入中继区12之前的传播方向，可以进入耦出区；光线在中继区12中改变传播方向奇数次时，仍能进入耦出区，而无需再次通过衍射改变传播方向才能进入耦出区，从而提高了光线的能量利用率，使得耦出能量较高。

在一些实施例中，利用光栅微结构的设计自由度如占空比、槽深、折射率、倾斜角、形状等可以改善耦出光线的亮度，和/或亮度均匀性，和/或色彩均匀性。通过对耦入区10、中继区12和耦出区14的三片区域的光栅参数联合优化，能够进一步提高对光线的能量利用率，以及亮度均匀性，和/或色彩均匀性。

可选的，耦入区10的等效中心A与耦出区14的等效中心C的距离在10mm～50mm之间。具体的，耦入区10的等效中心A与耦出区14的等效中心C的距离可以为10mm、20mm、30mm、40mm或50mm等等，也可以不是整数。

进一步可选的，中继区12的一维光栅周期在300nm～600nm之间，具体的，用于蓝光单色波导时，中继区12的一维光栅周期在300nm～400nm之间；用于绿光单色波导时，周期在330nm～460nm之间；用于红光单色波导时，周期在400nm～550nm之间；用于其他单色波导如黄光波导等，或彩色波导时，光栅周期相应设置，其中彩色波导指波导中传输的光的波长有多种，例如可以传输红光、绿光、蓝光等，不限于此。当一维光栅为二维光栅单元拼接而成的等效一维光栅时，该二维光栅单元的等效一维周期在300nm～600nm之间，与上述一维光栅周期对应，具体的，等效一维光栅的等效一维周期可以为300nm、400nm、500nm或600nm等等，也可以不是整数。

结合图5所示，图5(a)为本发明实施例中光线从中继区12的第二光栅22传输到耦出区14的示意图。在一些实施例中，以图5(a)中视场为例，图5(a)为本发明实施例中光线从耦入区经中继区12的第二光栅22传输到耦出区14的示意图。在图5(a)中，中继区12的第二光栅22将入射至中继区12的光线从沿θ方向转变至沿-γ方向，并输出至耦出区14。中继区12的第一光栅20起到类似的作用，如图5(b)所示，图5(b)为本发明实施例中光线从耦入区经中继区的第一光栅20传输到耦出区14的示意图。在图5(b)中，中继区12的第一光栅20将入射至第一光栅20的光线从沿-θ方向转变至沿γ方向，并输出至耦出区14。需要说明的是，虽然主方向与图5(a)与图5(b)中光线传播方向的夹角互为相反数，即绝对值相等，但本发明实施例也可以不限于此，即所述中继区12的所述一维光栅组件中的至少两个一维光栅或等效一维光栅，可以通过不对称的视场分析获得，即中继区12的形状可以是不对称的。相比中继区设置为二维光栅情形，一维光栅或等效一维光栅的衍射效率更高，光线不会在中继区耦出造成能量浪费。

在本发明的一些实施例中，充分考虑不同视场光线传输的效果。结合图5(c)所示，对耦入后传播方向为θ的光线，该传输路径在图5(c)中以实线表示，路径末端的光斑也用实线表示，从而中继区12将实线表示的光线传输至耦出区的顶点M附近。可选的，对于视场中不需要转移至耦出区14的顶点M附近的视场的光线，该视场光线的传播路径在图5(c)中以点线表示，路径末端的光斑也用点线表示，从而通过本发明实施例中中继区12的形状、面积设置，使得该点线表示的视场的光线直接从耦入区10传播至耦出区14，从而减少了在中继区12的衍射损耗。

结合图6(a)所示分析光栅的作用和设计原理。图6(a)为确定光线在光波导基底中的传播方向的示意图。在一些实施例中，第一圆圈70为半径为空气折射率的圆，圆内光线无法以全反射形式在基底内传播，仅能在自由空间传播。第二圆圈72表示半径为光波导基底材料折射率的圆，矢量在第一圆圈70和第二圆圈72内的光线能在基底内以全反射形式传播、扩展。第一箭头表示第一光栅20的第一法向量k₂₀，第二箭头表示第二光栅的第二法向量k₂₂。第一方框62表示光机投影的不同视场角光线波矢的集合，可以理解不同视场角光线的波矢为根据产品要求给定的参数；第二方框64表示耦入后的各个视场角光线的波矢集合；第三方框66表示被第二光栅22改变传播方向的各视场角光线的波矢集合，波矢改变量对应第二法向量k₂₂；第四方框68表示被第一光栅20改变传播方向的各视场角光线的波矢集合，波矢改变量对应第二法向量k₂₀。法向量指示波矢集合内所有波矢的改变。

