CN220709393U - 一种波导及近眼显示模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种波导及近眼显示模组，通过在波导的耦出区域中设置特定结构的光栅单元，所述的光栅单元中的光学结构具有对称的端部、带有曲边的腰部，使得对各衍射级次的耦出激光光线产生的干涉现象具有更好的抑制作用，提升波导成像的效果。

Description

一种波导及近眼显示模组

技术领域

本实用新型涉及扫描显示技术领域，具体涉及一种波导及近眼显示模组。

背景技术

增强现实(Augment Reality，AR)技术是将虚拟信息融合于真实环境上的显示技术。在近眼范围进行AR显示，是目前显示行业研究的热点之一，可通过诸如增强现实眼镜(AR Glass)这样的近眼显示设备实现。

其中，一种较为广泛应用的方案是在近眼显示设备上设置光波导(也可简称为：波导)，波导整体透明，可以让人眼观看到真实世界环境的同时，将虚拟图像的光线经扩展、偏转后传输至人眼，从而能够让使用者观看到叠加于真实环境上的虚拟信息。

作为波导的一种，衍射式波导利用光栅的衍射实现光线的偏转及扩展。在一些采用了光栅(特别是二维光栅)的衍射式波导中，受到光栅结构几何形状的影响，当使用激光作为光源时，经过光栅的激光会产生不同的衍射级次，而各衍射级次的光之间会产生干涉，严重影响波导的光学表现。

实用新型内容

基于上述内容，本实用新型提供一种波导及近眼显示模组，用以解决现有的光栅所存在的问题。

基于本实用新型的一方面，本实用新型实施例提供一种波导，包含至少一个光栅区域，在所述光栅区域内设置有光栅，所述光栅包含多个周期性排列的光学结构，任一所述光学结构在垂直于所述光栅区域的视角下具有闭合形状，所述光学结构在第一方向上包含两个端部及位于两个端部之间的腰部，两个所述端部彼此对称，所述腰部包含至少一条曲边；

所述光学结构用作衍射光学元件，每一所述光学结构从设定的输入方向接收光线，且朝向所述光学结构排列的平面上设定的输出方向传输光线；部分或全部的所述光学结构朝向所述光学结构排列的平面以外的方向传输光线。

可选地，所述光学结构具有至少一个对称轴，至少一个对称轴与第二方向平行；

其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

可选地，所述曲边为内凹型曲线，所述曲边朝向所述光学结构所呈闭合形状的中心方向内凹。

可选地，所述曲边由至少一个内接图形的部分线型构成。

可选地，所述曲边的线型为光滑曲线或分段曲线。

可选地，每一所述端部在所述第一方向具有凸出形貌，并具有顶点。

可选地，每一所述端部包含至少两条基本直的边。

可选地，每一所述端部的边为光滑曲线。

可选地，任一所述端部在第二方向上具有至少两个顶点。

基于本实用新型的另一方面，本实用新型实施例提供一种近眼显示模组，包括图像投射装置及前述的波导，所述图像投射装置用于产生图像光线并投射至所述波导上对应的耦入区域，并经由所述波导传输后衍射输出。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型的技术方案而了解。本实用新型的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a及1b是本实用新型实施例提供的一种示例性的波导结构示意图；

图2a是光栅矢量关系示意图；

图2b是基于图2a所示光栅矢量关系所示的一种光栅示意图；

图3是基于图2b的光栅所示出的一种耦出光栅的结构示意图；

图4是各衍射级次的光线之间发生干涉产生的干涉条纹图样示意图；

图5a是本实用新型实施例提供的一种光栅结构示意图；

图5b是5a所示的光栅结构中光栅单元的结构示意图；

图5c是5b所示光栅单元中曲边的线型示意图；

图6a是本实用新型实施例提供的另一种光栅单元示意图；

图6b是6a所示光栅单元中曲边的线型示意图；

图7a是对比例中不同结构形态的光栅单元示意图；

图7b是7a中各光栅单元在TE模式下的衍射级次耦出能量比值示意图；

图7c是7a中各光栅单元在TM模式下的衍射级次耦出能量比值示意图；

图8a是本实用新型实施例提供的一种光栅单元变形例示意图；

图8b是8a所示光栅单元的衍射级次耦出能量比值示意图；

图9a是本实用新型实施例提供的一种光栅单元示意图；

图9b是图9a所示光栅单元所构成的二维光栅局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关技术方案，而非对该技术方案的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关技术方案相关的部分。

