CN109901298A - 光波导及显示设备 - Google Patents

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CN109901298A CN201910151707.5A CN201910151707A CN109901298A CN 109901298 A CN109901298 A CN 109901298A CN 201910151707 A CN201910151707 A CN 201910151707A CN 109901298 A CN109901298 A CN 109901298A
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Abstract

本发明涉及一种光波导，包括光波导本体，光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域，光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入光波导本体、并在光波导本体内以全反射的方式传播；光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至光束耦出区域的光束耦出光波导本体，并使得光束在耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。本发明还涉及一种显示设备。通过在光波导本体的出光面设置透射式耦出光栅，并在第一面上设置反射式耦出光栅，保证耦入光栅不发生二次衍射的同时能得到连续的扩展出瞳。

Description

光波导及显示设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光波导及显示设备。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，AR)显示设备在显示虚拟图像信息的同时，能够融合真实的背景环境，实现虚拟与现实的有机结合，因此在模拟训练、电子游戏、显微技术、外科手术等诸多领域已获得广泛应用。AR显示设备主要以头戴式为主，因此要求器件的轻薄化以满足长期佩戴的舒适性。在AR显示设备的各种实现方案中，全息光波导技术利用平板波导作为光传播媒质，利用全息元件作为光路折叠器件，具有结构简单、重量轻、体积小的优点，是下一代AR显示的关键技术。
全息光波导的技术原理如下：入射光经耦入光栅发生衍射被耦合进入光波导，当光束衍射角小于光波导的全反射临界角时，光束将在光波导内部以全反射的方式向前传播。耦出光栅的结构与耦入光栅对称，因此光束传播到耦出光栅发生衍射从光波导出射，出射角度与入射光角度对称。为了保证人眼在一定范围内都能观察到图像，需要进行出瞳扩展，通过合理的设置耦出光栅的衍射效率分布，使得光束在经过耦出光栅时有部分能量耦出光波导，剩余能量继续向前传播，这样光束多次经过耦出光栅，实现了出瞳的扩展。
通常全息光波导要求在耦入光栅处不发生二次衍射、以保证能量的有效利用，同时要求在耦出光栅处的扩展出瞳是连续的、以保证观察的连续性，而这两个条件是在光路上是矛盾的，需要更加复杂的光路设计来同时满足这两个条件。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种光波导以及显示设备，解决不能同时满足光波导的两个要求：在耦入光栅处不发生二次衍射、以及在耦出光栅处的扩展出瞳是连续的的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光波导，包括光波导本体，所述光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域：
所述光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入所述光波导本体、并在所述光波导本体内以全反射的方式传播；
所述光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至所述光束耦出区域的光束耦出所述光波导本体，并使得光束在所述耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；
所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。
可选的，沿着光束在所述光波导本体内的传播的方向，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端错位设置。
