一种零级复用双耦入双目AR显示装置

技术领域

本发明属于AR显示技术领域，具体涉及一种零级复用双耦入双目AR显示装置。

背景技术

AR眼镜由微光引擎和衍射光波导两部分组成，其中，微光引擎具有多种显示技术，其能够为光波导提供偏振或者非偏振，高亮度、高均匀性以及高成像质量的图像；而衍射光波导由于具有轻薄、透光度高、大的眼动范围、大的眼距以及大的视场角，且能够基于半导体加工工艺进行母版制作和纳米压印技术进行大批量复制，从而能够有效的降低成本，是目前AR眼镜中主流的方案。

在整个AR眼镜中，相比于衍射光波导，微光引擎的成本占比较大，且其功耗也会影响AR眼镜使用时长，因此相比传统的AR眼镜中需要使用两个微光引擎，公布号为CN113219671A的专利提出一种光学装置和显示设备，使用了一种单光机双目的AR眼镜，其能够实现在使用一个微光引擎的情况下，实现双目成像的效果，可有效的降低了整个AR眼镜的使用成本。但为了实现单微光引擎双目成像的效果，该专利仅使用了一个入瞳光栅单元，通过使用其+1级次和-1级次，从而将微光引擎的光分别耦入到左扩瞳光栅单元和右扩瞳光栅单元，完成扩展后再分别经左出瞳光栅单元和右出瞳光栅单元耦出。为了保证左右眼成像质量一致，需要保证入瞳光栅单元产生的+1级次和-1级次的效率一致，因此，在入瞳光栅单元处必须使用具有对称结构但效率较低的二元光栅；同时，由于入瞳光栅单元必须使用具有对称结构的二元光栅，因此，其T0衍射级次直接透过光波导被浪费掉，一般情况下，T0衍射级次约占整个微光机引擎能量的60％以上，如图1所示；此外，入瞳光栅单元、扩瞳光栅单元以及耦出光栅单元的光栅矢量必须进行严格限制，如入瞳光栅单元的光栅矢量一般为0°附近(-1°～1°)，出瞳光栅单元光栅矢量为90°附近(88°～92°)，针对光栅矢量的约束，其也限制了衍射光波导的布局以及外形设计，即各区域光栅线角度排布受限，不利于实现更加紧凑灵活的布局设计。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种零级复用双耦入双目AR显示装置，该装置能够回收利用零级衍射能量不会产生浪费，大大提高衍射效率，并可使各区域光栅线具有更大范围的角度，有利于更加紧凑灵活的布局设计。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提出的一种零级复用双耦入双目AR显示装置，包括微光引擎、第一转折棱镜、第二转折棱镜和衍射光波导单元，其中：

微光引擎，用于提供虚拟成像光线；

第一转折棱镜，用于将微光引擎提供的虚拟成像光线偏转预设角度后入射至衍射光波导单元；

衍射光波导单元，包括波导板、以及均贴附于波导板设置的第一耦入单元、第二耦入单元、第一扩展耦出单元和第二扩展耦出单元，第一扩展耦出单元和第二扩展耦出单元与人眼一一对应，第一耦入单元用于将偏转后的虚拟成像光线衍射为T-1衍射级次、T0衍射级次和T+1衍射级次，T-1衍射级次在波导板内进行全反射后由第一扩展耦出单元进行扩展耦出至人眼，T+1衍射级次在波导板内进行全反射后由第二扩展耦出单元进行扩展耦出至人眼，T0衍射级次透过波导板进入第二转折棱镜；

第二转折棱镜，与第一转折棱镜分别位于波导板的异侧，用于将T0衍射级次进行多次全反射后以相反方向入射至波导板，再由第二耦入单元衍射为R+1衍射级次或T+1衍射级次，并在波导板内进行全反射后由第二扩展耦出单元进行扩展耦出至人眼。

