CN210803765U - 光栅组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光栅组件，光栅组件包括：第一光栅区，第一光栅区用于将外部第一图像源发出的光耦入到光栅组件的内部；用于接收第一光栅区的光的第二光栅区，第二光栅区分为多个第二子区域，各第二子区域之间无缝连接，且经过多个第二子区域后由第二光栅区射出，第二光栅区的光路径在光栅组件表面的投影是弯折的；用于接收第二光栅区的光的第三光栅区，第三光栅区分为多个第三子区域，各第三子区域之间无缝连接，各第三子区域的一级衍射效率向远离第二光栅区的方向呈增大的趋势，且经过多个第三子区域后耦出光栅组件，光栅组件耦出的光的强度是均匀的。本实用新型解决了现有技术中光波导射出的光强存在不均匀的问题。

Description

光栅组件

技术领域

本实用新型涉及光波导技术领域，具体而言，涉及一种光栅组件。

背景技术

光波导方案为当前混合现实眼镜领域的主流方案。它采用带有衍射光栅的平板波导片将微投光机出射的图像横向平移到人眼。使得佩戴者在看清真实世界的同时也可以观察到投影光机投出的虚像。然而，受限于光线在光波导中传输的路径以及衍射光栅的特性，由光波导耦出的光强会存在不均匀性。这种不均匀性表现为空间的不均匀性和角度的不均匀性。空间的不均匀性导致眼睛处于眼盒不同位置时观察到的图像亮暗具有差异，角度的不均匀性则导致不同视场角的明暗强度具有差异。同时，受限于光波导片的折射率，光波导片的视场角受到限制。

也就是说，现有技术中光波导射出的光强存在不均匀的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种光栅组件，以解决现有技术中光波导射出的光强存在不均匀的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种光栅组件，包括：第一光栅区，第一光栅区用于将外部第一图像源发出的光耦入到光栅组件的内部；用于接收第一光栅区的光的第二光栅区，第二光栅区分为多个第二子区域，各第二子区域之间无缝连接，且经过多个第二子区域后由第二光栅区射出，第二光栅区的光路径在光栅组件表面的投影是弯折的；用于接收第二光栅区的光的第三光栅区，第三光栅区分为多个第三子区域，各第三子区域之间无缝连接，各第三子区域的一级衍射效率向远离第二光栅区的方向呈增大的趋势，且经过多个第三子区域后耦出光栅组件，光栅组件耦出的光的强度是均匀的。

进一步地，光栅组件耦出的光的光照度在眼盒内的分布的归一化方差大于等于0且小于等于0.5；和/或光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差大于等于0且小于等于0.5。

进一步地，各第二子区域内设置有至少一个第二光栅元件，射入到第二光栅区的光经第二光栅元件会发生一级衍射和/或零级衍射，经零级衍射的光沿原路径进行拓展，经一级衍射的光转向第三光栅区方向传播，且沿拓展的方向各第二子区域的一级衍射的衍射效率呈增大趋势。

进一步地，不同第二子区域中的第二光栅元件的光栅周期相同；和/或不同第二子区域中的第二光栅元件的光栅矢量相同。

进一步地，至少一个第二子区域的第二光栅元件的占空比与其他第二子区域的第二光栅元件的占空比不同；和/或至少一个第二子区域的第二光栅元件的倾斜角与其他第二子区域的第二光栅元件的倾斜角不同；和/或至少一个第二子区域的第二光栅元件的光栅高度与其他第二子区域的第二光栅元件的光栅高度不同；和/或至少一个第二子区域的第二光栅元件的光栅形状与其他第二子区域的第二光栅元件的光栅形状不同。

进一步地，各第三子区域内设置有至少一个第三光栅元件，射入到第三光栅区的光经第三光栅元件会发生一级衍射和/或零级衍射，经零级衍射的光沿原路径进行拓展，经一级衍射的光被耦出光栅组件朝向人眼传播，沿拓展的方向各第三子区域的一级衍射的衍射效率呈增大趋势。

进一步地，不同第三子区域中的第三光栅元件的光栅周期相同；和/或不同第三子区域中的第三光栅元件的光栅矢量相同。

进一步地，至少一个第三子区域的第三光栅元件的占空比与其他第三子区域的第三光栅元件的占空比不同；和/或至少一个第三子区域的第三光栅元件的倾斜角与其他第三子区域的第三光栅元件的倾斜角不同；和/或至少一个第三子区域的第三光栅元件的光栅高度与其他第三子区域的第三光栅元件的光栅高度不同；和/或至少一个第三子区域的第三光栅元件的光栅形状与其他第三子区域的第三光栅元件的光栅形状不同。