可选的，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离小于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离；
或者，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离大于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离。
可选的，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
可选的，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的最大错位间隔为以最大视场角入射至所述光波导本体内的光束、以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
可选的，沿着光束在所述光波导本体内的传播的方向，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端错位设置。
可选的，所述反射式耦出光栅的末端位于所述透射式耦出光栅的末端的靠近所述光束耦入区域的一侧；
或者，所述反射式耦出光栅的末端位于所述透射式耦出光栅的末端的远离所述光束耦入区域的一侧。
可选的，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
可选的，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端之间的最大错位间隔为以最小视场角入射至所述光波导本体的光束、以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
可选的，所述耦入光栅和所述耦出光栅的各项参数满足以下公式：
2T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimin/n]}≥D
T·tan[arcsin(sinimax/n)]+T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimax/n]}≤D
其中，n为所述光波导本体的折射率，T为所述光波导本体厚度，d为所述耦入光栅的周期，所述耦入光栅和所述耦出光栅的周期相同，D为所述耦入光栅在光束传播方向上的宽度，λ为入射至所述光波导本体的光束的波长，imin为入射至所述光波导本体的光束的最小视场角，imax为入射至所述光波导本体的光束的最大视场角。
可选的，入射至所述光波导本体的光束具有一定谱宽时，光束的最小波长λmin满足公式(1)，光束的最大波长λmax满足公式(2)。
可选的，所述光束耦入区域包括入射面和与所述入射面相对的第二面，所述耦入光栅为反射式耦入光栅、并设置于所述第二面上。
本发明还提供一种显示设备，包括上述的光波导。
本发明的有益效果是：通过在所述光波导本体的出光面设置透射式耦出光栅，并在与所述出光面相对的第一面上设置反射式耦出光栅，使得在保证耦入光栅不发生二次衍射的同时能得到连续的扩展出瞳。
附图说明
图1表示光波导技术原理示意图；
图2表示全反射步长与二次衍射的关系示意图一；
图3表示全反射步长与二次衍射的关系示意图二；
图4表示全反射步长与出瞳连续性的关系示意图一；
图5表示全反射步长与出瞳连续性的关系示意图二；
图6表示不加分光膜的光波导结构示意图；
图7表示利用分光膜减小全反射步长的示意图；
图8表示本发明实施例中透射式耦出光栅的初始端和反射式光栅的初始端错位设置示意图一；
图9表示本发明实施例中透射式耦出光栅的初始端和反射式光栅的初始端错位设置示意图二；
图10表示最大视场角的光束的出瞳示意图；
图11表示图10中的光束的几何关系示意图；
图12表示本发明实施例中透射式耦出光栅的末端和反射式光栅的末端错位设置示意图一；
图13表示本发明实施例中透射式耦出光栅的末端和反射式光栅的末端错位设置示意图二；
图14表示最大视场角和最小视场角的定义示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
全息光波导2的技术原理如图1所示：入射光经耦入光栅1发生衍射被耦合进入光波导2，当光束衍射角小于光波导2的全反射临界角时，光束将在光波导2内部以全反射的方式向前传播。耦出光栅3的结构与耦入光栅1对称，因此光束传播到耦出光栅3发生衍射从光波导2出射，出射角度与入射光角度对称。为了保证人眼在一定范围内都能观察到图像，需要进行出瞳扩展，通过合理的设置耦出光栅3的衍射效率分布，使得光束在经过耦出光栅3时有部分能量耦出光波导2，剩余能量继续向前传播，这样光束多次经过耦出光栅3，实现了出瞳的扩展。