参考图1a及1b，示例性地展示了一种波导100，至少包括：波导基体101、耦入区域102及耦出区域103，在耦入区域102和耦出区域103内设置有光栅。通常，耦入区域102中设置的光栅可称为：耦入光栅，可以采用图1a中所示的一维光栅，或是图1b中所示的二维光栅；耦出区域103中设置的光栅可称为：耦出光栅，可以是二维光栅。

图1a和图1b也示出了进入耦入区域102的光线在耦入区域102和耦出区域103之间传播的光路，光线会在二维光栅分布的区域中发生衍射，从而扩展传输。在实际应用时，波导100通常用于向观察者的眼睛(左眼或右眼)输出图像光线，若要用作双目式AR眼镜，则需要至少两个波导100的结构，以分别对应于观察者的双眼；在另一些情况下，耦出区域103的横向(x轴方向)尺寸足够覆盖观察者的双眼，用作双目式AR眼镜时，则可仅需要一个波导100的结构即可。

图1a和图1b示出的是波导100以耦出光线的一侧朝向观察者眼睛的视角，该视角也是用户正常佩戴AR眼镜时用户眼睛所观看的视角，图中示出了xy坐标系(其中，平行于x轴的方向在本实用新型中也称为：第一方向；平行于y轴的方向在本实用新型中也称为：第二方向)，在本实用新型实施例中，光线朝向人眼出射且垂直于xy平面的方向可认为是z轴正方向(z轴并未在图1a或1b中示出，平行于z轴的方向在本实用新型中也称为：第三方向)。后续的实施例内容中，除有特别说明之外，都将沿用此坐标体系以及视角，相应方向名称的描述也通篇适用。

在上述的波导结构中，若想保证光线无压缩地传输至人眼，则耦入光栅的光栅矢量G₁与耦出光栅的光栅矢量G₂、G₃应满足图2a所示的关系。也就是说，光线在传播过程中需要经过具有光栅矢量G₂及G₃的光栅结构，在本实用新型实施例中，此种光栅结构具体表现可如图2b所示。

在此基础上，若将图2b所示的光栅结构叠加，便可得到本实用新型实施例的一种耦出光栅，其大致形貌可参考图3。具体而言，耦出光栅2为二维光栅，其中形成多个周期性排列的、呈菱形的光栅单元(光栅单元具有光栅矢量G₂及G₃)。耦出光栅2中的每一个光栅单元都一致，以其中一个光栅单元20为例，光栅单元20可认为是一个完整的光栅周期，其长轴的长度(也可认为是光栅单元20的最大长度)记为l，短轴的长度(也可认为是光栅单元20的最大宽度)记为h，长轴两端的顶角的角度记为θ。

在本实用新型实施例中，光栅矢量G₁、G₂、G₃满足：

光栅单元20长短轴之间的关系满足：

当光线从耦入光栅1沿x轴方向传输至耦出光栅2，经耦出光栅2中光栅单元的衍射作用，使得光线传输至周围相邻的光栅单元，以此种方式在耦出光栅2中扩展传输，同时，光线经过每个光栅单元时，部分光线还将向xy平面以外衍射输出(这一部分光线在本实用新型中，也可称为耦出光线或耦出光)。

需要说明的是，在本实用新型的后续实施例中，所描述的光栅单元也具有上述关系。在实际应用时，根据本实用新型方案所制备的光栅，其中光栅单元的菱形轮廓可能不显著或者不可见。一些实施例中，光栅单元所呈菱形的边长，可与传输的光线的波长有一定关系，如：边长的尺寸在200nm至650nm的范围，当然，菱形的尺寸并不限于此，通常，其尺寸量级为纳米级。

已经发现，在耦入光栅和耦出光栅中传播的光线在衍射过程中会产生不同的衍射级次，在使用激光作为光源时，同一视场下传播的各个级次的耦出光线之间会产生干涉，导致用户在观看时，人眼所观看到的画面出现明显的椭圆、c口条纹等异常显示效果。以图3所示的波导100为例，使用激光光源会产生如图4所示的干涉条纹图样，从图4中干涉条纹图样的横向分布来看，左侧至中间区域(对应耦出光线的左侧视场及中心视场)出现了明显的c口条纹、椭圆图样，并且干涉条纹较稀疏；右侧(对应耦出光线的右侧视场)的干涉条纹分布相较左侧及中间区域更紧密。显然，这无疑将严重干扰正常画面的观看体验。

