CN109239920A - 一种全息波导镜片及增强现实显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光效全息波导镜片及增强现实显示装置，包括至少一片全息波导镜片单元，所述波导镜片单元由波导衬底和设于波导衬底上的两个光栅区域构成。中间无需经过中继光栅区域进行二次变向传送光信号，使得精确匹配相位条件的难度大大降低，光栅区域内的光栅可以采用表面浮雕光栅，并可以通过纳米压印制程批量复制。在全息波导镜片的出射端面，通过放置反射元件，使得原本从端面损失的光，继续和出射光栅进行作用，有效克服了全息波导光效利用率低的缺点。并且通过两个光栅区域尺寸、相互之间的距离、光栅的结构，以及波导衬底的厚度尺寸配合，可以实现现有技术没有的一次耦入，多次耦出的功能，非常方便的实现扩瞳的功能。

Description

一种全息波导镜片及增强现实显示装置

技术领域

本发明涉及显示设备技术领域，更具体地说，涉及一种全息波导镜片及增强现实显示装置。

背景技术

增强现实(AR)技术，是借助计算机图形技术和可视化技术产生物理世界中不存在的虚拟对象，并将其准确“放置”在物理世界中，呈现给用户一个感知效果更丰富的新环境。在诸多领域，例如工业制造和维修领域、医疗领域、军事领域、娱乐游戏领域、教育领域等，有着巨大的潜在应用价值。在AR产业链中，同时具有透明效果和成像/导光效果的镜片是AR硬件得以实施的最关键部件。国内外工业界或者科研界已经开发了一系列AR装置，如*** glass利用单个反射棱镜将侧面图像直接投送到单个人眼中，实现方式简单，但是有着疲劳感强、视场角小、无3D成像的缺点。而Meta2利用镀有银层的半反半透面罩为立轴反射成像元件，将两个图像投射到人左右两眼中，具有视场角大(90度)的优点，但是体积过于庞大，另外没有扩瞳效果，观察舒适度差。美国专利US 7,751,122 B2公开了一种嵌有多个半反半透棱镜的波导AR显示装置，图像在波导镜片中传播中，每遇到一个半反半透镜，图像就会被耦合输出一部分，通过调制不同位置半反半透镜的反射率，使得出射图像在整个观察范围内强度均匀。该波导AR镜片具有扩瞳效果，但是主要依赖于传统光学加工制作，由于每个反射面的反射率，包括波长敏感性和角度敏感性，需要进行精确控制，因此加工难度极高，且不存在大批量复制生产的可能性，量产可能性极低。微软在美国专利US 2016/0231568 A1，US2016/0231569A1公开了一种全息波导AR显示装置，装置中镜片结构复杂，单片全息波导镜片上需要制作三个区域光栅，分别起到图像耦入、X方向图像扩瞳及Y方向图像扩瞳和图像输出的作用。如果中转区域的光栅周期/取向和耦入及出射区域光栅没有精确匹配符合相位条件，则会出现严重色散，从而导致图像质量急剧下降，如此高的加工精度导致全息波导镜片成本居高不下，难以在AR产业中取得普及。为了降低波导镜片的制作难度，除了以上2D波导扩瞳方案以外，1D扩瞳方案也得到了广泛关注。例如索尼公司的美国专利US 6,169,613 B1通过体光栅或者复合体光栅将图像导入到光波导，图像在波导中传播，在输出端通过单个或者复用体光栅将图像输出，有着结构简单、耦和效率高的优点，但是不同于浮雕光栅，体光栅无法通过纳米压印等制程进行复制，量产方面会是问题。US 2006/0132914 A1及CN 104280891 A提出用浮雕光栅实现1D扩瞳波导方案，仅采用了输入单元和输出单元，并且利用浮雕光栅深度或者占空比调控，实现输出图像光强均匀。由于浮雕光栅本身效率问题，首先导致单次耦入效率低，其次在输出单元末端，仍然有大量能量的光从镜片端面出射，因此基于浮雕光栅的波导镜片，普遍有着光效低，亮度低的问题。

发明内容

本发明提出了一种适于批量生产且高光效的全息波导镜片及增强现实显示装置。

一种全息波导镜片，包括至少一片全息波导镜片单元，波导镜片单元包括波导衬底和设于波导衬底上的两个光栅区域，两个光栅区域分别为耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域。