优选地，第一扩展耦出单元包括第一转折单元和第一耦出单元，第二扩展耦出单元包括第二转折单元和第二耦出单元，第一耦入单元、第一转折单元和第一耦出单元的光栅矢量和为零，第二耦入单元、第二转折单元和第二耦出单元的光栅矢量和为零，各耦入单元、转折单元和耦出单元均为亚波长光栅且光栅周期为250nm～500nm。

优选地，零级复用双耦入双目AR显示装置还满足如下条件：

-30°≤α≤30°；-60°≤β≤60°；-30°≤γ≤30°；

其中，α为第一耦入单元的光栅线方向或第二耦入单元的光栅线方向与Y轴的夹角，β为第一转折单元的光栅线方向或第二转折单元的光栅线方向与Y轴的夹角，γ为第一耦出单元的光栅线方向或第二耦出单元的光栅线方向与X轴的夹角，Y轴为人体佩戴时的上下方向，X轴为人体佩戴时的左右方向。

优选地，第一耦入单元和第二耦入单元的中心间距D1满足12mm≥D1≥6mm，第一扩展耦出单元和第二扩展耦出单元的中心间距D2满足70mm≥D2≥58mm。

优选地，各耦入单元和扩展耦出单元均为亚波长光栅，且扩展耦出单元还为2D光栅，并满足如下条件：

-45°≤ε≤45°，w＝ε，δ＝30°或60°，P11＝P21＝P14＝P24；

其中，ε为第一耦入单元的光栅线方向或第二耦入单元的光栅线方向与Y轴的夹角，w为对应扩展耦出单元的旋转角度，δ为扩展耦出单元的任意一边与Y轴的夹角，P11为第一耦入单元的光栅周期，P21为第二耦入单元的光栅周期，P14为各扩展耦出单元的第一光栅周期，P24为各扩展耦出单元的第二光栅周期。

优选地，第二转折棱镜为等腰三角棱镜，且底面设有AR膜层，两腰侧面设有HR膜层，第二转折棱镜的底角θ还满足如下条件：

其中，n为第二转折棱镜的折射率。

优选地，第一转折棱镜为直角转折棱镜，预设角度为90°。

优选地，波导板的厚度为0.3mm～1.5mm，折射率为1.6～2.5。

优选地，第一耦入单元和第二耦入单元均为表面浮雕光栅或体全息光栅，且第一耦入单元与第二耦入单元位于波导板的同侧或异侧，第一耦入单元上远离波导板的表面设有第一高折膜层，第二耦入单元上远离波导板的表面设有第二高折膜层和第二金属膜层，且第二高折膜层位于第二耦入单元和第二金属膜层之间。

优选地，微光引擎为Micro-LED光机、DLP光机、LCOS光机、LBS光机其中一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本申请主要解决现有技术中的单微光引擎双目AR眼镜，应用单个入瞳光栅单元必须使用二元光栅导致的效率偏低、零级衍射能量被浪费以及由于对光栅矢量的约束导致衍射光波导整体布局受限的问题。具体地，相比于现有技术，该装置包括微光引擎、第一转折棱镜、第二转折棱镜和衍射光波导单元，既能够在第一耦入单元使用更具优势的光栅，如倾斜光栅或者闪耀光栅，从而使T-1衍射级次具有更高的耦入效率，还可通过使用第二转折棱镜将第一耦入单元的T0衍射级次完全回收，并通过第二耦入单元将T0衍射级次衍射为R+1衍射级次或T+1衍射级次，第二耦入单元亦可采用更具优势的光栅，如闪耀光栅或者倾斜光栅，使其具有更高的衍射效率，大大提高衍射光波导单元对微光引擎能量的利用率，可将微光引擎的利用率由30％～40％提高至70％～90％；且由于具有两个独立的耦入单元，因此可以使各区域光栅线具有更大范围的角度，有利于更加紧凑灵活的布局设计。

