CN112987156A - 光栅、光学器件及增强现实显示装置 - Google Patents

光栅、光学器件及增强现实显示装置 Download PDF

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CN112987156A CN202110177022.5A CN202110177022A CN112987156A CN 112987156 A CN112987156 A CN 112987156A CN 202110177022 A CN202110177022 A CN 202110177022A CN 112987156 A CN112987156 A CN 112987156A
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Abstract

本申请提供一种光栅、光学器件及增强现实显示装置。所述光栅至少包括第一光栅层及第二光栅层。所述第一光栅层包括周期***替排布的第一光栅部及第二光栅部，其中，所述第一光栅部的折射率大于所述第二光栅部的折射率，所述第一光栅部的横截面的形状为第一梯形。所述第二光栅层设置于所述第一光栅层的一侧，所述第二光栅层包括周期***替排布的第三光栅部及第四光栅部，所述第三光栅部的折射率大于所述第四光栅部的折射率，且第三光栅部的至少部分对准所述第一光栅部设置，所述第三光栅部的横截面的形状为第二梯形，所述第二梯形的长边背离所述第一光栅部设置。本申请的光栅可减小甚至消除彩虹纹效应。

Description

光栅、光学器件及增强现实显示装置
技术领域
本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种光栅、光学器件及增强现实显示装置。
背景技术
随着技术的发展，增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置，比如AR眼镜，既能看到外部真实的世界也需要看到虚拟的图像。真实场景和虚拟信息融合为一体，相互补强，相互“增强”。然，当用户使用增强现实显示装置时，比如，佩戴所述AR眼镜时，外部环境光线会被AR眼镜中的耦出光栅色散成彩虹纹，射入人眼，使用户看到彩虹条纹，这种现象称为彩虹纹效应。当用户看到彩虹纹时，轻者会影响用户的使用体验，重者会伤害用户的眼睛。
发明内容
本申请第一方面提供了一种光栅，所述光栅至少包括：
第一光栅层，所述第一光栅层包括周期***替排布的第一光栅部及第二光栅部，其中，所述第一光栅部的折射率大于所述第二光栅部的折射率，所述第一光栅部的横截面的形状为第一梯形；及
第二光栅层，所述第二光栅层设置于所述第一光栅层的一侧，所述第二光栅层包括周期***替排布的第三光栅部及第四光栅部，所述第三光栅部的折射率大于所述第四光栅部的折射率，且第三光栅部的至少部分对准所述第一光栅部设置，所述第三光栅部的横截面的形状为第二梯形，所述第二梯形的长边背离所述第一光栅部设置。
本申请第二方面提供了一种光栅，所述光栅至少包括：
第一光栅层，所述第一光栅层用于对光线进行衍射，以得到第一衍射光线；及
第二光栅层，所述第二光栅设置于所述第一光栅层的一侧，用于对所述光线进行衍射，以得到第二衍射光线，其中，所述第二衍射光线及所述第一衍射光的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2，其中N≥0，且N为整数。
本申请第三方面提供了一种光学器件，光学器件包括偏振片及第一方面及第二方面所述的光栅，所述光栅设置于所述偏振片的一侧，且所述第一光栅层相较于所述第二光栅层背离所述偏振片设置，所述偏振片的偏振态为TM偏振态。
本申请第四方面提供一种增强现实显示装置，所述增强现实显示装置包括如第一方面及第二方面所述的光栅，或者，所述增强现实显示装置包括如第三方面所述的光学器件，其中，所述光栅为所述增强现实显示装置中的耦出光栅。
本申请提供的光栅，通过第一光栅层的设计以及第二光栅层的设计，使得自所述第一光栅层出射的第一衍射光及自所述第二光栅层出射的第二衍射光至少部分相干相消，进而使得减小甚至消除彩虹纹效应。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的光栅中第一光栅层的立体结构示意图。
图2为图1提供的光栅中第二光栅层的立体示意图。
图3为图1中光栅的侧视图。
图4为图1中所示的光栅对光线的作用示意图。
图5为图1中的光栅的第一衍射光线及第二衍射光线归一化振幅随着时间的变化示意图。
图6为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图7为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图8为图3中的光栅中部件的尺寸示意图。