波导镜片单元还包括薄膜，薄膜位于所述波导衬底表面。

光信号自耦合入射光栅区域射入，在波导衬底内反射后，自耦合出射光栅区域射出。

全息波导镜片单元还包括反射部。

反射部位于远离耦合入射光栅区域一侧的衬底的端面，反射部用于将光信号反射入波导衬底。

反射部为可进行光学反射的介质层。

两个光栅区域实现光信号的一次耦入，两次或多次耦出。

两个光栅区域设有纳米级的光栅，纳米级的光栅为浮雕光栅。

浮雕光栅可以通过纳米压印制程批量复制。

同一片波导镜片单元的耦合入射光栅区域的光栅和耦合出射光栅区域的光栅的周期及取向方向一致。

耦合入射光栅区域的光栅为倾斜光栅，耦合入射光栅区域的光栅占空比在0.4到0.6之间。

耦合入射光栅区域的光栅倾斜角在20°到45°之间。

优选的，耦合入射光栅区域的光栅倾斜角在25°到35°之间。

耦合入射光栅区域的光栅深度在200nm到500nm之间。

优选的，耦合入射光栅区域的光栅深度在200nm到350nm之间

耦合出射光栅区域的光栅为正光栅。

耦合入射光栅区域的几何中心与耦合出射光栅区域的几何中心在同一条水平线上。

两个光栅区域的形状为矩形。

耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域沿波导衬底横向排布，耦合入射光栅区域的纵向长度不大于耦合出射光栅区域的纵向长度。

波导衬底的折射率高于上下衬底层的折射率。

波导衬底折射率n1≥1+2sinFOV/2，其中FOV为增强现实显示装置的成像视场角。

优选的，波导衬底折射率在1.7到2.4之间。

波导衬底的厚度T与光信号经全息波导镜片的出瞳宽度W1的关系满足W1＝2tanβT，其中β为最大全反射角，波导衬底的厚度T在0.3mm到2mm之间。

耦合入射光栅区域光栅和耦合出射光栅区域光栅位于波导衬底表面以下，也可以位于波导衬底表面以上。

耦合出射光栅区域的光栅为透射衍射光栅，也可以为反射衍射光栅。

耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域位于波导衬底的同一表面，也可以位于波导衬底的不同表面。

本发明还提供了一种增强现实显示装置，包括图像输出源、成像元件，和上述的全息波导镜片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是全息波导镜片构建增强现实显示装置的示意图；

图2是全息波导镜片正面的示意图；

图3是全息波导镜片侧面的示意图；

图4a-d是耦合入射光栅区域内光栅结构的两种实施例的示意图；

图5a-d是耦合出射光栅区域内光栅结构的两种实施例的示意图；

图6耦合出射光栅区域内光栅深度随空间变化的示意图；

图7是实现彩色全息显示的全息波导镜片的示意图；

图8是耦合入射光栅区域与耦合出射光栅区域设置在波导衬底不同面的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

一种全息波导镜片，所述全息波导镜片包括至少一片全息波导镜片单元，如图1和图2所示，该全息波导镜片是只由一个全息波导镜片单元构成的示例，全息波导镜片单元1由波导衬底2，设于波导衬底上的两个功能性光栅区域和反射部6构成，其中两个功能性光栅区域的光栅可以直接制作在波导衬底上，也可以预先制作在薄膜上，再将载有光栅结构的薄膜与波导衬底结合。所述两个功能性光栅区域分别为：

耦合入射光栅区域3，用于将外部光源的光信号耦合入波导衬底，并经过波导衬底的全反射向耦合出射光栅方向传播，其具有宽度W1和长度L1，该光栅区域内设有全息光栅，如纳米级的浮雕光栅。

耦合出射光栅区域4，将来自于耦合入射光栅的光信号耦出波导衬底。其也具有宽度W2和长度L2。

一般情况下，可以采用L1＝L2，或者L1小于L2。如果根据需要，L1大于L2也未尝不可。

所述反射部6为可进行光学反射的介质层，优选的，所述介质层反射率大于10％。所述介质层可以是镀在端面的银镜，端面银镜的反射率通过介质层的厚度来控制。为了使得反射光再次耦出时候传播方向不受影响，端面银镜的表面粗糙度控制在1nm以下。

