体全息光栅及其曝光参数确定方法、制作方法、系统技术方案

本发明专利技术提供一种体全息光栅及其曝光参数确定方法、制作方法、系统、光波导和显示设备；该确定方法包括根据全反射临界角、曝光光束在体全息光栅内全反射传播时的目标反射角和曝光光束的目标方向角，确定第一矢量、第二矢量和光栅矢量形成的矢量三角形绕旋转轴旋转的第一旋转角；根据第一旋转角、目标反射角和目标方向角，得到第一光束传播至感光材料的第一折射角和第二光束传播至感光材料的第二折射角。通过得到的旋转角和折射角控制光束对感光材料进行曝光，可让曝光光束以非全反射条件折射至感光材料内进行曝光，使曝光过程中无需采用耦合棱镜，避免基于耦合棱镜的双光束干涉曝光体全息光栅产生缺陷，降低制作系统的复杂程度、制作难度和成本。度、制作难度和成本。度、制作难度和成本。

【技术实现步骤摘要】
体全息光栅及其曝光参数确定方法、制作方法、系统


[0001]本专利技术实施例涉及光学
，特别涉及一种体全息光栅及其曝光参数确定方法、制作方法、系统。

技术介绍

[0002]体全息光波导是AR显示领域中一个重要的显示元件，相比于阵列光波导和浮雕光栅光波导，具有加工制造成本低、有实现大幅面波导制作的可行性等重要优势，是目前AR显示领域的一个研究重点。
[0003]现有的体全息光波导通过双光束干涉曝光来实现，其中，一束曝光光束需要满足在波导基底中全反射传播的要求，在曝光时，该光束需通过耦合棱镜入射至全息感光材料，以使后续再现时能使光束以该曝光角度在波导基底内进行全反射传播。然而，这种曝光方式需要耦合棱镜进行耦合，而棱镜在参与曝光时，需要在棱镜表面与波导基底之间涂覆折射率匹配液以确保光束能够从棱镜耦入到波导，而折射率匹配液的涂覆质量至关重要，容易受到空气中灰尘等影响，导致棱镜与波导基底间的匹配液层存在厚度不均匀、气泡等缺陷，后续曝光时气泡或灰尘的存在会导致体全息光栅存在局部瑕疵，从而影响体全息光波导的显示质量。另外，当需要制作大幅面的体全息光波导时，需要大尺寸的耦合棱镜，而大尺寸耦合棱镜的加工成本很高，从而增加了大幅面体全息光波导的制作成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的是提供一种体全息光栅及其曝光参数确定方法、制作方法、系统、光波导和显示设备，通过该曝光参数确定方法确定的曝光参数，无需利用耦合棱镜参与曝光，避免了传统使用耦合棱镜双光束曝光时的缺陷，减少体全息光栅的制作难度、提高后续光波导的显示质量、且降低制作大幅面体全息光波导的制作成本。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种体全息光栅的曝光参数的确定方法，所述体全息光栅为反射式体全息光栅，采用曝光光束对感光材料进行曝光制得，所述曝光光束包括能发生干涉的第一光束和第二光束，所述确定方法包括：获取所述曝光光束在所述体全息光栅内全反射传播时的目标反射角、所述曝光光束的目标方向角、以及所述感光材料的全反射临界角；根据所述目标反射角对应的第一矢量和所述目标方向角对应的第二矢量，得到光栅矢量；根据所述全反射临界角、所述目标反射角和所述目标方向角，确定所述第一矢量、所述第二矢量和所述光栅矢量形成的矢量三角形绕旋转轴旋转的第一旋转角，所述旋转轴为过所述第一矢量和所述第二矢量的交点且与所述光栅矢量平行的直线；根据所述第一旋转角、所述目标反射角和所述目标方向角，得到所述第一光束传播至所述感光材料的第一折射角和所述第二光束传播至所述感光材料的第二折射角，所述第一折射角和所述第二折射角分别为旋转后的第一矢量和第二矢量与全息感光材料表面对应法线的的角度，所述第一折射角与所述第二折射角均小于所述全反射临界角；将所述第一旋转角、所述第一折射角和所述第二折射角确定为所述曝光参数。
