CN214097983U

CN214097983U - 增强现实显示装置及近眼显示设备

Info

Publication number: CN214097983U
Application number: CN202120373464.2U
Authority: CN
Inventors: 郑光
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2031-02-09

Abstract

本申请提供一种增强现实显示装置及近眼显示设备。增强现实显示装置包括波导基底、耦入光栅、转折光栅以及耦出光栅。耦入光栅承载于波导基底，将光线耦入波导基底内，耦入光栅的光栅矢量为第一矢量K1。转折光栅承载于波导基底，将耦入光栅耦入波导基底内的光线进行扩瞳，其中，转折光栅的光栅矢量为第二矢量K2。耦出光栅承载于波导基底，接收经由转折光栅扩瞳后的光线，并将光线耦出波导基底，耦出光栅的光栅矢量为第三矢量K3，其中，K1、K2及K3构成密闭的矢量三角形，且当增强现实显示装置被使用时，K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：‑45°≤A≤45°。本申请的增强现实显示装置可减小甚至避免彩虹纹现象。

Description

增强现实显示装置及近眼显示设备

技术领域

本申请涉及增强现实显示技术领域，具体涉及一种增强现实显示装置及近眼显示设备。

背景技术

随着技术的发展，增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置，比如AR眼镜，既能看到外部真实的世界也需要看到虚拟的图像。真实场景和虚拟信息融合为一体，相互补强，相互“增强”。然，当用户使用增强现实显示装置时，比如，佩戴所述AR眼镜时，外部环境光线会被色散成彩虹纹，射入人眼，使用户看到彩虹条纹，这种现象称为彩虹纹效应。当用户看到彩虹纹时，轻者会影响用户的使用体验，重者会伤害用户的眼睛。

实用新型内容

本申请第一方面提供了一种增强现实显示装置，所述增强现实显示装置包括：

波导基底；

耦入光栅，所述耦入光栅承载于所述波导基底，用于将光线耦入所述波导基底内，且所述耦入光栅的光栅矢量为第一矢量K1；

转折光栅，所述转折光栅承载于所述波导基底，用于将所述耦入光栅耦入所述波导基底内的光线进行扩瞳，其中，所述转折光栅的光栅矢量为第二矢量K2；以及

耦出光栅，所述耦出光栅承载于所述波导基底，用于接收经由所述转折光栅扩瞳后的光线，并将光线耦出所述波导基底，所述耦出光栅的光栅矢量为第三矢量K3，其中，所述第一矢量K1、所述第二矢量K2及所述第三矢量K3构成密闭的矢量三角形，且当所述增强现实显示装置被使用时，所述第三矢量K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°。

本申请的增强现实显示装置通过设置耦出光栅，使得所述增强现实显示装置被使用时，所述第三矢量K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°，从而可减小甚至避免所述增强现实显示装置被示意时的彩虹纹，避免对用户眼睛的伤害。

本申请第二方面还提供了一种增强现实显示装置，所述增强现实显示装置包括：

波导基底；

耦出光栅，所述耦出光栅承载于所述波导基底，用于将所述波导基底内的光线耦出所述波导基底，所述耦出光栅具有第二矢量k2及第三矢量k3，其中，所述第一矢量k1、所述第二矢量k2及所述第三矢量k3构成密闭的矢量三角形，且当所述增强现实显示装置被使用时，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于45°。

本申请的增强现实显示装置通过设置耦出光栅，使得所述增强现实显示装置被使用时，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，从而可减小甚至避免所述增强现实显示装置被佩戴时的彩虹纹，避免对用户眼睛的伤害。

本申请第三方面提供了一种近眼显示设备，包括如第二方面及第三方面任意一项所述的增强显示显示装置。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图2为图1中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。

图3为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的应用场景示意图。

图4为本申请的耦出光栅及各个参数的示意图。

图5为光栅矢量竖直设置时波导基底正对太阳时的示意图。

图6为光栅矢量竖直设置时波导基底倾斜45°对向太阳的示意图。

图7为光栅矢量竖直设置时波导基底完全侧对太阳时的示意图。

图8为图5中的矢量叠加情况示意图。

图9为图6中的矢量叠加情况示意图。

图10为图7中的矢量叠加情况示意图。

图11为光栅矢量水平设置时波导基底正对太阳时的示意图。

图12为光栅矢量水平设置时波导基底倾斜45°对向太阳的示意图。

图13为光栅矢量水平设置时波导基底完全侧对太阳时的示意图。

图14为图11中的矢量叠加情况示意图。

图15为图12中的矢量叠加情况示意图。

图16为图13中的矢量叠加情况示意图。

图17为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图18为图17中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。

图19为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图20为图19中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。

图21为一实施方式提供的耦出光栅的结构示意图。

图22为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图。

图23为图22中的增强现实显示装置的侧视图。

图24为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图。

图25为图24中的增强现实显示装置的侧视图。

图26为本申请再一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图。

图27为图26中的增强现实显示装置的部分结构的侧视图。

图28为本申请再一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图。

图29为图28中的增强现实显示装置的部分结构的侧视图。

图30为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图31为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图32为本申请一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。

图33为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。

图34为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图35为图34所示的增强现实显示装置中的矢量叠加示意图。

图36至图39为各个实施方式中增强现实显示装置的侧视图。

图40为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图41为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。

图42为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。

图43为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。

图44为本申请另一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请中出现的术语“第一”、“第二”仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或者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”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1及图2，图1为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图；图2为图1中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。本申请提供了一种增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置1。所述增强现实显示装置1可以为AR眼镜，也可以应用在汽车等具有挡风玻璃的设备上。下面对所述增强现实显示装置1进行详细介绍。所述增强现实显示装置1包括波导基底110、耦入光栅120、转折光栅130及耦出光栅140。所述耦入光栅120承载于所述波导基底110，用于将光线耦入所述波导基底110内，且所述耦入光栅120的光栅矢量为第一矢量K1。所述转折光栅130承载于所述波导基底110，用于将所述耦入光栅120耦入所述波导基底110内的光线进行扩瞳，其中，所述转折光栅130的光栅矢量为第二矢量K2。所述耦出光栅140承载于所述波导基底110，用于接收经由所述转折光栅130扩瞳后的光线，并将所述光线耦出所述波导基底110，所述耦出光栅140的光栅矢量为第三矢量K3，其中，所述第一矢量K1、所述第二矢量K2及所述第三矢量K3构成密闭的矢量三角形，且当所述增强现实显示装置1被使用时，所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°。

