【技术实现步骤摘要】
本方案属于增强现实波导显示，具体涉及一种体全息光栅及其光栅矢量分布制定、制作方法和制作装置。
技术介绍
1、光波导显示技术是实现高透明度和轻量级的增强现实眼镜的主流方案，同时在扩展视场范围、进一步提升显示效果方面有很大潜力。光线在透明光波导中以全反射方式传导，同时在光波导中布置光栅等耦合元件以控制光线输入、输出、转向、出瞳扩展、能量分配等，从而引导图像光信号进入人眼。体全息光栅作为一种布拉格衍射元件，衍射能量绝大部分集中于零级和一级衍射，通过调控光栅参数可以调节二者比例，因此以体全息光栅作为耦合元件的光波导在提升光效、减少漏光等方面具有特殊优势。
2、光波导显示的视场范围和眼动范围是评价光波导性能的重要指标，为了扩展视场范围和眼动范围，提升视场均匀性和眼动范围均匀性，需要在空间上局部调控变化光栅参数。相比于表面微结构光栅，体全息光栅的结构形式较为单一，可供调控的变量参数有厚度、折射率调制度和光栅矢量。
3、在增强现实波导显示中，眼动范围是能看到完整视场图像的人眼可移动的范围，眼动范围之外人眼只能看到部分视场图像。以二维扩瞳波导为例，波导结构包括两层透明玻璃基底，以及在两层基底之间布置的作为耦入光栅、转折光栅、耦出光栅的体全息光栅。对于一束特定输入角度的光线，从微投影光机中以该特定的输入角度经耦入光栅的耦合进入波导全反射传输，并经由转折光栅在两个方向上扩展，最后经由耦出光栅的耦合以与输入角度一一对应的角度输出波导，其中只有一部分进入眼动范围最终被人眼接收到形成图像，如图1所示，该部分进入眼动范围的光线在体全
4、而且，这些参数在空间上变化的体全息光栅制备难度较大，尤其是光栅矢量的调控，必须满足波导显示基本原理上对于光栅矢量的表面分量保持恒定的要求，同时需要使光栅矢量变化范围能够支持视场范围内所有角度的光线尽量匹配布拉格衍射的条件，因此不管是使用双光束曝光还是掩模版曝光，对曝光装置和曝光工艺的要求都很苛刻。
技术实现思路
1、本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种制定光栅矢量分布目标的方法，可以扩展体全息光栅的角带宽，有助于扩展光波导的视场范围、提升视场均匀性和眼动范围均匀性。
2、为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：
3、第一方面，提出一种制定光栅矢量分布目标的方法。该方法包括如下步骤：
4、采样多个子视场；
5、记录每个子视场的眼动范围有效区域的位置，计算每个子视场的光线匹配布拉格衍射条件的光栅矢量；
6、根据多个子视场的眼动范围有效区域的位置，以及多个子视场的光线匹配布拉格衍射条件的光栅矢量，估计体全息光栅的光栅矢量分布；
7、根据估计的光栅矢量分布，以及每个子视场的眼动范围有效区域的耦合末端的光栅矢量精确匹配布拉格衍射条件的原则，确定体全息光栅的光栅矢量分布。
8、本方案通过采样多个子视场的眼动范围有效区域的位置及其光线匹配布拉格衍射条件的光栅矢量估计光栅矢量分布，不考虑最终进入眼动范围之外的无效光线的衍射，使得入射角度不同的大部分有效光线在体全息光栅上都具有较高的衍射效率，以保证输出光束的整体亮度均匀性，实现视场范围的扩展。在此基础上，将每个子视场光线精确匹配布拉格衍射条件的光栅矢量置于其眼动范围有效区域的耦合末端，以使衍射效率在耦合末端尽可能达到最大，有助于提高每个子视场从体全息光栅不同位置输出的有效光线的亮度均匀性，从而提升视场均匀性和眼动范围均匀性。
9、第二方面，提出一种体全息光栅。该体全息光栅的光栅矢量分布通过采样多个子视场的眼动范围有效区域的位置及其光线匹配布拉格衍射条件的光栅矢量估计得到，每个子视场的眼动范围有效区域的耦合末端的光栅矢量精确匹配布拉格衍射条件。其中，光栅矢量分布至少具有一个变化方向、且至少一个变化方向与光栅矢量表面分量的方向相同的光栅矢量分布，不同位置的光栅矢量的表面分量保持恒定；子视场是指最终进入整个视场范围的入射角度相同的光线的集合；眼动范围有效区域是指最终进入眼动范围之内的光线在体全息光栅上所覆盖的区域。
10、本方案的光栅矢量分布通过采样多个子视场的眼动范围有效区域的位置及其光线匹配布拉格衍射条件的光栅矢量估计得到，不考虑最终进入眼动范围之外的无效光线的衍射，使得入射角度不同的大部分有效光线在体全息光栅上都具有较高的衍射效率，以保证输出光束的整体亮度均匀性，实现视场范围的扩展。在此基础上，将每个子视场光线精确匹配布拉格衍射条件的光栅矢量置于其眼动范围有效区域的耦合末端，以使衍射效率在耦合末端尽可能达到最大，有助于提高每个子视场从体全息光栅不同位置输出的有效光线的亮度均匀性，从而提升视场均匀性和眼动范围均匀性。
11、该体全息光栅可以是耦入光栅，也可以是耦出光栅，还可以是转折光栅，抑或是耦入光栅、转折光栅、耦出光栅中任意两个或三个的组合，即该体全息光栅可以包括耦入区、转折区和/或耦出区。优选地，该体全息光栅包括耦入区和耦出区。更优选地，该体全息光栅包括耦入区、转折区和耦出区。
12、第三方面，提出一种制作上述体全息光栅的方法。该方法包括如下步骤：
13、将光栅矢量分布离散化为至少沿其光栅矢量表面分量方向排布的多个光栅单元，同一光栅单元的不同位置的光栅矢量保持恒定；
14、选择或制作表面周期与待制作体全息光栅表面周期相等的掩膜版光栅，使待制作体全息光栅的光栅矢量表面分量平行于掩膜版光栅的光栅矢量表面分量；
15、根据光栅单元的光栅矢量以及掩膜版光栅的光栅矢量，计算对应各个光栅单元的准直光束入射角度；
16、同时切换至某一光栅单元对应的曝光位置和准直光束入射角度，使准直光束经掩膜版光栅衍射生成的零级光和一级光在体全息光敏材料上发生干涉，依次曝光各个光栅单元。
17、本方案将待制作的体全息光栅及其光栅矢量分布离散化为多个具有特定光栅矢量的光栅单元，可以避免采用高精度的曝光装置搭配定制的光束整形元件或定制的掩模板光栅，制作难度和成本降低。同时通过掩膜版光栅对准直光束的衍射生成用于依次曝光各个光栅单元的零级光和一级光，调整准直光束的入射角度即可同时调整零级光和一级光的入射角度，相对于其他方式复杂度低且成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制定光栅矢量分布目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
3.一种体全息光栅，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的体全息光栅，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的体全息光栅，其特征在于，
6.一种制作如权利要求3～5任一项所述体全息光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
10.一种采用如权利要求6～9任一项所述方法制作体全息光栅的装置，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种制定光栅矢量分布目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
3.一种体全息光栅，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的体全息光栅，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的体全息光栅，其特征在于，
6.一种制作如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨穆，黄志勤，杜有成，
申请(专利权)人：尼卡光学天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。