进一步地，第一光栅区的至少一个光栅矢量、第二光栅区的至少一个光栅矢量和第三光栅区的至少一个光栅矢量的矢量和为零。

进一步地，光栅组件还包括：第四光栅区，第四光栅区用于将外部第二图像源发出的光耦入到光栅组件的内部；用于接收第四光栅区的光的第五光栅区，第五光栅区分为多个第五子区域，且经过第五子区域后由第五光栅区射出，由第五光栅区射出的光会射入到第三光栅区，第三光栅区的光栅参数在空间上对称分布，第五光栅区与第二光栅区对称设置。

应用本实用新型的技术方案，光栅组件包括：第一光栅区、用于接收第一光栅区的光的第二光栅区和用于接收第二光栅区的光的第三光栅区，第一光栅区用于将外部第一图像源发出的光耦入到光栅组件的内部，第二光栅区分为多个第二子区域，各第二子区域之间无缝连接，且经过多个第二子区域后由第二光栅区射出，第二光栅区的光路径在光栅组件表面的投影是弯折的；第三光栅区分为多个第三子区域，各第三子区域之间无缝连接，各第三子区域的一级衍射效率向远离第二光栅区的方向呈增大的趋势，且经过多个第三子区域后耦出光栅组件，光栅组件耦出的光的强度是均匀的。

通过将第三光栅区分为多个第三子区域，以使不同的第三子区域对光的作用不同，进而使得从第三光栅区射出的光的强度更均匀，提高了光栅组件射出的光的强度的均匀性。将第二光栅区分为多个第二子区域，使得射入到第三光栅区的光的强度较为均匀，进而可以增加光栅组件射出的光的强度的均匀性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例一中的光栅组件的结构示意图；以及

图2示出了图1中第二光栅区和第三光栅区的内部示意图；

图3示出了实施例二的光栅组件的第一光栅区、第二光栅区和第三光栅区的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图4示出了实施例三的光栅组件的第二光栅区与第五光栅区以过第三光栅区的中心的竖线为对称轴的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图5示出了图4中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图6示出了将图4中的第一光栅区、第二光栅区、第四光栅区和第五光栅区以过第三光栅区的中心的水平线对称得到(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图7示出了图6中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图8示出了实施例三中光栅组件的第一光栅区与第四光栅区以过第三光栅区的中心的水平线为对称轴的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图9示出了图8中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图10示出了实施例三中光栅组件的第一光栅区与第四光栅区以第三光栅区的中心为对称中心一种位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图11示出了实施例三中光栅组件的第一光栅区与第四光栅区以第三光栅区的中心为对称中心另一种位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图12示出了图10中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图13示出了图11中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图14示出了实施例四中的两个第二光栅区在同一水平线的位置光栅示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图15示出了实施例四中两个第二光栅区之间具有夹角的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图16示出了图14中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图17示出了图15中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图18示出了实施例四第一光栅区与第四光栅区以过第三光栅区的中心的水平线为对称轴的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图19示出了图18中的两个第二光栅区之间具有夹角的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图20示出了图18中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图21示出了图19中的第三光栅区增加了光栅矢量后的示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)；

图22示出了实施例四中第一光栅区和第四光栅区以第三光栅区的中心为对称中心的位置关系示意图(图中的矢量为其所在位置的光栅元件的光栅矢量)。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一光栅区；11、第一光栅元件；20、第二光栅区；21、第二子区域；22、第二光栅元件；30、第三光栅区；31、第三子区域；32、第三光栅元件；33、第六光栅元件；40、第四光栅区；50、第五光栅区；52、第五光栅元件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中光波导射出的光强存在不均匀的问题，本实用新型提供了一种光栅组件。

