CN218350535U - 衍射光波导 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种衍射光波导。衍射光波导包括：基底；耦入光栅，耦入光栅设置在基底的一侧表面上；二维光栅，二维光栅用于接收耦入光栅的光并进行扩瞳传输；耦出光栅，二维光栅和耦出光栅分别设置在基底的两侧表面上，且二维光栅和耦出光栅在基底上的投影至少部分重合，耦入光栅和耦出光栅在基底上的投影间隔设置，耦出光栅用于接收二维光栅的光并将光耦出至人眼进行显示；回收光栅，回收光栅包括一个或多个，当回收光栅为一个时，回收光栅位于二维光栅或耦出光栅远离耦入光栅的一侧，回收光栅用于将衍射至回收光栅的光衍射后向耦出光栅或二维光栅传播。本实用新型解决了现有技术中的衍射光波导存在显示效果差的问题。

Description

衍射光波导

技术领域

本实用新型涉及衍射光学设备技术领域，具体而言，涉及一种衍射光波导。

背景技术

随着VR、AR、和MR领域的不断发展，各领域的光学结构发展的日渐成熟。尤其是在AR领域，衍射光波导作为比较关键的组成部分受到广泛的关注。但现有技术中的衍射光波导(如浮雕光栅光波导或全息光波导等)存在一些固有缺陷，如系统效率低、不同视场角光线在衍射光波导中传播时，所走路径不同，其效率利用率也不相同。由于需包含一定的视场角范围，在设计过程中，需要考虑所有角度显示效果，导致为了均衡个别视场角的效率而牺牲其他部分视场角的效率，大大降低了衍射光波导的整体显示效果。

也就是说，现有技术中的衍射光波导存在显示效果差的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种衍射光波导，以解决现有技术中的衍射光波导存在显示效果差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种衍射光波导，包括：基底；耦入光栅，耦入光栅设置在基底的一侧表面上，耦入光栅用于将外部光机发射的光耦入基底内；二维光栅，二维光栅用于接收耦入光栅的光并进行扩瞳传输；耦出光栅，二维光栅和耦出光栅分别设置在基底的两侧表面上，且二维光栅和耦出光栅在基底上的投影至少部分重合，耦入光栅和耦出光栅在基底上的投影间隔设置，耦出光栅用于接收二维光栅的光并将光耦出至人眼进行显示；回收光栅，回收光栅包括一个或多个，当回收光栅为一个时，回收光栅位于二维光栅或耦出光栅远离耦入光栅的一侧，回收光栅用于将衍射至回收光栅的光衍射后向耦出光栅或二维光栅传播。

进一步地，回收光栅为一维光栅，回收光栅的周期为耦入光栅的周期或耦出光栅的周期的一半；和/或回收光栅的周期大于等于150nm且小于等于300nm。

进一步地，回收光栅的长度与耦出光栅朝向回收光栅的一侧边的长度相等。

进一步地，当回收光栅为多个时，多个回收光栅绕二维光栅或耦出光栅的周向间隔设置且回收光栅与耦入光栅位于二维光栅或耦出光栅的不同侧。

进一步地，当回收光栅为多个时，多个回收光栅包括第一回收光栅、第二回收光栅和第三回收光栅，第三回收光栅位于二维光栅或耦出光栅远离耦入光栅的一侧，第一回收光栅和第二回收光栅分别位于二维光栅的一组相对的两侧或耦出光栅的一组相对的两侧，且第一回收光栅、第二回收光栅、耦入光栅和第三回收光栅均位于二维光栅或耦出光栅的不同侧；或者第一回收光栅位于二维光栅的一侧，第二回收光栅位于耦出光栅的一侧，第一回收光栅和第二回收光栅在基底上的投影位于耦出光栅在基底上的投影的一组相对的两侧，耦入光栅和第三回收光栅在基底上的投影位于耦出光栅在基底上的投影的另一组相对的两侧。