在图6(a)中，第一方框62中第一斜线区域622中视场的光线耦入后转移至第二方框64的第二斜线区域642，传播方向改变，并且传播方向变化仅发生在耦入区10，之后光线传输到中继区12的第二光栅22；之后，转移至第二方框64的第二斜线区域642的光线传播至第二光栅22后，有可能被转移为第三方框66的第三斜线区域662，传播方向改变，并且该传播方向变化仅发生在中继区12，之后光线传播至耦出区14。可以结合图5(a)理解该视场光线的传输过程。

以及，在图6(a)中，第一方框62中第一空白区域624中视场的光线耦入后转移至第二方框64的第二空白区域644，传播方向改变，并且传播方向变化仅发生在耦入区10，之后继续传输到中继区12的第一光栅20；之后，转移至第二方框64的第二空白区域644的光线传播至第一光栅20后，有可能被转移为第四方框68的第四空白区域684，传播方向改变，并且传播方向变化仅发生在中继区12，之后光线传播至耦出区14。可以结合图5(b)理解该视场光线的传输过程。

需要说明的是，第二方框64中的各视场的光线，仅有位于第二斜线区域642的视场的光线在到达中继区12时能被第二光栅22衍射，位于第二空白区域644的视场的光线传播至中继区12时，由于光斑不会落在第二光栅22，无法被第二光栅22衍射，但能被第一光栅20衍射。这种设置可以增大衍射效率。

具体的，在一些实施例中，图6(a)中第一箭头的方向和模值对应第一光栅的第一法向量k₂₀，第二箭头的方向和模值对应第二光栅的第二法向量k₂₂，两个子分区分别将不同的视场转移至新的传播方向。主方向与第一法向量的夹角的绝对值在110°～130°之间，该夹角可以为110°、115°、120°、125°或130°等等，也可以不是整数；主方向与第二法向量的夹角的绝对值在110°～130°之间，具体的，该夹角可以为110°、115°、120°、125°或130°等等，也可以不是整数。需要说明的是，这两个夹角的绝对值可以相同也可以不同，因此此类设置均在本发明的保护范围内。

在本发明的一些实施例中，第一光栅的法向量、第二光栅的法向量与对应箭头方向相同，此处定义需要平移的方向为第一光栅的法向量k₂₀和第二光栅的法向量k₂₂，即起点为第二方框64第二斜线区域642中心，终点为第三方框66第三斜线区域662中心的有向方向k₂₂，和起点为第二方框64第二空白区域644中心，终点为第四方框68第四空白区域684中心的有向方向k₂₀，因此主方向与光栅法向量的夹角的绝对值为钝角(角度叠加360°的整数倍视为同一角度)，可以理解，当使用法向量的相反方向定义时，上述夹角的绝对值为锐角(角度叠加360°的整数倍视为同一角度)，此时可以起到类似的效果，此类设置仍在本发明的保护范围内。

参照图6(b)，图6(b)示出了主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角的绝对值为135°时，经第二光栅衍射的光线波矢集合的k空间分析示意图。此时，经第二光栅作用后的第三方框66内有部分视场光线落在法方向左侧，如斜线区域所示。

如图6(c)所示，图6(c)为当主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角的绝对值为135°时，部分视场光线的传输效果示意图。图6(b)中斜线区域视场光线落入中继区发生奇数次传播方向改变后，将以虚线方向传播，即远离耦出光栅，此时必须再次被中继光栅衍射即偶数次传播方向改变后，才能进入耦出光栅。以及，当主方向与第二光栅法向量k₂₂夹角的绝对值小于等于90°时，会导致部分视场无法在波导内传播。