附图说明

图1为现有技术入瞳光栅单元为矩形二元光栅时的光线走向示意图；

图2为本发明实施例1一方案零级复用双耦入双目AR显示装置结构示意图；

图3为本发明实施例1衍射光波导单元的结构示意图；

图4为本发明实施例1第一耦入单元或第二耦入单元的光栅线方向示意图；

图5为本发明实施例1第一转折单元或第二转折单元的光栅线方向示意图；

图6为本发明实施例1第一耦出单元或第二耦出单元的光栅线方向示意图；

图7为本发明实施例1第二转折棱镜的结构示意图；

图8为本发明实施例1衍射光波导单元的布局图；

图9为本发明实施例1第一耦入单元的结构示意图；

图10为本发明实施例1第一耦入单元不同入射角度下T-1、T0和T+1衍射级次的衍射效率；

图11为本发明实施例1第二耦入单元的结构示意图；

图12为本发明实施例1第二耦入单元不同入射角度下R-1、R0和R+1衍射级次的衍射效率；

图13为本发明实施例1另一方案零级复用双耦入双目AR显示装置结构示意图；

图14为本发明实施例2衍射光波导单元的布局图；

图15为本发明实施例2第一扩展耦出单元或第二扩展耦出单元的结构示意图。

附图标记说明：10、微光引擎；20、第一转折棱镜；30、第二转折棱镜；41、第一耦入单元；42、第二耦入单元；51、第一扩展耦出单元；52、第二扩展耦出单元；60、波导板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

本申请主要解决现有技术中的单微光引擎双目AR眼镜，应用单个入瞳光栅单元必须使用二元光栅导致的效率偏低以及零级衍射能量被浪费的问题，以及由于对光栅矢量的约束，导致衍射光波导整体布局受到限制的问题。

实施例1：

如图1-12所示，一种零级复用双耦入双目AR显示装置，包括微光引擎10、第一转折棱镜20、第二转折棱镜30和衍射光波导单元，其中：

微光引擎10，用于提供虚拟成像光线；

第一转折棱镜20，用于将微光引擎10提供的虚拟成像光线偏转预设角度后入射至衍射光波导单元；

衍射光波导单元，包括波导板60、以及均贴附于波导板60设置的第一耦入单元41、第二耦入单元42、第一扩展耦出单元51和第二扩展耦出单元52，第一扩展耦出单元51和第二扩展耦出单元52与人眼一一对应，第一耦入单元41用于将偏转后的虚拟成像光线衍射为T-1衍射级次、T0衍射级次和T+1衍射级次，T-1衍射级次在波导板60内进行全反射后由第一扩展耦出单元51进行扩展耦出至人眼，T+1衍射级次在波导板60内进行全反射后由第二扩展耦出单元52进行扩展耦出至人眼，T0衍射级次透过波导板60进入第二转折棱镜30；

第二转折棱镜30，与第一转折棱镜20分别位于波导板60的异侧，用于将T0衍射级次进行多次全反射后以相反方向入射至波导板60，再由第二耦入单元42衍射为R+1衍射级次或T+1衍射级次，并在波导板60内进行全反射后由第二扩展耦出单元52进行扩展耦出至人眼。

本实施例以Y轴为人体佩戴时的上下方向，X轴为人体佩戴时的左右方向，Z轴为人体佩戴时的前后方向，仅便于说明，具体方位不做限定。

其中，该零级复用双耦入双目AR显示装置采用单个微光引擎10，其可为AR显示装置提供一定视场角的虚拟内容，如图片、文字或者视频等。波导板60具有轻薄、透光度高、大眼动范围、大眼距的优势。第一转折棱镜20优选为直角转折棱镜，能够将微光引擎10提供的虚拟成像光线S偏转90°形成入射光线，如入射光线沿Z轴传播进入第一耦入单元41。其中，第一耦入单元41能够将偏转后的虚拟成像光线S衍射为T-1衍射级次(如图2中第一耦入单元41上斜向右出射的实线)和T+1衍射级次(图2中未示出)，T-1衍射级次在波导板60中沿-X方向进行全反射传输，并与第一扩展耦出单元51相互作用进行扩展后从波导板60中耦出进入人眼，T+1衍射级次在波导板60中沿X方向进行全反射传输，并与第二扩展耦出单元52相互作用进行扩展后从波导板60中耦出进入人眼。