实施例一

如图1至图2所示，光栅组件包括第一光栅区10、用于接收第一光栅区10的光的第二光栅区20和用于接收第二光栅区20的光的第三光栅区30，第一光栅区10用于将外部第一图像源发出的光耦入到光栅组件的内部，第二光栅区20分为多个第二子区域21，各第二子区域 21之间无缝连接，且经过多个第二子区域21后由第二光栅区20射出，第二光栅区20的光路径在光栅组件表面的投影是弯折的，第三光栅区30分为多个第三子区域31，各第三子区域 31之间无缝连接，各第三子区域31的一级衍射效率向远离第二光栅区20的方向呈增大的趋势，且经过多个第三子区域31后耦出光栅组件，光栅组件耦出的光的强度是均匀的。

通过将第三光栅区30分为多个第三子区域31，以使不同的第三子区域31对光的作用不同，进而使得从第三光栅区30射出的光的强度更均匀，提高了光栅组件射出的光的强度的均匀性。将第二光栅区20分为多个第二子区域21，使得射入到第三光栅区30的光的强度较为均匀，进而可以增加光栅组件射出的光的强度的均匀性，将各第三子区域31的一级衍射效率沿远离第二光栅区20的方向呈增大趋势，可以增加耦出光栅组件的光的强度的均匀性。

具体的，光栅组件耦出的光的光照度在眼盒内的分布的归一化方差大于等于0且小于等于0.5。将光栅组件耦出的光的光照度在眼盒内的分布的归一化方差限定在0到0.5的范围内，使得眼睛在眼盒内不同位置观察到的图像明暗情况都差不多。也就是说，眼睛处在不同位置看到的图案的明暗度都差不多，不会出现在某一位置观看到的图像极亮，在另一位置观看到的图像极暗的情况。需要说明的是，在本申请中光栅组件耦出的光的光照度在眼盒内的分布的归一化方差在0至0.5的范围内光栅组件耦出的光的强度就是均匀的。

需要说明的是，眼盒指的是一个区域，当眼睛在这个区域内，可以看到完整的图像。

同样，表示光的强度均匀性还可以用光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差表示。光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差大于等于0且小于等于0.5。将光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差限定在0到0.5的范围内，使得眼睛看到的整幅图像的明暗情况都差不多。也就是说，眼睛看到的整幅图中明暗度都差不多，不会出现图像的一部分极亮，图像的另一部分极暗的情况。需要说明的是，在本申请中光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差在0至0.5的范围内光栅组件耦出的光的强度就是均匀的。

如图2所示，各第二子区域21内设置有至少一个第二光栅元件22，射入到第二光栅区 20的光经第二光栅元件22会发生一级衍射和/或零级衍射，经零级衍射的光沿原路径进行拓展，经一级衍射的光转向第三光栅区30方向传播，且沿拓展的方向各第二子区域21的一级衍射的衍射效率呈增大趋势。从第一光栅区10射入到第二光栅区20的光在经第二光栅元件 22时会发生衍射，发生一级衍射的光的光路径会发生改变，变成朝向第三光栅区30的方向传播，而发生零级衍射的光的光路径不会发生改变，会沿原光路径进行传播，下一次与第二光栅区20内的第二光栅元件22相作用，继续进行零级衍射和/或一级衍射。需要说明的是沿拓展的方向各第二子区域21的一级衍射的衍射效率呈增大的趋势，是指光在某一第二子区域21 内经过零级衍射和一级衍射，经零级衍射的光沿原光路径进行传播到下一个第二子区域21内再次发生一级衍射的衍射效率通常要大于光在某一第二子区域21内的一级衍射的衍射效率。在某些特殊情况下，由于光线每次衍射的入射和出射偏振态都有所不同，下一次衍射的一级衍射效率有可能会略小于上一次衍射的一级衍射效率，但整体会呈现增大的趋势。

具体的，不同第二子区域21中的第二光栅元件22的光栅周期相同；和/或不同第二子区域21中的第二光栅元件22的光栅矢量相同。这样设置使得从第二光栅区20射入第三光栅区 30的光所经历的第二光栅区20中的光栅矢量的方向和大小相同，耦入光栅组件的光与耦出光栅组件的光平行。