因此，本申请提供的实施例中，为了减少中继区对入射的光线的衍射次数，从而提高光能利用率，对中继区的一维光栅组件的结构进行了设计，具体的，本申请对主方向与第一光栅和第二光栅的法向量之间的夹角进行了设计，进一步地，主方向与k₂₂或k₂₀夹角的绝对值大于90°小于135°，更进一步地，主方向与k₂₂或k₂₀夹角的绝对值在110°至130°之间。

参照图6(d)，图6(d)为本发明实施例的一种确定第二光栅参数的k空间分析示意图，即在本发明一些实施例中，第二光栅参数变化时产生的效果。具体地，示出了当第二光栅的法向量k₂₂的几种可行的设计，其中主方向与k₂₂的夹角的绝对值从110°变化至130°，可以理解，第一光栅依照相似的原理设计。可选的，主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角的绝对值为110°、120°、130°时，分别用实线、划线和点线表示，经第二光栅作用后的第三方框66分别以实线框663、划线框662、点线框661表示。从而，在此时，在第二光栅作用下的光线可以如图5(a)所示意的耦合到耦出区14。

可以理解，当主方向与第二光栅的法向量k₂₂夹角为时，第二光栅周期或等效周期可设置在耦入光栅一维周期或等效一维周期的/>倍至/>倍之间。

结合图6(e)所示，图6(e)为本发明实施例确定第二光栅参数的一般情况的k空间分析示意图，包括了主方向与水平方向平行或不平行时的情况。可以理解，第一光栅依照相似的原理设计。当对角全视场角为FOV(以弧度表示)时，主方向与第二光栅法向量k₂₂的夹角的最大绝对值满足/>才能满足各视场角传播方向均不超过法方向，即改变传播方向奇数次或偶数次均能传入耦出区的条件。

以上根据图6(b)～图6(e)描述了本发明一些实施例中的第二光栅的设计参数不同时对入射到第二光栅的光线的传播方向的改变效果，可以理解，第一光栅可以根据相似的原理进行设计得出。

结合图7所示，图7示出了本发明一实施例中的衍射光波导的结构示意图，在一些实施例中，中继区12与耦出区14相连，和/或中继区12与耦入区10相连，和/或中继区12与耦入区10和耦出区14均相连，中继区为多边形。

在图7中，通过增大中继区12面积，使中继区12与耦出区14相连。中继区12与耦出区14相连，具体的，可以是中继区12的第二边FG与耦出区14的边PM在同一直线上。可选的，也可使中继区12与耦入区10相连，或与耦入区10和耦出区14均相连。利用中继区12对光线传播方向的转换作用，通过增大中继区12的面积，可以使得通过中继区12进行转换的光线增多，继而增大耦出区14耦出光线在不同眼动位置的均匀性。

结合图8所示，图8示出了本发明一实施例中的另一种衍射光波导的结构示意图，在一些实施例中，中继区12包括一维光栅组件，用于将传输至中继区12的光线转向，并通过光波导基底将光线传输至耦出区14。一维光栅组件包括至少两个光栅栅线或等效栅线角度不同的一维光栅或等效一维光栅，分别为第一光栅20和第二光栅22，该第一光栅20和第二光栅22的栅线或等效栅线角度不同，如图8所示。可选的，中继区12的第一光栅20和第二光栅22与耦出区14相连，在一些实施例中，如图8所示，中继区的第二边FG可以与耦出区的边MP重合，即中继区的顶点F与耦出区的顶点M合为一点F，中继区的顶点G与耦出区的顶点P合为一点G。中继区12中的第二光栅22将传输光线转向，可选的，第二光栅22将传输光线从中继区的顶点H、顶点G附近足量的传输到耦出区的顶点F(M)处附近。第一光栅20同理，可以将传输光线从中继区的顶点E、顶点F附近足量的传输到耦出区的顶点G(P)处附近。在中继区12设置一维光栅组件，得到更高的衍射效率，并且光线不会在中继区12耦出造成能量浪费。