进一步地，第一回收光栅为两个，两个第一回收光栅分别位于基底的两个侧面且两个第一回收光栅在基底上的投影重合；和/或第二回收光栅为两个，两个第二回收光栅分别位于基底的两个侧面且两个第二回收光栅在基底上的投影重合。

进一步地，第一回收光栅的光栅栅线方向和第二回收光栅的光栅栅线方向与耦出光栅的光栅栅线方向相同；和/或第三回收光栅的光栅栅线方向与耦入光栅的光栅栅线方向相同。

进一步地，第三回收光栅沿其延伸方向被分为第一区和第二区，第一区的光栅栅线方向与第二区的光栅栅线方向之间呈角度设置；和/或二维光栅包括第一栅线和第二栅线，第一栅线与第二栅线之间的夹角为90°，第一区的光栅栅线方向与第一栅线的方向相同，第二区的光栅栅线方向与第二栅线的方向相同。

进一步地，耦入光栅为透射式耦入光栅或者反射式耦入光栅。

进一步地，耦入光栅为一维光栅，耦入光栅的周期大于等于300nm且小于等于600nm；和/或二维光栅的周期大于等于150nm且小于等于850nm，二维光栅的高度大于等于30nm且小于等于500nm；和/或耦出光栅为一维光栅，耦出光栅的周期大于等于300nm小于等于600nm。

应用本实用新型的技术方案，衍射光波导包括基底、耦入光栅、二维光栅、耦出光栅和回收光栅，耦入光栅设置在基底的一侧表面上，耦入光栅用于将外部光机发射的光耦入基底内；二维光栅用于接收耦入光栅的光并进行扩瞳传输；二维光栅和耦出光栅分别设置在基底的两侧表面上，且二维光栅和耦出光栅在基底上的投影至少部分重合，耦入光栅和耦出光栅在基底上的投影间隔设置，耦出光栅用于接收二维光栅的光并将光耦出至人眼进行显示；回收光栅包括一个或多个，当回收光栅为一个时，回收光栅位于二维光栅或耦出光栅远离耦入光栅的一侧，回收光栅用于将衍射至回收光栅的光衍射后向耦出光栅或二维光栅传播。

通过将耦入光栅、二维光栅、耦出光栅和回收光栅选择性地设置在基底的两侧表面，以使得基底为耦入光栅、二维光栅、耦出光栅和回收光栅提供了设置位置，以保证光栅的使用可靠性，同时能够保证光在基底中的衍射传输，保证光线传输的稳定性。二维光栅和耦出光栅分别设置在基底的两侧表面上，且二维光栅和耦出光栅在基底上的投影至少部分重合，这样设置有利于耦出光栅更好的接收二维光栅传输过来的光，以使得二维光栅的大部分光能够被耦出光栅接收，进一步耦出基底到达人眼进行成像显示；且这样设置有利于缩小基底的尺寸，进而保证衍射光波导的小型化，有利于衍射光波导应用在各种小尺寸的设备上，保证通用性。通过设置回收光栅，使得回收光栅能够将耦出光栅或者二维光栅衍射至回收光栅上的光衍射后重新向耦出光栅或二维光栅传播，从而使得回收光栅能够将未耦出的光加以回收，减小光在基底的边缘处的浪费，增加耦出光的效率，进而提升衍射光波导显示效率和显示效果。

需要说明的是，无论回收光栅位于二维光栅远离耦入光栅的一侧，还是回收光栅位于耦出光栅远离耦入光栅的一侧，回收光栅和耦出光栅在基底上的投影都是间隔的，也就是说回收光栅时独立设置的，避免了其他光栅对回收光栅的干涉和影响，保证了回收光栅能够独立且稳定的工作。而且回收光栅的作用是将光线回收并衍射至耦出光栅，而不用于耦出成像。

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示出了本实用新型的实施例一的衍射光波导的俯视图；

图2示出了图1中的衍射光波导的侧视图；

图3示出了本实用新型的实施例二的衍射光波导的俯视图；

图4示出了本实用新型的实施例三的衍射光波导的俯视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基底；20、耦入光栅；30、二维光栅；H1、第一栅线；H2、第二栅线；40、耦出光栅；50、回收光栅；60、第一回收光栅；70、第二回收光栅；80、第三回收光栅；81、第一区；82、第二区；90、光机。