可选地，至少一个第二子区域21的第二光栅元件22的占空比与其他第二子区域21的第二光栅元件22的占空比不同；和/或至少一个第二子区域21的第二光栅元件22的倾斜角与其他第二子区域21的第二光栅元件22的倾斜角不同；和/或至少一个第二子区域21的第二光栅元件22的光栅高度与其他第二子区域21的第二光栅元件22的光栅高度不同；和/或至少一个第二子区域21的第二光栅元件22的光栅形状与其他第二子区域21的第二光栅元件22的光栅形状不同。不同的第二子区域21中的第二光栅元件22除了光栅周期和光栅矢量外，其他参数都不尽相同，这样可以使得从不同角度进入到第二光栅区20中后，不同的第二子区域21 中的第二光栅元件22对光的作用不同，以使从第二光栅区20射出的光的均匀性较好一些。需要说明的是，不同第二子区域21中的第二光栅元件22的这些参数可以通过电脑程序优化得到。

如图2所示，各第二子区域21之间无缝连接。这样设置可以避免光束在没有光栅的区域路径不发生偏折，无法进入第三光栅区30，进而可以保证由第三光栅区30射向人眼的光束充满整个眼盒。

如图2所示，各第三子区域31之间无缝连接，各第三子区域31内设置有至少一个第三光栅元件32，射入到第三光栅区30的光经第三光栅元件32会发生一级衍射和/或零级衍射，经零级衍射的光沿原路径进行拓展，经一级衍射的光被耦出光栅组件朝向人眼传播，沿拓展的方向各第三子区域31的一级衍射的衍射效率呈增大趋势。从第二光栅区20射入到第三光栅区30的光在经第三光栅元件32时会发生衍射，发生一级衍射的光的光路径会发生改变，耦出光栅组件并朝向人眼传播，而发生零级衍射的光的光路径不会发生改变，会沿原光路径进行传播，下一次与第三光栅区30内的第三光栅元件32相作用，继续进行零级衍射和/或一级衍射。

需要说明的是沿拓展的方向各第三子区域31的一级衍射的衍射效率呈增大的趋势，是指光在某一第三子区域31内经过零级衍射和一级衍射，经零级衍射的光沿原光路径进行传播到下一个第三子区域31内再次发生一级衍射的衍射效率通常要大于光在某一第三子区域31内的一级衍射的衍射效率。在某些特殊情况下，由于光线每次衍射的入射和出射偏振态都有所不同，下一次衍射的一级衍射效率有可能会略小于上一次衍射的一级衍射效率，但整体会呈现增大的趋势。

具体的，不同第三子区域31中的第三光栅元件32的光栅周期相同；和/或不同第三子区域31中的第三光栅元件32的光栅矢量相同。这样设置使得从第三光栅区30耦出光栅组件的光所经历的第三光栅区30中的光栅矢量的方向和大小相同，使得耦入光栅组件的光与耦出光栅组件的光平行。

可选地，至少一个第三子区域31的第三光栅元件32的占空比与其他第三子区域31的第三光栅元件32的占空比不同；和/或至少一个第三子区域31的第三光栅元件32的倾斜角与其他第三子区域31的第三光栅元件32的倾斜角不同；和/或至少一个第三子区域31的第三光栅元件32的光栅高度与其他第三子区域31的第三光栅元件32的光栅高度不同；和/或至少一个第三子区域31的第三光栅元件32的光栅形状与其他第三子区域31的第三光栅元件32的光栅形状不同。不同的第三子区域31中的第三光栅元件32除了光栅周期和光栅矢量外，其他参数都不尽相同，这样可以使得从不同角度进入到第三光栅区30中后，不同的第三子区域31 中的第三光栅元件32对光的作用不同，以使从第三光栅区30射出的光的均匀性较好一些。需要说明的是，不同第三子区域31中的第三光栅元件32的这些参数可以通过电脑程序优化得到。

具体的，第一光栅区10的至少一个光栅矢量、第二光栅区20的至少一个光栅矢量和第三光栅区30的至少一个光栅矢量的矢量和为零。这样设置使得经第一光栅区10、第二光栅区 20和第三光栅区30之后耦出光栅组件的光所经历的第一光栅元件的光栅矢量、第二光栅元件 22的光栅矢量和第三光栅元件32的光栅矢量的矢量和为零。这样可以保证第一图像源发出的光耦入进光栅组件前的方向与耦出光栅组件后的光的方向一致，保证图像不失真。

实施例二

与实施例一的区别是，实施例二并不是采用光栅分区的形式，而是通过在第三光栅区30 中增加了一种光的传输路径，进而使得第一光栅区10、第二光栅区20和第三光栅区30构成的光波导内的光的传输路径增加，进而使得从光波导中射出的光的强度更加地均匀。当然，在本实施例中也可以对第二光栅区20和第三光栅区30进行分区，由于在实施例一中分区的内容已阐述，此处仅阐述增加光路径的形式。