因此，需要对光栅单元的结构进行优化设计，以尽可能的缓解激光在波导内衍射传播过程中所产生的各衍射级次的耦出光线彼此之间发生的干涉现象。

参考图5a，示出了本实用新型实施例中提供的一种优化后的、且应用在波导上的光栅50，其中包括周期性排列的多个光栅单元500(图5a中仅示出了一部分光栅单元500)，每个光栅单元500的形状相同。通常，各个光栅单元500位于同一平面中(即，图5a所示的XY平面)，在本实用新型的一些实施例中，部分光栅单元500可能位于不同的平面上，比如：光栅中从左至右光栅单元500向Z轴正方向的凸起程度逐渐增加，使得光栅单元500位于不同的平面上。当然，这里并不应理解为对本实用新型的限制。

参考图5b，在本实施例中，光栅单元500包括呈菱形的边界区域(为便于描述，在后续的内容中可将“菱形的边界区域”简称为“菱形”)，以及位于菱形中的光学结构50(菱形中的深色部分)。

本示例中，以菱形的中心o为原点建立xoy坐标系，并且，菱形的短半轴长度为h，长半轴长度为l。x、y坐标值的单位为nm。在菱形的长轴(即，x轴)方向上，光学结构50包括位于左右两侧的第一端部51和第二端部52，以及位于中段的腰部53。图5b中使用辅助线(图5b中在光学结构50上平行于y轴的虚线)将光学结构50的不同部分进行划分以便于描述，这里并不应理解为对本实用新型的限制。

其中，第一端部51、第二端部52分别具有两条基本直的边，腰部53在菱形的短轴方向上具有相对的两条曲边530及540，两条曲边530及540的线型均为内凹型曲线(朝向菱形的长轴内凹)。本示例中，光学结构50是对称结构，具有两个对称轴，即x轴和y轴。

在本示例中，第一端部51的顶角θ₅₁及第二端部52的顶角θ₅₂的角度相同，并且，顶角θ₅₁和顶角θ₅₂的顶点M、N均位于菱形的长轴上。顶角θ₅₁和顶角θ₅₂的角度与菱形左右两侧顶角θ的角度相同，即，θ₅₁＝θ₅₂。当然，在一些实施例中，顶角θ₅₁和顶角θ₅₂的角度与菱形左右两侧顶角θ的角度可以是基本相同的。当然，在另一些实施例中，两个端部的顶角(如：顶角θ₅₁和顶角θ₅₂)的角度与菱形左右两侧顶角θ的角度可以不同。

光学结构50的腰部53上的两条曲边530、540的线型是一种光滑曲线(本实用新型实施例中所述的“光滑”，具体可参考数学中的相关定义)，当然，在一些实施例中，两条曲边的线型也可以是非光滑曲线，如：分段形曲线(在不同段的交接处可存在尖点)。由于两条曲边530、540具有对称性，故这里仅以一条曲边530为例进行具体说明。参考图5c，曲边530的线型由内接图形531的部分线型构成。在本示例中，内接图形531为椭圆(后续描述中，可直接描述为椭圆531)。

椭圆531长轴的半径为r_a，短轴的半径为r_b。椭圆531的长轴平行于x轴，但与x轴不共轴，短轴平行于y轴且共轴。原点o沿x轴方向至光学结构50左顶点M(也即，第一端部51的左顶点)的距离为l₁。左顶点M沿第一端部51直边的延长线在y轴上的交点记为Q，将原点o沿y轴方向至点Q的距离记为h₁。将原点o沿y轴方向至椭圆531圆心的距离记为h_o。需要说明的是，本示例中，点Q恰好为椭圆531的上顶点，但在不同的实施例中，点Q的位置并不一定与内接图形的上顶点重合，点Q的位置可能位于内接图形内，也可能位于内接图形外，甚至超出菱形的范围(此种示例具体可参考后续图9a、9b对应的实施例，这里便不再过多赘述)。此外，在本示例中，h_o可认为是原点o沿y轴至内接图形(闭合式的几何图形)几何中心的距离，对于本实用新型实施例中的方案，对于闭合式的内接图形，其几何中心一般均位于y轴上。