在图2中以虚线表示光线。当所述增强现实显示装置1被使用时，可认为所述波导基底110在XY平面内。水平方向X在XY平面内。

下面对增强现实显示装置1的一些应用场景进行描述。本申请的增强现实显示装置1一种重要的应用场景为解决室外太阳光线产生的彩虹纹效应。当所述增强现实显示装置1为AR眼镜时，所述增强现实显示装置1被使用为被用户佩戴使用。所述增强现实显示装置1被使用的一种场景描述如下，当所述增强现实显示装置1为AR眼镜时，用户佩戴所述增强现实显示装置1，且站立于室外时，本申请的增强现实显示装置1中的所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°，可减少甚至消除室外的太阳光产生的彩虹纹效应。

当所述增强现实显示装置1应用在汽车等具有挡风玻璃的设备上，所述增强现实显示装置1可设置于汽车的挡风玻璃靠近人眼的一侧。所述增强现实显示装置1可直接贴附于挡风玻璃上，也可不直接贴附于挡风玻璃，与挡风玻璃间隔设置。用户的眼睛通过所述增强现实显示装置来观看汽车外部的情况，比如，汽车外部的道路、行人等。本申请的增强现实显示装置1中的所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°，可减少甚至消除室外的太阳光产生的彩虹纹效应。

所谓波导基底110，也称为光波导基底(optical wave guide)、介质光波导基底、或波导基底片，是引导光线在其中传播的介质。光波导基底通常包括两大类：一类是集成光波导基底，包括平面(薄膜)介质光波导基底和条形介质光波导基底，它们通常都是光电集成器件(或系统)中的一部分，所以叫作集成光波导基底；另一类是圆柱形光波导基底，通常称为光纤(光学纤维)。通常情况下，波导基底110由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光线(光频电磁波)的导行结构。光线在波导基底110内传输时，会在光波导基底110内发生全反射，使得光线被限制在波导基底110内传播。

本申请中的波导基底110，也称为衍射光波导基底(Diffractive Wave guide)。因其轻薄和外界光线的高穿透特性，色彩还原性好，视场角(Field of Vision，FOV)大而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案。

所述波导基底110包括相背设置的外表面111(见图22)及内表面112(见图22)。所谓外表面111，是指，在所述增强现实显示装置1被使用时背离用户的表面；所谓内表面112，是指，在所述增强现实显示装置1被使用时靠近用户的表面。

所述耦入光栅120承载于所述波导基底110，包括如下情况：所述耦入光栅120设置于所述波导基底110的内表面112，或者，所述耦入光栅120设置于所述波导基底110的外表面111。所述耦入光栅120将光线耦入所述波导基底110内的过程也称为光耦合入(couple-in)。

所谓扩瞳，是指，光线在波导基底110里进行传输时，经过所述转折光栅130的作用，一部分光线偏转，而另外一部分光线沿原来的传播方向传播，沿原来的传播方向传播的光线与所述转折光栅130多次作用后发生多次偏转，而产生多路偏转光线，这种现象称为扩瞳。

在本实施方式中，所述第一矢量K1、所述第二矢量K2及所述第三矢量K3构成密闭的矢量三角形是为了确保所述增强现实显示装置1能够形成图像。

所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°可减少甚至消除彩虹纹效应。稍后将结合数据对第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°可减少甚至消除彩虹纹效应进行说明和解释。

所谓增强现实是指，增强现实显示装置1中的图像源180产生的要显示图像的光线过耦入光栅120进入波导基底110，再经过耦出光栅140耦出而出射至人眼，外部环境光线(比如，户外太阳光、室内照明灯产生的光线)也可以透过耦入光栅120射入人眼，因此，用户可观看到图像源180中的图像以及外部环境中的图像，由此实现虚实结合的增强现实功能。然，因为耦入光栅120及耦出光栅140均具有很强的色散功能，外部环境光线会被耦出光栅140色散成彩虹纹，并且主要通过-1级反射和-1级透射产生，当用户使用所述增强现实显示装置1时，比如，用户佩戴增强现实显示装置1时，那么，-1级反射光线直接无法进入人眼，因此对用户的使用体验没有影响，而-1级透射光线可能射入人眼，使用户看到彩虹条纹，这种现象称为彩虹纹效应。当用户看到彩虹纹时，轻者会影响用户的使用体验，重者会伤害用户的眼睛。需要说明的是，经-1级透射所形成的彩虹纹能否射入佩戴所述增强现实显示装置1的用户眼睛中与外部环境光线的入射角度有关，比如，当外部环境光线以50°入射耦出光栅140时，-1级透射所形成的彩虹纹出射角度偏大，衍射光线更容易偏离用户的眼睛的观测位置，即使射入用户的眼睛中，由于其衍射角度偏大，彩虹纹也会出现在视野偏外围的区域。当外部环境光线以80°入射耦入光栅120时，-1级透射所形成的彩虹纹出射角偏小，衍射光线更容易射入人眼，且更接近于视场中心位置，对用户的影响较大。

当用户在户外使用所述增强现实显示装置1时，户外的太阳光作为外部环境光线经过耦出光栅140所形成的彩虹纹往往明亮刺眼，这个现象直接导致目前所市面上的增强现实显示装置1不能很好地甚至无法在户外使用。本申请主要利用太阳光入射矢量与矢量叠加的原理，将-1级透射的光线转化为倏逝波或使其偏离眼动范围外，从而实现缓解彩虹纹的目的。可以理解地，虽然在本申请中以外部环境光为太阳光为例进行介绍，在其他实施方式中，所述外部环境光线还包括照明灯等产生的光线。

此外，根据光栅方程：

θ_衍射＝sin^-1(sin(θ_入射)-λ/d) (公式1)

其中，λ为波长，d为光栅周期。由公式(1)光栅方程可得知，光线的波长越长，衍射角度也越大。由于蓝光的波长小于红光的波长，因此，蓝光的衍射角度小于红光的衍射角度。故而，当彩虹纹出现时，蓝色的光线由于衍射角度较小，则出现在偏用户的眼睛观察的视场中心，红色的光线由于衍射角度更大，出现在视场的外围区域。

请参阅图3，图3为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的应用场景示意图。下面对彩虹纹能否射入人眼进行判断。如本示意图所示，AA’为耦出光栅140的最外围区域，设定它的长度为d，BB’为耦出光栅140的内部区域，当增强现实显示装置1被佩戴时，波导基底110到眼动范围的距离我们称之为眼视距离，并定义它的长度为l。眼动范围是指人眼只有落在这个观测区域就可以看到完整且清晰的视场，默认眼动范围的几何中心与耦出光栅140的几何中心对齐，并定义它的长度为m。假设有一束光线从A点入射，经过耦出光栅140衍射至眼动范围的边缘C'处，衍射光线与法线之间的夹角为θ，根据几何关系得出公式：