图9为图3中的光栅中部件的关系示意图。
图10为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图11为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图12为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图13为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图14为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图15为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图16为本申请一实施方式提供的光栅的结构示意图。
图17为本申请一实施方式提供的光栅和相关技术中的单层光栅的-1级透射效率的对比图。
图18为本申请一实施方式提供的光学器件的结构示意图。
图19为具有TM偏振态的偏振片及具有TE偏振态的偏振片的-1级透射效率的对比图。
图20为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的结构示意图。
图21为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请中出现的术语“第一”、“第二”仅仅用于描述的目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是指两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图4，图1为本申请一实施方式提供的光栅中第一光栅层的立体结构示意图；图2为图1提供的光栅中第二光栅层的立体示意图；图3为图1中光栅的侧视图；图4为图1中所示的光栅对光线的作用示意图。所述光栅110包括至少第一光栅层111及第二光栅层113。所述第一光栅层111用于对光线进行衍射，以得到第一衍射光线。所述第二光栅110设置于所述第一光栅层111的一侧，用于对所述光线进行衍射，以得到第二衍射光线，其中，所述第二衍射光线及所述第一衍射光的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2，其中N≥0，且N为整数。
所述第一光栅层111可与所述第二光栅层113间隔设置，所述第一光栅层111也可与所述第二光栅层113层叠且贴合设置。在本实施方式的示意图中，以所述第一光栅层111及所述第二光栅层113层叠且贴合设置且以所述光栅110包括第一光栅层111及所述第二光栅层113为例进行示意。在其他实施方式中，所述光栅110除了包括所述第一光栅层111及所述第二光栅层113之外还可包括其他光栅层。
在图4中，以光线①表示入射至光栅110的光线，以光线②表示第一衍射光线，以光线③表示第二衍射光线。
请一并参阅图5，图5为图1中的光栅的第一衍射光线及第二衍射光线归一化振幅随着时间的变化示意图。在图5中，以所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差为(2N+1)π为例进行仿真。当所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差为(2N+1)π时，即所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差为π的奇数倍。在图5中，横坐标为时间，单位为秒；纵坐标为归一化振幅，无单位。在图5中，实线所示的为第一衍射光线，虚线所示的为第二衍射光线，由图5可见，第一衍射光线和第二衍射光线的振幅相等方向相反，相位相差(2N+1)π。因此，当所述第一衍射光线及所述第二衍射光线叠加时，叠加的结果为零。即，进入到所述光栅110中的光线，经过所述第一光栅层111及所述第二光栅层113的作用，无法从所述光栅110中传播出去。因此，可消除彩虹纹现象。当所述光栅110应用于增强现实显示装置1中时，可避免所述彩虹纹对佩戴所述增强现实显示装置1的用户眼睛的损伤。
当所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差为(2N+1)π时，即所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差为π的奇数倍时，由于所述第一衍射光线和所述第二衍射光线的振幅相等，方向相反，因此第一衍射光线及第二衍射光线叠加后的结果为零，此时，所述光栅110对彩虹纹的消除效果最好。