本实施例中的上述参数配置有以下关系：

l₁＝k₁l

h₁＝k₂h

r_a＝k₃l₁/2

r_b＝k₄h₁/2

h_o＝k₅h

其中，k₁～k₄为配置的特征系数，特征系数k₁的取值范围满足下述关系：

0.1<k₂<1.5

0.1<k₃<0.9

式中其余参数的定义可参考上述内容中的记载，这里便不再过多赘述。

在本示例中，上述特征系数的取值具体可以为：k₁＝0.8，k₂＝0.8，k₃＝0.4，k₄＝0.4，k₅＝0.64。

申请人发现，若要减缓使用激光光源时各衍射级次的耦出光线之间发生干涉形成如图4所示的严重干涉图样，应该使得发生干涉的耦出光线(后续描述中也可简称为干涉光)之间的能量比值尽可能大，而采用腰部具有曲边线型的光学结构，对各衍射级次的耦出光线产生的干涉现象具有更好的抑制作用。

现基于上述实施例中的光栅单元500进行测试计算：拟定耦入周期为：0.37(μm)，视场角为：31.63度*18.11度，采用与波导100相同的耦入及耦出区域，耦出区域中采用光栅单元500周期排列，并将耦出区域对应的视场区域沿横向(第一方向)分割为64个点(未示出)，分别计算各点位在TE(横电波)模式下、TM(横磁波)模式下的干涉光对应的能量比值，其中，取3、12、24、36、48、63号点位的数据，用以表征耦出区域干涉光对应的能量比值从左至右的分布趋势，并分别形成表1(TE模式)及表2(TM模式)，其中，以下表中的数据可认为是耦入光能量为1时，单次耦出光(后续表中均简称为“耦出光”)和单次干涉光(后续表中均简称为“干涉光”)的能量对应的数值：

点位	3	12	24	36	48	63
							耦出光	9.05E-05	0.00010738	0.000130993	0.00015728	0.000187374	0.000231203
干涉光	4.59E-07	5.84E-07	7.36E-07	8.63E-07	9.65E-07	1.06E-06
							比值	201.503525	183.8802968	177.9683537	182.1434098	194.2456785	217.8294876

表1

点位	3	12	24	36	48	63
							耦出光	9.56E-05	0.000129741	0.000177924	0.00022462	0.000261772	0.000268965
干涉光	4.75E-07	5.81E-07	6.68E-07	6.71E-07	5.88E-07	3.94E-07
							比值	201.368411	223.1741346	266.2638672	334.6288625	445.01059	682.6153668

表2

需要说明的是，申请人亦发现，当干涉光能量比值大于200时，产生的干涉条纹的干涉对比度较差，人眼难以察觉，从上述表格中的数据可以看出，在耦出区域对应的视场区域中，从左至右的点位的干涉光能量比值总体上超过200，特别是右侧视场区域所产生的干涉条纹图样更密集(参考图4)，相应点位的干涉光能量在TE、TM两种模式下的比值多分布在大于200的水平，从而使得干涉条纹不易被人眼察觉，可有效提升人眼的观看体验。

参考图6a，示出了另一种光栅单元600的结构，类似地，光栅单元600同样包括呈菱形的边界区域，以及位于菱形中的光学结构60(菱形中的深色部分)。xoy坐标系同样以菱形的中心o为原点建立。

光学结构60在x轴方向上也具有第一端部61、第二端部62以及位于中段的腰部63。且第一端部61和第二端部62的顶角θ₆₁及θ₆₂的角度大小相同，即，θ₆₁＝θ₆₂，且与菱形长轴顶角θ的角度大小一致。在本示例中，光学结构50同样是对称结构，具有两个对称轴，即x轴和y轴。菱形的短半轴长度为h，长半轴长度为l。

光学结构60的腰部63上的两条曲边630、640的线型是分段式曲线，而不是前述实施例中的光滑曲线，由于两条曲边630、640相对于x轴对称，故同样仅以一条曲边630为例进行具体说明。参考图6b，曲边630的线型由第一内接图形631和第二内接图形632的部分线型共同构成。在本示例中，第一内接图形631为椭圆(可简称为椭圆631)，第二内接图形632为圆形(可以简称为圆形632)。