为了保证能量的有效利用，需保证在耦入光栅1处不发生二次衍射，经耦入光栅1后所有能量都能在光波导2内全反射向前传播，因此要求光束在光波导2中全反射传播的最小步长(即最小全反射步长)不小于光束宽度，图2表示的是不发生二次衍射的示意图，图2中全反射步长S大于光束宽度D(光束宽度等于耦入光栅1的宽度)，经由耦入光栅1耦合进光波导2的光经过一次全反射后不会再次入射到耦入光栅1；当全反射步长S小于光束宽度D，图3表示的是发生二次衍射的示意图，图3中，耦入光栅1耦合进光波导2的光经过一次全反射后有部分光束将会再次入射到耦入光栅1，此时会发生二次衍射，造成能量损失并产生杂散光。
为了保证观察的连续性，即人眼在一定范围内连续移动时图像不会闪烁或跳变，需保证扩展后的出瞳连续分布，因此要求光束在光波导2中全反射传播的最大步长(即最大全反射步长)不大于光束宽度，图4表示的出瞳6连续的示意图，图5表示的是出瞳6不连续的示意图，图4中全反射步长S等于光束宽度D；否则将会出现扩展出瞳不连续的情况，图5中全反射步长S大于光束宽度D，当眼睛运动到出瞳6的间隔之处会感受到图像的闪烁(即亮度发生变化)。
显然，保证耦入光栅1不发生二次衍射与保证出瞳6的连续是相互矛盾的，当耦入光栅1不发生二次衍射时，出瞳6一定不连续，而出瞳6连续时耦入光栅1又一定会发生二次衍射。需要在保证其中一个条件时，通过另外的设计来达到满足另一个条件。例如：当满足出瞳6连续时，为了解决耦入光栅1的二次衍射问题，利用体全息光栅对角度敏感的性质，将耦入光栅1设计为多层体全息光栅，每层体全息光栅有不同的布拉格角，所有的布拉格角叠加来获得***的视场角范围，而二次入射到耦入光栅1的入射角通常在视场角范围以外，不满足体全息光栅的布拉格条件，因此二次衍射的衍射效率非常低，通过二次衍射损失的能量将会很少。但是，多层体全息光栅的设计难度和加工难度很高，会大幅增加***成本。
又例如：当满足耦入光栅1不发生二次衍射时，为了解决出瞳连续的问题，可以在光波导2设置耦出光栅3的区域的中间加入一层分光膜，以此来缩小全反射步长，图6表示的是不加分光膜7的光波导2结构示意图，图7表示增加分光膜7的光波导2结构示意图，图6中只示意画出了一条光束的传播情况。图6中，光波导2是一个独立完整的平面波导，光束全反射步长为S1；图7中，所用的光波导2为两个胶合在一起的较薄光波导2组成，其界面镀分光膜，相对于图6中的光波导2，使得全反射步长减小为S2。但是，这种方式不但提高了加工成本，也降低了光波导2的透过率，会直接影响用户体验。
针对上述问题，本发明提供一种光波导，通过在光束耦出区域的出光面设置透射式耦出光栅32，并在光束耦出区域的与出光面相对的第一面设置反射式耦出光栅31，同时保证耦入光栅1处不发生二次衍射和在耦出光栅处的扩展出瞳连续这两个互相矛盾的条件，原理更简单，结构更简单，不需要引入额外的复杂工艺，成本更低。
具体的，如图8-图13所示，本发明实施例中的光波导，包括光波导本体2，所述光波导本体2包括光束耦入区域和光束耦出区域：
所述光束耦入区域设置有耦入光栅1，被配置为将光束耦合进入所述光波导本体2、并在所述光波导本体2内以全反射的方式传播；
所述光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至所述光束耦出区域的光束耦出所述光波导本体2，并使得光束在所述耦入光栅1处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；
所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。
需要说明的是，本实施例中，所述光波导本体为平面光波导，沿着光束传播方向，所述光束耦入区域和所述光束耦出区域分别设置于所述光波导本体的两端，但并不以此为限。
本实施例的一实施方式中，所述光束耦出区域包括出光面和与所述出光面相对设置的第一面，所述透射式耦出光栅32设置于所述出光面，所述反射式耦出光栅31设置于所述第一面。
应当理解的是，上文或下文所述的光束传播方向为光束在所述光波导本体内的传播方向。
图8中表示的是以视场角i入射、宽度为D的光束的传播示意图。采用上述方案可以同时保证在耦入光栅1处不发生二次衍射和在耦出光栅处的扩展出瞳连续这两个互相矛盾的条件，并通过对光栅区宽度(在光束传播方向上的长度)、光栅周期和光波导厚度、折射率等参数的优化，有效的保证在耦入光栅1不发生二次衍射的同时能得到连续的扩展出瞳。
