一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法技术

本发明专利技术公开了一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法，所述体全息光栅二维扩瞳波导片包括至少一片体全息光栅二维扩瞳波导片单元，所述体全息光栅二维扩瞳波导片单元包括波导衬底以及设于所述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及耦合出射光栅区域，所述耦合入射光栅区域内设由K

【技术实现步骤摘要】
一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法
本专利技术涉及显示设备
，特别是涉及一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法。
技术介绍
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。现有技术中，大多利用体全息光栅来制备虚拟现实波导显示器件，其主要利用激光相互干涉的方法在光敏材料中记录拍摄信息，然后利用衍射复现的方法复原拍摄时的光线信息，目前主要有如下两种方式：1、利用体全息光栅来制备一维扩瞳波导片在该方式下，波导片有两块区域：耦入(couplein)和耦出(coupleout)，如图1所示为现有技术中的一维扩瞳拍摄光路，IN和OUT两次拍摄角度一致，每次拍摄时两束激光K1和K2相干，如K1和K2为同一激光器扩束准直之后分束出的两路相干，拍摄过程通过计算并通过控制曝光时间和曝光功率来控制光敏材料(即全息干板)曝光能量的总和。(全息干板存在一个最佳曝光能量)，为控制输出端图像均匀性，可通过调节两束激光的曝光总能量来控制衍射效率，IN区域衍射效率从左往右递减，OUT区域衍射效率从右往左递增。如图2所示为现有技术的一维扩瞳复现示意图。当光机以与K1相同方向照射到IN区域时，光栅区域将会衍射产生另外与K2方向相同的一束光，该光束满足基底的全反射条件在基板中传播。当光线传播到OUT区域时，该光束方向与K2方向相同，将产生一束与K1方向相同的光，即入射到人眼。上述利用体全息光栅来制备一维扩瞳波导片的方法的优点是重影问题较小，同时可以控制光栅制备时候的曝光光强分布来控制出射光线的均匀性，但是一维扩瞳所需的Eyebox(眼动范围)与光机的宽度相关，导致光机尺寸较大，不适宜集成到眼镜上。2、利用体全息光栅来制备二维扩瞳波导片如图3所示为现有技术中二维扩瞳波导光线传播示意图，二维扩瞳波导拍摄方法与一维扩瞳类似，IN区域由K1、K2两束光相干涉获得；K2方向传播到Folding区域，Folding区域由K2方向和K3方向两束激光相干涉制备(K3与K2的传播方向呈一定角度，)；OUT区域由K3方向和K1方向两束激光相干涉曝光得到。光机以K1方向入射到IN区域产生一束与K2相同方向的光往Folding区域传播；光线到达Folding区域后发生衍射，产生一束K3方向的光往OUT区域传播；到达OUT区域后产生K1方向的光到达人眼，即成像。上述利用体全息光栅来制备的二维扩瞳波导片可以使光机尺寸很小，实现眼镜轻量化。但是在制备二维扩瞳波导片时一般的需要三块区域：耦入(couplein)，折叠(folding)，耦出(coupleout)，由于每块区域都会发生衍射，在利用激光干涉拍摄波导片的时候难免会有一些瑕疵(光栅形变)，公差累计后显示效果较差(重影、光线均匀性差)，此外这种二维扩瞳方式对光线有很大的浪费(光程长)，同等情况下图像不够明亮。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法，以仅通过两块衍射区域，实现光线的二维传播扩瞳，并使得图像在传播后出射时重影小，可以拥有很大的Eyebox(眼动范围)，同时实现眼镜的轻量化。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种体全息光栅二维扩瞳波导片，所述体全息光栅二维扩瞳波导片包括至少一片体全息光栅二维扩瞳波导片单元，所述体全息光栅二维扩瞳波导片单元包括波导衬底以及设于所述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及耦合出射光栅区域，所述耦合入射光栅区域内设由K1和K2两束相干光干涉曝光出的全息光栅，所述耦合出射光栅区域内设由K1、K2和K3三束激光曝光的全息光栅，其中K3的传播方向与K1、K2传播方向相垂直或与K1、K2传播方向之间的角度略小于90度。优选地，当光机以K1方向入射时，所述耦合入射光栅区域衍射产生与K2相同方向的光经全反射向所述耦合出射光栅区域传播。优选地，所述耦合出射光栅区域于接收到由所述耦合入射光栅区域传播的与K2相同方向的激光时产生两束K1方向和K3方向的激光，并且有一部分K2方向的光继续以K2传播方向全反射传播，K3方向的光以与K2传播方向垂直或略小于90°的传播方向在波导片内全反射传播。优选地，于所述耦合出射光栅区域内增加一束激光K4，所述激光K4与K3传播方向位于激光K2传播方向的两侧，所述耦合出射光栅区域内设的全息光栅由K1、K2、K3、K4四束激光曝光形成。优选地，所述激光K4传播方向与K2传播方向呈90°或略小于90°。为达到上述目的，本专利技术还提供一种体全息光栅二维扩瞳波导片的扩瞳方法，包括如下步骤：步骤S1，光机以K1方向入射到耦合入射光栅区域衍射产生一束与K2相同方向的光，向耦合出射光栅区域方向传播；步骤S2，当所述与K2相同方向的激光到达所述耦合出射光栅区域时，在耦合出射光栅区域的全息光栅作用下衍射产生两束K1方向和K3方向的激光，有一部分K2激光继续以K2传播方向全反射传播，K3方向的光以与K2传播方向垂直或略小于90°的传播方向在波导片内全反射传播。优选地，所述耦合入射光栅区域内设由K1和K2两束相干光干涉曝光出的全息光栅。优选地，所述耦合出射光栅区域内设由K1、K2和K3三束激光曝光的全息光栅。优选地，于步骤S2中，当所述与K2相同方向的光到达所述耦合出射光栅区域时，在所述耦合出射光栅区域的全息光栅作用下衍射产生激光K1、K3和K4方向的三束激光，并有一部分K2激光继续传播，形成网栅传播结构，激光K3，K4在K2传播方向的两侧继续传播。优选地，所述耦合出射光栅区域内设的全息光栅由K1、K2、K3、K4四束激光曝光形成，K4与K3传播方向位于K2传播方向的两侧，K4传播方向与K2传播方向呈90°或略小于90°。与现有技术相比，本专利技术一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法通过结合一维扩瞳和二维扩瞳的优点，实现了仅通过两块衍射区域实现光线的二维传播扩瞳的目的，并使得图像在传播后出射时重影小，可以拥有很大的Eyebox(眼动范围)，同时实现了眼镜的轻量化。附图说明图1为现有技术中的一维扩瞳拍摄光路图；图2所示为现有技术的一维扩瞳复现示意图；图3为现有技术中二维扩瞳波导光线传播示意图；图4为本专利技术一种体全息光栅二维扩瞳波导片第一实施例的结构示意图；图5为本专利技术一种体全息光栅二维扩瞳波导片第二实施例的结构示意图；图6为本专利技术一种体全息光栅二维扩瞳波导片的扩瞳方法的步骤流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例并结合附图说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体全息光栅二维扩瞳波导片，所述体全息光栅二维扩瞳波导片包括至少一片体全息光栅二维扩瞳波导片单元，所述体全息光栅二维扩瞳波导片单元包括波导衬底以及设于所述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及耦合出射光栅区域，所述耦合入射光栅区域内设由K