可选的，耦入区10可以为圆形、方形、矩形等形状。耦出区14可以为矩形、圆角矩形等相似形状。中继区12可以为梯形、其他对称或非对称多边形。

耦入区10等效中心与耦出区14等效中心的连线定义为主方向，水平方向定义为0°。对左眼光波导，水平方向与主方向的夹角δ₁可在0°～90°间变化。在一些实施例中，参照图1、图4、图5、图7-图11、图14，附图中示意了针对左眼设计的衍射光波导的结构示意图，可以理解，针对右眼设计的衍射光波导的结构与针对左眼设计的结构成相应水平镜像。即，当针对左眼设计的衍射光波导结构与针对右眼设计的衍射光波导结构位于同一坐标系下时，若针对左眼设计的衍射光波导结构时，水平方向与主方向的夹角为δ₁(δ₁在0°～90°间变化)，针对右眼设计的衍射光波导结构时，水平方向与主方向的夹角为δ₂＝180°-δ₁。

结合图9(a)和图9(b)所示，图9(a)和图9(b)分别示出了本发明实施例中的衍射光波导的结构示意图，在一些实施例中，当衍射光波导应用于左眼时，水平方向与主方向之间的夹角δ₁在0°～90°之间；当衍射光波导应用于右眼时，水平方向与主方向之间的夹角δ₂在90°～180°之间。

具体的，当衍射光波导应用于左眼时，水平方向与主方向之间的夹角δ₁可以为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°或90°等等，也可以不是整数；当衍射光波导应用于右眼时，水平方向与主方向之间的夹角δ₂可以为90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°、170°或180°等等，也可以不是整数。可以理解，当δ₁为0°时，为图1所示的衍射光波导的情况；δ₁为90°时，耦入区10和耦出区14上下垂直设置；当耦入区10置于镜腿位置时，δ₁通常在10°～80°之间。

可以理解，当水平方向和主方向的夹角δ₁并非0°时，缺角风险在耦出区14靠近耦入区10的三个角，如图9(a)中的M、N、P，中继区12的设计要求相应改变。图9(b)示意一种中继区与耦出区相连的方案，此时中继区可以为多边形。

结合图10所示，图10示出了本发明一实施例中的再一种衍射光波导的结构示意图，在一些实施例中，水平方向与主方向的夹角为δ₁，δ₁在0°～90°之间，中继区12的第一边EH和第二边FG与法方向垂直，耦出区14靠近第二边FG的一边PM与法方向垂直。

参照图11，图11示出了发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图。在一些实施例中，耦入区10包括至少一个耦入子分区；和/或中继区12包括至少一个中继子分区；和/或耦出区14包括至少一个耦出子分区。

可选的，子分区沿光栅外轮廓边界的方向划分但不限于此。耦入区10包括第一耦入子分区；中继区12包括第一中继子分区122、第二中继子分区124和第三中继子分区126。可选的，中继区12至少有两块子分区为一维光栅或等效一维光栅；进一步可选的，中继区12的两个子分区的一维光栅或等效一维光栅的栅线角度或等效栅线不同。具体的，第一中继子分区122可设置为一维光栅，第二子分区124设置为一维光栅，两者栅线角度不同。可选的，第三中继子分区126可以设置为一维光栅、等效一维光栅、二维光栅或全反射区即无光栅结构区。可选的，耦出区14包括第一耦出子分区141、第二耦出子分区142、第三耦出子分区143、第四耦出子分区144、第五耦出子分区145、第六耦出子分区146、第七耦出子分区147和第八耦出子分区148。但本发明不限于此。

通过在耦入区10、中继区12和耦出区14内部继续划分出子分区，可以对各视场光线耦出能量有针对性的进行设计，从而使人眼观看图像的亮度更亮、亮度和/或色彩更加均匀。

在上述实施例的基础上，结合图12所示，图示出了为本发明实施例的几种不同微结构的示意图，在一些实施例中，耦入光栅、中继光栅和耦出光栅包括体全息光栅，和/或，表面浮雕结构；其中表面浮雕光栅包括直槽浮雕光栅、斜齿浮雕光栅、闪耀浮雕光栅、台阶浮雕光栅以及曲面浮雕光栅；体全息光栅包括卤化银光栅、液晶光栅、液晶聚合物光栅。