[0006]在一些实施例中，所述根据所述全反射临界角、所述目标反射角和所述目标方向角，确定所述第一矢量、所述第二矢量和所述光栅矢量形成的矢量三角形绕旋转轴旋转的第一旋转角，包括：根据旋转前的矢量三角形以及旋转后的矢量三角形之间的几何关系，采用所述目标反射角、所述目标方向角分别建立所述第一折射角关于所述第一旋转角的第一函数、以及所述第二折射角关于所述第一旋转角的第二函数，其中，为所述第一旋转角；令所述第一函数且所述第二函数，其中，为所述全反射临界角，得到所述第一旋转角。
[0007]在一些实施例中，在所述目标方向角为0
°
的情况下，所述第一函数为：；所述第二函数为：；其中，为所述第一折射角，为所述第二折射角，为所述目标反射角，为所述第一旋转角，为所述全反射临界角。
[0008]在一些实施例中，所述根据所述第一旋转角、所述目标反射角和所述目标方向角，得到所述第一折射角和所述第二折射角，包括：将所述第一旋转角分别代入所述第一函数和所述第二函数，得到所述第一折射角和所述第二折射角。
[0009]第二方面，本专利技术实施例还提供一种体全息光栅的制作方法，该制作方法包括：获取由第一方面任意一项所述的确定方法确定的第一旋转角、第一折射角和第二折射角；根据所述第一旋转角、所述第一折射角和所述第二折射角，控制所述曝光光束对所述感光材料进行曝光，得到所述体全息光栅。
[0010]在一些实施例中，所述根据所述第一旋转角、第一折射角和所述第二折射角，控制所述曝光光束对所述感光材料进行曝光，包括：获取所述感光材料的折射率和所述感光材料表面的法线向量；根据所述第一旋转角、所述第一折射角、所述第二折射角、所述折射率和所述法线向量，通过三维空间折射定理得到所述第一光束从空气中入射至所述感光材料的第一入射矢量、以及所述第二光束从空气中入射至所述感光材料的第二入射矢量；根据所述第一入射矢量和所述第二入射矢量，控制所述第一光束和所述第二光束分别从所述感光材料的两侧入射进行曝光。
[0011]在一些实施例中，所述法线向量包括第一表面法向量、以及与所述第一表面法向量反向的第二表面法向量；所述根据所述第一旋转角、所述第一折射角、所述第二折射角、所述折射率和所述法线向量，通过三维空间折射定理得到所述第一光束从空气中入射至所述感光材料的第一入射矢量、以及所述第二光束从空气中入射至所述感光材料的第二入射矢量，包括：将所述第一矢量绕所述旋转轴旋转所述第一旋转角，得到第一折射矢量，将所述第二矢量绕所述旋转轴旋转所述第一旋转角，得到第二折射矢量；根据所述第一折射角和所述折射率，得到第一入射角；根据所述第二折射角和所述折射率，得到第二入射角；根据所述第一折射矢量、所述第一折射角、所述折射率和所述第一表面法向量，得到所述第一入射矢量，根据所述第二折射矢量、所述第二折射角、所述折射率和所述第二表面法向量，
得到所述第二入射矢量。
[0012]在一些实施例中，所述第一入射矢量为：，所述第二入射矢量为：；其中，为折射率，为第一折射矢量，为第二折射矢量，为所述第一表面法向量，为所述第二表面法向量，，，为所述第一入射角的大小，为所述第二入射角的大小。
[0013]在一些实施例中，若所述目标方向角为0
°
，所述第一旋转角为90
°
，所述第一折射角等于所述第二折射角，在根据所述第一入射矢量和所述第二入射矢量，控制所述第一光束和所述第二光束分别从所述感光材料的两侧入射进行曝光之前，所述制作方法还包括：根据所述第一入射角、所述目标反射角和所述折射率，得到所述感光材料的位姿角度；控制所述感光材料的表面与水平面的夹角为所述位姿角度，以使所述第一光束和所述第二光束在空气中构成的平面位于所述水平面内。
[0014]在一些实施例中，所述位姿角度。
[0015]第三方面，本专利技术实施例还提供一种体全息光栅的制作系统，该制作系统包括光源、角度确定装置和控制装置；所述光源为激光光源，用于发出曝光光束；所述角度确定装置用于执行如第一方面任意一项实施例所述的确定方法；所述控制装置用于执行如第二方面任意一项实施例所述的制作方法。