可将功能性光栅区域的数量限定在两个，耦合入射光栅区域3将外部光源的光信号耦合入波导衬底2，并经过波导衬底2的全反射向耦合出射光栅区域4方向传播，耦合出射光栅区域4将来自于耦合入射光栅区域3的光信号耦出波导衬底2。中间无需经过中继光栅区域或其它部件进行二次变向传送光信号，使得精确匹配相位条件的难度大大降低，功能性光栅区域内的光栅可以采用表面浮雕光栅，并可以通过纳米压印制程批量复制(可参考本发明人在先申请的专利文献及其它在先公开的技术文献及专利文献)。因此克服了现有技术中的相关缺陷。并且通过两个功能性光栅区域尺寸(宽度W1、W2；长度L1、L2)、相互之间的距离(S)、光栅的结构，以及波导衬底2的厚度尺寸配合，可以实现光信号经耦合入射光栅区域3耦入，再经波导衬底2全反射传送到耦合出射光栅区域4前部，一部分光信号能量经耦合出射光栅区域4的前部区域的光栅耦出，剩余的光信号能量反射回波导衬底2，再经波导衬底2全反射回到耦合出射光栅区域4的中部(或后部)光栅，同理，一部分光信号能量经耦合出射光栅区域4的中部(或后部)光栅耦出，剩余的光信号能量反射回波导衬底2，继续前述过程。信号光在传播到耦合出射光栅区域4的末端，仍然有部分能量没有被耦合出射，仍然束缚在波导衬底2内。当信号光行进到端面反射部6，经过反射后，信号光仍然以原来的全反射角传播，和耦合出射光栅区域4继续进行作用，重复上述过程出光，从而提高光效利用率。由于波导内传播时间远小于图像的刷新间隔，因此不会引起串扰。本方案从而实现现有技术没有的一次耦入，来/回多次耦出的功能，在实现扩瞳功能的同时，有着光效高的优点。

如图1所示，全息波导镜片由一片全息波导镜片单元1构成，并以此为基础构建全息波导增强现实显示装置，其中光引擎5(光信号或图像光信号发生装置)生成的光信号，经成像元件成像后耦合入射光栅区域3耦入波导衬底2中，经全反射向耦合出射光栅区域4传播，泄露的光信号经过端面反射部6，二次和耦合出射光栅区域4进行作用，光信号最后经耦合出射光栅区域4耦出全息波导镜片，在全息波导镜片的前方空间中形成虚拟图像，并可进一步和现实景物融合，形成增强现实的图像显示。

一个全息波导增强现实显示装置中的全息波导镜片可以根据需要包含一片或者多片全息波导镜片单元，可实现单色或者彩色增强现实显示功能。单片可以实现彩色图像输出，但在现实应用中为了匹配图像的色度，优选的采用二片或者三片全息波导镜片单元实现彩色显示功能。其中耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域可位于波导衬底层的同一表面，如图1-3所示；也可以位于不同表面，如图8所示。功能性光栅区域内的浮雕光栅的光栅结构底部可位于波导衬底表面以上，如图6所示；也可位于波导衬底表面以下，如图3所示。优选的耦合入射光栅区域内的光栅(也称为耦入光栅)为倾斜浮雕光栅，图像光信号在耦入光栅位置，通过衍射过程被耦合至波导衬底内，由于满足全反射条件，图像在波导衬底中无损传播至耦合出射光栅区域内的光栅(也称为耦出光栅)。耦出光栅周期、光栅取向和耦入光栅一致，可为正光栅或者倾斜光栅。耦出光栅的衍射效率随空间有一定的分布，图像每次全反射打在耦出光栅上，就会有部分能量图像耦出，通过多次全反射，可以对输出图像进行有效扩瞳。相比于以往技术，该全息波导增强现实显示装置有着实现难度低、易于复制生产、观察舒适的优点。