偏转后的虚拟成像光线S在与第一耦入单元41相互作用生成T-1衍射级次和T+1衍射级次的同时，其生成的T0衍射级次(如图2中第一耦入单元41上竖直出射的虚线)透过波导板60进入第二转折棱镜30，之后在第二转折棱镜30中进行多次反射(如三次反射)，以相同的角度从第二转折棱镜30中出射并沿-Z方向再次进入到波导板60中，与第二耦入单元42相互作用，并生成R+1衍射级次(如图2中第二耦入单元42上斜向左出射的实线)，沿+X方向在波导板60中进行全反射传输，全反射光线最后与第二扩展耦出单元52相互作用，在进行光线扩展的同时，能够将扩展后的光线从波导板60中耦出并进入人眼中。需要说明的是，T0衍射级次从第二转折棱镜30中出射并沿-Z方向再次进入到波导板60中，与第二耦入单元42相互作用后，还可生成R0衍射级次和R-1衍射级次(图2中并未示出)，R-1衍射级次亦能够在波导板60内传输进入人眼，其中R+1衍射级次占比更高，R0衍射级次、R-1衍射级次占比较低。

需要说明的是，由于该装置零级光位置在波导板的中心区域附近，需要保证能够将不同入射角度、不同波长的零级光反射后的角度满足波导板全反射条件，且反射角度与耦入单元产生的衍射角度要一致；同时也要避免T1衍射级次(包括T+1衍射级次和T-1衍射级次)打到斜面上，否则会造成T1衍射级次发生反射，改变了衍射角度，造成最后的矢量不闭合；因此，简单的使用棱镜或者对波导板进行切削的方案极难实现，且会要求波导板的厚度较大以避免T1衍射级次与斜面接触，会造成波导板质量过重，不利于穿戴。而该装置中的第二转折棱镜30，其功能是将从波导板60耦出的零级光又耦入到波导板60内，此过程中入射光的角度不变，之后还是通过耦入单元来实现全反射，棱镜角度更容易满足，且对波导板的厚度无影响。

在一实施例中，第一扩展耦出单元51包括第一转折单元和第一耦出单元，第二扩展耦出单元52包括第二转折单元和第二耦出单元，第一耦入单元41、第一转折单元和第一耦出单元的光栅矢量和为零，第二耦入单元42、第二转折单元和第二耦出单元的光栅矢量和为零，各耦入单元、转折单元和耦出单元均为亚波长光栅且光栅周期为250nm～500nm。

其中，第一扩展耦出单元51包括第一转折单元和第一耦出单元，第二扩展耦出单元52包括第二转折单元和第二耦出单元，第一耦入单元41和第二耦入单元42均为一维光栅(1D衍射光栅)，第一转折单元和第二转折单元均为一维光栅，如矩形光栅、倾斜光栅或闪耀光栅、全息光栅等；第一耦出单元和第二耦出单元可以是一维光栅，如倾斜光栅、闪耀光栅或矩形光栅、全息光栅等，也可以是二维光栅，如柱状光栅、棱形光栅等。具体地，T-1衍射级次在波导板60中沿-X方向进行全反射传输，并与第一扩展耦出单元51相互作用，即在通过第一转折单元进行光线扩展的同时，能够通过第一耦出单元将扩展后的光线从波导板60中耦出并进入人眼；T+1衍射级次在波导板60中沿X方向进行全反射传输，在通过第二转折单元进行光线扩展的同时，能够通过第二耦出单元将扩展后的光线从波导板60中耦出并进入人眼；T0衍射级次透过波导板60进入第二转折棱镜30后沿-Z方向再次出射并进入到波导板60中，与第二耦入单元42相互作用所生成的R+1衍射级次能够沿+X方向在波导板60中进行全反射传输，在通过第二转折单元进行光线扩展的同时，能够通过第二耦出单元将扩展后的光线从波导板60中耦出并进入人眼，R-1衍射级次亦能够在波导板60内传输进入人眼。