椭圆631长轴的半径为r_a，短轴的半径为r_b；圆形632的半径为r。椭圆631的长轴平行于x轴，但与x轴不共轴，短轴与y轴共轴；圆形632的圆心位于y轴上。原点o沿x轴方向至光学结构60左顶点(也即，第一端部61的左顶点)M’的距离为l₂。左顶点M’沿第一端部61直边的延长线在y轴上的交点记为Q’，这里将原点o沿y轴方向至点Q’的距离记为h₂。将原点o沿y轴方向至椭圆631(即，第一内接图形)圆心的距离记为ho₁，将原点o沿y轴方向至圆形632(即，第二内接图形)圆心的距离记为ho₂。

本实施例中的上述参数配置有以下关系：

l₂＝k₁′l

h₂＝k₂′h

r_a＝k₃′l₂/2

r_b＝k₄′h₂/2

r＝k₅′h₂/2

h_o1＝k₆′h

h_o2＝k₇′h

其中，k₁’～k₅’为配置的特征系数，特征系数k₁’～k₄’的取值范围满足下述关系：

0.1<k₂′<1.5

0.1<k₃′<0.9

0.1<k₅′<0.8

式中其余参数的定义可参考上述内容中的记载，这里便不再过多赘述。

在本示例中，上述特征系数的取值具体可以为：k₁’＝0.8，k₂’＝0.8，k₃’＝0.5，k₄’＝0.33，k₅’＝0.2，k₆’＝0.67，k₇’＝0.57。

对于图6a、6b所示出的光栅单元600而言，同样在减弱甚至消除干涉条纹有良好的作用。

具体而言，现基于上述实施例中的光栅单元600进行测试计算，测试计算条件与前述实施例中一致，这里不再重复，同样取3、12、24、36、48、63号点位的数据，用以表征耦出区域干涉光对应的能量比值从左至右的分布趋势，并分别形成表3(TE模式)及表4(TM模式)：

表3

表4

显然，通过表3、4所示的数据可知，基于光栅单元600的耦出区域中，相应点位的干涉光能量的比值多分布在大于200的水平，从而使得干涉条纹不易被人眼察觉，可有效提升人眼的观看体验。

为进一步示出区别，现提供一对比例，具体参考7a-7c。

在图7a中，示出了四种光栅单元1～4，四种光栅单元分别具有不同形貌的光学结构，为便于描述，简称为结构1～4。其中，结构1、2分别对应于本实用新型前述实施例中的图6a、图5b中所示的光栅单元，结构1中的光学结构在其腰部采用分段曲线的线型，结构2中的光学结构在其腰部采用光滑曲线的线型；结构3、4中的光学结构在其中间段上均不具有曲线线型。

基于图7a中所示的四种结构，沿用前述实施例中的测试计算条件。

针对结构3，取3、12、24、36、48、63号点位的数据，并分别形成表5(TE模式)及表6(TM模式)：

表5

表6

针对结构4，取3、12、24、36、48、63号点位的数据，并分别形成表7(TE模式)及表8(TM模式)：

表7

表8

从上述的表格所列出的数据不难看出，结构3、4在TE模式下，在耦出区域对应的视场区域的中间至右侧点位，对于干涉光对应的能量比值小于200，因此会出现细微干涉条纹。

为了更直观展示，将结构1～4耦出区域对应的视场区域沿横向分割的64个点位的数据拟合得到如图7b、7c所示分布图。其中，图7b示出了TE模式下的干涉光能量比值的分布，图7c示出了TM模式下的干涉光能量比值的分布。显然，在TM模式下的比值四种结构基本都高于200，而在TE模式下，结构3、4在中间至右侧的比值低于或逐渐低于200，匹配图4所示的干涉条纹图样可以看出，图4中中间视场的干涉条纹最稀疏、左侧视场的条纹密度次之，而右侧视场的干涉条纹密集，人眼对高密度条纹更加敏感，因此，如果在右侧视场区域的干涉光能量比值低于200，则人眼将能够明显感知到干涉条纹的存在，从而影响观看体验，也因为此，结构1、2在抑制干涉条纹条纹方面具有更好的效果。