从图3中不难看出，当光线的衍射角度大于θ时，光线会因射出衍射范围外而无法被人眼观察到，当光线的衍射角度小于θ时，光线会因射入眼动范围内而被人眼捕获。综上所述，当θ越小时，彩虹纹就越难射入人眼，因此它对用户体验的影响将越小，当θ越大时，彩虹纹效应将会变得更为明显。也就是说，在保持眼动范围和眼视距离不变的基础上，耦出光栅140的区域越小或者耦出光栅140的周期越小，彩虹纹的影响将越弱。最后，可以通过几何关系推导出FOV，耦出光栅140大小d，眼动范围大小m之间的关系：

d＝m+l*tan(FOV/2)*2 (公式3)

在深入讲解本申请的技术原理前，首先讲解一下光栅衍射中常见的几个变量。请参阅图4，图4为本申请的耦出光栅及各个参数的示意图。如本实施方式的示意图所示，所述耦出光栅140的光栅矢量K3的方向与X轴的正方向一致，太阳光入射方向与Z轴所构成的平面与X轴的夹角

称之为方位角，太阳入射方向与Z轴之间的夹角θ称之为入射角。

当耦出光栅140光栅矢量在竖直方向时(即光栅矢量方向与Y方向平行)，太阳光线照射至增强现实显示装置1时的示意图如图5至图7所示，下面结合图5至图7分三种情形论述当波导基底110以不同角度对着太阳时，进而使得太阳光线相对耦出光栅140的入射角度θ，以及方位角

的情形。需要说明的是，在图5至图7中未示意出所述耦出光栅140的具体结构。

图5中(即，情形1)示意了波导基底110正对太阳时的情况，即太阳光线位于XZ平面，此时的方位角

太阳光线相对于耦出光栅140的入射角度θ等于太阳高度角。

图6中(即，情形2)示意了波导基底110倾斜45°对向太阳的情况，即太阳光线与波导基底110的法线方向(Z轴)所构成平面与X轴的夹角为45°，因此方位角

太阳光线相对于耦出光栅140的入射角度θ＝太阳高度角。

图7中(情形3)示意了波导基底110完全侧对太阳时的情况，即太阳光线处于XY平面，此时的方位角

-太阳高度角，太阳光线相对于耦出光栅140的入射角度θ＝90°。

请一并参阅图8至图10，图8为图5中的矢量叠加情况示意图；图9为图6中的矢量叠加情况示意图；图10为图7中的矢量叠加情况示意图。需要说明的是，图8至图10中的矢量叠加是在k域进行叠加的，其中，Ks是太阳光线的入射矢量，K3是耦出光栅的光栅矢量，Kd是太阳光线的出射矢量。太阳光线入射角度或衍射角度越大时，其对应的入射矢量Ks的模将会越大。当出射矢量Kd的模较大时，其出射角度也会较大，衍射所产生的彩虹纹更容易偏离眼动范围。当出射矢量Kd的模较小时，衍射所产生的彩虹纹更容易出现在眼动范围内，且更容易出现在视场中心位置。也就是说出射矢量Kd的长度越大，彩虹纹的影响将会更甚；出射矢量Kd的长度越小，彩虹纹的影响将会更小。下面对三种情形的矢量叠加情况进行了详细分析。

对于情形1，由于方位角

为0°，即太阳光线入射矢量Ks和耦出光栅的光栅矢量K3(即第三矢量K3)平行，此时太阳光线的出射矢量Kd的长度最小，最容易产生彩虹纹。

对于情形2，其方位角

为45°，太阳光线的出射矢量Kd的长度较情形1更长，因此彩虹纹的影响将会减弱。

对于情形3，其方位角

相对更大，因此彩虹纹的影响将会进一步减弱。根据计算我们可以得到出射矢量的模与方位角的计算关系如下：

从公式(4)中可看出，方位角

越趋近与90°时，增强现实显示装置1越难产生彩虹纹。

下面将对耦出光栅140的光栅矢量竖直设置时的情况进行详细的计算。首先根据公式(2)计算可得到当经耦出光栅140的-1级透射光线的衍射角度大于40°时，将偏离眼动范围之外，因此无法被人眼捕捉。设定耦出光栅140的周期为380nm，对衍射光中波长为460nm(蓝光)，522nm(绿光)，620nm(红光)的光线衍射角度进行分析。对于情形1，太阳光的入射方位角为0°时的计算结果如下表。

表1

表1中展示了当太阳光线在方位角为0°时在不同的入射角度下的蓝光、绿光及红光的衍射角度。由表1中可见，当太阳高度角大于35°时，人眼就可以看见蓝色的衍射光线(即蓝光)；当太阳高度角大于50°时，人眼就可以看见绿色的衍射光线(即绿光)；当太阳高度角大于85°时，人眼就可以看见红色的衍射光线(即红光)；也就是说，随着衍射角度的逐渐增大，绿色的光线和红色的光线也逐渐展现出来，并且蓝色的光线越来越接近视场中心。从表1中不难看出，随着入射角度的增加，彩虹纹现象变的更加明显。

对于情形2，太阳光的入射方位角为

时的计算结果如表2所示。

表2

表2中展示了当太阳光线在方位角为45°时在不同的入射角度下的蓝光、绿光、及红光的衍射角度，根据计算结果可见，在这种情况下，人眼无法观察到彩虹纹。

对于情形3，太阳光的入射方位角为

-太阳高度角时的计算结果如表3所示。

表3

从表3中的计算结果可以看出，情形3中彩虹纹计算的结果与情形1一样。当太阳高度角大于35°时，人眼就可以看见蓝色的衍射光线(即蓝光)；当太阳高度角大于50°时，人眼就可以看见绿色的衍射光线(即绿光)；当太阳高度角大于85°时，人眼就可以看见红色的衍射光线(即红光)；也就是说，随着衍射角度的逐渐增大，绿色的光线和红色的光线也逐渐展现出来，并且蓝色的光线越来越接近视场中心。从表3中不难看出，随着入射角度的增加，彩虹纹现象变的更加明显。

下面对光栅矢量在水平方向(光栅矢量方向与X方向平行)时的情况进行介绍。当光栅矢量在水平方向时，太阳光线照射增强现实显示装置1时的示意图如图11至图13所示，下面结合图11至图13分三种情形论述当波导基底110以不同角度对着太阳时，进而使得太阳光线相对耦出光栅140的入射角度θ，以及方位角

