CN220188751U - 全息衍射光波导结构及增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及增强现实相关技术领域，尤其涉及一种全息衍射光波导结构及增强现实设备。全息衍射光波导结构包括：光栅层，光栅层包括至少一个子光栅层组；基底层，基底层设置于光栅层的一侧；保护层，保护层设置于光栅层的另一侧；其中，基底层背离光栅层的一侧设置有第一全反射界面，保护层背离光栅层的一侧设置有第二全反射界面。通过将光栅层夹于基底层和保护层之间，为光栅设计提供了更多的自由度，从而制得无空气隔层的波长‑视场域合成的衍射光波导结构，更容易通过光栅组合实现更大视场的全息衍射光波导镜片设计，并同时降低制备难度，减轻重量，同时提高实用性和大众接受度。

Description

全息衍射光波导结构及增强现实设备

技术领域

本实用新型涉及增强现实相关技术领域，尤其涉及一种全息衍射光波导结构及增强现实设备。

背景技术

衍射光波导是增强现实眼镜产品的核心组件之一，其起到传输虚拟影像光线并将虚拟影像和人眼所见真是世界图像叠加到一起的功能。衍射光栅是衍射光波导中的重要器件，其包括耦入光栅和耦出光栅，分别实现将微光影光机投射出的影像光线耦合进入光波导和将光波导内的传输光线耦合射出光波导的功能。目前的衍射光栅主要包括表面浮雕光栅和体全息光栅两种。表面浮雕光栅通过在透明材料表面制备微纳周期的光栅结构实现，体全息光栅通过在透明材料内部制备微纳周期的折射率起伏调制实现。由于两种光栅都具有精细的光栅结构，因此在将其组合成增强现实眼镜时，都需要在表面增加保护层，以避免光栅受到破坏或老化，进而影响增强现实眼镜的性能。而光波导又需要其两侧相邻为空气层，以实现光线的全反射传输。

现有的增强现实眼镜实现方式，一般是在光波导具有衍射光栅的外侧设置空气隔层，空气隔层外再加装保护层。此结构具有以下缺陷：1、增加了衍射光波导的厚度和重量，降低了人们的接受度；2、保护层和光波导的分离，会增加眼镜内部的界面数，导致正常光线在内部多次透射或反射，降低了光学性能；虽然可通过镀制增透膜的方式抑制反射，但这样会增加成本，并且增透膜会影响衍射光栅的性能；3、空气隔层的存在增加了增强现实眼镜的组装难度，导致工艺复杂性和成本增加。以上所述缺陷，极大地影响了增强现实眼镜被市场的接受度，制约了其大规模应用推广。

另一方面，由于表面浮雕光栅工作波长和角度范围广且同时包含反射式衍射和透射式衍射级次，导致从增强现实眼镜外侧很容易看到彩虹色的光栅区域，影响美观；更主要的是外侧观察者还能看到增强现实眼镜所显示内容，隐秘性较差。体全息光栅的衍射规律遵从布拉格匹配原理，具有较小的工作波长和角度范围，且一般只有反射式衍射或透射式衍射，由体全息衍射光波导组成的增强现实眼镜更为美观，隐秘性高。然而，由于体全息光栅的工作波长和角度范围有限，为了提升衍射光波导的工作波长和角度范围，需要在光栅区域以复用的方式制备若干具有不同周期或取向的体全息光栅。由于体全息光栅的衍射效率与其厚度和折射率调制度正相关，复用制备光栅会导致每个体全息光栅的衍射效率较低。而增加其厚度会降低角度选择性，使得工作角度范围更窄。

实用新型内容

本实用新型提供一种全息衍射光波导结构，用以降低衍射光波导的制备难度，并增加其工作波长和视场范围，同时提高实用性和大众接受度。

本实用新型提供一种全息衍射光波导结构，包括：光栅层，所述光栅层包括至少一个子光栅层组；

基底层，所述基底层设置于所述光栅层的一侧；

保护层，所述保护层设置于所述光栅层的另一侧；

其中，所述基底层背离所述光栅层的一侧设置有第一全反射界面，所述保护层背离所述光栅层的一侧设置有第二全反射界面。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，每一个所述子光栅层组包括至少一个子光栅层；