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的衍射光波导存在显示效果差的问题，本实用新型提供了一种衍射光波导。

如图1至图4所示，衍射光波导包括基底10、耦入光栅20、二维光栅30、耦出光栅40和回收光栅50，耦入光栅20设置在基底10的一侧表面上，耦入光栅20用于将外部光机90发射的光耦入基底10内；二维光栅30用于接收耦入光栅20的光并进行扩瞳传输；二维光栅30和耦出光栅40分别设置在基底10的两侧表面上，且二维光栅30和耦出光栅40在基底10上的投影至少部分重合，耦入光栅20和耦出光栅40在基底10上的投影间隔设置，耦出光栅40用于接收二维光栅30的光并将光耦出至人眼进行显示；回收光栅50包括一个或多个，当回收光栅50为一个时，回收光栅50位于二维光栅30或耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，回收光栅50用于将衍射至回收光栅50的光衍射后向耦出光栅40或二维光栅30传播。

通过将耦入光栅20、二维光栅30、耦出光栅40和回收光栅50选择性地设置在基底10的两侧表面，以使得基底10为耦入光栅20、二维光栅30、耦出光栅40和回收光栅50提供了设置位置，以保证光栅的使用可靠性，同时能够保证光在基底10中的衍射传输，保证光线传输的稳定性。二维光栅30和耦出光栅40分别设置在基底10的两侧表面上，且二维光栅30和耦出光栅40在基底10上的投影至少部分重合，这样设置有利于耦出光栅40更好的接收二维光栅30传输过来的光，以使得二维光栅30的大部分光能够被耦出光栅40接收，进一步耦出基底10到达人眼进行成像显示；且这样设置有利于缩小基底10的尺寸，进而保证衍射光波导的小型化，有利于衍射光波导应用在各种小尺寸的设备上，保证通用性。通过设置回收光栅50，使得回收光栅50能够将耦出光栅40或者二维光栅30衍射至回收光栅50上的光衍射后重新向耦出光栅40或二维光栅30传播，从而使得回收光栅50能够将未耦出的光加以回收，减小光在基底10的边缘处的浪费，增加耦出光的效率，进而提升衍射光波导显示效率和显示效果。

需要说明的是，无论回收光栅50位于二维光栅30远离耦入光栅20的一侧，还是回收光栅50位于耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，回收光栅50和耦出光栅40在基底10上的投影都是间隔的，也就是说回收光栅50时独立设置的，避免了其他光栅对回收光栅50的干涉和影响，保证了回收光栅50能够独立且稳定的工作。而且回收光栅50的作用是将光线回收并衍射至耦出光栅40，而不用于耦出成像。

还需要说明的是，在一些应用中，光栅是基底10的一部分，并且在一些实例中，衍射光波导是近眼显示(NED)的一部分，NED是用于向用户展示图像信息的，是增强现实系统的一部分。所述NED包括光源组件——光机90和衍射光波导，光机90是发射图像的光源，衍射光波导包括基底10(有一定厚度的高折射率玻璃)，和设置在基底10上的耦入光栅20、二维光栅30、回收光栅50和耦出光栅40。耦入光栅20被设计为将图像光耦合到基底10中，二维光栅30被设计成使一部分光路沿某一方向发生偏转和扩瞳，耦出光栅40被设计成将图像光进一步扩瞳并同时输出到眼盒。

如图1所示，二维光栅30和耦出光栅40在基底10上的投影是正对应的，由于二维光栅30与耦出光栅40的尺寸和形状是不同的，所以将二维光栅30和耦出光栅40正对应的布置在基底10的两侧表面时，二维光栅30和耦出光栅40在基底10上的投影不是完全重合的而是大部分重合的，但是二维光栅30和耦出光栅40在基底10上投影不存在错开或间隔的情况。