当所述第二衍射光线与所述第一衍射光线的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2时，且P≠(2N+1)π时，所述第一衍射光和所述第二衍射光也可叠加进而抵消掉部分，但是第一衍射光线的部分及第二衍射光线的部分会射出所述光栅110，进而彩虹纹。然，由于所述第一衍射光和所述第二衍射光也可叠加进而抵消掉部分，射出所述光栅110的彩虹纹的能量被削弱，即，所述彩虹纹现象被抑制。
由上述分析可见，本实施方式提供的光栅110通过设计第一光栅层111及第二光栅层113，使得所述第二衍射光线及所述第一衍射光的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2，其中N≥0，且N为整数，从而可削弱甚至完全消除光线穿过所述光栅110并经由所述光栅110出射时产生的彩虹纹现象。下面结合附图对所述光栅110的具体结构进行详细介绍。
请进一步参阅图1至图4，在本实施方式中，所述第一光栅层111包括周期***替排布的第一光栅部1111及第二光栅部1112。其中，所述第一光栅部1111的折射率大于所述第二光栅部1112的折射率，所述第一光栅部1111的横截面的形状为第一梯形。所述第二光栅层113包括周期***替排布的第三光栅部1131及第四光栅部1132。所述第三光栅部1131的折射率大于所述第四光栅部1132的折射率，且第三光栅部1131的至少部分对准所述第一光栅部1111设置，所述第三光栅部1131的横截面的形状为第二梯形，所述第二梯形的长边背离所述第一光栅部1111设置。
需要说明的是，所述第一光栅部1111的延伸方向、所述第二光栅部1112的延伸方向及所述第三光栅部1131的延伸方向、及所述第四光栅部1132的延伸方向相同。在本实施方式中，以所述延伸方向为Y方向，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113的层叠方向为Z方向，所述第一光栅层111中第一光栅部1111及所述第二光栅部1112交替排布的方向为X方向，所述第二光栅层113中第三光栅部1131及第四光栅部1132交替排布的方向为X方向为例进行示意。
所述第一光栅层111与所述第二光栅层113形成双层光栅结构，所述第一光栅层111与所述第二光栅层113具有相同的周期Λ。所述第一光栅110包括第一光栅部1111及所述第一光栅层111包括周期***替排布的第一光栅部1111及第二光栅部1112。其中，所述第一光栅部1111的折射率大于所述第二光栅部1112的折射率。为了方便描述，所述第一光栅部1111的折射率标记为n12，所述第二光栅部1112的折射率标记为n11；所述第三光栅部1131的折射率标记为n22，所述第四光栅部1132的折射率标记为n21；所述第一光栅层111背离所述第二光栅层113的一侧介质的折射率记为n1，所述第二光栅层113背离所述第一光栅层111的一侧的介质的折射率记为n2。换而言之，所述第一光栅层111由折射率为n12和n11的两种光栅部交替分布构成；所述第二光栅层113由折射率为n22和n21的两种光栅部交替分布构成。所述第三光栅部1131的至少部分对准所述第一光栅部1111设置，在本实施方式的示意图中以所述第三光栅部1131正对所述第一光栅部1111设置为例进行示意。本申请的光栅110中的第一光栅层111及第二光栅层113的上述设置方式为双层光栅错位分布的结构，上述设计可使得所述第一光栅层111和第二光栅层113之间产生相位差。通过设计第一光栅层111的结构参数及第二光栅层113的结构参数可使得所述第二衍射光线及所述第一衍射光的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2，从而达到所述第一衍射光线及所述第二衍射光线完全相干涉相消或者部分相干相消的效果，进而达到减小甚至消除彩虹纹效应的技术效果。
具体地，在一实施方式中，可设计所述第一光栅层111的周期与所述第二光栅层113的周期相同，且所述第一光栅层111的周期Λ为300nm-600nm，所述第二光栅层113的周期Λ为300nm-600nm。
具体地，在一实施方式中，可设计所述第一光栅层111的高度h1的高度范围为10nm-1um，所述第二光栅层113的高度h2的高度范围为10nm-1um。其中，h1与h2可以相等也可以不相等。
具体地，在一实施方式中，可设计所述第一光栅部1111的折射率的范围为1.4-3.0，所述第二光栅部1112的折射率的范围为1.0-2.0；所述第三光栅部1131的折射率范围为1.4-3.0，所述第四光栅部1132的折射率的范围为1.0-2.0。