其中，当所述子光栅层组的数量设置为多个，任意相邻两个所述子光栅层组之间设置有将二者隔开的透明隔层。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，当每一个所述子光栅层组包括至少两个子光栅层时，同一个所述子光栅层组中的不同所述子光栅层具有不同的体全息光栅结构，且单个所述子光栅层的所述体全息光栅结构可对特定波长和特定角度范围内的入射光线进行选择性衍射；

其中，同一所述子光栅层组内的不同所述子光栅层所对应的波长和角度范围皆不相同；且特定角度范围内的入射光线和其他角度范围内的入射光线二者经所述光栅层衍射后的角度不相同。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，同一个所述子光栅层组中，任意相邻两个所述子光栅层之间相互接触或者任意相邻两个所述子光栅层之间设置有将二者隔开的透明薄膜。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，每个所述子光栅层均包括耦入光栅区域、无光栅区域和耦出光栅区域；或者，每个所述子光栅层均包括耦入光栅区域、无光栅区域、转向光栅区域和耦出光栅区域；

其中，至少所述转向光栅区域和所述耦出光栅区域为体全息光栅区域。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，所述耦入光栅区域、所述转向光栅区域和所述耦出光栅区域皆包括若干个在空间上重叠的体全息光栅；

其中，所述耦入光栅区域的多个所述体全息光栅之间、所述转向光栅区域的多个所述体全息光栅之间以及所述耦出光栅区域的多个所述体全息光栅之间具有不同周期或者取向。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，相邻的两个所述子光栅层组分别具有相同体全息光栅结构的子光栅层，具有相同体全息光栅结构的相邻的两个所述子光栅层组的所述子光栅层之间的间隔厚度为t，所述t的取值大于或者等于最小厚度，所述最小厚度的取值范围为0.005mm-0.5mm。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，所述基底层的平均折射率为A1，所述光栅层的平均折射率为A2，所述保护层平均折射率为A3；

其中，所述A1和所述A2之差的绝对值、所述A1和所述A3之差的绝对值以及所述A2和所述A3之差的绝对值皆小于0.3，且所述基底层、所述光栅层和所述保护层三者平均折射率的取值范围为1.5到3。

根据本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，所述基底层的厚度为B1，所述B1的取值范围为0.1mm-20mm；所述保护层的厚度为B2，所述B2的取值范围为0.01-10mm；所述光栅层的厚度为B3，所述B3的取值范围为0.001mm-2mm。

本实用新型还提供一种应用上述全息衍射光波导结构的增强现实设备。

本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，通过光栅层夹于基底层和保护层之间，基底层和保护层二者一方面为光栅层提供支撑和保护，另一方面构成光波导的一部分，三个功能层整体构成光波导结构，光线在光波导内透过光栅层照射到第一全反射界面和第二全反射界面，并发生全反射，以向前传播；在光波导内传播的光线经过光栅层时，子光栅层组可对特定波长和入射角范围内的光线进行选择性衍射；另外，采用上述光波导结构，衍射方式能够包含入射光和衍射光在子光栅同侧的反射式衍射以及入射光和衍射光在子光栅两侧的透射式衍射，光波导结构的衍射光栅区域可同时支持反射式衍射和透射式衍射两种衍射方式，为光栅设计提供了更多的自由度，从而制得无空气隔层的波长-视场域合成的衍射光波导结构，更容易通过光栅组合实现更大视场的全彩色衍射光波导镜片设计，并同时降低制备难度，减轻重量，同时提高实用性和大众接受度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的全息衍射光波导结构的结构示意图，其中，子光栅层组的数量设定为两个，子光栅层的数量为三个，分别为第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层；

图2是本实用新型的光栅层的结构示意图，其中双波浪线处为省略的其他子光栅层组，箭头标记112和113为同一子光栅层组，箭头标记111为另一子光栅层组；

图3是图2的另一视角示意图；

图4是本实用新型所提出的波长-视场域在直角坐标系中的表示图，其中所画长方形区域为显示完整视场的全彩图像所需要传输的波长和视场范围，λ坐标轴为波长，x(y)坐标轴为视场；