在一实施例中，零级复用双耦入双目AR显示装置还满足如下条件：

-30°≤α≤30°；-60°≤β≤60°；-30°≤γ≤30°；

其中，α为第一耦入单元41的光栅线方向或第二耦入单元42的光栅线方向与Y轴的夹角，β为第一转折单元的光栅线方向或第二转折单元的光栅线方向与Y轴的夹角，γ为第一耦出单元的光栅线方向或第二耦出单元的光栅线方向与X轴的夹角，Y轴为人体佩戴时的上下方向，X轴为人体佩戴时的左右方向。通过改变光栅线方向可以使布局更加紧凑，满足设计要求，并可以增加布局的灵活性。

在一实施例中，第一耦入单元41和第二耦入单元42的中心间距D1满足12mm≥D1≥6mm，第一扩展耦出单元51和第二扩展耦出单元52的中心间距D2满足70mm≥D2≥58mm。能够满足不同人群的瞳间距使用需求。

在一实施例中，第二转折棱镜30为等腰三角棱镜，且底面设有AR膜层，两腰侧面设有HR膜层，第二转折棱镜30的底角θ还满足如下条件：

其中，n为第二转折棱镜30的折射率。

其中，AR膜层能够减少T0衍射级次的光与第二转折棱镜30的底面的反射；HR膜层能够增加第二转折棱镜30的两腰侧面的反射。AR膜层即增透膜，由高低折射率交替的多层介质构成，为本领域技术人员熟知技术，在此不再赘述。HR膜层即高反膜，可以是第一金属膜层，如为银膜或者铝膜。

在一实施例中，第一转折棱镜20为直角转折棱镜，预设角度为90°。微光引擎10通过第一转折棱镜20将光耦入到波导板60中，使微光引擎10可与波导板60平行放置，可以减少整体的厚度。

在一实施例中，波导板60的厚度为0.3mm～1.5mm，折射率为1.6～2.5。波导板60的厚度和折射率，可以根据对波导板60的重量、成像质量以及效率的要求在该范围内进行合理的选择。

在一实施例中，第一耦入单元41和第二耦入单元42均为表面浮雕光栅或体全息光栅，且第一耦入单元41与第二耦入单元42位于波导板60的同侧或异侧，第一耦入单元41上远离波导板60的表面设有第一高折膜层，第二耦入单元42上远离波导板60的表面设有第二高折膜层和第二金属膜层，且第二高折膜层位于第二耦入单元42和第二金属膜层之间。第一耦入单元41使用高折膜层，第二耦入单元42使用高折膜层加金属膜层，可以提高耦入效率以及提高不同入射角度的效率的均匀性，如高折膜层的折射率范围为1.9～2.7，金属膜层作为反射膜。

在一实施例中，微光引擎10为Micro-LED光机、DLP光机、LCOS光机、LBS光机其中一种。容易理解的是，微光引擎10还可替换为本领域技术人员熟知的其他类型光机。

本申请主要解决现有技术中的单微光引擎双目AR眼镜，应用单个入瞳光栅单元必须使用二元光栅导致的效率偏低、零级衍射能量被浪费以及由于对光栅矢量的约束导致衍射光波导整体布局受限的问题。具体地，相比于现有技术，该装置包括微光引擎、第一转折棱镜、第二转折棱镜和衍射光波导单元，既能够在第一耦入单元使用更具优势的光栅，如倾斜光栅或者闪耀光栅，从而使T-1衍射级次具有更高的耦入效率，还可通过使用第二转折棱镜将第一耦入单元的T0衍射级次完全回收，并通过第二耦入单元将T0衍射级次衍射为R+1衍射级次或T+1衍射级次，第二耦入单元亦可采用更具优势的光栅，如闪耀光栅或者倾斜光栅，使其具有更高的衍射效率，大大提高衍射光波导单元对微光引擎能量的利用率，可将微光引擎的利用率由30％～40％提高至70％～90％；且由于具有两个独立的耦入单元，因此可以使各区域光栅线具有更大范围的角度，有利于更加紧凑灵活的布局设计。