如图2所示，衍射光波导还包括光机90，光机90设置在基底10的外部，且与耦入光栅20对应设置，以使得光机90发射的图像光能够垂直入射耦入光栅20，进而图像光被耦入至基底10内。光机90可以是与投影镜头搭配自发光的有源器件，比如Micro-Oled、Micro-led，也可以是需要外部光源照明的液晶显示屏(包括透射式的LCD和反射式的LCOS)，还可以是基于微机电系统(MEMS)技术的数字微镜阵列(DMD，即DLP的核心)和激光束扫描仪(LBS)等等。本申请的光机90能够提供单色或彩色图像光源信息，光机90的出光口大小形状需匹配耦入光栅20尺寸及形状，例如当耦入光栅20为圆形时，光机90的出光口也需要是圆形，可根据实际设备需求选择不同类型的光机90搭配以使性能达到最好。

具体的，回收光栅50为一维光栅，回收光栅50的周期为耦入光栅20的周期或耦出光栅40的周期的一半；回收光栅50的周期大于等于150nm且小于等于300nm。由于在实际应用时，耦入光栅20的周期优选与耦出光栅40的周期相同，所以在规划回收光栅50的周期时，回收光栅50的周期为耦入光栅20的周期的一半，或回收光栅50的周期为耦出光栅40的周期的一半均可以，这样设置有利于保证回收光栅50的回收效果，以使得回收光栅50能够接收来自耦出光栅40或二维光栅30的光并且将接收的光衍射后重新向耦出光栅40或二维光栅30传播，从而减小在光在基底10的边缘处的浪费。同时，通过减少耦出光栅40区域中的杂散光提高了最终显示图像对比度，提高了显示效果。

需要说明的是，通过将回收光栅50的周期设置为耦入光栅20的周期或耦出光栅40的周期的一半，回收光栅50的波矢量是耦入光栅20的波矢量或者耦出光栅40的波矢量的2倍，此时光线经过回收光栅50之后仍然在基底10内衍射传输，而不会由基底10中耦出。

具体的，耦入光栅20为透射式耦入光栅或者反射式耦入光栅，当耦入光栅20为透射式耦入光栅时，耦入光栅20需要在光机90所在的一侧的基底10的表面，以使得光机90发射的图像光入射至耦入光栅20时被透射耦入基底10内，此时耦入光栅20和二维光栅30间隔设置在基底10的同一侧表面，而耦出光栅40则设置在二维光栅30的背面；当耦入光栅20为反射式耦入光栅时，耦入光栅20需要设置在基底10的远离光机90的一侧表面，可参考图2，此时耦入光栅20和耦出光栅40间隔设置在基底10的同一侧表面，二维光栅30位于耦出光栅40的背面。可根据实际需要选择耦入光栅20的类型，以通过调整耦入光栅20的类型，来匹配不同位置的光机90，进而有利于衍射光波导应用在不同设备中。

具体的，耦入光栅20为一维光栅，耦入光栅20的周期大于等于300nm且小于等于600nm；在本申请的实施例中，耦入光栅20的数量为1个，但是在其他未示出的实施例中，耦入光栅20可以为多个，可根据具体的需求选取不同的光栅类型排列组合，多个耦入光栅20间隔设置，且各耦入光栅20均具有对应的光机90。耦入光栅20是一种衍射光栅，可以通过特定衍射级次将入射光耦入基底10内进行传输，其目的是将光机90投射出的图像光最大功率地导入基底10内，多个耦入光栅20的目的在于对能量低的视场角或波长进行效率补偿，最终调整使耦出的光强均匀性达到特性要求。

如图1所示，二维光栅30包括第一栅线H1和第二栅线H2，第一栅线H1与第二栅线H2之间的夹角为90°，这样设置使得二维光栅30可以将基底10内的光沿着特定的级次进行衍射，其中0级衍射光使光瞳沿着某一方向进行复制，±1级衍射光对光路进行偏转。以使得耦入光栅20传输过来光沿着两个方向进行扩瞳偏转传输。二维光栅30的周期大于等于150nm且小于等于850nm，二维光栅30的高度大于等于30nm且小于等于500nm；通过合理约束二维光栅30的周期和高度，有利于保证二维光栅30的使用可靠性，进而保证二维光栅30能够更好的承接耦入光栅20的光。