如图3所示，光栅组件包括用于接收第一图像源发出的光的第一光栅区10、用于接收第一光栅区10的光的第二光栅区20和用于接收第二光栅区20的光的第三光栅区30，第三光栅区30包括交叉设置的多个第三光栅元件32和多个第六光栅元件33，且第三光栅区30的光栅矢量与第二光栅区20的光栅矢量和第一光栅区10的光栅矢量可形成闭合路径。

通过在第三光栅区30中设置相互交叉的第三光栅元件32和第六光栅元件33，这样增加了入射到第三光栅区30后的光的传输路径，进而使得第一光栅区10、第二光栅区20和第三光栅区30构成的光栅组件内的传输路径的种类更加地多样化，使得光栅组件射出的光的强度更加地均匀。

需要说明的是，在本实施例中第三光栅区30中的交叉设置的第三光栅元件32和第六光栅元件33可以用一个二维光栅元件所替代，仅需保证第三光栅区30具有两个光栅矢量即可。二维光栅元件可以位于光栅组件的任一表面上。

需要说明的是，光栅矢量为图中示出的矢量，对于一个光栅元件其光栅矢量并不唯一，具有方向相反的两种光栅矢量，而图中所取的光栅矢量是使光可以射入到人眼的光栅矢量。

第一光栅区10具有第一光栅元件11，第一光栅元件11的光栅矢量就是第一光栅区10的光栅矢量。

如图3所示，第三光栅元件32的光栅矢量与第六光栅元件33的光栅矢量是对称的。这样设置便于第一光栅元件11的光栅矢量、第二光栅元件22的光栅矢量、第三光栅元件32的光栅矢量、第六光栅元件33的光栅矢量能够形成闭合的回路，以使耦入到光栅组件的光与耦出光栅组件的光平行，减少图像失真。

当然，替换第三光栅元件32和第六光栅元件33的二维光栅元件的两个光栅矢量也是对称的。与上述的效果类似，此处不再一一赘述。

具体的，第三光栅元件32和第六光栅元件33分别位于光栅组件相对的两个表面上。这样可以使得第三光栅元件32的栅线与第六光栅元件33的栅线的投影呈交叉设置的，或者说，这样可以保证第三光栅元件32的光栅矢量与第六光栅元件33的光栅矢量呈角度设置，且光在光栅组件内传播时，会在光栅组件相对的两个表面来回全反射，以射入到不同的平面上与不同的光栅元件发生相互作用，增加了光的传输路径，进而使得耦出光栅组件的光更均匀。

具体的，第三光栅元件32的光栅矢量与第六光栅元件33的光栅矢量之间的夹角大于等于80度且小于等于150度。这样设置便于光进入第三光栅区30后，与第三光栅元件32相互作用后再传播到第六光栅元件33处与第六光栅元件33相互作用。同理也便于与第六光栅元件33相互作用后再传播到第三光栅元件32处与第三光栅元件32相互作用。同时可以保证光在经过第三光栅元件32和/或第六光栅元件33后，仍满足全反射条件，继续在光波导内传播。

优选的，第三光栅元件32的光栅矢量与第六光栅元件33的光栅矢量之间的夹角为120 度。

第二光栅区20具有至少一个第二光栅元件22，第二光栅元件22的光栅矢量与第三光栅元件32的光栅矢量之间的夹角大于等于50度且小于等于100度。这样设置便于第二光栅区 20的光射入到第三光栅区30内与第三光栅元件32发生衍射。

第二光栅元件22的光栅矢量与第六光栅元件33的光栅矢量之间的夹角大于等于140度且小于等于190度。这样设置便于第二光栅区20的光射入到第三光栅区30内与第六光栅元件33发生衍射。

实施例三

与实施例一的区别是，实施例三并不是采用光栅分区的形式，通过增加了光栅区的个数，来增加光的传输路径。当然在本实施例的基础上可以单独与实施例一的分区形式结合，也可单独与实施例二中在第三光栅区30中增加光的传输路径相结合，也可以同时与实施例一和实施例二相结合，由于实施例一与实施例二已经详细介绍了，此处不再赘述实施例一和实施例二中的内容了，仅阐述增加光栅区的个数的形式。