因此，在实际应用中，如图2和图3所示，两个功能性光栅区域尺寸、相互之间的距离S、光栅的结构，以及波导衬底的厚度T尺寸满足以下功能条件：图像光信号经耦合入射光栅区域3耦入，再经波导衬底2全反射传送到耦合出射光栅区域4前部区域，一部分光信号能量经耦合出射光栅区域4的前部区域内的光栅耦出，剩余的光信号能量反射回波导衬底2，再经波导衬底2全反射回到耦合出射光栅区域4的中部区域或后部区域，同理，一部分光信号能量经耦合出射光栅区域4的中部区域或后部区域光栅耦出，剩余的光信号能量反射回波导衬底2，继续前述过程。在耦合出射光栅区域4的末端，残留光信号继续满足全反射条件在波导衬底2内传播，到达端面时候，被反射部6反射，继续与耦合出射光栅区域4作用，输出信号图像。从而实现光信号的一次耦入，两次或多次耦出。图3的示例为一次耦入，三次耦出的情形，两次耦出及三次以上耦出的情形同理，不再赘述。当然，也可以方便的实现一次耦入，一次耦出。

在实际应用中，在构建头戴式全息三维显示装置时，所述耦合入射光栅区域3的宽度W1可以选择1mm-5mm，和/或，所述耦合出射光栅区域4的宽度W2为5mm-3cm。

进一步的，所述耦合入射光栅区域3和耦合出射光栅区域4之间的间距S可以选择5mm-2cm。

上述尺寸的选择，根基实际的需要来确定。

图3所示为全息波导镜片侧面示意图。一般整个光波导类似三明治结构，中间层材料折射率高于上下衬底层折射率，中间层可以作为导芯用于传播光能量，只有满足全反射角的特定光束才能在波导导芯中传播。本发专利中导芯层为全息波导镜片的波导衬底，上下衬底层利用空气。优选波导衬底的折射率n1在1.7到2.4之间，波导衬底折射率和成像***视场角FOV需要满足n1≥1+2sinFOV/2，其中FOV为增强现实显示装置的成像视场角。因此需要和成像***的视场角进行统一设计。波导衬底材料可以选择在可见光波段400nm到700nm有良好的透过率的材质，优选的在96％以上，材料可以为无机材料，例如重火石玻璃，也可以是有机材料，例如环硫树脂。波导衬底厚度T和成像***出瞳宽度W1满足W1＝2tanβT，其中β为最大全反射角，使得在输出区域的任何位置，都可以观看到整个图像，一般衬底厚度数值在0.3mm到2mm之间。

图4a-d为耦入光栅结构图，具有非对称光栅槽型，为倾斜光栅，具有将能量集中在单一衍射级次上的优点。图4a-d中给出了两种倾斜光栅槽型及相应的参数含义。其中α为倾斜角，用来表征光栅的非对称性，h为光栅深度，Λ1为光栅周期，W为光栅槽宽度。图4a和图4c为直长条斜槽型，图4b和图4d为斜三角形槽型，实际使用中，只要能将衍射能量集中到某一级次的非对称倾斜光栅槽型都能满足要求。耦入光栅周期和视场角及入射光波长需要满足以下要求：Λ1＝入/(1+sin FOV/2)，入为波长。在实际应用中，由红绿蓝三色全息波导镜片单元构建全息波导镜片时，优选的红色镜片耦入光栅Λ1在400nm到540nm之间，对应调控610nm到650nm的红光。绿色镜片耦入光栅Λ1在330nm到450nm之间，对应调控500nm到540nm的绿光。蓝色镜片耦入光栅Λ1在290nm到400nm之间，对应调控440nm到480nm的蓝光。光栅占空比W/Λ1，倾斜角度α和光栅深度h是影响衍射能量分配的重要参数，为了保证耦入级次效率高于50％，对于耦合入射光栅区域3，优选的光栅占空比在0.4到0.6之间，倾斜角在20°到45°之间，光栅深度h在200nm到500nm之间，不同颜色镜片的耦入光栅深度不需要一致。如图4a、c所示，耦入光栅可在衬底波导中直接制作获得，因此光栅材料和波导衬底材料一致。如图4b、d所示，耦入光栅可在衬底波导表面制作，光栅槽底到波导衬底上表面的距离d在0.2微米到2微米之间，光栅材料折射率n2在1.6到2之间，为了降低界面入射损失，优选的光栅材料折射率和镜片波导折射率一致。

输出光栅可为倾斜光栅也可为正光栅，考虑到制作成本，优选为正光栅，如图5a-d所示。图5中给出了输出光栅为正光栅的结构示意图，槽型呈现和表面法线对称。在同一个全息镜片上，输出光栅周期Λ2和耦入光栅周期Λ1一致。