下面示出本实用新型的一种变形例

参考图8a，示出了另一种光栅单元800的结构，与前述实施例类似地，光栅单元800同样包括呈菱形的边界区域，以及位于菱形中的光学结构80(菱形中的深色部分)。xoy坐标系同样以菱形的中心o为原点建立。光学结构80在x轴方向上也具有第一端部81、第二端部82以及位于中段的腰部83。光学结构80同样具有两个对称轴(图8a中的x轴和y轴)。但与前述实施例中不同在于，光学结构80的边均为曲边，且曲边线型在各处光滑，不存在尖点。

具体地，光学结构80的第一端部81和第二端部82在x轴方向上，均具有向外延伸的凸起，并形成光滑圆角的形貌，换言之，第一端部81在x轴方向上具有顶点A，第二端部82在x轴方向上具有顶点B。在本实施例中，顶点A、B是光滑圆角的顶点，附近的线型也是光滑的，因此，顶点A、B所在的光滑圆角的线型，其一阶导数连续。

此外，第一端部81上，形成有沿第二方向的凸出形貌，并具有顶点C、E；第二端部82上，形成有沿第二方向的凸出形貌，并具有顶点D、F。当然，顶点C～F位置的线型及附近线型的同样是光滑的，即，一阶导数连续。

光学结构80的腰部83包含两条曲边830及840，两条曲边830及840的线型同样均为内凹型的光滑曲线。与前述实施例不同在于，腰部83的两条曲线与第一端部81、第二端部82的相交位置未形成尖点，而是光滑线型。关于曲边830、840的形成，具体可参考前述实施例中的描述，这里便不再过多赘述。

针对本实施例中的光栅单元800，同样按照前述实施例中的测试计算条件进行测试计算，同样取3、12、24、36、48、63号点位的数据，并分别形成表9(TE模式)及表10(TM模式)：

表9

表10

将本示例中的耦出区域对应的视场区域沿横向分割的64个点位的数据拟合得到如图8b所示分布图，其中示出了TE、TM两种模式下的干涉光能量比值的分布，可见，采用光栅单元800的耦出区域在TM、TE模式下的比值基本都高于200，特别是对应的视场区域的右侧的比值基本高于200，从而可使得干涉条纹的干涉对比度较差，人眼难以察觉，也因为此，本实施例中的光栅单元800的结构在抑制干涉条纹条纹方面同样具有良好的效果。

除了上述实施例所示的结构以外，在本实用新型的一些示例中，构成光学结构中腰部曲边的内接图形可以为多个圆形，若包含两个及以上圆形时，各圆形的半径不同。至少一个圆形的部分圆周构成了腰部的两条曲边。

在另一些实施例中，构成光学结构中腰部曲边的内接图形不限于封闭式图形，还可以为曲线，如：双曲线抛物线/>或者其他曲线线型。当然，对于此种实施例，构成腰部任一条曲边的内接图形同样可以不止一个，也可以是两个或多个内接图形(即，两条或多条曲线)共同构成，两条或多条曲线的线型可以不同，或者，两条或多条曲线的线型形同但曲率不同。

在一些实施例中，前述的光栅单元中的菱形区域和光学结构在z轴正方向上可以不共面，即，高度不一致。

在一些实施例中，菱形区域为凸起结构(向z轴正方向凸起)，而深色的光学结构为凹陷结构(向z轴负方向凹陷)。而在另一些实施例中，菱形区域和光学结构可以为相反的设置，即，菱形区域为凹陷结构，而深色的光学结构为凸起结构。

另需要说明的是，在本实用新型的一些实施例中，如图9a所示，光栅单元900包含对称的光学结构90，以光学结构90的左顶点m为例进行说明，左顶点m沿光学结构90左侧端部的其中一条直边的延长线与y轴相交于点q，而点q的位置已超出光栅单元900的菱形范围。进一步参考图9b，示出了多个周期性排列的光栅单元900所构成的二维光栅的一部分，可见，任一光栅单元900的菱形范围仍可被视为是一个完整的光栅周期。

当然，光学结构90相对于光栅单元900整体的占比可能更大，会进一步超出光栅单元900的菱形范围，在本实用新型实施例中，为保证能够较有效抑制各衍射级次的光线发生干涉，应满足以下条件：