[0016]在一些实施例中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种体全息光栅的曝光参数的确定方法，其特征在于，所述体全息光栅为反射式体全息光栅，采用曝光光束对感光材料进行曝光制得，所述曝光光束包括能发生干涉的第一光束和第二光束，所述确定方法包括：获取所述曝光光束在所述体全息光栅内全反射传播时的目标反射角、所述曝光光束的目标方向角、以及所述感光材料的全反射临界角；根据所述目标反射角对应的第一矢量和所述目标方向角对应的第二矢量，得到光栅矢量；根据所述全反射临界角、所述目标反射角和所述目标方向角，确定所述第一矢量、所述第二矢量和所述光栅矢量形成的矢量三角形绕旋转轴旋转的第一旋转角，所述旋转轴为过所述第一矢量和所述第二矢量的交点且与所述光栅矢量平行的直线；根据所述第一旋转角、所述目标反射角和所述目标方向角，得到所述第一光束传播至所述感光材料的第一折射角和所述第二光束传播至所述感光材料的第二折射角，所述第一折射角和所述第二折射角分别为旋转后的第一矢量和第二矢量与全息感光材料表面对应法线的角度，所述第一折射角与所述第二折射角均小于所述全反射临界角；将所述第一旋转角、所述第一折射角和所述第二折射角确定为所述曝光参数。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述全反射临界角、所述目标反射角和所述目标方向角，确定所述第一矢量、所述第二矢量和所述光栅矢量形成的矢量三角形绕旋转轴旋转的第一旋转角，包括：根据旋转前的矢量三角形以及旋转后的矢量三角形之间的几何关系，采用所述目标反射角、所述目标方向角分别建立所述第一折射角关于所述第一旋转角的第一函数、以及所述第二折射角关于所述第一旋转角的第二函数，其中，为所述第一旋转角；令所述第一函数且所述第二函数，其中，为所述全反射临界角，得到所述第一旋转角。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，在所述目标方向角为0
°
的情况下，所述第一函数为：；所述第二函数为：；其中，为所述第一折射角，为所述第二折射角，为所述目标反射角，为所述第一旋转角，为所述全反射临界角。4.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一旋转角、所述目标反射角和所述目标方向角，得到所述第一折射角和所述第二折射角，包括：将所述第一旋转角分别代入所述第一函数和所述第二函数，得到所述第一折射角和所述第二折射角。5.一种体全息光栅的制作方法，其特征在于，包括：
获取由权利要求1
‑
4任意一项所述的确定方法确定的第一旋转角、第一折射角和第二折射角；根据所述第一旋转角、所述第一折射角和所述第二折射角，控制所述曝光光束对所述感光材料进行曝光，得到所述体全息光栅。6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述根据所述第一旋转角、第一折射角和所述第二折射角，控制所述曝光光束对所述感光材料进行曝光，包括：获取所述感光材料的折射率和所述感光材料表面的法线向量；根据所述第一旋转角、所述第一折射角、所述第二折射角、所述折射率和所述法线向量，通过三维空间折射定理得到所述第一光束从空气中入射至所述感光材料的第一入射矢量、以及所述第二光束从空气中入射至所述感光材料的第二入射矢量；根据所述第一入射矢量和所述第二入射矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙道杨，杨鑫，宋强，马国斌，
申请(专利权)人：深圳珑璟光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：