的情形。

图11中(即，情形1’)，示意了波导基底110正对太阳时的情况，即太阳光线位于XZ平面，此时的方位角

太阳光线相对于耦出光栅140的入射角度θ＝太阳高度角。

图12中(即，情形2’)，示意了波导基底110片倾斜45°对向太阳的情况，即太阳光线与波导基底110法线方向(Z轴)所构成平面与X轴的夹角为45°，因此方位角

太阳光耦出相对于光栅的入射角度θ＝太阳高度角。

图13中(即，情形3’)，示意了波导基底110完全侧对太阳时的情况，即太阳光线处于XY平面，此时的方位角

太阳光耦出相对于耦出光栅140的入射角度θ＝90°。

请一并参阅图14至图16，图14为图11中的矢量叠加情况示意图；图15为图12中的矢量叠加情况示意图；图16为图13中的矢量叠加情况示意图。需要说明的是，图14至图16中的矢量叠加是在k域进行叠加的，其中，Ks是太阳光线的入射矢量，K3是耦出光栅的光栅矢量，Ks是太阳光线的出射矢量。太阳光线入射角度或衍射角度越大时，其对应的入射矢量Ks的模将会越大。当出射矢量Kd的模较大时，其出射角度也会较大，衍射所产生的彩虹纹更容易偏离眼动范围。当出射矢量Kd的模较小时，衍射所产生的彩虹纹更容易出现在眼动范围内，且更容易出现在视场中心位置。也就是说出射矢量Kd的长度越大，彩虹纹的影响将会更甚；出射矢量Kd的长度越小，彩虹纹的影响将会更小。下面对三种情形的矢量叠加情况进行了详细分析。

对于情形1’，由于方位角

为90°，即太阳光线的入射矢量Ks和耦出光栅的光栅矢量K3(即第三矢量K3)垂直，此时太阳光线的出射矢量Kd的长度最大，最不容易产生彩虹纹。

对于情形2’，其方位角

对于情形3’，其方位角

与太阳高度角相关，当太阳高度角越大时彩虹纹越弱，因此彩虹纹的影响将会进一步减弱。

下面将对光栅矢量水平设置时的情况进行详细的计算。根据公式(2)计算可得到当经耦出光栅140的-1级透射光线的衍射角度大于40°时，将偏离眼动范围之外，因此无法被人眼捕捉。设定耦出光栅140的周期为380nm，对衍射光中波长为460nm(蓝光)，522nm(绿光)，620nm(红光)的光线衍射角度进行分析。对于情形1’，太阳光的入射方位角为0°时的计算结果如下表。

表1’

表1’中展示了当太阳光线在方位角为90°时在不同的入射角度下的蓝光、绿光及红光的衍射角度。由表1’可见，在这种情况下，人眼无法观察到彩虹纹。

对于情形2’，太阳光线的入射方位角为

时的计算结果如表2’所示。

表2’

表2’中展示了当太阳光线在方位角为45°时在不同的入射角度下的蓝光、绿光、及红光的衍射角度，根据计算结果可见，在这种情况下，人眼无法观察到彩虹纹。

对于情形3’，太阳光的入射方位角为

时的计算结果如表3’所示。

表3’

从表3’中的计算结果我们可以看出，在情形3’中，只有当太阳高度角小于30°时，人眼才会观察到彩虹纹现象。具体地，当太阳高度角小于30°时，人眼可看见蓝色的衍射光线(即蓝光)；当太阳高度角小于25°时，人眼可看到绿色的衍射光线(即绿光)；当太阳高度角小于5°时，人眼可看到红色的衍射光线(即红光)。

表4对光栅矢量水平放置或竖直放置时在三种情形下的彩虹纹表现情况进行汇总。

表4

考虑到日常生活中，一般只有在早晨或者傍晚时才会出现高度角小于30°的情况，但考虑到此时太阳光线的亮度较小，因此带来的彩虹纹的影响同样较弱。而中午时太阳高度角较大，且太阳光线的亮度较高，因此采用光栅矢量水平放置的设计可以有效缓解彩虹纹所带来的影响。

根据上述分析可以得知，通过优化耦出光栅140光栅矢量(即第三矢量K3)的摆放方向可以明显缓解户外使用中的彩虹纹现象。当耦出光栅140的光栅矢量水平放置(即，耦出光栅的第三矢量K3与水平方向X之间的角度为0°)时效果最佳，即使光栅矢量以±45°的角度摆放彩虹纹对它的影响也远比竖直放置的要小。换而言之，当耦出光栅140的光栅矢量K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：-45°≤A≤45°。

本申请实施方式利用彩虹纹的形成机理，通过巧妙的设计，尽可能的使耦出光栅140的-1级透射光线偏离眼动范围，从而缓解彩虹纹现象。本申请实施方式不会增加工艺的复杂性，也不会影响人眼对环境光线的观测，利用光线的矢量叠加原理，使彩虹纹变成倏逝波或者尽可能的偏离眼动范围，从而达到缓解进入到使用所述增强现实显示装置的用户的人眼的彩虹纹的目的。

在一种实施方式中，所述第三矢量K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：-30°≤A≤30°。当所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为-30°≤A≤30°时，即便在早上或傍晚，也较难出现彩虹纹。因此，当所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围为-30°≤A≤30°时可更加有效地使耦出光栅140的-1级透射光线偏离眼动范围，从而更加有效缓解彩虹纹现象。

需要说明的是，在实际应用中，所述第三矢量K3与水平方向X之间的角度A的范围的选取兼顾了缓解彩虹纹现象以及增强现实显示装置的成像因素等。

请参阅图17及图18，图17为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图；图18为图17中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。

图17中展示了所述耦出光栅矢量水平放置(即，沿X方向放置)时所述耦入光栅、所述转折光栅、所述耦出光栅及所述波导基底组成的波导架构。所述耦入光栅的形貌可以是闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。所述转折光栅，的形貌可以为二元光栅或者光子晶体等。所述耦出光栅的形貌可以为闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。若耦入光栅矢量(即第一矢量)K1沿竖直方向分布，转折光栅矢量(即第二矢量)K2与竖直方向的夹角为

根据矢量叠加原理可得到与水平方向平行的耦出光栅矢量(即第三矢量)K3。若耦出光栅矢量K1’与竖直方向的夹角为任意角θ，转折光栅矢量K2’与耦入光栅矢量K1’间的夹角则变为任意角

通过光栅矢量K1’和K2’的叠加，同样可以得到与水平方向平行的耦出光栅矢量K3’。在这里θ角可以取-45°到+45°的任意一值，这里，相对于坐标轴X逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。对于