如图4至图13所示，光栅组件包括用于接收第一图像源发出的光的第一光栅区10、用于接收第一光栅区10的光的第二光栅区20、用于接收第二图像源发出的光的第四光栅区40、用于接收第四光栅区40的光的第五光栅区50和用于接收第二光栅区20的光和第五光栅区50 的光的第三光栅区30，第一光栅区10与第四光栅区40形状一样且第一光栅区10与第四光栅区40对称设置，第二光栅区20与第五光栅区50形状一样且第二光栅区20与第五光栅区50 对称设置。

通过将第一光栅区10与第四光栅区40对称设置，第二光栅区20与第五光栅区50对称设置，且第三光栅区30可同时接收来自第二光栅区20和第五光栅区50传播来的光。第一图像源发出的光经第一光栅区10、第二光栅区20射入第三光栅区30内，此时第二图像源发出的光经第四光栅区40、第五光栅区50射入第三光栅区30内。从第二光栅区20射入到第三光栅区30内的光与第五光栅区50射入到第三光栅区30内的光相互叠加，以使从第三光栅区30 射出的光更均匀。

如图4所示，第一光栅区10与第四光栅区40成轴对称；第二光栅区20与第五光栅区50 成轴对称。这样设置使得从第三光栅区30射入到人眼的光的强度更均匀。需要说明的是，此处的均匀是指眼睛在眼盒内不同位置观察到的图像明暗情况都差不多，眼睛看到的整幅图像的明暗情况都差不多。

需要说明的是第五光栅区50具有至少一个第五光栅元件52，第五光栅区50的光栅矢量就是指第五光栅元件52的光栅矢量。

如图4所示，第一光栅区10、第二光栅区20、第四光栅区40和第五光栅区50均位于第三光栅区30的一侧，且第二光栅区20和第五光栅区50的一个边贴合设置形成第二光栅区20 和第五光栅区50的对称轴，且第一光栅区10与第四光栅区40以对称轴对称。对称轴向第三光栅区30的延伸线穿过第三光栅区30的中心。这样设置使得经第二光栅区20到第三光栅区 30再到眼盒中的光仅在第三光栅区30的一半区域中传播，而经第四光栅区40射入到第三光栅区30再到眼盒中的光则在第三光栅区30的另一半区域中传播，这样使得两个图像源分管的视场区域变小了，使得光栅组件射出到人眼的光的强度更均匀。

在图6所示的具体实施例中，具有两个第一图像源、两个第二图像源、两个第一光栅区 10、两个第二光栅区20、两个第四光栅区40和两个第五光栅区50，且两个第一光栅区10关于过第三光栅区30的中心的水平线对称，两个第二光栅区20关于过第三光栅区30的中心的水平线对称，两个第四光栅区40关于过第三光栅区30的中心的水平线对称，两个第五光栅区50关于过第三光栅区30的中心的水平线对称，这样会大大增加光栅组件耦出图像的均匀性。图7是在图6的基础上增加了第三光栅区30中的传播路径，或者说，是在增加光栅区与实施例二中的技术手段相结合得到的。

需要说明的是，如若第二光栅区20、第五光栅区50和第三光栅区30是分区设置的话，第二光栅区20的第二子区域与第五光栅区50的第五子区域同样是以对称轴对称的，且各第二子区域的形状和大小均分别与各第五子区域的形状和大小以对称轴对称。同样，第三光栅区30的各第三子区域的形状和大小均是以对称轴对称的。位于对称位置上的第三子区域的光栅参数(如占空比、倾斜角和光栅高度等)均相同。位于对称位置上的第二子区域和第五子区域的光栅参数(如占空比、倾斜角和光栅高度等)均相同。

在图5所示的具体实施例中，在第三光栅区30中具有两种光栅元件，即第三光栅元件32 和第六光栅元件33，这样将增加光路径的方式与对称的方式同样会使得从光栅组件中射出的光更均匀，且均匀性会更好，不过不易操作。