具体的，耦出光栅40为一维光栅，耦出光栅40的周期大于等于300nm小于等于600nm。耦出光栅40的周期优选地与耦入光栅20的周期一致，可调节具体参数，最终调整使耦出的光均匀性达到特定要求。耦出光栅40是一种衍射光栅，可接收二维光栅30传输过来的光，将其进一步扩瞳并耦出，其目的是将光机90的信息均匀高效地耦出基地并到达人眼。

具体的，基底10的材料为高折射率玻璃或高折射光学晶体，材料折射率大于等于1.5属于高折射率的范围。基底10的折射率大于等于1.5且小于等于2.6；基底10的厚度大于等于400um且小于等于1mm。由于高折射率可提高视场角的大小，可根据实际需求选择不同的材料，以满足大视场角的需求，同时通过约束基底10的厚度在大于等于400um且小于等于1mm的范围内，在保证基底10的结构强度的前提下，能够保证基底10的轻薄化，进而保证衍射光波导的小型化。

综上，随着车载HUD(Head-up Display)或AR(增强现实)头戴式设备的发展，衍射光波导目前作为主流的AR设计方案由于其体积小的优点被广泛关注，但其也存在固有缺陷包括系统效率低、角度均匀性差和眼盒均匀性差等问题，严重制约了衍射光波导在AR设备中的应用。本申请通过在基底10上选择性地设置回收光栅50，使得回收光栅50可以对浪费掉的光能加以回收，从而提升衍射光波导的显示效率，保证显示效果。

下面结合具体实施例和附图来描述本申请的衍射光波导。

实施例一

如图1和图2所示，为本申请实施例一的衍射光波导的示意图。

如图1所示，为实施例一的衍射光波导的俯视图。如图2所示，为图1中的衍射光波导的侧视图。由图2可知，衍射光波导的耦入光栅20为反射式耦入光栅，耦入光栅20和耦出光栅40间隔设置在基底10的一侧表面，回收光栅50位于耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，二维光栅30位于基底10的另一侧表面且与耦出光栅40对应。来自光机90的光线被耦入光栅20衍射并耦合进基底10中进行全反射传输。如图1所示，耦合进的光进而朝向二维光栅30的方向进行传输，二维光栅30接收耦入光栅20的光，并将其沿着x轴方向和y轴方向衍射。耦出光栅40接收来自二维光栅30传输过来的光，将其进一步扩瞳并耦出至人眼。如图2所示，耦出光栅40耦出的带黑色箭头的线中，实线为经耦出光栅40之间耦出的光线，虚线为经回收光栅50将入射至其的光返回至耦出光栅40后，再经耦出光栅40耦出的光线。

在本实施例中，回收光栅50的数量为1个，回收光栅50位于耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，当然在其他实施例中，回收光栅50也可以设置在二维光栅30远离耦入光栅20的一侧。

如图1所示，回收光栅50的长度与耦出光栅40朝向回收光栅50的一侧边的长度相等，这样设置有利于回收光栅50接收耦出光栅40传输过来的光，有利于回收光栅50的回收，同时有利于耦出光栅40接收回收光栅50回收的光，以将光耦出，实现光的合理回收和利用，增加显示效果。

实施例二

如图3所示，为本申请实施例二的衍射光波导的示意图。

具体的，与实施例一的区别为，回收光栅50的数量不同。回收光栅50为多个时，多个回收光栅50绕二维光栅30周向间隔设置且回收光栅50与耦入光栅20位于二维光栅30的不同侧；或者多个回收光栅50绕耦出光栅40的周向间隔设置且回收光栅50与耦入光栅20位于耦出光栅40的不同侧。