以图9b中相邻的两个光栅单元900a和900b为例进行说明，光栅单元900a中，光学结构90a的第一端部的左顶点m和上顶点j之间具有线型mj；光栅单元900b中，光学结构90b的第二端部的右顶点n和下顶点k之间具有线型nk。线型mj和线型nk在结构位置上彼此相对，线型mj和线型nk彼此具有对称关系且不相交，这里所述的对称关系包括但不限于：轴对称关系、旋转对称关系等。应理解，这里仅示出了两个相邻光栅单元中相对的两条线型之间的关系，实际上，对于任意相邻的光栅单元中彼此相对的线型也应满足上述条件。对于变形例图8a中的光栅单元800也同样适用。

对于前述的实施例中的波导而言，二维光栅设置于波导的耦出区域表面；而在另一种实施方式中，耦出区域位于波导内，而不是在表面，相应地，前述的光栅也设置于波导内。

当然，具体采用何种结构将根据实际应用的需要而定，这里并不构成对本实用新型的限制。

基于上述内容所记载的波导，本实用新型实施例中还提供一种近眼显示模组，该近眼显示模组可以应用于AR眼镜，近眼显示模组包括：图像投射装置及前述的波导，图像投射装置用于产生图像光线并投射至波导上对应的耦入区域，从而图像光线可在波导中传输，通过耦出区域耦出。

基于上述内容，一方面，若要减缓使用激光光源时各衍射级次的光线之间发生干涉形成的干涉图样，应该使得干涉光之间的能量比值尽可能大，而采用上述实施例中所示的光学结构，通过设置对称的端部、带有曲边的腰部，对各衍射级次的激光光线产生的干涉现象具有更好的抑制作用，提升波导成像的效果。

另一方面，在本实用新型的实施例中，通过调节特征系数，便可以调节光栅单元中光学结构的腰部的曲边线型、顶角的角度大小、光学结构的尺寸、整体几何形貌等，本实用新型中的特征系数的数量与光栅单元的调节自由度强相关，也即，配置的特征系数越多，针对光栅单元的调节自由度也就越高。显然，此种光栅单元的调节自由度远高于图3所示的基础菱形结构的光栅单元以及图7a中结构3、结构4所示的光栅单元。随着设计自由度的提升，使用激光作为光源时，本实用新型中的光栅单元结构可以进一步针对激光在波导中的传播特性进行优化，从而能够有效抑制各衍射级次的耦出激光光线之间产生的干涉，减少额外的椭圆、c口条纹等现象。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种波导，其特征在于，包含至少一个光栅区域，在所述光栅区域内设置有多个周期性排列的光栅单元，任一所述光栅单元中包含光学结构，所述光学结构在垂直于所述光栅区域的视角下具有闭合形状，所述光学结构在第一方向上包含两个端部及位于两个端部之间的腰部，两个所述端部彼此对称，所述腰部包含至少一条曲边；

所述光学结构用作衍射光学元件，每一所述光学结构从设定的输入方向接收光线，且朝向所述光学结构排列的平面上设定的输出方向传输光线；部分或全部的所述光学结构朝向所述光学结构排列的平面以外的方向传输光线。

2.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述光学结构具有至少一个对称轴，至少一个对称轴与第二方向平行；

其中，所述第二方向垂直于所述第一方向。

3.如权利要求2所述的波导，其特征在于，所述曲边为内凹型曲线，所述曲边朝向所述光学结构所呈闭合形状的中心方向内凹。

4.如权利要求3所述的波导，其特征在于，所述曲边由至少一个内接图形的部分线型构成。

5.如权利要求3所述的波导，其特征在于，所述曲边的线型为光滑曲线或分段曲线。

6.如权利要求1所述的波导，其特征在于，每一所述端部在所述第一方向具有凸出形貌，并具有顶点。

7.如权利要求1所述的波导，其特征在于，每一所述端部包含至少两条基本直的边。

8.如权利要求1所述的波导，其特征在于，每一所述端部的边为光滑曲线。

9.如权利要求1所述的波导，其特征在于，任一所述端部在第二方向上具有至少两个顶点。

10.一种近眼显示模组，其特征在于，包括图像投射装置及前述权利要求1-9任一所述的波导，所述图像投射装置用于产生图像光线并投射至所述波导上对应的耦入区域，并经由所述波导传输后衍射输出。