在图6和图7所示的具体实施例中，第一光栅区10和第四光栅区40位于第三光栅区30 的两侧，第二光栅区20和第五光栅区50位于第三光栅区30的两侧，第一光栅区10和第四光栅区40与过第三光栅区30的中心的线对称，第二光栅区20和第五光栅区50位于第三光栅区30与过第三光栅区30的中心的线对称。这样设置使得第一图像源和第二图像源分管的视场区域是整个图像的左右两部分，使得光栅组件射出到人眼的光的强度更均匀。在本实施例中上下两个第一图像源中的图像相同，上下两个第二图像源中的图像相同，从第三光栅区 30上方进入的光和从第三光栅区30下方进入的光空间分布是对称的，两者相互叠加，以使从第三光栅区30射出的光更均匀。

当然，也可以使用四个图像源，四个图像源的图像叠加构成一幅图，且四个图像源位于第三光栅区的不同位置，且四个图像源呈中心对称。

在图8至图13所示的具体实施例中，第一光栅区10与第四光栅区40成中心对称，第二光栅区20与第五光栅区50成中心对称。这样设置使得第三光栅区30耦出的光的强度更均匀。

具体的，第一光栅区10与第四光栅区40以第三光栅区30的中心成中心对称，第二光栅区20与第五光栅区50以第三光栅区30的中心成中心对称。中心对称与轴对称类似，如图10 和12所示，可以使第一图像源和第二图像源分管完整图像的的左右两区域，也可以如图11 和13所示，使第一图像源和第二图像源分管完整图像的的上下两区域，以使从第三光栅区30 射出的光更均匀。

需要说明的是，如若第二光栅区20、第五光栅区50和第三光栅区30是分区设置的话，第二光栅区20的第二子区域与第五光栅区50的第五子区域同样是以第三光栅区30的中心对称的，且各第二子区域的形状和大小均分别与各第五子区域的形状和大小以第三光栅区30的中心对称。同样，第三光栅区30的各第三子区域的形状和大小是以第三光栅区30的中心对称的。位于对称位置上的第三子区域的光栅参数(如占空比、倾斜角和光栅高度等)均相同。位于对称位置上的第二子区域和第五子区域的光栅参数(如占空比、倾斜角和光栅高度等) 均相同。

第一光栅区10的至少一个光栅矢量、第二光栅区20的至少一个光栅矢量和第三光栅区 30的至少一个光栅矢量可以形成闭合回路。这样设置使得从第一图像源射入到光栅组件的光与从光栅组件射出的光平行。

第四光栅区40的至少一个光栅矢量、第五光栅区50的至少一个光栅矢量和第三光栅区 30的至少一个光栅矢量可以形成闭合回路。这样设置使得从第二图像源射入到光栅组件的光与从光栅组件射出的光平行。

实施例四

与实施例一的区别是，第一光栅区10具有两种光栅矢量，光栅组件具有两个第二光栅区 20，且两个第二光栅区位于第一光栅区10的两侧，第一光栅区10同时向两个第二光栅区20 内射入光。

如图14至图22所示，两个第二光栅区20对应同一个第一光栅区10，以将同一个第一光栅区10的光从不同的方向分别传输到第二光栅区20内，然后经不同的第二光栅区20作用后，射入到第三光栅区30内，在第三光栅区30内叠加，以使射出的光的强度更均匀。

在本实施例中，位于第三光栅区30同一侧的多个第二光栅区20彼此呈角度布置且对应同一个第一光栅区10。相邻两个第二光栅区20之间的夹角大于等于60小于等于180。例如在图14中，两个第二光栅区之间的角度是180度。这样设置使得第二光栅区20的安装具有更多的灵活性，仅需保证第一光栅区10的光栅矢量、每个第二光栅区20的光栅矢量和第三光栅区的光栅矢量能围城闭合的回路即可。

在图18至图21所示的具体实施例中，光栅组件还包括第四光栅区40和两个第五光栅区 50，且第四光栅区40具有两种光栅矢量，且两个第五光栅区50位于第四光栅区40的两侧，第四光栅区40同时向两个第五光栅区50内射入光。第一光栅区10与第四光栅区40以穿过第三光栅区30的中心的水平线为对称轴对称，第二光栅区20与第五光栅区50以穿过第三光栅区30的中心的水平线为对称轴对称。

当然，也可以如图22所示的具体实施例，第一光栅区10与第四光栅区40以第三光栅区 30的中心呈中心对称，第二光栅区20与第五光栅区50以第三光栅区30的中心呈中心对称。

在本申请的图2至图22中的矢量表示的是光栅矢量，下标号不同的是两个不同的光栅元件的光栅矢量，矢量的下标相同上标不同是指同一光栅元件的不同方向相反的两个光栅矢量。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光栅组件，其特征在于，包括：