图5是本实用新型所提出的第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层各自负责传输一定波长-视场区域内的光线并合成完整视场和全波长域的示意图；

图6是本实用新型的第一实施例中所涉及的不同波长光线被不同子光栅层衍射并传输到人眼的示意图；

图7是本实用新型的第一实施例中所涉及的第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层各自负责传输不同波长-视场区域内的光线并合成完整视场和全波长域的示意图，其中三个虚线框分别示意为第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层；

图8是本实用新型的第二实施例中所涉及的不同视场范围的光线被不同子光栅层衍射并传输到人眼的示意图；

图9是本实用新型的第二实施例中所涉及的第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层各自负责传输所有波长-视场区域内的光线并合成完整视场和全波长域的示意图，其中三个虚线框分别示意为第一子光栅层、第二子光栅层和第三子光栅层；

图10是微投影光机出射的光线按照视场范围分为两组，即视场范围一的光线、视场范围二的光线在光波导结构中传播方向示意图，其中转向光栅区域具有两个；

图11是视场范围一的光线和视场范围二的光线被耦入光栅区域衍射过程对应的波矢空间图解示意图，其中，kx、ky是任意光线的波矢量的x、y分量，G1为与视场范围一对应的耦入光栅的光栅矢量在在xy面内的分量，G2为与视场范围二对应耦入光栅的光栅矢量在xy面内的分量；

图12是视场范围一的光线被转向光栅和耦出光栅衍射过程对应的波矢空间图解示意图，其中，H1为与视场范围一对应的耦出光栅的光栅矢量在在xy面内的分量，I1为与视场范围一对应的转向光栅的光栅矢量在在xy面内的分量；

图13是视场范围二的光线光线被转向光栅和耦出光栅衍射过程对应的波矢空间图解示意图；其中，H2为与视场范围二对应的耦出光栅的光栅矢量在xy面内的分量，I2为与视场范围二对应的转向光栅的光栅矢量在xy面内的分量。

附图标记：

10、光栅层；11、子光栅层组；111第一子光栅层；112、第二子光栅层；113、第三子光栅层；12、耦入光栅区域；13、无光栅区域；14、转向光栅区域；15、耦出光栅区域；20、基底层；21、第一全反射界面；30、保护层；31、第二全反射界面；40、透明隔层；50、微投影光机；61、第一波长耦入光线；62、第二波长耦入光线；63、第三波长耦入光线；71、第一波长耦出光线；72第二波长耦出光线；73、第三波长耦出光线；80、人眼；91、小圆；92、大圆；C、波长展宽；D、所需传输的完整视场范围；E1、第一波长；E2、第二波长；E3、第三波长；F1、视场范围一；F2、视场范围二；G1、与视场范围1对应的耦入光栅的光栅矢量在xy面内的分量；G2、与视场范围2对应耦入光栅的光栅矢量在xy面内的分量；H1、与视场范围1对应的耦出光栅的光栅矢量在xy面内的分量；H2、与视场范围2对应的耦出光栅的光栅矢量在xy面内内的分量；I1、与视场范围1对应的转向光栅的光栅矢量在xy面内的分量；I2、与视场范围2对应的转向光栅的光栅矢量在xy面内的分量。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1-图13描述本实用新型的全息衍射光波导结构及增强现实设备，增强现实设备应用全息衍射光波导结构。需要说明的是，增强现实设备例如增强现实眼镜、增强现实头盔等。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种全息衍射光波导结构，包括：光栅层10，光栅层10包括至少一个子光栅层组11；基底层20，基底层20设置于光栅层10的一侧；保护层30，保护层30设置于光栅层10的另一侧；其中，基底层20背离光栅层10的一侧设置有第一全反射界面21，保护层30背离光栅层10的一侧设置有第二全反射界面31。