在一实施方式中，所述第一光栅部1111可以为氧化铪，氧化钛，氧化钽等高折射率材料，其折射率分布可以为1.7-3.0之间。所述第二光栅部1112可以为空气，氧化硅，光学树脂等低折射率材料，其折射率分布可以为1.0-2.0之间。相应地，所述第三折射部可以为氧化铪，氧化钛，氧化钽等高折射率材料，其折射率分布可以为1.7-3.0之间。所述第四光栅部1132可以为空气，氧化硅，光学树脂等低折射率材料，其折射率分布可以为1.0-2.0之间。一般而言，所述第一光栅部1111的折射率n12和所述第二光栅部1112的折射率n11，之间的差别越大规避彩虹纹的效果越明显，相应地，所述第三光栅部1131的折射率n22,述第四光栅部1132的折射率n21之间的差别越大，减弱甚至避免产生彩虹纹的效果越明显。
在本实施方式的示意图中，以所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132均为空气为例进行示意。可以理解地，在其他实施方式中，所述光栅110也可以为如下的情况：所述第二光栅部1112为空气，所述第四光栅部1132不为空气；或者，在另外的实施方式中，所述第二光栅部1112不为空气，所述第四光栅部1132为空气。换而言之，所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132包括如下情况中的至少一种：所述第二光栅部1112为空气；所述第四光栅部1132为空气。
请参阅图6，图6为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，所述光栅110除了包括第一光栅层111及第二光栅层113之外，还包括承载基板115。可以理解地，所述承载基板115为透明的，以供光线穿过。所述第一光栅层111及所述第二光栅层113请参阅前面描述，在此不再赘述。在本实施方式中，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115，且相背设置。所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115上的情况可适用于所述第二光栅部1112为空气或者不为空气的情况，且可适用于所述第四光栅部1132为空气或者不为空气的情况。当所述第二光栅部1112为不为空气且所述第四光栅部1132不空气时，即，所述第二光部由介质基材构成且所述第四光栅部1132由介质基材构成时，所述第一光栅层111与所述第二光栅层113贴合固定在一起，从而使得所述光栅110具有较薄的厚度。当所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132中的至少一个为空气时，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115，且相背设置时，可使得所述光栅110形成较为稳固的整体，方便所述光栅110的应用。
请参阅图7，图7为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，当所述第二光栅部1112为不为空气且所述第四光栅部1132不空气时，即，所述第二光删部1132由介质基材构成且所述第四光栅部1132由介质基材构成时，所述第一光栅层111与所述第二光栅层113贴合固定在一起，从而使得所述光栅110具有较薄的厚度。
请参阅图8，图8为图3中的光栅中部件的尺寸示意图。在本实施方式中，所述第一梯形及第二梯形均为等腰梯形，且所述第一梯形及所述第二梯形包括如下情况中的至少一种：所述第一梯形的长边与所述第一梯形的腰之间的夹角α1大于80°；所述第二梯形的长边与所述第二梯形的腰之间的夹角α2大于80°。
所述第一梯形及所述第二梯形均为等腰梯形，且所述第一梯形及第二梯形的上述结构设计可使得所述第一衍射光线及所述第二衍射光线相干相消的效果较好，此外，所述第一梯形及第二梯形的上述结构设计可使得所述第一光栅层111及所述第二光栅层113更容易制备出来。需要说明的是，在其他实施方式中，所述第一梯形也可不为等腰梯形，所述第二梯形也可以不为等腰梯形，只要能够满足所述第一光栅层111及所述第二光栅层113使得所述第一衍射光线及第二衍射光线至少部分相干相消即可。
请参阅图9，图9为图3中的光栅中部件的关系示意图。所述第一梯形的长边的端点在第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边中邻近所述第一梯形的端点完全重合。