进一步的，如图6所示，耦合出射光栅区域4内的光栅的深度是按线性变化的，或是按斜率增加的曲线变化，或是按斜率变小的曲线变化。其目的是，光信号(例如含图像信息的图像光信号)需要多次和耦合出射光栅区域4内的光栅进行作用(即多次耦出)，相应的，每次输出对入射图像光信号的能量有一定的损失。虽然经过端面反射部6的返回光信号，和耦合出射光栅区域4作用顺序相反，但是由于入射总能量不同，为了使得输出图像在整个观察范围内均匀，输出光栅衍射效率需要根据空间进行调控。在实际应用中，耦合出射光栅区域内的某一位置的光栅的衍射效率，由其所在位置对应光信号在耦合出射光栅区域内的全反射次数决定，第j次光信号全反射输出处的光栅衍射效率ηj＝η1(1-(j-1)η1)，其中，η1为第一次全反射位置光栅的衍射效率，第一次出射衍射效率η1＝1/N，其中N为总的全反射输出次数。图6中所示为通过光栅深度调控获得均匀输出。为了在整个区域内均匀，衍射效率变化可连续化，相应的光栅深度变化可以是线性的，也可以是斜率增加的曲线或者斜率变小的曲线，以输出光强尽量均匀为标准。

在实际应用中，所述耦合入射光栅区域3和耦合出射光栅区域4可以均为矩形，其在全息波导镜片上沿同一轴线排布在波导衬底的同一面的两侧或不同面的两侧。其中，耦合入射光栅区域也可以采用圆形或其它形状，根据需要而定。

一般而言，所述耦合入射光栅区域3的长度L1小于或等于耦合出射光栅区域4的长度L2。

在实际应用中，所述波导衬底发折射率n1满足n1≥1+2sinFOV/2，其中FOV为增强现实显示装置的成像视场角。

进一步的，所述波导衬底的厚度T与光信号经全息波导镜片的出瞳宽度W1的关系满足W1＝2tanβT，其中β为最大全反射角，T优选0.3mm-2mm。

在实际应用中，所述波导衬底发折射率可以选择1.7-2.4。

在实际应用中，可利用单个全息波导镜片单元1实现单色增强现实显示装置，也可以利用红绿蓝全息波导镜片堆叠实现彩色显示。图7所示为实现彩色显示的全息波导镜片，其中由上至下包含了分别对应显示蓝绿红颜色的三片全息波导镜片单元。如何通过纳米衍射光栅的设置来构建对应不同衍射的全息波导镜片单元在本申请人在先的专利文献中已经有相应的说明，在此不再赘述。彩色图像光信号从最上面的蓝色镜片(对应主要全反射蓝色光信号的全息波导镜片单元，下面红色镜片及绿色镜片同理)的耦合入射光栅区域3位置入射，蓝色组分的信号被高效耦合到第一层全息波导镜片单元(即蓝色镜片)内，绿色和红色的信号在蓝色镜片耦入光栅的效率很低，继续传播到绿色镜片的耦合入射光栅区域3，绿色信号被耦入到第二层全息波导镜片单元(即绿色镜片)内。红色组分信号继续传播，在红色镜片耦合入射光栅区域位3置，被耦入到第三层全息波导镜片单元(即红色镜片)内。不同颜色的信号通过不同镜片输出，最终在人眼位置实现彩色显示。在第一层和第二层以及第二层和第三层镜片之间的耦合入射光栅位置，可以放置增透层，来降低不同颜色信号在入射界面处的反射。

在图7的示例中，同一全息波导镜片单元上的耦合入射光栅区域3和耦合出射光栅区域4在波导衬底的同一表面。也可以如图8所示，同一全息波导镜片单元上的耦合入射光栅区域3和耦合出射光栅区域4在波导衬底的不同表面。其中耦合入射光栅区域3内的光栅的参数设计和上述实施例相同，耦合出射光栅区域4内的光栅由透射衍射改成反射衍射，后者光栅深度改为图7示例中的光栅深度一半即可。