本实用新型提供的一种全息衍射光波导结构，通过光栅层10夹于基底层20和保护层30之间，基底层20和保护层30二者一方面为光栅层10提供支撑和保护，另一方面构成光波导的一部分，三个功能层整体构成光波导结构，光线在光波导内透过光栅层10照射到第一全反射界面21和第二全反射界面31，并发生全反射，以向前传播；在光波导内传播的光线经过光栅层10时，子光栅层组可对特定波长和入射角范围内的光线进行选择性衍射；另外，采用上述光波导结构，衍射方式能够包含入射光和衍射光在子光栅同侧的反射式衍射以及入射光和衍射光在子光栅两侧的透射式衍射，光波导结构的衍射光栅区域可同时支持反射式衍射和透射式衍射两种衍射方式，为光栅设计提供了更多的自由度，从而制得无空气隔层的波长-视场域合成的衍射光波导结构，更容易通过光栅组合实现更大视场的全彩色衍射光波导镜片设计，并同时降低制备难度，减轻重量，同时提高实用性和大众接受度。

需要说明的是，线在光波导内透过光栅层10照射到全反射界面上，并发生全反射，以向前传播，每条光线具有特定的波长和入射角参数，波长为三原色光波长，可以为606nm±Δλ1、535nm±Δλ2和465nm±Δλ3，但不限于这三个值，其中Δλ1、Δλ2、Δλ3为波长展宽，如图4中箭头C指向距离值为波长展宽，入射角参数与光线所对应的视场角相关，由具体设计确定。

可以理解的是，如图1、图2以及图5至图9所示，在本实用新型的一些实施例中，每一个子光栅层组11包括至少一个子光栅层；其中，当子光栅层组11的数量设置为多个，任意相邻两个子光栅层组11之间设置有将二者隔开的透明隔层40。使得各自相互独立，确保实际使用过程中，不同子光栅层组11之间的衍射光不产生相干叠加。

需要说明的是，每个子光栅层组11的子光栅层数量可以相同也可以不相同。

具体地，在本实用新型的一些实施例中，当每一个子光栅层组11包括至少两个子光栅层时，同一个子光栅层组11中的不同子光栅层具有不同的体全息光栅结构，且单个子光栅层的体全息光栅结构可对特定波长和特定角度范围内的入射光线进行选择性衍射；其中，同一子光栅层组11内的不同子光栅层所对应的波长和角度范围皆不相同；且特定角度范围内的入射光线和其他角度范围内的入射光线二者经光栅层10衍射后的角度不相同。

需要说明的是，在本实用新型的一些实施例中，子光栅层组11的个数设定为M，任意子光栅层组包含的子光栅层数记为N，第L组的第I个子光栅层可以用(L，I)来标识，L小于或者等于M，M可为1、2、3等数字，L可为1、2、3等数字，N可为1、2、3等数字，每一个子光栅层可将由微投影光机50所投射出的一定视场角和波长范围内的光线传输到人眼80，N个子光栅层可将所有视场范围内所有波长的光线传输到人眼80，从而在人眼80内拼合成完整视场的全彩色图像；而不同个子光栅层组11包括具有相同体全息光栅结构的子光栅层，这些属于不同子光栅层组的子光栅层的衍射光可相互叠加，以增强总衍射光强，提升图像亮度。

可以理解的是，在本实用新型的一些实施例中，同一个子光栅层组11中，相邻子光栅层之间相互接触或者相邻子光栅层之间设置有将二者隔开的透明薄膜，结构合理，且制造工艺简单。

如图1至图3所示，在本实用新型的一些实施例中，每个子光栅层均包括耦入光栅区域12、无光栅区域13和耦出光栅区域15，或者，每个子光栅层均包括耦入光栅区域12、无光栅区域13、转向光栅区域14和耦出光栅区域15；其中，至少转向光栅区域14和耦出光栅区域15为体全息光栅区域。具体地，当耦入光栅区域12也为体全息光栅区域时，耦入光栅区域12、转向光栅区域14和耦出光栅区域15皆包括若干个在空间上重叠的体全息光栅；其中，耦入光栅区域12的多个体全息光栅之间、转向光栅区域14的多个体全息光栅之间以及耦出光栅区域15的多个体全息光栅之间具有不同周期或者取向。采用上述结构，从而保证该单个子光栅层的光栅区域可对特定波长和入射角范围内的光线进行选择性衍射。需要说明的是，在本实用新型的一些实施例中，耦入光栅区域12将微投影光机50射出的光线耦合进入光波导结构，其形状和大小与投射出的光束直径匹配即可；耦出光栅区域15形状一般为圆角或直角矩形，与眼瞳活动范围(眼盒，eye box)形状一致，大小与眼盒大小和到眼瞳距离相关。