则只需满足

即可构成封闭的矢量三角形，并使耦出光栅矢量K3’与水平方向平行。根据前面的推导，可知这种波导基底构架的增强现实显示装置能在户外有效规避太阳光所引起的彩虹纹现象。

在本实施方式中，所述耦入光栅的光栅矢量的方向垂直于水平方向X，即，第一矢量K1垂直于水平方向X。换而言之，耦入光栅的第一矢量K1与竖直方向Y的夹角为零。

请参阅图19及图20，图19为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图；图20为图19中所示的增强现实显示装置的光线传播示意图。本实施方式中的耦出光栅的光栅矢量与水平方向X呈一定夹角放置。

图19及图20展示了耦出光栅的光栅矢量与水平方向呈夹角设置的波导架构。所述耦入光栅的形貌可以是闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。所述转折光栅的形貌可以为二元光栅或者光子晶体等。所述耦出光栅，的形貌可以为闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。若耦入光栅矢量(即第一矢量)K1与竖直方向Y的夹角为任意角α，转折光栅矢量(即第二矢量)K2与耦入光栅矢量K1间的夹角则变为任意角

通过矢量K1和K2的叠加，同样可以得到光栅矢量K3，并且K3与水平方向的夹角为β。耦入光栅矢量(即第一矢量)K1与竖直方向Y的夹角为任意角α，即，在本实施方式中，所述耦入光栅的光栅矢量与竖直方向Y的夹角为α。在这里α角可以取-45°到+45°的任意一值，相对于坐标轴逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。如图中所示，α角是负数，β角也是负数。对于

则只需满足

即可构成封闭的矢量三角形，并使耦出光栅矢量K3与水平方向的夹角β控制在±45°以内。虽然耦出光栅的光栅矢量K3与水平方向X呈一定夹角后，其抑制彩虹纹的性能不如耦出光栅矢量(即第三矢量)K3完全水平放置的情况，但其仍能抑制绝大多数角度入射时的彩虹纹效应。β角的绝对值越小，彩虹纹的抑制效果将会越明显，反之则反。

请一并参阅图3及图21，图21为一实施方式提供的耦出光栅的结构示意图。所述耦出光栅140包括间隔设置且周期性排布的多个耦出单元141，所述耦出光栅140的周期小于或等于450nm。

通常而言，对于一维光栅而言，光栅包括间隔设置且周期性排布的多个单元，所述多个单元的周期性排布的方向即为光栅矢量。对于耦出光栅140而言，所述多个耦出单元141的周期性排布方向即为所述耦出光栅140的光栅矢量。对于二维光栅而言，二维光栅具有两个光栅矢量，换言之，二维光栅包括在一个方向上周期排布的多个单元，且包括在另一方向上周期排布的多个单元。其中，单元周期性排布的所述一个方向即为其中的一个光栅矢量，单元周期排布的所述另一方向即为另一光栅矢量。对于耦出光栅140为二维光栅而言，二维光栅中耦出光栅单元周期性排布一个方向即为其中的一个光栅矢量，二维光栅中耦出单元周期性排布的另外一个方向即为其中的另外一个光栅矢量。

从图3中看出，当光线的衍射角度大于θ时，光线会因射出衍射范围外而无法被人眼观察到，当光线的衍射角度小于θ时，光线会因射入眼动范围内而被人眼捕获。综上所述，当θ越小时，彩虹纹就越难射入人眼，因此它对用户体验的影响将越小，当θ越大时，彩虹纹效应将会变得更为明显。也就是说，在保持眼动范围和眼视距离不变的基础上，耦出光栅140的区域越小或者耦出光栅140的周期越小，彩虹纹的影响将越弱。

本实施方式中，所述耦出光栅140的周期小于或等于450nm，从而可使得彩虹纹的影响较弱；且所述耦出光栅140的周期越小，彩虹纹的影响越弱。在一种实施方式中，所述耦出光栅140的周期等于380nm。

在一实施方式中，所述耦出光栅140的区域为矩形，其中，矩形的边长满足：

d＝m+l*tan(FOV/2)*2 (公式5)

其中，d为矩形的边长，m为用户眼动范围，l为用户眼睛到导波片的距离，FOV是所述增强现实显示系统的视场角。

具体地，在一实施方式中，d为矩形的长边，d满足公式(5)；在另一实施方式中，d为矩形的短边，且d满足公式(5)；在又一实施方式中，所述矩形的长边d₁及所述矩形的短边d₂均满足公式(5)，即，d₁＝m+l*tan(FOV/2)*2且d₂＝m+l*tan(FOV/2)*2。

在一实施方式中，所述耦出光栅140的周期与所述耦入光栅120的周期相同。

所述耦出光栅140的周期与所述耦入光栅120的周期相同，使得制备所述耦出光栅140及所述耦入光栅120工艺上较为方便。

在另一实施方式中，在实际设计过程中，耦出光栅140的形貌与耦入光栅120的形貌相同，也可使得制备所述耦出光栅140及所述耦入光栅120较为方便。在另一实施方式中，所述耦出光栅140的周期与所述耦入光栅120的周期相同，且所述耦出光栅140的形貌与所述耦入光栅120的形貌相同，所述耦出光栅140的高度与所述耦入光栅120的高度不同。所述耦出光栅140的周期与所述耦入光栅120的周期相同，且所述耦出光栅140的形貌与所述耦入光栅120的形貌相同，所述耦出光栅140的高度与所述耦入光栅120的高度不同时，所述耦出光栅140和所述耦入光栅120是一对共轭的系统。

可以理解地，在其他实施方式中，所述耦出光栅140的周期与所述耦入光栅120的周期也可以不同。在耦出光栅140的形貌与所述耦入光栅120的形貌也可以不同。

本申请实施方式提供的增强现实显示装置1中，对所述耦出光栅140的形貌没有特殊的要求，所述耦出光栅140的形貌可为闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。

下面对所述耦入光栅120、所述转折光栅130及所述耦出光栅130相对于所述波导基底110的位置关系进行介绍。需要说明的是，在接下来的附图中仅仅示意出耦入光栅120、转折光栅120及耦出光栅130相对于波导基底110的位置关系，未示意出所述耦入光栅120、所述转折光栅130及所述耦出光栅140的形貌及具体结构。

请参阅图22至图29，图22为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图；图23为图22中的增强现实显示装置的侧视图。在图22及图23中，所述耦入光栅120、所述转折光栅130和所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的同一侧，且设置于所述波导基底110的内表面112。

图24为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图；图25为图24中的增强现实显示装置的侧视图。在图24及图25中，所述耦入光栅120、所述转折光栅130和所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的同一侧，且设置于所述波导基底110的外表面111。