将所述第一梯形的长边的端点命名为端点D1，将第二梯形的长边中邻近所述第一梯形的端点命名为端点D2。所述第一梯形的长边的端点在第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边中邻近所述第一梯形的端点完全重合，换而言之，所述端点D1在所述第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述端点D2完全重合。此时，所述端点D1及所述端点D2的连线L1垂直于所述第一梯形的长边，且垂直于所述第二梯形的长边。在本实施方式中的光栅110的上述设计方式可使得所述第一衍射光线及所述第二衍射光线具有较好的相干相消效果，进而减弱甚至避免产生彩虹纹的效果。
请参阅图10，图10为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，第一梯形的长边在所述第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边至少部分重合。
请参阅图11，图11为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，所述第一梯形的长边在所述第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边间隔设置。
在图10及图11及其描述的光栅110中，虽然第一衍射光线及第二衍射光线的相干相消的效果不如图9及其相关实施方式中的效果，但是，也可减弱彩虹纹。
请参阅图12，图12为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。所述第一光栅层111包括周期***替排布的第一光栅部1111及第二光栅部1112。其中，所述第一光栅部1111的折射率大于所述第二光栅部1112的折射率，所述第一光栅部1111的横截面的形状为第一矩形。所述第二光栅层113包括周期***替排布的第三光栅部1131及第四光栅部1132。所述第三光栅部1131的折射率大于所述第四光栅部1132的折射率，且第三光栅部1131的至少部分对准所述第一光栅部1111设置，所述第三光栅部1131的横截面的形状为第二矩形。换而言之，与前面实施方式不同的是，在本实施方式中，所述第一光栅部1111的横截面的形状为矩形且所述第三光栅部1131的横截面的形状为矩形。
所述第一光栅部1111的折射率、所述第二光栅部1112的折射率、所述第三光栅部1131的折射率及所述第四光栅部1132的折射率的情况具体请参阅前面描述，在此不再赘述。相应地，所述第一光栅部1111的材质、所述第二光栅部1112的材质、所述第三光栅部1131的材质及所述第四光栅部1132的材质的情况具体请参阅前面描述，在此不再赘述。
所述第一光栅层111的周期、所述第二光栅层113的周期请参阅前面描述，在此不再赘述。
所述第一光栅层111的高度、所述第二光栅层113的高度请参阅前面描述，在此不再赘述。
同样地，在本实施方式的示意图中以光线①表示入射至光栅110的光线，以光线②表示第一衍射光线，以光线③表示第二衍射光线。
在本实施方式中，所述第二光栅部1112为不为空气且所述第四光栅部1132不空气，即，所述第二光部由介质基材构成且所述第四光栅部1132由介质基材构成时，所述第一光栅层111与所述第二光栅层113贴合固定在一起，从而使得所述光栅110具有较薄的厚度。在其他实施方式中，所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132中的至少一个为空气时，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115，且相背设置时，可使得所述光栅110形成较为稳固的整体，方便所述光栅110的应用。
请参阅图13，图13为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132为空气。可以理解地，在其他实施方式中所述光栅110也可以为如下的情况：所述第二光栅部1112为空气，所述第四光栅部1132不为空气；或者，在另外的实施方式中，所述第二光栅部1112不为空气，所述第四光栅部1132为空气。换而言之，所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132包括如下情况中的至少一种：所述第二光栅部1112为空气；所述第四光栅部1132为空气。