需要说明的是，如图3所示，转向光栅区域14的数量为一个；在一些实施例中，如图10所示，转向光栅区域14的数量为两个；当然地，在另一些实施例中，转向光栅区域14的数量亦可设置为其他数量，在此不做限定。

可以理解的是，如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，相邻的两个子光栅层组11分别具有相同体全息光栅结构的子光栅层，具有相同体全息光栅结构的相邻的两个子光栅层组11的子光栅层之间的间隔厚度为t，t的取值大于或者等于最小厚度，最小厚度的取值范围为0.005mm-0.5mm，以保证在增强现实设备例如：增强现实眼镜工作时，相邻子光栅层组中两个具有相同体全息光栅结构的子光栅层的衍射光发生的是非相干叠加，从而实现衍射光强叠加增强的同时不降低整体角度选择性的目的。需要说明的是，通过调节相邻子光栅层组之间透明隔层的厚度来保证t的取值满足要求。

在本实用新型的一些实施例中，基底层20的平均折射率为A1，光栅层10的平均折射率为A2，保护层30平均折射率为A3；其中，A1和A2之差的绝对值、A1和A3之差的绝对值以及A2和A3之差的绝对值皆小于0.3，且基底层20、光栅层10和保护层30三者平均折射率的取值范围为1.5到3，以保证光线在它们交界面的反射率可忽略不计。

在此需要说明的是，在本实用新型的一些实施例中，基底层20和保护层30由具有较高折射率的树脂或玻璃制成。

在本实用新型的一些实施例中，基底层20的厚度为B1，B1的取值范围为0.1mm-20mm；保护层30的厚度为B2，B2的取值范围为0.01-10mm；光栅层10的厚度为B3，B3的取值范围为0.001mm-2mm。

在本实用新型的一些实施例中，光栅层10的材料为感光材料，其可在光照射下发生折射率实部或虚部的变化；体全息光栅由两束或多束光波干涉后对光栅层10的局部区域曝光而生成。

在本实用新型的一些实施例中，光栅层10所用的感光材料为光致聚合物。各子光栅层由不同的光致聚合物薄膜构成，同一个子光栅层组11内的N个子光栅层具有不同的感光波长，因此该N个子光栅层的光栅可使用不同波长的光束独立曝光生成，互不影响；不同子光栅层组11的第I个子光栅层具有相同的感光波长,I小于或者等于N，因此不同子光栅层组11里的第I子光栅层的光栅可同时制备。

需要说明的是，当增强现实设备为增强现实眼镜时，增强现实眼镜利用微投影透镜将微显示屏上所显示的画面透射进入衍射光波导，并通过衍射光波导传播并耦出进入人眼80。微型投影透镜和微显示屏共同构成微投影光机50。微显示屏上的每一个点，经微投影透镜、衍射光波导、人眼80后在人眼80的视网膜上形成一个像点；微显示屏上的所有点在视网膜上所成的像即构成人眼80所看到的画面。对于整个系统来说，微显示屏上的每一个点具有两个关键属性：颜色和视场角。颜色由该点所发出的光线波长决定，例如波长为606nm、535nm和465nm的光线分别对应红色、绿色和蓝色三原色；由这几种波长的光线按不同比例合成即可生成全彩色像点。视场角即由某点发出的主光线与微投影透镜光轴的夹角，由该点的位置决定；该位置越是偏离微投影屏中心，其发出的主光线与光轴的夹角越大，视场角越大。整个显示画面对应于一定的视场角范围，例如画面水平方向视场角可位于-20°至20°的范围，画面竖直方向视场角可位于-15°至15°范围。与微显示屏上点的这两个关键属性相对应的，从微投影光机50投射出的每一条光线都包含两个重要参量，即光波长和出射角度，其中光线出射角度与发出该光线的点所具有的视场角一一对应，也与发出该光线的点一一对应。为了让人眼80看到全彩全视场的图像，需要衍射光波导将所有视场角下的三种波长光线均无损地传递到人眼80，如图4、图5、图7和图9，由x(y)视场和λ波长构成的坐标空间，可称为波长-视场域。