图26为本申请再一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图；图27为图26中的增强现实显示装置的部分结构的侧视图。在图26及图27中，所述耦入光栅120和所述转折光栅130设置于所述波导基底110的同一侧，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的另一侧，且所述耦入光栅120及所述转折光栅130设置于所述波导基底110的内表面112，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的外表面111。

图28为本申请再一实施方式提供的增强现实显示装置的立体示意图；图29为图28中的增强现实显示装置的部分结构的侧视图。在图28及图29中，所述耦入光栅120和所述转折光栅130设置于所述波导基底110的一侧，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的另一侧，且所述耦入光栅120和所述转折光栅130设置于所述波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的内表面112。

所述耦入光栅120、所述转折光栅130和所述耦出光栅140及所述波导基底110的上述设置关系，可使得所述耦入光栅120、所述耦出光栅140及所述波导基底110之间更容易设置。需要说明的是，不管所述耦入光栅120、所述转折光栅130和所述耦出光栅140及所述波导基底110的位置如何摆放，只要通过控制耦出光栅矢量与水平方向的夹角都可以达到抑制彩虹效应的目的。

在一实施方式中，所述耦出光栅140和所述波导基底110为一体结构。

所述耦出光栅140可通过压印技术等在基板上形成，即，基板被压印的部分构成所述耦出光栅140，基板未被压印的部分形成为所述波导基底110，因此，耦出光栅140与波导基底110为一体结构。

在另一实施方式中，所述耦入光栅120和所述波导基底110也为一体结构。具体地，所述耦出光栅140可通过压印技术等在基板上形成，即，所述基板被压印的部分构成所述耦入光栅120，所述基板未被压印的部分形成为所述波导基底110，因此，耦入光栅120与波导基底110为一体结构。

在另一实施方中，所述耦入光栅120、所述耦出光栅140和所述波导基底110为一体结构。具体地，所述耦入光栅120、所述耦出光栅140可通过压印技术等在基板上形成，即，所述基板被压印的部分构成所述耦入光栅120、所述耦出光栅140，所述基板未被压印的部分形成为所述波导基底110，因此，所述耦入光栅120、所述耦出光栅140与所述波导基底110为一体结构。

请参阅图30，图30为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。在本实施方式中，所述增强现实显示装置1包括波导基底110、耦入光栅120及耦出光栅140。此外，所述增强现实显示装置1还包括偏振片150。所述波导基底110、所述耦入光栅120及所述耦出光栅140请参阅前面描述，在此不再赘述。所述偏振片150出射的光线进入到所述耦出光栅140中，其中，所述偏振片150的偏振方向为水平方向X。

太阳光线经由环境中的玻璃等反射作用的反射光线的偏振方向通常是沿着Y轴方向，设置偏振方向为水平方向X的偏振片150可滤除环境中沿着Y轴方向偏振的反射光线，进一步避免产生彩虹纹。

所述波导基底110包括相背设置的外表面111及内表面112，在本实施方式中，所述偏振片150及所述耦出光栅140均设置在所述波导基底110的外表面111，且所述偏振片150相较于所述耦出光栅140背离所述波导基底110设置。

进一步地，在本实施方式中，所述增强现实显示装置1还包括保护片210，所述保护片210的材质可以为但不仅限于为玻璃、塑料等。所述保护片210设置于所述偏振片150背离所述耦出光栅140的表面，用于保护所述偏振片150不受损伤。可以理解地，在另外的实施方式中，所述增强现实显示装置1可不包括所述保护片210。

在本实施方式的示意图中，以所述增强现实显示装置1包括所述偏振片150及所述保护片210结合到前面一种实施方式提供的增强现实显示装置1中为例进行示意，可以理解地，所述增强现实显示装置1包括所述偏振片150及所述保护片210还可以结合到其他实施方式中，比如，结合到所述耦出光栅120位于所述内表面112的实施方式中。

请一并参阅图31，图31为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。在实施方式中，所述增强现实显示装置1还包括偏振片150。所述偏振片150出射的光线进入到所述耦出光栅140中，其中，所述偏振片150的偏振方向为水平方向X。在本实施方式中，所述波导基底110包括相背设置的外表面111及内表面112，所述偏振片150设置于所波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置在所述波导基底110的内表面112。

进一步地，在本实施方式中，所述增强现实显示装置1还包括保护片210，所述保护片210的材质可以为但不仅限于为玻璃、塑料等。所述保护片210设置于所述偏振片150背离所述波导基底110的表面，用于保护所述偏振片150不受损伤。可以理解地，在另外的实施方式中，所述增强现实显示装置1可不包括所述保护片210。

在一实施方式中，所述偏振片150为镀膜偏振片。换而言之，所述偏振片150为通过镀膜工艺形成的偏振片150。当所述偏振片150及所述耦出光栅140均设置在所述波导基底110的外表面111，且所述偏振片150相较于所述耦出光栅140背离所述波导基底110设置时，所述偏振片150为镀设在所述耦出光栅140的外表面111的膜片。当所述偏振片150设置于所波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置在所述波导基底110的内表面112时，所述偏振片150为镀设在所述波导基底110的外表面111的膜片。在另一实施方式中，所述偏振片150为单片形式的偏振片150，所述偏振片150通过胶水等粘结件粘结于所述耦出光栅140上或波导基底110上。

所述偏振片150为镀膜偏振片，可使得所述偏振片150较薄，且制作较为简便。

请一并参阅图32，图32为本申请一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。所述近眼显示设备2包括如前面任意实施方式提供的增强现实显示装置1。

在一种实施方式中，所述近眼显示设备2还包括佩戴框160。所述佩戴框160具有间隔设置的两个视窗区161，所述两个视窗区161的至少一个视窗区161设置有所述耦出光栅140。

当所述两个视窗区161中的一个视窗区161设置有所述耦出光栅140时，所述一个视窗区161可使人眼看到虚拟影像，而耦入光栅120区域本身又可以透过环境光线，从而使得一个视窗区161可实现增强现实的效果。当两个视窗区161均设置有耦出光栅140时，所述两个视窗区161可实现增强现实的效果。在本实施方式的示意图中，以所述两个视窗区161均设置有耦出光栅140为例进行示意。

请一并参阅图33，图33为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。所述近眼显示设备2还包括佩戴框160、佩戴架170、图像源180及光学透镜组件190。所述佩戴架170与所述佩戴框160相连。所述图像源180也称为投影光机。所述图像源180设置于所述波导基底110的一侧，用于根据所要显示的图像产生光线。所述光学透镜组件190设置于所述图像源180与所述耦入光栅120之间，用于将所述光线按照预设规律投入所述耦入光栅120，所述图像源180及所述光学透镜组件190中的至少一个设置于所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处。

