[发明专利]一种衍射光波导及其设计方法

权利要求书

1.一种衍射光波导，其特征在于，包括波导基底和设置在所述波导基底至少一侧的耦入区域和耦出区域；

所述波导基底具有相互平行的第一表面和第二表面，所述耦入区域用于将图像源投射的光束耦入所述波导基底，以使光束在所述波导基底的所述第一表面和所述第二表面之间全反射的传输至所述耦出区域；

所述耦出区域包括第一耦出区域和第二耦出区域；所述第二耦出区域包括多个耦出子区域，所述第二耦出区域中设置有至少两种不同光栅方向的一维光栅，每个所述耦出子区域中设置所述至少两种不同光栅方向的一维光栅中的其中一种，所述第二耦出区域用于通过衍射的方式对光束扩瞳和耦出所述波导基底；所述第一耦出区域中设置的一维光栅与所述耦出子区域中的其中一种一维光栅的光栅矢量相同；所述第一耦出区域用于通过衍射的方式将光束耦出所述波导基底；

其中，所述耦入区域和所述耦出区域内的一维光栅的光栅矢量之和为零。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二耦出区域包括相对设置的第一侧边和第二侧边；所述第一侧边靠近所述耦入区域；

所述第一侧边的长度大于所述第二侧边的长度，所述第二耦出区域的宽度沿第一方向逐渐减小；所述第一方向为所述第一侧边指向所述第二侧边的方向，所述第二耦出区域的宽度为垂直于所述第一方向的第二方向上的长度。

3.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一侧边的长度满足图像源出射的边界视场角光线到达第二耦出区域内的边界条件。

4.根据权利要求2所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二耦出区域还包括第三侧边；所述第三侧边为所述第一耦出区域和所述第二耦出区域的区域分界边；所述第三侧边为直边、曲边、曲折边中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二耦出区域内为规则分区，除位于所述第二耦出区域边界上的耦出子区域外，剩余各所述耦出子区域形状均相同；或者，所述第二耦出区域内为不规则分区，除位于所述第二耦出区域边界上的耦出子区域外，剩余各所述耦出子区域中存在至少两个所述耦出子区域形状不相同。

6.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，在所述第二耦出区域内为规则分区时，所述第二耦出区域沿一个方向上划分为多个耦出子区域，或者，所述第二耦出区域沿两个不同方向上划分为多个耦出子区域。

7.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，在所述第二耦出区域内为规则分区时，相邻两个所述耦出子区域的中心距离为：

其中，d为相邻两个所述耦出子区域的中心距离，n为所述波导基底的折射率，θ为人眼所能分辨的角度最小值，λ为所述图像源投射的光束的波长。

8.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，在所述第二耦出区域内为规则分区时，每个所述耦出子区域包括至少两个耦出二级子区域，各所述耦出二级子区域的光栅方向各不相同。

9.根据权利要求5所述的衍射光波导，其特征在于，在所述第二耦出区域内为不规则分区时，所述耦出子区域为泰森多边形分区；其中，划分所述泰森多边形分区的离散点为耦入所述光波导基底的光束与所述第二耦出区域的交点；和/或，基于规则分区的初始耦出子区域的基准点偏移得到的偏移点。

10.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第一耦出区域包括第一子耦出区域和第二子耦出区域，所述第一子耦出区域中设置的一维光栅的光栅矢量与所述耦出子区域中的第一种一维光栅的光栅矢量相同，所述第二子耦出区域光栅矢量与所述耦出子区域中的第二种一维光栅的光栅矢量相同。

11.根据权利要求1所述的衍射光波导，其特征在于，所述第二耦出区域包括的各耦出子区域在至少一个方向上的尺寸小于到达所述光束的光斑尺寸。