在一些实施例中，一维光栅微结构、二维光栅微结构可以为刻蚀或压印的表面浮雕光栅。如图12所示，微结构的形状包络可以是图12中的(a)图所示的直槽包络、图12中的(b)图所示的斜齿包络、图12中的(c)图所示的闪耀包络、图12中的(d)图所示的台阶包络、图12中的(e)图所示的曲面包络。在一些实施例中，一维光栅微结构、二维光栅微结构可以为曝光或液晶调制得到的折射率变化的体全息光栅，如图12中的(f)图所示。需要说明的是，图中的结构仅示意形状，不依此限定结构参数。

可选的，当中继光栅为表面浮雕光栅时，槽深在10nm～1μm之间，具体的，槽深可以为10nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1μm等等，也可以不是整数；优选的，槽深在20nm～400nm之间。

可选的，当中继光栅为全息光栅时，光栅区域的厚度在10nm～1mm之间，具体的，光栅区域的厚度可以为10nm、20nm、100nm、500nm、1μm、2μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、500μm或1mm等等，也可以不是整数。

可以理解，光栅可表示为周期排列的多个微结构小单元。利用微结构的设计自由度例如对形状、占空比、槽深或折射率的设计等，可使得最终从耦出区14耦出光线的能量分布更均匀，即改善耦出光线的亮度均匀性，和/或色彩均匀性，即人眼观看效果的明暗更均匀。

可以理解，当采用同样的微结构时，该相同的微结构对不同视场光线的衍射效率不同；当采用不同的微结构时，对同一视场光线的衍射效率也会不同。在产品设计中，为保证人眼观看舒适性，通常会要求光波导具有较大眼盒，从而需要较大的耦出区，以使得任一视场光线均会在较大范围耦出至人眼。基于此，本发明在不同位置设置不同的微结构，可使得最终耦出的各视场光线，在不同眼动位置能量较高且能量相对一致。

可选的，在一些实施例中，耦入区10、中继区12和耦出区14可以位于光波导基底一侧或可以位于光波导基底的两侧或内部，光波导基底可以为单层光波导基底或光波导基底为多层光波导基底。参照图13，图中示出了耦入光栅101、中继光栅和耦出光栅140位于光波导基底1一侧的情况。此时耦入光线通过耦入区10的耦入光栅101耦入光波导基底1，光波导基底1将光线传到至中继区12和耦出区14，并通过耦出区14的耦出光栅140将光线耦出。图中示意直槽表面浮雕光栅，但不限于此。图中厚度失真，用以说明原理，但发明不局限于此。

进一步可选的，在一些实施例中，光波导基底1的一侧或两侧，或耦入光栅101、中继光栅和耦出光栅140远离光波导基底1的一侧可以有单层或多层介质膜、金属膜等。

同样，可以理解，光波导基底的两侧也可以镀有单层膜或多层膜。

参照图14，为本发明实施例的再一种衍射光波导的结构示意图。在一些实施例中，光波导基底可以为单层光波导基底或光波导基底为多层光波导基底。图14示出了光波导具有多层基底的情况，具体的，该光波导具有双层基底，在每一层光波导基底上，均包括耦入区10、中继区12和耦出区14，用于引导光线的传输；耦入光栅位于耦入区10，用于将光线耦入光波导基底，并通过光波导基底将光线传输至中继区12和/或耦出区14；中继光栅位于中继区12，中继光栅包括一维光栅组件，用于将传输至中继区12的光线转向，并通过光波导基底将光线传输至耦出区14；耦出光栅位于耦出区14，用于将传输至耦出区14的光线耦出。可选的，基底材料可以是玻璃、树脂、塑料、透明陶瓷等。可选的，每层光波导基底的折射率、厚度可以相同或不同，耦入光栅、中继光栅、耦出光栅结构可以相同或不同，以及耦入光栅、中继光栅、耦出光栅的微结构的材料也可相同或不同。可选的，基底折射率在1～2.4之间，微结构材料的折射率在1～2.4之间。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，显示装置包括：如上任意一种实施例中的衍射光波导；以及光机，用于向衍射光波导发射信号光。可以理解，由于采用了本发明的衍射光波导，本发明的衍射光波导设置了中继区，在中继区设置了中继光栅。其中中继光栅包括一维光栅组件，一维光栅组件包括至少两个光栅栅线或等效栅线角度不同的一维光栅或等效一维光栅，从而降低了中继区光线传输路径上能量的耦出，从而减少能量损失。以及，耦入光栅、中继光栅、耦出光栅可以对光线进行一维扩瞳或二维扩瞳，耦出光栅最终将扩瞳后的光线输出，并投射到人眼中。因此，本发明显示装置的光机可以不用设置为多个，即可保证足够能量的耦出，从而保证人眼观看的亮度；或者在同样的人眼观看亮度下减小光机的输出能量要求；基于同样的原理，本发明有利于装置的轻量化，提高佩戴舒适度。