可以理解的是，如图1、图2以及图4至图9所示，在本实用新型的一个实施例中，当每一个子光栅层组11包括三个子光栅层，三个子光栅层依次分为第一子光栅层、第二子光栅层112和第三子光栅层113；在共用同一个光波导的情况下，多个子光栅层能够各自负责传输不同波长和所有视场区域或者多个子光栅层各自负责传输所有波长-视场区域内的光线并合成完整视场和全波长域。

如图6和图7所示，本实用新型的第一实施例中，多个子光栅层能够各自负责传输不同波长和所有视场区域时，具体地，第一子光栅层可将第一波长E1和所有视场范围的光线传输到人眼80；第二子光栅层112可将第二波长E2和所有视场范围的光线传输到人眼80；第三子光栅层113可将第三波长E3和所有视场范围的光线传输到人眼80；整个光栅层10可将所有波长和所有视场范围的光线传输到人眼80，从而在人眼80内合成完整视场的全彩色图像。

如图6和图7所示，本实用新型的第二实施例中，多个子光栅层各自负责传输所有波长-视场区域内的光线并合成完整视场和全波长域时，具体地，第一子光栅层可将所有波长和第一视场范围的光线传输到人眼80；第二子光栅层112可将所有波长和第二视场范围的光线传输到人眼80；第三子光栅层113可将所有波长和第三视场范围的光线传输到人眼80；整个光栅层10可将所有波长和所有视场范围的光线传输到人眼80，从而在人眼80内合成完整视场的全彩色图像。

可以理解的是，如图10至图13所示，在本实用新型的一些实施例中，将微投影光机50出射的光线按照视场范围分为两组，即视场范围一F1和视场范围二F2的光线。在耦入光栅区域12，在相同子光栅层或不同子光栅层上分别设置对应的体全息光栅。借助体全息光栅只衍射一定入射角度范围内光线的特性，将两组光线分别朝向xy面内的不同方向衍射。两组方向经过不同的转向光栅区域14后来到耦出光栅区域15。在耦出光栅区域15，在相同子光栅层或不同子光栅层上分别设置对应视场范围一F1和视场范围二F2光线的体全息光栅，分别将两组光栅耦合出光波导，进入人眼80。需要说明的是，图中箭头直线，仅代表的是一定视场范围内光线的大体传播方向，不代表具体某光线，也不代表具体行进轨迹。

如图11所示，在本实用新型的一些实施例中，图11为视场范围一F1的光线和视场范围二F2的光线被耦入光栅区域12衍射过程对应的波矢空间图解，图中每一个点对应某条光线波矢的kx和ky分量。小圆91内的区域代表光在真空或空气中的波矢kx和ky分量所有可能的取值范围；大圆92内的区域代表光在光波导中的波矢kx和ky分量所有可能的取值范围。两个圆分别规定了真空或空气以及光波导中允许存在光线的边界，其中，k0＝2π/λ，k＝nk0，k0是小圆91的半径，k是大圆92的半径，λ表示波长，n表示折射率值，且通过基底层20的折射率A1和保护层30的折射率A3二者进行比较，取较小的折射率值作为n的取值。

需要说明的是，图11至图13中所示阴影区域代表微投影光机50所出射所有视场x(y)光线(即由代表所有光线的kx和ky分量的点组成)；图11中的两个箭头分别表示视场范围一F1的光线对应的耦入光栅区域12和视场范围二F2的光线对应的耦入光栅区域12的衍射过程，将两个视场范围二的光线分别衍射到-y和+x方向附近。光栅对光线的衍射，在波矢空间就相当于对某个点或某个区域内光线的平移操作。