请参阅图14，图14为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，所述光栅110除了包括第一光栅层111及第二光栅层113之外，还包括承载基板115。可以理解地，所述承载基板115为透明的，以供光线穿过。所述第一光栅层111及所述第二光栅层113请参阅前面描述，在此不再赘述。在本实施方式中，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115，且相背设置。所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115上的情况可适用于所述第二光栅部1112为空气或者不为空气的情况，且可适用于所述第四光栅部1132为空气或者不为空气的情况。当所述第二光栅部1112为不为空气且所述第四光栅部1132不空气时，即，所述第二光部由介质基材构成且所述第四光栅部1132由介质基材构成时，所述第一光栅层111与所述第二光栅层113贴合固定在一起，从而使得所述光栅110具有较薄的厚度。当所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132中的至少一个为空气时，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113固定于所述承载基板115，且相背设置时，可使得所述光栅110形成较为稳固的整体，方便所述光栅110的应用。在本实施方式的示意图中，以所述光栅110还包括承载基板115结合到图13所示的实施方式中为例进行示意。
请参阅图15，图15为本申请另一实施方式提供的光栅的结构示意图。所述第一光栅层111包括周期***替排布的第一光栅部1111及第二光栅部1112。其中，所述第一光栅部1111的折射率大于所述第二光栅部1112的折射率，所述第一光栅部1111的横截面的形状为第一矩形。所述第二光栅层113包括周期***替排布的第三光栅部1131及第四光栅部1132。所述第三光栅部1131的折射率大于所述第四光栅部1132的折射率，且第三光栅部1131的至少部分对准所述第一光栅部1111设置。在本实施方式中，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113通过连接层117连接为一个整体，且所述第一光栅层111及所述第二光栅层113设置于所述连接层117相背的两侧。换而言之，所述第一光栅层111、所述第二光栅层113及所述连接层117为一体结构。本实施方式的光栅110的结构，在减弱甚至消除彩虹纹的同时还降低了所述光栅110的制备时的工艺难度。
进一步地，在本实施方式中，所述第一光栅部1111、所述第二光栅部1112及所述连接层117的折射率相同。此外，所述第二光栅部1112及所述第四光栅部1132为气体。换而言之，第一光栅层111可看成包括间隔设置的多个第一光栅部1111，所述第二光栅层113可看成包括间隔气体设置的多个第三光栅部1131。在一实施方式中，所述第二光栅部1112的折射率与所述第四光栅部1132的折射率相同。在其他实施方式中，所述第二光栅部1112的折射率与所述第四光栅部1132的折射率不同。同样地，在本实施方式的示意图中以光线①表示入射至光栅110的光线，以光线②表示第一衍射光线，以光线③表示第二衍射光线。
在一种实施方式中，前面介绍的各个实施方式中的光栅110可为二元光栅110。当所述光栅110为二元光栅110时，所述第一光栅部1111的横截面为第一梯形且所述第三光栅部1131的横截面的形状为第二梯形的光栅110，相较于第一光栅部1111的横截面为第一矩形且所述第三光栅部1131的横截面的形状为第二矩形的光栅110在实际生产中更容易制备，具有更好的可加工性。
请参阅图16，图16为本申请一实施方式提供的光栅的结构示意图。在本实施方式中，所述光栅110包括周期***替排布的多层第一光栅层111及第二光栅层113。换而言之，所述第一光栅层111及所述第二光栅层113作为可重复的光栅复合层110a，所述光栅110包括多个(图中示意出3个)光栅复合层110a。所述多个光栅复合层110a沿着所述第一光栅层111及所述第二光栅层113层叠的方向层叠设置。比如，当所述第一光栅层111及所述第二光栅层113沿着Z轴方向层叠设置时，所述多个光栅复合层110a沿着Z轴层叠设置。所述第一光栅层111及所述第二光栅层113的具体设置可参阅前面任意实施方式的描述，在此不再赘述。本实施方式的示意图中的第一光栅层111的具体结构及所述第二光栅层113的具体结构仅为示意，不应当理解为对本申请实施方式提供的光栅110的限定。
由于所述所述第一光栅层111及所述第二光栅层113构成的光栅复合层110a可减小甚至避免彩虹纹，所述光栅110包括层叠设置的多个所述光栅复合层110a可进一步减弱彩虹纹。
请参阅图17，图17为本申请一实施方式提供的光栅和相关技术中的单层光栅的-1级透射效率的对比图。在仿真时，本申请的光栅110为包括第一光栅层111及第二光栅层113的双层光栅。在本对比图中，横轴为波长，单位为um；纵轴为透射效率，无单位。在本对比图中，虚线为本申请的光栅110的曲线，实线为单层光栅110的曲线。由本对比图可见，本申请的光栅110的-1级的透射效率比相关技术中的单层的光栅110的-1级的透射效率低。因此，本申请实施方式提供的光栅110相较于相关技术中的单层的光栅110可明显降低-1级的透射效率，由此可见，本申请实施方式提供的光栅110减弱甚至避免产生彩虹纹的效果较为明显。