近眼显示设备2包括佩戴框160还包括佩戴架170，具体而言，所述增强现实显示装置1为AR眼镜，所述佩戴架170也称为眼镜腿。所述图像源180为产生图像的设备，如Micro-LED显示设备。

当所述增强现实显示装置1为AR眼镜时，为了将所述波导基底110、所述耦入光栅120、所述转折光栅130及所述耦出光栅140构成的波导基底结构尽量贴合眼镜的形态，可将耦入光栅120设置在所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处。采用侧投的布局形式，以及将图像源180及光学透镜组件190放置在所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处，将耦入光栅120布局在视窗区161的一侧，当所述增强现实显示装置1具有两个视窗区161时，所述两个耦入光栅120分别位于所述两个视窗区161相对的两侧。当所述AR眼镜被佩戴时，所述两个耦入光栅120分配位于人眼相对的两侧。

请参阅图34及图35，图34为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图；图35为图34所示的增强现实显示装置中的矢量叠加示意图。在本实施方式中，所述增强现实显示装置1包括波导基底110、耦入光栅120及耦出光栅140。耦入光栅120，所述耦入光栅120承载于所述波导基底110，用于将光线耦入所述波导基底110内，且所述耦入光栅120的光栅矢量为第一矢量k1。所述耦出光栅140承载于所述波导基底110，用于将所述波导基底110内的光线耦出所述波导基底110，所述耦出光栅140具有第二矢量k2及第三矢量k3，其中，所述第一矢量k1、所述第二矢量k2及所述第三矢量k3构成密闭的矢量三角形，且当所述增强现实显示装置1被使用时，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于45°。

所述波导基底110请参阅前面描述，在此不再赘述。所述耦出光栅140具有第二矢量k2及第三矢量k3，因此，所述耦出光栅140为二维光栅。

在图34及图35中，所述耦入光栅120的光栅矢量k1与水平方向X平行，所述耦出光栅140为二维光栅，所以有两个方向的耦出光栅矢量，即，第二矢量k2和第三矢量k3，其中第二矢量k2与水平方向X的夹角记为θ1，第三矢量k3与水平方向X的夹角记为θ2，其矢量叠加的情况如图35中的实线所示。当θ1小于或等于45°且θ2小于或等于45°时具有较好的彩虹纹抑制效果，并且随着θ1和θ2的角度变小时，彩虹纹抑制的效果将会愈发明显。当耦入光栅120的第一矢量k1’(图35中虚线所示)的方向与水平方向X不平行而是呈夹角ɑ时，只要通过控制θ1小于或等于45°且θ2小于或等于45°，依然可以获得较好的彩虹纹抑制效果，并且夹角ɑ越小，彩虹纹抑制越明显。

由此可见，当所述增强现实显示装置1被使用时，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于45°，可减少甚至消除彩虹纹效应。

在一实施方式中，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于30°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于30°。

在一实施方式中，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于30°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于30°时，即便在早上或傍晚，也较难出现彩虹纹。因此，当在一实施方式中，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于30°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于30°时可更加有效地使耦出光栅140的-1级透射光线偏离眼动范围，从而更加有效缓解彩虹纹现象。

需要说明的是，在实际应用中，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角的取值，以及所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角的取值选取兼顾了缓解彩虹纹现象以及增强现实显示装置的成像因素等。

在一实施方式中，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角θ1小于或等于45°且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角θ2小于或等于45°，且所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角θ1等于所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角θ2。当θ1等于θ2时，所述耦出光栅140更容易制备，制备所述耦出光栅140的工艺难度较小，且减小彩虹纹的效果更好。

可以理解地，在其他实施方式中，第二矢量k2与水平方向X之间的夹角θ1小于或等于45°且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角θ2小于或等于45°，且所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角θ1不等于所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角θ2。只要满足第二矢量k2与水平方向X之间的夹角θ1小于或等于45°且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角θ2小于或等于45°即可减小彩虹纹。

所述耦出光栅140为在XY平面内的预设图形且在Z方向延伸的立体光栅，其中，所述预设图形为圆形、T形、菱形中的任意一种。

所述耦入光栅120和所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的同一侧，或者设置于所述波导基底110相对的两侧。请一并参阅图36至图39，在图36中，所述耦入光栅120及所述耦出光栅140设置于所述波导基底110片的同一侧，具体地，均设置在所述波导基底110的外表面111。在图37中，所述耦入光栅120及所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的同一侧，具体地，设置在所述波导基底110的内表面112。在图38中，所述耦入光栅120设置于所述波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的内表面112。在图39中，所述耦入光栅120设置于所述波导基底110的内表面112，所述耦出光栅140设置于所述波导基底110的外表面111。

请参阅图40，图40为本申请另一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。在本实施方式中，所述增强现实显示装置1包括波导基底110、耦入光栅120及耦出光栅140。此外，所述增强现实显示装置1还包括偏振片150。所述波导基底110、所述耦入光栅120及所述耦出光栅140请参阅前面描述，在此不再赘述。所述偏振片150出射的光线进入到所述耦出光栅140中，其中，所述偏振片150的偏振方向与所述第二矢量k2平行，或者与所述第三矢量k3平行，或者介于所述第二矢量k2与所述第三矢量k3之间。

太阳光线经由环境中的玻璃等反射作用的反射光线的偏振方向通常是沿着Y轴方向，设置偏振方向为与所述第二矢量k2平行，或者与所述第三矢量k3平行，或者介于所述第二矢量k2与所述第三矢量k3之间可滤除环境中沿着Y轴方向偏振的部分反射光线，进一步避免产生彩虹纹。

请参阅图41，图41为本申请又一实施方式提供的增强现实显示装置的示意图。在实施方式中，所述增强现实显示装置1包括波导基底110、耦入光栅120及耦出光栅140。此外，增强现实显示装置1还包括偏振片150。所述波导基底110、所述耦入光栅120及所述耦出光栅140请参阅前面描述，在此不再赘述。所述偏振片150出射的光线进入到所述耦出光栅140中，其中，所述偏振片150的偏振方向与所述第二矢量k2平行，或者与所述第三矢量k3平行，或者介于所述第二矢量k2与所述第三矢量k3之间。

所述波导基底110包括相背设置的外表面111及内表面112，所述偏振片150设置于所波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置在所述波导基底110的内表面112。