以下通过具体实施例进行详细阐述。

图3为本实施例衍射光波导单元的结构示意图，图8为图2方案所对应的衍射光波导单元布局图。第一耦入单元41、第二耦入单元42、第一转折单元、第二转折单元、第一耦出单元和第二耦出单元均位于波导板60的同侧，如为位于波导板60上靠近第一转折棱镜20的一侧。其中，第一耦入单元41和第二耦入单元42为衍射光学元件，其光栅周期分别为P11和P21，其中心间距为D1，12mm≥D1≥6mm；第一转折单元和第二转折单元的光栅周期分别为P12和P22；第一耦出单元和第二耦出单元为衍射光学元件，其光栅周期分别为P13和P23，中心间距为D2，70mm≥D2≥58mm；P11、P12、P13、P21、P22和P23的取值范围均为250nm～500nm，第一耦入单元41、第二耦入单元42、第一转折单元、第二转折单元、第一耦出单元和第二耦出单元均为亚波长表面浮雕光栅或者体全息光栅，优选使用表面浮雕光栅，如使用倾斜光栅或闪耀光栅。第一耦入单元41和第二耦入单元42上光栅线方向与Y轴夹角为α，其中-30°≤α≤30°，如图4所示；第一转折单元和第二转折单元上光栅线方向与Y轴夹角为β，其中-60°≤β≤60°，如图5所示；第一耦出单元和第二耦出单元上光栅线方向与X轴夹角为γ，其中-30°≤γ≤30°。第一耦入单元41和第二耦入单元42的光栅矢量依次记为K11和K21，第一转折单元和第二转折单元的光栅矢量依次记为K12和K22，第一耦出单元和第二耦出单元的光栅矢量依次记为K13和K23，其光栅周期和光栅线的方向满足如下条件式：

K11+K12+K13＝0；

K21+K22+K23＝0。

第二转折棱镜30的截面图如图7所示，其为等腰三角棱镜，底角为θ，且满足

具体地，本实施例中，微光引擎10提供视场角DFOV为32°，中心波长为530nm的光束，其中，水平方向(X方向)视场角为28°，垂直方向(Y方向)视场角为16°。对于第一耦入单元41，采用图9中的倾斜光栅，且在倾斜光栅上镀有第一高折膜层，如为二氧化钛膜层。其中，倾斜光栅的光栅周期P11为390nm，高度H11为250nm，线宽L11为117nm，倾斜角度φ为-40°，二氧化钛膜层厚度T11一致为37nm(如镀于倾斜光栅上与波导板60非接触的表面)，在-14°～14°范围内，其T-1衍射级次的平均效率为44.21％，T0衍射级次的平均效率为44.57％，T-1衍射级次的平均效率为6.73％。

对于第二耦入单元42，与第一耦入单元41在波导板60的同侧。第二耦入单元42共包含三层结构，如图11所示，其第一层(最靠近波导板60)为闪耀光栅，其光栅周期P21为390nm，高度H21为42nm；第二层为第二高折膜层，如采用二氧化钛膜层，厚度H22为160nm；第三层为第二金属膜层，如采用Ag膜，厚度H23为238nm。

根据图10和12，则第一耦入单元41与第二耦入单元42对微光引擎10的光通量的利用率为η：

0.4421+0.4457i0.6012≤η≤0.4421+0.0673+0.4457i(0.6012+0.0246)

若第一耦入单元41和第二耦入单元42的光栅周期不一致，则第一耦入单元41的T-1衍射级次可被第一耦出单元利用，第二耦入单元42的R+1衍射级次可被第二耦出单元利用，对微光引擎10的光通量的整体利用率为71％；

若第一耦入单元41和第二耦入单元42的光栅周期一致，则第一耦入单元41除T-1衍射级次，T+1衍射级次亦可被第二耦出单元利用，第二耦入单元42除R+1衍射级次，R-1衍射级次亦可被第一耦出单元利用，则对微光引擎10的光通量的整体利用率为79.9％。容易理解的是，通过对第一耦入单元41以及第二耦入单元42的光栅参数进一步优化，可实现η的进一步提高。