如图3所示，基底10表面上设置有耦入光栅20，来自光机90的光被耦入光栅20衍射并耦合进基底10内，在基底10中进行全反射传输。然后光在基底10内朝向二维光栅30的方向传输，二维光栅30接收来自耦入光栅20的光，并将其沿着x轴方向和y轴方向衍射。耦出光栅40接收来自二维光栅30传输过来的光，将其进一步扩瞳并耦出至人眼。

如图3所示，在本实施例中，多个回收光栅50包括第一回收光栅60、第二回收光栅70和第三回收光栅80，第三回收光栅80位于二维光栅30或耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，可根据实际情况进行选择。第一回收光栅60的光栅栅线方向和第二回收光栅70的光栅栅线方向与耦出光栅40的光栅栅线方向相同；第三回收光栅80的光栅栅线方向与耦入光栅20的光栅栅线方向相同。第一回收光栅60和第二回收光栅70可接收未被耦出光栅40朝向人眼耦出的光，并将光朝向耦出光栅40返回。第三回收光栅80可接收未被二维光栅30偏转的光，并将其朝向二维光栅30返回。第一回收光栅60和第二回收光栅70相应地布置在二维光栅30或耦出光栅40的两侧，有以下几种情况：

第一种：第一回收光栅60与二维光栅30位于基底10的同一表面，且第一回收光栅60布置在二维光栅30的左侧；第二回收光栅70与耦出光栅40位于基底10的同一表面且第二回收光栅70布置在耦出光栅40的右侧；第一回收光栅60和第二回收光栅70在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的一组相对的两侧，耦入光栅20和第三回收光栅80在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的另一组相对的两侧。

第二种：第一回收光栅60与耦出光栅40位于基底10的同一表面，且第一回收光栅60布置在耦出光栅40的左侧；第二回收光栅70与二维光栅30位于基底10的同一表面且第二回收光栅70布置在二维光栅30的右侧；第一回收光栅60和第二回收光栅70在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的一组相对的两侧，耦入光栅20和第三回收光栅80在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的另一组相对的两侧。

第三种：第一回收光栅60和第二回收光栅70分别位于二维光栅30的一组相对的两侧，也就是二维光栅30的左右两侧，且第一回收光栅60、第二回收光栅70、耦入光栅20和第三回收光栅80均位于二维光栅30的不同侧。

第四种：第一回收光栅60和第二回收光栅70分别位于耦出光栅40的一组相对的两侧，也就是耦出光栅40的左右两侧，且第一回收光栅60、第二回收光栅70、耦入光栅20和第三回收光栅80均位于耦出光栅40的不同侧。

第五种：第一回收光栅60为两个，两个第一回收光栅60分别位于基底10的两个侧面且两个第一回收光栅60在基底10上的投影重合；第二回收光栅70为两个，两个第二回收光栅70分别位于基底10的两个侧面且两个第二回收光栅70在基底10上的投影重合，也就是说二维光栅30的左右两侧分别一个第一回收光栅60和一个第二回收光栅70，耦出光栅40的左右两侧分别布置一个第一回收光栅60和一个第二回收光栅70，此时第三回收光栅80位于二维光栅30远离耦入光栅20的一侧。

需要说明的是，第一回收光栅60的边长与耦出光栅40朝向第一回收光栅60的一侧边的长度相等，第二回收光栅70的边长与耦出光栅40朝向第二回收光栅70的一侧边的长度相等，第三回收光栅80的边长与耦出光栅40朝向第三回收光栅80的一侧边的长度相等。

实施例三

如图4所示，为本申请实施例三的衍射光波导的示意图。

具体的，与实施例二的区别为，第三回收光栅80的结构不同。

如图4所示，基底10表面上设置有耦入光栅20，来自光机90的光被耦入光栅20衍射并耦合进基底10内，在基底10中进行全反射传输。然后光在基底10内朝向二维光栅30的方向传输，二维光栅30接收来自耦入光栅20的光，并将其沿着x轴方向和y轴方向衍射。耦出光栅40接收来自二维光栅30传输过来的光，将其进一步扩瞳并耦出至人眼。