光信号或图像光信号发生装置生成的光信号，经成像元件成像后耦合入射光栅区域3耦入波导衬底2中，经全反射向耦合出射光栅区域4传播，形成第一次耦出，泄漏的光信号继续传播到波导的侧面，当信号光行进到端面反射部6，经过反射后，信号光仍然以原来的全反射角传播，和耦合出射光栅区域4继续进行作用，重复上述过程出光，形成第二次耦出，从而提高光效利用率。由于波导内传播时间远小于图像的刷新间隔，因此不会引起串扰。本方案从而实现现有技术没有的一次耦入，来/回多次耦出的功能，在实现扩瞳功能的同时，有着光效高的优点。由图8和图7可以看出，上述第一次耦出和第二次耦出，光信号均包括3次在耦合出射区域不同位置的全反射耦出，实现扩瞳的目的。根据本发明的原理，可以实现一次入射，按设定次数耦出的功能。从而实现扩瞳及提高光效的目的。

本发明还提供了一种增强现实显示装置，包括图像输出源、成像元件，和上述任一所述的全息波导镜片。

在实际应用中，可以选择，所述耦合入射光栅区域的宽度和全息波导镜片的图像出瞳的宽度一致。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (33)

1.一种全息波导镜片，其特征在于，所述全息波导镜片包括至少一片全息波导镜片单元，所述波导镜片单元包括波导衬底和设于波导衬底上的两个光栅区域，所述两个光栅区域分别为耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域。

2.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导镜片单元还包括薄膜，所述薄膜位于所述波导衬底表面。

3.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，光信号自所述耦合入射光栅区域射入，在所述波导衬底内反射后，自所述耦合出射光栅区域射出。

4.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述全息波导镜片单元还包括反射部。

5.根据权利要求4所述的全息波导镜片，其特征在于，所述反射部位于远离耦合入射光栅区域一侧的衬底的端面，所述反射部用于将光信号反射入波导衬底。

6.根据权利要求5所述的全息波导镜片，其特征在于，所述反射部为可进行光学反射的介质层。

7.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述两个光栅区域实现光信号的一次耦入，两次或多次耦出。

8.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述两个光栅区域设有纳米级的光栅。

9.根据权利要求8所述的全息波导镜片，其特征在于，所述纳米级的光栅为浮雕光栅。

10.根据权利要求9所述的全息波导镜片，其特征在于，所述浮雕光栅可以通过纳米压印制程批量复制。

11.根据权利要求8所述的全息波导镜片，其特征在于，同一片波导镜片单元的耦合入射光栅区域的光栅和耦合出射光栅区域的光栅的周期及取向方向一致。

12.根据权利要求8所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅为倾斜光栅。

13.根据权利要求12所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅占空比在0.4到0.6之间。

14.根据权利要求12所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅倾斜角在20°到45°之间。

15.根据权利要求14所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅倾斜角在25°到35°之间。

16.根据权利要求12所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅深度在200nm到500nm之间。

17.根据权利要求16所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的光栅深度在200nm到350nm之间。

18.根据权利要求8所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合出射光栅区域的光栅为正光栅。

19.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域的几何中心与耦合出射光栅区域的几何中心在同一条水平线上。

20.根据权利要求19所述的全息波导镜片，其特征在于，所述两个光栅区域的形状为矩形。

21.根据权利要求20所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域沿波导衬底横向排布，所述耦合入射光栅区域的纵向长度不大于所述耦合出射光栅区域的纵向长度。

22.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导衬底的折射率高于上下衬底层折射率。

23.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导衬底折射率n1≥1+2sinFOV/2，其中FOV为增强现实显示装置的成像视场角。

24.根据权利要求23所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导衬底折射率在1.7到2.4之间。

25.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导衬底的厚度T与光信号经全息波导镜片的出瞳宽度W1的关系满足W1＝2tanβT，其中β为最大全反射角。

26.根据权利要求25所述的全息波导镜片，其特征在于，所述波导衬底的厚度T在0.3mm到2mm之间。

27.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域光栅和耦合出射光栅区域光栅位于波导衬底表面以下。

28.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域光栅和耦合出射光栅区域光栅位于波导衬底表面以上。

29.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合出射光栅区域的光栅为透射衍射光栅。

30.根据权利要求1所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合出射光栅区域的光栅为反射衍射光栅。

31.根据权利要求1-30任一项所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域位于波导衬底的同一表面。

32.根据权利要求1-30任一项所述的全息波导镜片，其特征在于，所述耦合入射光栅区域和耦合出射光栅区域位于波导衬底的不同表面。

33.一种增强现实显示装置，包括图像输出源、成像元件，和权利要求1-32任一所述的全息波导镜片。