容易想到的是，如图13所示，区别于图2，第一耦入单元41和第二耦入单元42还可分布于波导板60的异侧，如第一耦入单元41、第一转折单元、第二转折单元、第一耦出单元和第二耦出单元均位于波导板60的一侧(如为靠近第一转折棱镜20的一侧)，第二耦入单元42在波导板60的另一侧，需要说明的是还可根据实际需求调整第一转折单元、第二转折单元、第一耦出单元和第二耦出单元的位置，如位于波导板60的另一侧。则当第一耦入单元41的T0衍射级次(如图2中第一耦入单元41上竖直出射的虚线)经过第二转折棱镜30后，其以相同的角度出射，并与第二耦入单元42相互作用，衍射为T+1衍射级次和T-1衍射级次(图13中未示出)在波导板60内进行全反射传输，衍射的T0衍射级次直接从波导板60内耦出，最后T+1衍射级次经第二扩展耦出单元52对光线进行扩展并从波导板60中耦出进入人眼，T-1衍射级次经第一扩展耦出单元51对光线进行扩展并从波导板60中耦出进入人眼。

实施例2：

如图14-15所示，一种零级复用双耦入双目AR显示装置，基于实施例1，区别在于：

本实施例中，各耦入单元和扩展耦出单元均为亚波长光栅，且扩展耦出单元还为2D光栅，并满足如下条件：

-45°≤ε≤45°，w＝ε，δ＝30°或60°，P11＝P21＝P14＝P24；

其中，ε为第一耦入单元41的光栅线方向或第二耦入单元42的光栅线方向与Y轴的夹角，w为对应扩展耦出单元的旋转角度，δ为扩展耦出单元的任意一边与Y轴的夹角，P11为第一耦入单元41的光栅周期，P21为第二耦入单元42的光栅周期，P14为各扩展耦出单元的第一光栅周期，P24为各扩展耦出单元的第二光栅周期。

其中，第一耦入单元41和第二耦入单元42与实施例1一致，为1D衍射光栅，且光栅周期分别为P11和P21，且-45°≤ε≤45°。并相较于实施例1将对应的转折单元和耦出单元合并为2D光栅的扩展耦出单元，如图15所示，为一种棱形结构，δ＝30°或者δ＝60°，其光栅周期为P14和P24，且P11＝P21＝P14＝P24；2D光栅整体的旋转角度与对应耦入单元的ε角度一致。图14为本实施例衍射光波导单元的布局图，第一耦入单元41、第二耦入单元42、第一扩展耦出单元51和第二扩展耦出单元52均位于波导板60的同侧，如为靠近第一转折棱镜20的一侧，或还可根据实际需求调整第二耦入单元42、第一扩展耦出单元51和第二扩展耦出单元52的位置，如位于波导板60的另一侧。

本申请主要解决现有技术中的单微光引擎双目AR眼镜，应用单个入瞳光栅单元必须使用二元光栅导致的效率偏低、零级衍射能量被浪费以及由于对光栅矢量的约束导致衍射光波导整体布局受限的问题。具体地，相比于现有技术，该装置包括微光引擎、第一转折棱镜、第二转折棱镜和衍射光波导单元，既能够在第一耦入单元使用更具优势的光栅，如倾斜光栅或者闪耀光栅，从而使T-1衍射级次具有更高的耦入效率，还可通过使用第二转折棱镜将第一耦入单元的T0衍射级次完全回收，并通过第二耦入单元将T0衍射级次衍射为R+1衍射级次或T+1衍射级次，第二耦入单元亦可采用更具优势的光栅，如闪耀光栅或者倾斜光栅，使其具有更高的衍射效率，大大提高衍射光波导单元对微光引擎能量的利用率，可将微光引擎的利用率由30％～40％提高至70％～90％；且由于具有两个独立的耦入单元，因此可以使各区域光栅线具有更大范围的角度，有利于更加紧凑灵活的布局设计。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。