请一并参阅图18及图19，图18为本申请一实施方式提供的光学器件的结构示意图；图19为具有TM偏振态的偏振片及具有TE偏振态的偏振片的-1级透射效率的对比图。所述光学器件10包括偏振片130及前述任意实施方式一项所述的光栅110，所述光栅110设置于所述偏振片130的一侧，且所述第一光栅层111相较于所述第二光栅层113背离所述偏振片130设置，所述偏振片130的偏振态为TM偏振态。所述偏振片130可与所述光栅110间隔设置，也可贴合所述光栅110设置。在图19中，横轴为波长，单位为um；纵轴为透射效率，无单位。图中实线为具有TM偏振态的偏振片130的-1级透射效率的曲线；图中的虚线为具有TE偏振态的偏振片130的-1级透射效率的曲线，由所述对比图可见，具有TM偏振态的偏振片130的-1级透射效率小于具有TE偏振态的偏振片130的-1级透射效率。因此，将具有TM偏振态的偏振片130设置于所述光栅110的一侧，且所述第一光栅层111相较于所述第二光栅层113背离所述偏振片130设置，可使得光线先经过偏振片130的作用，再经过第二光栅110至第一光栅110，因此，申请实施方式提供的光学器件10减弱甚至避免产生彩虹纹的效果较为明显。
在本实施方式中，所述偏振片130的尺寸大于或等于所述光栅110的尺寸，且所述光栅110在所述偏振片130上的正投影落入所述偏振片130内。
所述光学器件10中的偏振片130及所述光栅110的上述设置方式可使得光线在进入到光栅110之前有足够大的偏振片130先对光线进行作用，以进一步减弱甚至避免彩虹纹效应。
请参阅图20，图20为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的结构示意图。所述增强现实(Augmented Reality，AR)显示装置1包括前面任意实施方式所述的光栅110。或者，所述增强现实显示装置1包括前面任意实施方式所述的的光学器件10，其中，所述光学器件10中的光栅110为所述增强现实显示装置1中的耦出光栅。换而言之，所述增强现实显示装置1包括光栅110，且所述增强现实显示装置1可包括所述偏振片130也可不包括所述偏振片130。在本实施方式的示意图中，以所述增强现实显示装置1包括所述偏振片130及所述光栅为例进行示意。
所述光栅110为增强现实显示装置1中的耦出光栅时，前面各个实施方式介绍的所述光栅110对外界环境光的正常透射没有影响，且对增强现实显示装置1中包括所述耦出光栅在内的衍射波导的性能没有明显影响。
请参阅图21，图21为本申请一实施方式提供的增强现实显示装置的结构示意图。所述增强现实显示装置1可以为AR眼镜，也可以应用在汽车等具有挡风玻璃的设备上。在本实施方式的示意图中，以所述增强显示显示装置1为AR眼镜为例进行示意。所述增强现实显示装置1还包括佩戴框30。所述佩戴框30具有间隔设置的两个视窗区310，所述两个视窗区310的至少一个视窗区310设置有所述耦出光栅(即光栅110)及所述偏振片130。在本实施方式的示意图中，以所述两个视窗区310均设置有所述耦出光栅为例进行示意。需要说明的是，在本实施方式的示意图中，未示意出所述耦出光栅的具体形貌，所述耦出光栅的形貌请参阅前面任意实施方式介绍的光栅。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (20)

1.一种光栅，其特征在于，所述光栅至少包括：
第一光栅层，所述第一光栅层包括周期***替排布的第一光栅部及第二光栅部，其中，所述第一光栅部的折射率大于所述第二光栅部的折射率，所述第一光栅部的横截面的形状为第一梯形；及
第二光栅层，所述第二光栅层设置于所述第一光栅层的一侧，所述第二光栅层包括周期***替排布的第三光栅部及第四光栅部，所述第三光栅部的折射率大于所述第四光栅部的折射率，且第三光栅部的至少部分对准所述第一光栅部设置，所述第三光栅部的横截面的形状为第二梯形，所述第二梯形的长边背离所述第一光栅部设置。
2.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅层与所述第二光栅层贴合固定在一起。
3.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅部的折射率的范围为1.4-3.0，所述第二光栅部的折射率的范围为1.0-2.0；所述第三光栅部的折射率范围为1.4-3.0，所述第四光栅部的折射率的范围为1.0-2.0。
4.如权利要求3所述的光栅，其特征在于，所述第二光栅部及所述第四光栅部包括如下情况中的至少一种：
所述第二光栅部为空气；