本实施例中，所述光束耦入区域包括入射面和与所述入射面相对的第二面，所述耦入光栅1为反射式耦入光栅1、并设置于所述第二面上。
应当理解的是，在实际使用中，所述耦入光栅1的设置位置并不限于设置在所述第二面上，也不限于是反射式耦入光栅1，耦入光栅1也可以为透射式耦入光栅1、并设置在入光面上。
另外，本实施例中，所述光束耦入区域的入光面和所述光束耦出区域的出光面位于所述光波导本体2的同一侧，但并不限于此。
由于观察者的观察区域的限制，透射式耦出光栅32过长并无意义，合理的缩短透射式耦出光栅32的长度可以节省成本，因此，本实施例中，沿着光束在所述光波导本体2内的传播的方向，所述透射式耦出光栅32的初始端与所述反射式耦出光栅31的初始端错位设置。
可选的，所述反射式耦出光栅31的初始端位于所述透射式耦出光栅32的初始端的靠近所述耦入光栅1的一侧，即所述反射式耦出光栅31的初始端与所述耦入光栅1在光束传播方向上的第一距离小于所述透射式耦出光栅32的初始端与所述耦入光栅1在光束传播方向上的第二距离，如图8所示；
或者，所述反射式耦出光栅31的初始端位于所述透射式耦出光栅32的初始端的远离所述耦入光栅的一侧，即所述反射式耦出光栅31的初始端与所述耦入光栅1在光束传播方向上的第一距离大于所述透射式耦出光栅32的初始端与所述耦入光栅1在光束传播方向上的第二距离，如图9所示。
本实施例中，从第一次入射所述反射式耦出光栅31到第一次入射到所述透射式耦出光栅32的光束的传播距离为全反射步长的一半(或者，从第一次入射所述透射式耦出光栅32到第一次入射到所述反射式耦出光栅31的光束传播距离为全反射步长的一半)，所述透射式耦出光栅32的初始端与所述反射式耦出光栅31的初始端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体2内传播的传播步长的一半。
光束耦入所述光波导本体2的具体过程为：视场角为i的光束入射所述光波导本体2，经所述光波导本体2折射后角度表示为θ0，θ0＝arcsin(sini/n)。进入所述光波导本体2后的光束以角度θ0入射到所述耦入光栅1后发生衍射，衍射角表示为θ，对于+1级衍射，θ＝arcsin[λ/(nd)+sinθ0]，其中λ为入射光(即入射至所述光波导本体2内的光束)的波长。当θ大于所述光波导本体2的全反射临界角时将会以全反射的形式在所述光波导本体2中向前传播，易知光束在所述光波导本体2内以全反射的方式传播的步长(以下统称为全反射步长)S＝2T·tanθ。其中，n为所述光波导本体2的折射率，T为所述光波导本体2厚度，d为所述耦入光栅1的周期，所述耦入光栅1和所述耦出光栅的周期相同，D为所述耦入光栅1在光束传播方向上的宽度。
为了能够最佳的同时保证在所述耦入光栅1处不发生二次衍射和在所述耦出光栅处的扩展出瞳连续这两个互相矛盾的条件，而对所述耦入光栅1、所述耦出光栅、所述光波导本体2的各项参数的优化时，可以使得所述耦入光栅1、所述耦出光栅、所述光波导本体2的各项参数满足在所述耦入光栅1处不发生二次衍射和在所述耦出光栅处的扩展出瞳连续这两个条件中的一个的基础上，再对针对满足在所述耦入光栅1处不发生二次衍射和在所述耦出光栅处的扩展出瞳连续这两个条件中的另一个条件，对所述耦入光栅1、所述耦出光栅、所述光波导本体2的各项参数进行优化。
在本实施例中，首先保证在耦入光栅1处不发生二次衍射，即保证最小视场角对应的最小全反射步长Smin不小于光束宽度D。若最小视场角表示为imin，则各参数之间的关系为：
2T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimin/n]}≥D (1)
其中，n为所述光波导本体2的折射率，T为所述光波导本体2厚度，d为所述耦入光栅1的周期，所述耦入光栅1和所述耦出光栅的周期相同，D为所述耦入光栅1在光束传播方向上的宽度，λ为入射至所述光波导本体2的光束的波长，imin为入射至所述光波导本体2的光束的最小视场角。
本实施例中，当入射至所述光波导本体内的光束具有一定谱宽时，需保证光束的最小波长λmin满足公式(1)。
由前述分析可知，此时在所述耦出光栅的出瞳必定不连续，全反射步长越大(即视场角越大)的光束、其出瞳间隔越大。因此在所述光束耦出区域的出光面设置透射式耦出光栅32，在所述光束耦出区域的与所述出光面相对的第一面设置反射式耦出光栅31，保证最大全反射步长(即最大视场角)的光束实现出瞳连续，也就保证了所有全反射步长的光束出瞳连续。
如图10所示，对于最大视场角的光束，从第一次入射所述反射式耦出光栅31到第一次入射到所述透射式耦出光栅32的传播距离为全反射步长的一半，所述透射式耦出光栅32的初始端与所述反射式耦出光栅31的初始端之间的最大错位间隔为以最大视场角入射至所述光波导本体2内的光束、以全反射的方式在所述光波导本体2内传播的传播步长的一半，即Smax/2，