【技术特征摘要】
1.一种体全息光栅二维扩瞳波导片，所述体全息光栅二维扩瞳波导片包括至少一片体全息光栅二维扩瞳波导片单元，所述体全息光栅二维扩瞳波导片单元包括波导衬底以及设于所述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及耦合出射光栅区域，所述耦合入射光栅区域内设由K1和K2两束相干光干涉曝光出的全息光栅，所述耦合出射光栅区域内设由K1、K2和K3三束激光曝光的全息光栅，其中K3的传播方向与K1、K2传播方向相垂直或与K1、K2传播方向之间的角度略小于90度。


2.如权利要求1所述的一种体全息光栅二维扩瞳波导片，其特征在于：当光机以K1方向入射时，所述耦合入射光栅区域衍射产生与K2相同方向的光经全反射向所述耦合出射光栅区域传播。


3.如权利要求2所述的一种体全息光栅二维扩瞳波导片，其特征在于：所述耦合出射光栅区域于接收到由所述耦合入射光栅区域传播的与K2相同方向的激光时产生两束K1方向和K3方向的激光，并且有一部分K2方向的光继续以K2传播方向全反射传播，K3方向的光以与K2传播方向垂直或略小于90°的传播方向在波导片内全反射传播。


4.如权利要求3所述的一种体全息光栅二维扩瞳波导片，其特征在于：于所述耦合出射光栅区域内增加一束激光K4，所述激光K4与K3传播方向位于激光K2传播方向的两侧，所述耦合出射光栅区域内设的全息光栅由K1、K2、K3、K4四束激光曝光形成。


5.如权利要求4所述的一种体全息光栅二维扩瞳波导片，其特征在于：所述激光K4传播方向与K2传播方向呈90°或略小于90°...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海涛，
申请(专利权)人：谷东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44