所述第四光栅部为空气。
5.如权利要求4所述的光栅，其特征在于，所述光栅还包括：
承载基板，所述第一光栅层及所述第二光栅层固定于所述承载基板，且相背设置。
6.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一梯形及第二梯形均为等腰梯形，且所述第一梯形及所述第二梯形包括如下情况中的至少一种：
所述第一梯形的长边与所述第一梯形的腰之间的夹角大于80°；
所述第二梯形的长边与所述第二梯形的腰之间的夹角大于80°。
7.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一梯形的长边的端点在第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边中邻近所述第一梯形的端点完全重合。
8.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，第一梯形的长边在所述第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边至少部分重合；或者，所述第一梯形的长边在所述第二梯形的长边所在的平面上的正投影与所述第二梯形的长边间隔设置。
9.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅层的高度范围为10nm-1um，所述第二光栅层的高度范围为10nm-1um。
10.如权利要求1所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅层的周期与所述第二光栅层的周期相同，且所述第一光栅层的周期为300nm-600nm，所述第二光栅层的周期为300nm-600nm。
11.如权利要求1-8任意一项所述的光栅，其特征在于，所述光栅包括周期***替排布的多层第一光栅层及第二光栅层。
12.一种光栅，其特征在于，所述光栅至少包括：
第一光栅层，所述第一光栅层用于对光线进行衍射，以得到第一衍射光线；及
第二光栅层，所述第二光栅设置于所述第一光栅层的一侧，用于对所述光线进行衍射，以得到第二衍射光线，其中，所述第二衍射光线及所述第一衍射光的相位差P的范围为：(2N+1)π-π/2≤P≤(2N+1)π+π/2，其中N≥0，且N为整数。
13.如权利要求12所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅层包括周期***替排布的第一光栅部及第二光栅部，其中，所述第一光栅部的折射率大于所述第二光栅部的折射率，所述第一光栅部的横截面的形状为第一梯形；
所述第二光栅层包括周期***替排布的第三光栅部及第四光栅部，所述第三光栅部的折射率大于所述第四光栅部的折射率，且第三光栅部的至少部分对准所述第一光栅部设置，所述第三光栅部的横截面的形状为第二梯形，所述第二梯形的长边背离所述第一光栅部设置。
14.如权利要求13所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅部的折射率的范围为1.4-3.0，所述第二光栅部的折射率的范围为1.0-2.0；所述第三光栅部的折射率范围为1.4-3.0，所述第四光栅部的折射率的范围为1.0-2.0。
15.如权利要求12所述的光栅，其特征在于，所述第一光栅层的高度范围为10nm-1um，所述第二光栅层的高度范围为10nm-1um。
16.如权利要求12所述的光栅结构，其特征在于，所述第一光栅层的周期与所述第二光栅层的周期相同，且所述第一光栅层的周期为300nm-600nm，所述第二光栅层的周期为300nm-600nm。
17.一种光学器件，其特征在于，所述光学器件包括偏振片及权利要求1-16任意一项所述的光栅，所述光栅设置于所述偏振片的一侧，且所述第一光栅层相较于所述第二光栅层背离所述偏振片设置，所述偏振片的偏振态为TM偏振态。
18.如权利要求17所述的光学器件，其特征在于，所述偏振片的尺寸大于或等于所述光栅的尺寸，且所述光栅在所述偏振片上的正投影落入所述偏振片内。
19.一种增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置包括如权利要求1-16任意一项所述的光栅，或者，所述增强现实显示装置包括如权利要求17-18任意一项所述的光学器件，其中，所述光栅为所述增强现实显示装置中的耦出光栅。
20.如权利要求19所述的增强现实显示装置，其特征在于，所述增强现实显示装置还包括：
佩戴框，所述佩戴框具有间隔设置的两个视窗区，所述两个视窗区的至少一个视窗区设置有所述耦出光栅。
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