其中，Smax＝2T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimax/n]}， (a)imax为最大视场角。
本实施例中，当入射至所述光波导本体内的光束具有一定谱宽时，上述公式(a)中的波长λ取入射光波长中的最小波长λmin。
参考图8，将由所述反射式耦出光栅31扩展的出瞳表示为EU1，EU2，EU3，…，将由所述透射式耦出光栅32扩展的出瞳表示为ED1，ED2，ED3，…，每个出瞳的宽度都等于光束宽度D。根据图8中最大视场角光束的传播路径可知，ED1与EU2之间的距离大于ED1与EU1之间的距离，因此只要保证ED1与EU2之间没有间隔即可保证所有出瞳之间没有间隔，即保证出瞳连续。
下面推导保证ED1与EU2之间没有间隔时光波导的各参数的关系。图10画出了最大视场角的光束对应的ED1与EU2刚好密接时的耦出情况，图11为图10的几何关系示意图(其中，θ0表示所述反射式耦出光栅的入射角，θ表示所述反射式耦出光栅的衍射角，)。对于EU2，光束从所述反射式耦出光栅31打到所述透射式耦出光栅32，在所述光波导本体2中向前传播的距离为T·tanθ0，当ED1与EU2刚好密接时，根据图11可知有T·tanθ0＝D-Smax/2，因此若要ED1与EU2之间没有间隔需满足T·tanθ0≤D-Smax/2，其中Smax＝2T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimax/n]}。则有：
T·tan[arcsin(sinimax/n)]+T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimax/n]}≤D (2)
上述公式(1)和公式(2)给出了所述光波导本体2的厚度T和折射率n、所述耦入光栅1的宽度D和光栅周期d、与入射光的视场角i和波长λ之间的制约关系。当入射至所述光波导本体内的光束具有有一定谱宽时，需保证最大波长λmax满足公式(2)。当上述各参数满足此关系时可同时实现在所述耦入光栅1处无二次衍射和在所述耦出光栅处出瞳连续两个条件。
本实施例中，沿着光束在所述光波导本体2内的传播的方向，所述透射式耦出光栅32的末端与所述反射式耦出光栅31的末端错位设置。
可选的，所述反射式耦出光栅31的末端位于所述透射式耦出光栅32的末端的靠近所述光束耦入区域的一侧，如图12所示；
或者，所述反射式耦出光栅31的末端位于所述透射式耦出光栅32的末端的远离所述光束耦入区域的一侧，如图13所示。
本实施例中，所述透射式耦出光栅32的末端与所述反射式耦出光栅31的末端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体2内传播的传播步长的一半。
最小视场角的光束在所述光波导本体2中以全反射的方式传播具有最小的全反射步长，因此其出瞳必定连续。最小视场角的光束决定了在光束的传播方向上、所述透射式耦出光栅32末端和所述反射式耦出光栅31的末端的错位间隔的最大值，所述透射式耦出光栅32的末端与所述反射式耦出光栅31的末端之间的最大错位间隔为以最小视场角入射至所述光波导本体2的光束、以全反射的方式在所述光波导本体2内传播的传播步长的一半。
如图12所示，所述反射式耦出光栅31和所述透射式耦出光栅32的最后一个(第N个)扩展出瞳分别为EUN和EDN，所述光波导本体2的最后一个出瞳可以为EDN(参考图12)或EUN(参考图13)，EUN和EDN之间的错位间隔的大小为最小全反射步长的一半，即Smin/2，
其中Smin＝2T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimin/n]}， (b)
其中，imin为最小视场角，当入射光具有一定谱宽时，公式(b)中取最小波长λmin。
需要说明的是，本实施例中的所述耦入光栅、所述反射式耦出光栅和所述透射式耦出光栅三者的周期相同，所述反射式耦出光栅的入射角和所述透射式耦出光栅的入射角相同，所述反射式耦出光栅的衍射角和所述透射式耦出光栅的衍射角相同，所述反射式耦出光栅(或者所述透射式耦出光栅)的入射角等于所述耦入光栅的衍射角。
需要说明的是，对于上文所述中的最大视场角imax和最小视场角imin的定义如图14所示，视场角定义为入射光线与所述光波导本体2的表面法线的夹角，而最大视场角imax是指在该视场角下的光线经所述耦入光栅1耦合进入所述光波导本体2后具有最大的全反射步长Smax，图14中以实线表示；最小视场角imin是指在该视场角下的光线经所述耦入光栅1耦合进入所述光波导本体2后具有最小的全反射步长Smin，图14中以虚线表示。