如图4所示，在本实施例中，多个回收光栅50包括第一回收光栅60、第二回收光栅70和第三回收光栅80，第三回收光栅80位于二维光栅30或耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧，可根据实际情况进行选择。第一回收光栅60的光栅栅线方向和第二回收光栅70的光栅栅线方向与耦出光栅40的光栅栅线方向相同；第三回收光栅80沿其延伸方向被分为第一区81和第二区82，第一区81的光栅栅线方向与第二区82的光栅栅线方向之间呈角度设置；且第一区81的光栅栅线方向与二维光栅30的第一栅线H1的方向相同，第二区82的光栅栅线方向与二维光栅30的第二栅线H2的方向相同。第一回收光栅60和第二回收光栅70可接收未被耦出光栅40朝向人眼耦出的光，并将光朝向耦出光栅40返回。第三回收光栅80可接收未被二维光栅30偏转的光，并将其朝向二维光栅30返回。

第一回收光栅60和第二回收光栅70相应地布置在二维光栅30或耦出光栅40的两侧，有以下几种情况：

第一种：第一回收光栅60与二维光栅30位于基底10的同一表面，且第一回收光栅60布置在二维光栅30的左侧；第二回收光栅70与耦出光栅40位于基底10的同一表面且第二回收光栅70布置在耦出光栅40的右侧；第一回收光栅60和第二回收光栅70在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的一组相对的两侧，耦入光栅20和第三回收光栅80在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的另一组相对的两侧。

第二种：第一回收光栅60与耦出光栅40位于基底10的同一表面，且第一回收光栅60布置在耦出光栅40的左侧；第二回收光栅70与二维光栅30位于基底10的同一表面且第二回收光栅70布置在二维光栅30的右侧；第一回收光栅60和第二回收光栅70在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的一组相对的两侧，耦入光栅20和第三回收光栅80在基底10上的投影位于耦出光栅40在基底10上的投影的另一组相对的两侧。

第三种：第一回收光栅60和第二回收光栅70分别位于二维光栅30的一组相对的两侧，也就是二维光栅30的左右两侧。

第四种：第一回收光栅60和第二回收光栅70分别位于耦出光栅40的一组相对的两侧，也就是耦出光栅40的左右两侧。

第五种：第一回收光栅60为两个，两个第一回收光栅60分别位于基底10的两个侧面且两个第一回收光栅60在基底10上的投影重合；第二回收光栅70为两个，两个第二回收光栅70分别位于基底10的两个侧面且两个第二回收光栅70在基底10上的投影重合，也就是说二维光栅30的左右两侧分别一个第一回收光栅60和一个第二回收光栅70，耦出光栅40的左右两侧分别布置一个第一回收光栅60和一个第二回收光栅70，此时第三回收光栅80由于其特殊分区形式可位于二维光栅30远离耦入光栅20的一侧，也可位于耦出光栅40远离耦入光栅20的一侧。

需要说明的是，第一回收光栅60的边长与耦出光栅40朝向第一回收光栅60的一侧边的长度相等，第二回收光栅70的边长与耦出光栅40朝向第二回收光栅70的一侧边的长度相等，第三回收光栅80的边长与耦出光栅40朝向第三回收光栅80的一侧边的长度相等。

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)

1.一种衍射光波导，其特征在于，包括：

基底(10)；

耦入光栅(20)，所述耦入光栅(20)设置在所述基底(10)的一侧表面上，所述耦入光栅(20)用于将外部光机(90)发射的光耦入所述基底(10)内；

二维光栅(30)，所述二维光栅(30)用于接收所述耦入光栅(20)的光并进行扩瞳传输；

耦出光栅(40)，所述二维光栅(30)和所述耦出光栅(40)分别设置在所述基底(10)的两侧表面上，且所述二维光栅(30)和所述耦出光栅(40)在所述基底(10)上的投影至少部分重合，所述耦入光栅(20)和所述耦出光栅(40)在所述基底(10)上的投影间隔设置，所述耦出光栅(40)用于接收所述二维光栅(30)的光并将所述光耦出至人眼进行显示；