第一光栅区(10)，所述第一光栅区(10)用于将外部第一图像源发出的光耦入到光栅组件的内部；

用于接收所述第一光栅区(10)的光的第二光栅区(20)，所述第二光栅区(20)分为多个第二子区域(21)，各所述第二子区域(21)之间无缝连接，且经过多个所述第二子区域(21)后由所述第二光栅区(20)射出，所述第二光栅区(20)的光路径在所述光栅组件表面的投影是弯折的；

用于接收所述第二光栅区(20)的光的第三光栅区(30)，所述第三光栅区(30)分为多个第三子区域(31)，各所述第三子区域(31)之间无缝连接，各所述第三子区域(31)的一级衍射效率向远离所述第二光栅区(20)的方向呈增大的趋势，且经过多个所述第三子区域(31)后耦出所述光栅组件，所述光栅组件耦出的光的强度是均匀的。

2.根据权利要求1所述的光栅组件，其特征在于，

所述光栅组件耦出的光的光照度在眼盒内的分布的归一化方差大于等于0且小于等于0.5；和/或

所述光栅组件耦出的光的光通量随视场角的变化的归一化方差大于等于0且小于等于0.5。

3.根据权利要求1所述的光栅组件，其特征在于，各所述第二子区域(21)内设置有至少一个第二光栅元件(22)，射入到所述第二光栅区(20)的光经所述第二光栅元件(22)会发生所述一级衍射和/或零级衍射，经所述零级衍射的光沿原路径进行拓展，经所述一级衍射的光转向所述第三光栅区(30)方向传播，且沿所述拓展的方向各所述第二子区域(21)的所述一级衍射的衍射效率呈增大趋势。

4.根据权利要求3所述的光栅组件，其特征在于，

不同所述第二子区域(21)中的第二光栅元件(22)的光栅周期相同；和/或

不同所述第二子区域(21)中的第二光栅元件(22)的光栅矢量相同。

5.根据权利要求3所述的光栅组件，其特征在于，

至少一个所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的占空比与其他所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的占空比不同；和/或

至少一个所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的倾斜角与其他所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的倾斜角不同；和/或

至少一个所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的光栅高度与其他所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的光栅高度不同；和/或

至少一个所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的光栅形状与其他所述第二子区域(21)的第二光栅元件(22)的光栅形状不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光栅组件，其特征在于，各所述第三子区域(31)内设置有至少一个第三光栅元件(32)，射入到所述第三光栅区(30)的光经所述第三光栅元件(32)会发生所述一级衍射和/或零级衍射，经所述零级衍射的光沿原路径进行拓展，经所述一级衍射的光被耦出所述光栅组件朝向人眼传播，沿所述拓展的方向各所述第三子区域(31)的所述一级衍射的衍射效率呈增大趋势。

7.根据权利要求6所述的光栅组件，其特征在于，

不同所述第三子区域(31)中的第三光栅元件(32)的光栅周期相同；和/或

不同所述第三子区域(31)中的第三光栅元件(32)的光栅矢量相同。

8.根据权利要求7所述的光栅组件，其特征在于，

至少一个所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的占空比与其他所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的占空比不同；和/或

至少一个所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的倾斜角与其他所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的倾斜角不同；和/或

至少一个所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的光栅高度与其他所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的光栅高度不同；和/或

至少一个所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的光栅形状与其他所述第三子区域(31)的第三光栅元件(32)的光栅形状不同。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的光栅组件，其特征在于，所述第一光栅区(10)的至少一个光栅矢量、所述第二光栅区(20)的至少一个光栅矢量和所述第三光栅区(30)的至少一个光栅矢量的矢量和为零。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的光栅组件，其特征在于，所述光栅组件还包括：

第四光栅区(40)，所述第四光栅区(40)用于将外部第二图像源发出的光耦入到光栅组件的内部；

用于接收所述第四光栅区(40)的光的第五光栅区(50)，所述第五光栅区(50)分为多个第五子区域，且经过所述第五子区域后由所述第五光栅区(50)射出，由所述第五光栅区(50)射出的光会射入到所述第三光栅区(30)，所述第三光栅区(30)的光栅参数在空间上对称分布，所述第五光栅区(50)与所述第二光栅区(20)对称设置。

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