本发明还提供一种显示设备，包括上述的光波导。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (13)

1.一种光波导，其特征在于，包括光波导本体，所述光波导本体包括光束耦入区域和光束耦出区域：
所述光束耦入区域设置有耦入光栅，被配置为将光束耦合进入所述光波导本体、并在所述光波导本体内以全反射的方式传播；
所述光束耦出区域设置有耦出光栅，被配置为将传播至所述光束耦出区域的光束耦出所述光波导本体，并使得光束在所述耦入光栅处不发生二次衍射并具有连续的扩展出瞳；
所述耦出光栅包括设置于所述光波导本体的平行于光束传播方向的两侧的透射式耦出光栅和反射式耦出光栅。
2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，沿着光束在所述光波导本体内的传播的方向，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端错位设置。
3.根据权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离小于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离；
或者，所述反射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第一距离大于所述透射式耦出光栅的初始端与所述耦入光栅在光束传播方向上的第二距离。
4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
5.根据权利要求4所述的光波导，其特征在于，所述透射式耦出光栅的初始端与所述反射式耦出光栅的初始端之间的最大错位间隔为以最大视场角入射至所述光波导本体内的光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光波导，其特征在于，沿着光束在所述光波导本体内的传播的方向，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端错位设置。
7.根据权利要求6所述的光波导，其特征在于，所述反射式耦出光栅的末端位于所述透射式耦出光栅的末端的靠近所述光束耦入区域的一侧；
或者，所述反射式耦出光栅的末端位于所述透射式耦出光栅的末端的远离所述光束耦入区域的一侧。
8.根据权利要求7所述的光波导，其特征在于，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端之间的错位间隔为光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
9.根据权利要求8所述的光波导，其特征在于，所述透射式耦出光栅的末端与所述反射式耦出光栅的末端之间的最大错位间隔为以最小视场角入射至所述光波导本体的光束以全反射的方式在所述光波导本体内传播的传播步长的一半。
10.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述耦入光栅和所述耦出光栅的各项参数满足以下公式：
2T·tan{arcsin[λ(nd)+sinimin/n]}≥D (1)
T·tan[arcsin(sinimax/n)]+T·tan{arcsin[λ/(nd)+sinimax/n]}≤D (2)
其中，n为所述光波导本体的折射率，T为所述光波导本体厚度，d为所述耦入光栅的周期，所述耦入光栅和所述耦出光栅的周期相同，D为所述耦入光栅在光束传播方向上的宽度，λ为入射至所述光波导本体的光束的波长，imin为入射至所述光波导本体的光束的最小视场角，imax为入射至所述光波导本体的光束的最大视场角。
11.根据权利要求10所述的光波导，其特征在于，入射至所述光波导本体的光束具有一定谱宽时，光束的最小波长λmin满足公式(1)，光束的最大波长λmax满足公式(2)。
12.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光束耦入区域包括入射面和与所述入射面相对的第二面，所述耦入光栅为反射式耦入光栅、并设置于所述第二面上。
13.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的光波导。
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