回收光栅(50)，所述回收光栅(50)包括一个或多个，当所述回收光栅(50)为一个时，所述回收光栅(50)位于所述二维光栅(30)或所述耦出光栅(40)远离所述耦入光栅(20)的一侧，所述回收光栅(50)用于将衍射至所述回收光栅(50)的光衍射后向所述耦出光栅(40)或所述二维光栅(30)传播。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述回收光栅(50)为一维光栅，

所述回收光栅(50)的周期为所述耦入光栅(20)的周期或所述耦出光栅(40)的周期的一半；和/或

所述回收光栅(50)的周期大于等于150nm且小于等于300nm。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述回收光栅(50)的长度与所述耦出光栅(40)朝向所述回收光栅(50)的一侧边的长度相等。

4.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，当所述回收光栅(50)为多个时，多个所述回收光栅(50)绕所述二维光栅(30)或所述耦出光栅(40)的周向间隔设置且所述回收光栅(50)与所述耦入光栅(20)位于所述二维光栅(30)或所述耦出光栅(40)的不同侧。

5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，当所述回收光栅(50)为多个时，多个所述回收光栅(50)包括第一回收光栅(60)、第二回收光栅(70)和第三回收光栅(80)，所述第三回收光栅(80)位于所述二维光栅(30)或所述耦出光栅(40)所述远离所述耦入光栅(20)的一侧，

所述第一回收光栅(60)和所述第二回收光栅(70)分别位于所述二维光栅(30)的一组相对的两侧或所述耦出光栅(40)的一组相对的两侧，且所述第一回收光栅(60)、所述第二回收光栅(70)、所述耦入光栅(20)和所述第三回收光栅(80)均位于所述二维光栅(30)或所述耦出光栅(40)的不同侧；或者

所述第一回收光栅(60)位于所述二维光栅(30)的一侧，所述第二回收光栅(70)位于所述耦出光栅(40)的一侧，所述第一回收光栅(60)和所述第二回收光栅(70)在所述基底(10)上的投影位于所述耦出光栅(40)在所述基底(10)上的投影的一组相对的两侧，所述耦入光栅(20)和所述第三回收光栅(80)在所述基底(10)上的投影位于所述耦出光栅(40)在所述基底(10)上的投影的另一组相对的两侧。

6.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，

所述第一回收光栅(60)为两个，两个所述第一回收光栅(60)分别位于所述基底(10)的两个侧面且两个所述第一回收光栅(60)在所述基底(10)上的投影重合；和/或

所述第二回收光栅(70)为两个，两个所述第二回收光栅(70)分别位于所述基底(10)的两个侧面且两个所述第二回收光栅(70)在所述基底(10)上的投影重合。

7.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，

所述第一回收光栅(60)的光栅栅线方向和所述第二回收光栅(70)的光栅栅线方向与所述耦出光栅(40)的光栅栅线方向相同；和/或

所述第三回收光栅(80)的光栅栅线方向与所述耦入光栅(20)的光栅栅线方向相同。

8.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，所述第三回收光栅(80)沿其延伸方向被分为第一区(81)和第二区(82)，

所述第一区(81)的光栅栅线方向与所述第二区(82)的光栅栅线方向之间呈角度设置；和/或

所述二维光栅(30)包括第一栅线(H1)和第二栅线(H2)，所述第一栅线(H1)与所述第二栅线(H2)之间的夹角为90°，所述第一区(81)的光栅栅线方向与所述第一栅线(H1)的方向相同，所述第二区(82)的光栅栅线方向与所述第二栅线(H2)的方向相同。

9.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(20)为透射式耦入光栅或者反射式耦入光栅。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的衍射光波导，其特征在于，

所述耦入光栅(20)为一维光栅，所述耦入光栅(20)的周期大于等于300nm且小于等于600nm；和/或

所述二维光栅(30)的周期大于等于150nm且小于等于850nm，所述二维光栅(30)的高度大于等于30nm且小于等于500nm；和/或

所述耦出光栅(40)为一维光栅，所述耦出光栅(40)的周期大于等于300nm小于等于600nm。

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