在一实施方式中，偏振片150为镀膜偏振片。换而言之，所述偏振片150为通过镀膜工艺形成的偏振片。当所述偏振片150及所述耦出光栅140均设置在所述波导基底110的外表面111，且所述偏振片150相较于所述耦出光栅140背离所述波导基底110设置时，所述偏振片150为镀设在所述耦出光栅140的外表面111的膜片。当所述偏振片150设置于所波导基底110的外表面111，所述耦出光栅140设置在所述波导基底110的内表面112时，所述偏振片150为镀设在所述波导基底110的外表面111的膜片。在另一实施方式中，所述偏振片150为单片形式的偏振片，所述偏振片150通过胶水等粘结件粘结于所述耦出光栅140上或波导基底110上。

请参阅图42，图42为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。所述近眼显示设备2包括如前面任意实施方式提供的增强现实显示装置1。

在一实施方式中，所述近眼显示设备2还包括佩戴框160。所述佩戴框160具有间隔设置的两个视窗区161，所述两个视窗区161的至少一个视窗区161设置有所述耦出光栅140。

当所述两个视窗区161中的一个视窗区161设置有所述耦出光栅140时，所述一个视窗区161可使人眼看到虚拟影像，而耦入光栅120区域本身又可以透过环境光线，从而使得一个视窗区161可实现增强现实的效果。当两个视窗区161均设置有耦出光栅140时，所述两个视窗区161可实现增强现实的效果。在本实施方式的示意图中以所述两个视窗区161均设置有耦出光栅140为例进行示意。

请参阅图43，图43为本申请又一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。所述近眼显示设备2包括如前面任意实施方式提供的增强现实显示装置1。

在一实施方式中，所述近眼显示设备2还包括佩戴框160，还包括佩戴架170、图像源180及光学透镜组件190。所述佩戴架170与所述佩戴框160相连。所述图像源180设置于所述波导基底110的一侧，用于根据所要显示的图像产生光线。所述光学透镜组件190设置于所述图像源180与所述耦入光栅120之间，用于将所述光线按照预设规律投入所述耦入光栅120，所述图像源180及所述光学透镜组件190中的至少一个设置于所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处。

所述近眼显示设备2还包括佩戴框160还包括佩戴架170，具体而言，为AR眼镜。所述微像源为产生图像的设备，如Micro-LED显示设备。

当所述增强现实显示装置1为AR眼镜时，为了将所述波导基底110、所述耦入光栅120、及所述耦出光栅140构成的波导基底结构尽量贴合眼镜的形态，可将耦入光栅120设置在所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处。采用侧投的布局形式，以及将图像源180及光学透镜组件190放置在所述佩戴框160连接所述佩戴架170的连接处，将耦入光栅120布局在视窗区161的一侧，当所述近眼显示设备1具有两个视窗区161时，所述两个耦入光栅120分别位于所述两个视窗区161相对的两侧。当所述AR眼镜被佩戴时，所述两个耦入光栅120分配位于人眼相对的两侧。

在一实施方式中，所述增强现实显示装置1可以设置在汽车的挡风玻璃上，比如，所述增强现实显示装置1可设置于汽车的挡风玻璃靠近人眼的一侧。所述增强现实显示装置1可直接贴附于挡风玻璃上，也可不直接贴附于挡风玻璃，与挡风玻璃间隔设置。

请参阅图44，图44为本申请另一实施方式提供的近眼显示设备的示意图。所述近眼显示设备2还包括摄像头230、环境传感器240、处理器250、及电池260。所述图像源180、所述摄像头230、环境传感器240均与所述处理器250电连接，用于在所述处理器250的控制下工作。所述摄像头230用于采集视频数据，所述环境传感器240用于检测周围环境。所述电池260用于为所述图像源180、所述摄像头230、及所述环境传感器240供电。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置包括：

波导基底；

2.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第三矢量K3的方向与水平方向X之间的角度A的范围为：-30°≤A≤30°。

3.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅包括间隔设置且周期性排布的多个耦出单元，所述耦出光栅的周期小于或等于450nm。

4.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅的区域为矩形，其中，矩形的边长满足：

d＝m+l*tan(FOV/2)*2

5.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅的周期与所述耦入光栅的周期相同。

6.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦入光栅和所述耦出光栅设置于所述波导基底的同一侧，或者设置于所述波导基底相对的两侧。

7.如权利要求6所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅和所述波导基底为一体结构。

8.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅的形貌为闪耀光栅，倾斜光栅，二元光栅，光子晶体中的任意一种。

9.如权利要求1所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置还包括：

偏振片，所述偏振片出射的光线进入到所述耦出光栅中，其中，所述偏振片的偏振方向为水平方向X。

10.如权利要求9所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述波导基底包括相背设置的外表面及内表面，所述偏振片及所述耦出光栅均设置在所述波导基底的外表面，且所述偏振片相较于所述耦出光栅背离所述波导基底设置。

11.如权利要求9所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述波导基底包括相背设置的外表面及内表面，所述偏振片设置于所波导基底的外表面，所述耦出光栅设置在所述波导基底的内表面。

12.如权利要求10或11所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述偏振片为镀膜偏振片。

13.一种增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置包括：

波导基底；

14.如权利要求13所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角小于或等于30°，且所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角小于或等于30°。

15.如权利要求13所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述第二矢量k2与水平方向X之间的夹角等于所述第三矢量k3与水平方向X之间的夹角。

16.如权利要求13所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦入光栅和所述耦出光栅设置于所述波导基底的同一侧，或者设置于所述波导基底相对的两侧。

17.如权利要求16所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅和所述波导基底为一体结构。

18.如权利要求13所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置还包括：

偏振片，所述偏振片出射的光线进入到所述耦出光栅中，其中，所述偏振片的偏振方向与所述第二矢量k2平行，或者与所述第三矢量k3平行，或者介于所述第二矢量k2与所述第三矢量k3之间。

19.如权利要求13所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述耦出光栅为在XY平面内的预设图形且在Z方向延伸的立体光栅，其中，所述预设图形为圆形、T形、菱形中的任意一种。

20.一种近眼显示设备，包括如权利要求1-19任意一项所述的增强现实显示装置。

21.如权利要求20所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备包括：

佩戴框，所述佩戴框具有间隔设置的两个视窗区，所述两个视窗区的至少一个视窗区设置有所述耦出光栅。

22.如权利要求21所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备还包括：

佩戴架，所述佩戴架与所述佩戴框相连；

图像源，所述图像源设置于所述波导基底的一侧，用于根据所要显示的图像产生光线；及

光学透镜组件，所述光学透镜组件设置于所述图像源与所述耦入光栅之间，用于将所述光线按照预设规律投入所述耦入光栅，所述图像源及所述光学透镜组件中的至少一个设置于所述佩戴框连接所述佩戴架的连接处。