[发明专利]一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备

说明书

本发明实施例提供一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备，其中全息光波导的制作装置包括光源、第一分光单元、第二分光单元、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、异形棱镜和全息干板；通过光源、各分光单元、各反射单元和异形棱镜，对全息干板进行曝光，可以制作得到全息光波导。该制作装置使全息干板曝光形成光栅结构，从而制得全息光波导，制作效率高、成本低且良率高，且制成的全息光波导具备波长复用和/或角度复用功能，应用于近眼显示设备中可提升光线衍射效率，能在实现显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积。

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备。

背景技术

增强现实是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像，人眼与所看到虚拟图像构成的锥形范围叫做视场角，人眼能看全虚拟图像时与显示设备的距离称为出瞳距离，人眼在一定的出瞳距离下能看全虚拟图像时人眼可以晃动的范围叫做眼动范围。如何在显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积是增强现实面临的一大挑战。

目前常见的能做到小光机体积并实现大视场角和大眼动范围的光波导方案有两种。一种是采用阵列光波导，但该方案采用玻璃冷加工工艺，工艺难度高、成本高且良率低；另一种是采用浮雕光栅波导，但该方案需要昂贵的光栅刻蚀及纳米压印，导致仪器成本高昂。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备，该制作装置操作简单，制成全息光波导的效率高、成本低且良率高，并且制成的全息光波导应用于近眼显示设备中，可以在实现显著提升视场角和眼动范围的同时、缩小光机体积。

第一方面，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种全息光波导的制作装置，包括：光源、第一分光单元、第二分光单元、第一反射单元、第二反射单元、第三反射单元、异形棱镜和全息干板；所述第一反射单元和所述第一分光单元均设于所述光源的出光侧；所述异形棱镜的第一入射面设于所述第一反射单元的反射方向上；所述第二反射单元设于所述第一分光单元的第一出光侧，所述第三反射单元设于所述第一分光单元的第二出光侧，所述第二分光单元设于所述第一分光单元的第三出光侧；所述全息干板的第一面设于所述第二反射单元的反射方向上、且设于所述第三反射单元的反射方向上；所述异形棱镜的第二入射面设于所述第二分光单元的第一出光侧，所述异形棱镜的第三入射面设于所述第二分光单元的第二出光侧；所述全息干板的第二面邻近所述异形棱镜的出射面设置；

在一些实施例中，所述光源的光线包括互相平行的第一光线和第一光束；所述第一反射单元还设于所述第一光束的传播方向上；所述第一分光单元还设于所述第一光线的传播方向上；所述第一光束经所述第一反射单元出射至所述异形棱镜的第一入射面，并通过所述异形棱镜的出射面出射至所述全息干板的第二面；所述第一光线经所述第一分光单元分为第二光束、第三光束和第二光线；所述第二光束经所述第一分光单元的第一出光侧出射至所述第二反射单元，由所述第二反射单元出射至所述全息干板的第一面；所述第三光束经所述第一分光单元的第二出光侧出射至所述第三反射单元，由所述第三反射单元出射至所述全息干板的第一面；所述第二光线经所述第一分光单元的第一出光侧出射至所述第二分光单元，并经所述第二分光单元分为第四光束、第五光束和第六光束；所述第四光束经所述第二分光单元的第一出光侧出射至所述异形棱镜的第二入射面，并通过所述异形棱镜的出射面出射至所述全息干板的第二面；所述第五光束和所述第六光束均经所述第二分光单元的第二出光侧出射至所述异形棱镜的第三入射面，并通过所述异形棱镜的出射面出射至所述全息干板的第二面；所述全息干板包括第一区域、第二区域和第三区域，所述全息干板用于在所述第一区域被所述第一光束和所述第二光束相干形成耦入光栅、在所述第二区域被所述第三光束和所述第五光束相干形成耦出光栅、以及在所述第三区域被所述第四光束和所述第六光束相干形成转折光栅，从而形成全息光波导。