可以理解的是，如图12和图13所示，在本实用新型的一些实施例中，经过转向光栅区域14、耦出光栅区域15，两个视场范围回到原点附近，从而能够从光波导出射，并沿光波导片的法线方向附近进入人眼80，在人眼80内合成完整视场画面。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种全息衍射光波导结构，其特征在于，包括：

光栅层(10)，所述光栅层(10)包括至少一个子光栅层组(11)；

基底层(20)，所述基底层(20)设置于所述光栅层(10)的一侧；

保护层(30)，所述保护层(30)设置于所述光栅层(10)的另一侧；

其中，所述基底层(20)背离所述光栅层(10)的一侧设置有第一全反射界面(21)，所述保护层(30)背离所述光栅层(10)的一侧设置有第二全反射界面(31)。

2.根据权利要求1所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，每一个所述子光栅层组(11)包括至少一个子光栅层；

其中，当所述子光栅层组(11)的数量设置为多个，任意相邻两个所述子光栅层组(11)之间设置有将二者隔开的透明隔层(40)。

3.根据权利要求2所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，当每一个所述子光栅层组(11)包括至少两个子光栅层时，同一个所述子光栅层组(11)中的不同所述子光栅层具有不同的体全息光栅结构，且单个所述子光栅层的所述体全息光栅结构可对特定波长和特定角度范围内的入射光线进行选择性衍射；

其中，同一所述子光栅层组(11)内的不同所述子光栅层所对应的波长和角度范围皆不相同；且特定角度范围内的入射光线和其他角度范围内的入射光线二者经所述光栅层(10)衍射后的角度不相同。

4.根据权利要求3所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，同一个所述子光栅层组(11)中，任意相邻两个所述子光栅层之间相互接触或者任意相邻两个所述子光栅层之间设置有将二者隔开的透明薄膜。

5.根据权利要求4所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，每个所述子光栅层均包括耦入光栅区域(12)、无光栅区域(13)和耦出光栅区域(15)；

或者，每个所述子光栅层均包括耦入光栅区域(12)、无光栅区域(13)、转向光栅区域(14)和耦出光栅区域(15)；

其中，至少所述转向光栅区域(14)和所述耦出光栅区域(15)为体全息光栅区域。

6.根据权利要求5所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，所述耦入光栅区域(12)、转向光栅区域(14)和所述耦出光栅区域(15)皆包括若干个在空间上重叠的体全息光栅；

其中，所述耦入光栅区域(12)的多个所述体全息光栅之间、所述转向光栅区域(14)的多个所述体全息光栅之间以及所述耦出光栅区域(15)的多个所述体全息光栅之间具有不同周期或者取向。

7.根据权利要求2或6所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，相邻的两个所述子光栅层组(11)分别具有相同体全息光栅结构的子光栅层，具有相同体全息光栅结构的相邻的两个所述子光栅层组(11)的所述子光栅层之间的间隔厚度为t，所述t的取值大于或者等于最小厚度，所述最小厚度的取值范围为0.005mm-0.5mm。

8.根据权利要求1所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，所述基底层(20)的平均折射率为A1，所述光栅层(10)的平均折射率为A2，所述保护层(30)平均折射率为A3；

其中，所述A1和所述A2之差的绝对值、所述A1和所述A3之差的绝对值以及所述A2和所述A3之差的绝对值皆小于0.3，且所述基底层(20)、所述光栅层(10)和所述保护层(30)三者平均折射率的取值范围为1.5到3。

9.根据权利要求1所述的全息衍射光波导结构，其特征在于，所述基底层(20)的厚度为B1，所述B1的取值范围为0.1mm-20mm；所述保护层(30)的厚度为B2，所述B2的取值范围为0.01-10mm；所述光栅层(10)的厚度为B3，所述B3的取值范围为0.001mm-2mm。

10.一种增强现实设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述全息衍射光波导结构。