以及，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种AR眼镜，AR眼镜包括：如上任意一种实施例中的显示装置，以及眼镜框架；眼镜框架用于支撑显示装置。其中眼镜框架可以使得显示装置佩戴到用户的头上，从而可以观看到显示装置耦出的光信号。

综上所述，本发明提供了一种衍射光波导、显示装置和AR眼镜。其中衍射光波导包括：光波导基底，光波导基底包括耦入区、中继区和耦出区，用于引导光线的传输；耦入光栅，位于耦入区，用于将光线耦入光波导基底，并通过光波导基底将光线传输至中继区和/或耦出区；中继光栅，位于中继区，中继光栅包括一维光栅组件，用于将传输至中继区的光线转向，并通过光波导基底将光线传输至耦出区，但不对全部耦入后的光线产生传输路径变换作用；耦出光栅，位于耦出区，用于将传输至耦出区的光线耦出。通过设置中继区，减小耦出区出射图像存在缺角/缺边的可能，使得出射图像亮度和/或色彩更均匀；通过设置一维光栅组件，减少了光线在传输路径上不必要的浪费，增加最终耦出的能量；通过设计中继区的形状和面积，可进一步提高各视场光线在不同位置的耦出能量。因此，本发明提供了的衍射光波导、显示装置和AR眼镜，可以在不引入额外光机、不增大镜片面积、不增加工艺复杂性的情况下，通过精细设置中继区，降低光在传播路径上不必要的能量浪费，提升最终耦出区光线的耦出能量和各视场角耦出能量的均匀性，提升人眼观看亮度，或者在同样的人眼观看亮度下减小光机的输出能量要求以及提升人眼观看舒适度。以及，在保证观看效果的情况下减小了光栅的无效加工面积、降低制造成本。通过对耦入区、中继区和耦出区划分子区域，进一步的提升了均匀性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (19)

1.一种衍射光波导，其特征在于，所述衍射光波导包括：

光波导基底，所述光波导基底包括耦入区、中继区和耦出区，用于引导光线的传输；

耦入光栅，位于所述耦入区，用于将光线耦入所述光波导基底，并通过所述光波导基底将所述光线传输至所述中继区和/或所述耦出区；

中继光栅，位于所述中继区，所述中继光栅包括一维光栅组件，用于将传输至所述中继区的光线转向，并通过所述光波导基底将所述光线传输至所述耦出区，传输至所述中继区的光线改变传播方向奇数次或偶数次后均能到达耦出区；

耦出光栅，位于所述耦出区，用于将传输至所述耦出区的光线耦出。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入区和所述耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，将所述耦入区的等效中心与所述耦出区的等效中心的连线的有向方向定义为主方向，与所述主方向垂直的有向方向定义为法方向；所述中继区为梯形或带倒角梯形或带圆角梯形，所述梯形的高平行于所述主方向，所述梯形的高和/或所述梯形靠近耦入区的边的长度大于等于所述耦入区沿着所述主方向的最长距离，所述梯形靠近耦出区的边的长度大于等于所述梯形靠近耦入区的边的长度，所述梯形可以是对称梯形或非对称梯形。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入区和所述耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，将所述耦入区的等效中心与所述耦出区的等效中心的连线的有向方向定义为主方向，与所述主方向垂直的有向方向定义为法方向；所述中继区包括错位的至少两个子图形，所述错位即中继区的包络线与子图形不重合；所述子图形的高和/或所述子图形靠近耦入区的边的长度大于等于所述耦入区沿着所述主方向的最长距离，所述子图形靠近耦出区的边的长度大于等于所述子图形靠近耦入区的边的长度。

4.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，主方向与所述中继区的第三边的夹角以及主方向与所述中继区的第四边的夹角的绝对值在0°到45°之间。

5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入区和所述耦出区的等效中心为将几何图形视为密度均匀物体时的质心位置，所述耦入区的等效中心与所述耦出区的等效中心的距离在10mm～50mm之间。

6.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入光栅包括一维光栅或二维光栅，所述耦出光栅包括二维光栅。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，所述一维光栅组件包括至少两个一维光栅，或所述一维光栅为二维光栅单元拼接而成的等效一维光栅；所述至少两个一维光栅的栅线角度不同，或当一维光栅组件包括所述等效一维光栅时，所述等效一维光栅的等效栅线角度不同，或当一维光栅组件包括一维光栅、等效一维光栅的二维光栅时，一维光栅的栅线和等效一维光栅的等效栅线角度不同。

8.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述一维光栅组件的所述一维光栅周期或所述等效一维光栅的等效一维周期在300nm～600nm之间。

9.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述一维光栅的所述栅线方向或所述等效一维光栅的所述等效栅线方向的法线方向的正方向，为所述一维光栅或所述等效一维光栅的法向量，主方向与所述一维光栅组件中任一法向量夹角的绝对值在110°～130°之间。

10.根据权利要求2或3所述的衍射光波导，其特征在于，当所述耦入光栅为一维光栅或等效一维光栅时，所述一维光栅的所述栅线方向或所述等效一维光栅的所述等效栅线方向的法线方向的正方向，为所述一维光栅或所述等效一维光栅的法向量，所述耦入光栅的所述法向量平行于所述主方向。

11.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述中继区与所述耦出区相连，和/或所述中继区与所述耦入区相连，和/或所述中继区与所述耦入区和所述耦出区均相连，和/或所述中继区为多边形。

12.根据权利要求2或3所述的衍射光波导，其特征在于，当所述衍射光波导应用于左眼时，水平方向与所述主方向之间的夹角在0°～90°之间；当所述衍射光波导应用于右眼时，水平方向与所述主方向之间的夹角在90°～180°之间。

13.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入区包括至少一个耦入子分区，所述任一子分区内可以为一维光栅或等效一维光栅或二维光栅，或没有光栅微结构；和/或所述中继区包括至少一个中继子分区，所述任一子分区内可以为一维光栅或等效一维光栅或二维光栅，或没有光栅微结构；和/或所述耦出区包括至少一个耦出子分区，所述任一子分区内可以为二维光栅，或没有光栅微结构。

14.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入光栅、所述中继光栅和所述耦出光栅包括体全息光栅，和/或，表面浮雕光栅；

其中所述表面浮雕光栅包括直槽浮雕光栅、斜齿浮雕光栅、闪耀浮雕光栅、台阶浮雕光栅以及曲面浮雕光栅，所述体全息光栅包括卤化银光栅、液晶光栅、液晶聚合物光栅；

和/或，

所述耦入光栅、所述中继光栅和所述耦出光栅高折射率部分区域的折射率在1.5～2.4之间。

15.根据权利要求14所述的衍射光波导，其特征在于，当所述中继光栅为表面浮雕光栅时，槽深在10nm～1μm之间；当所述中继光栅为全息光栅时，光栅区域的厚度在10nm～1mm之间。

16.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述光波导基底的一侧或两侧，或所述耦入光栅、所述中继光栅、所述耦出光栅远离所述光波导基底的一侧可以镀有单层或多层介质膜和/或金属膜。

17.根据权利要求7所述的衍射光波导，其特征在于，所述耦入光栅、所述中继光栅和所述耦出光栅位于所述光波导基底一侧或位于所述光波导基底的两侧或内部，所述光波导基底可以为单层光波导基底或所述光波导基底为多层光波导基底。

18.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：

如权利要求1-17中任一项所述的衍射光波导；

以及光机，用于向所述衍射光波导发射信号光。

19.一种AR眼镜，其特征在于，所述AR眼镜包括：

如权利要求18所述的显示装置；

以及眼镜框架，所述眼镜框架用于支撑所述显示装置。