一种全息波导显示装置

本发明涉及波导显示，具体涉及一种全息波导显示装置。

背景技术：

1、增强现实或虚拟现实技术已经在导航、教育、军事等领域获得广泛应用。作为增强现实和虚拟现实技术的主要硬件载体，头戴显示获得了广泛关注。全息波导显示装置属于头戴式增强现实领域，利用全息光学元件作为波导耦合器，来替代传统光学元件，构成高集成度的可穿戴成像系统，具有结构简单、体积小、轻便等优点。

2、现有的技术通常使用两片体全息光栅作为全息波导显示装置的出、入射耦合器。该结构的全息波导显示装置虽然能实现入射光束于波导内的有效传输以及在指定位置的出射成像，但是入射光束经波导传输为出射光后仍会因波导传输的边缘衰减问题出现出射光束显示图像不均匀的问题。例如，首先在波导内，由于体全息光栅的角度选择性，入射到体全息光栅上的边缘视场光线偏离布拉格角度，衍射效率存在衰减，导致边缘视场照度衰减，造成了出瞳图像的不均匀现象。其次，耦入到波导中不同视场角的光线，在传输光束宽度相同的情况下存在不同的传输角度与传输周期，其与光束宽度不匹配，导致边缘视场光线出瞳能量衰减，加剧了出瞳图像的不均匀现象。最后，受余弦四次方定律的影响，出瞳图像轴外的边缘视场的照度相对于轴上中心视场存在衰减，进一步导致出瞳图像不均匀现象。此外，出瞳图像不均匀现象，也减小了全息波导显示装置有效的出瞳视场角。

3、故而，需要设计一种全息波导显示装置，用于提高出瞳图像的均匀度，从而解决上述问题。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供了一种全息波导显示装置，用于解决现有全息波导显示装置出射光束边缘视场能量衰减，出射光束显示图像不均匀的技术问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种全息波导显示装置，该全息波导显示装置包括：显示模组和波导。

3、其中，所述显示模组生成入射光束；所述波导包括耦入全息光栅、耦出全息光栅和相位校准器；所述耦入全息光栅设置在所述波导的入光端；所述耦出全息光栅设置在所述波导的出光端；所述相位校准器设置在所述波导的出光端，并位于所述耦出全息光栅的衍射光路上；

4、并且，所述入射光束自所述入光端进入所述波导，所述耦入全息光栅接收所述波导内的入射光束，并使所述入射光束衍射为全反射光束；所述全反射光束向所述耦出全息光栅一端全反射传输；所述耦出全息光栅接收所述全反射光束，并使所述全反射光束衍射为出射光束；所述出射光束经所述相位校准器调制后从所述波导内出射；所述相位校准器补偿所述出射光束相对于所述入射光束的显示像差。

5、在本发明一示例中，经过所述相位校准器调制后，所述出射光束和所述入射光束在不同视场角间具有相同的振幅比。

6、在本发明一示例中，所述相位校准器调制所述入射光束经所述波导传输为所述出射光束过程中因光栅衍射角度选择、全反射传输周期不匹配和自然渐晕造成的显示像差，所述显示像差包括所述入射光束传输过程中不同视场角间的振幅损失差异。

7、在本发明一示例中，所述相位校准器的调制相位分布为通过相位恢复算法计算收敛所述出射光束和入射光束所显示图像的振幅分布之差而获得。

8、在本发明一示例中，所述相位校准器为透射式相位元件；所述相位校准器的微结构厚度为2μm～12μm。

9、在本发明一示例中，所述耦入全息光栅和所述耦出全息光栅的衍射中心波长与所述相位校准器的调制中心波长相同。

10、在本发明一示例中，所述波导为平板光波导、曲面光波导或自由曲面光波导。

11、在本发明一示例中，所述波导的厚度为1mm～5mm。

12、在本发明一示例中，所述耦入全息光栅和所述耦出全息光栅的厚度为5μm～20μm。

13、在本发明一示例中，所述耦入全息光栅和耦出全息光栅在所述波导上镜像设置，所述耦入全息光栅和耦出全息光栅采用相反方向的光栅倾角，所述光栅倾角为22°～35°。

14、本发明的全息波导显示装置，通过耦入全息光栅、耦出全息光栅和相位校准器来对波导内不同角度传输的平行光组进行共同调制，从而抑制平行光组在波导内传输时因全息光栅角度选择性、边缘视角光线传播周期不匹配、自然渐晕效应而造成的边缘照度衰减现象，对波导内出射光束进行相位调制以补偿视场边缘的振幅损失，进而有效提高全息波导显示装置出射图像的均匀度以及有效视场角大小。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

技术特征：

1.一种全息波导显示装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，经过所述相位校准器调制后，所述出射光束和所述入射光束在不同视场角之间具有相同的振幅比。

3.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述相位校准器调制所述入射光束经所述波导传输为所述出射光束过程中因光栅衍射角度选择、全反射传输周期不匹配和自然渐晕造成的显示像差，所述显示像差包括所述入射光束传输过程中不同视场角间的振幅损失差异。

4.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述相位校准器的调制相位分布为通过相位恢复算法计算收敛所述出射光束与所述入射光束显示图像的振幅分布之差而获得。

5.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述相位校准器为透射式相位元件；所述相位校准器的微结构厚度为2μm～12μm。

6.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述耦入全息光栅和所述耦出全息光栅的衍射中心波长与所述相位校准器的调制中心波长相同。

7.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述波导为平板光波导、曲面光波导或自由曲面光波导。

8.根据权利要求7所述全息波导显示装置，其特征在于，所述波导的厚度为1mm～5mm。

9.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述耦入全息光栅和所述耦出全息光栅的厚度为5μm～20μm。

10.根据权利要求1所述全息波导显示装置，其特征在于，所述耦入全息光栅和耦出全息光栅在所述波导上镜像设置，所述耦入全息光栅和耦出全息光栅采用相反方向的光栅倾角，所述光栅倾角为22°～35°。

技术总结
本发明提供一种全息波导显示装置，属于波导显示技术领域，本发明的全息波导显示装置包括：显示模组和波导。其中，显示模组生成入射光束，波导的入光端设置耦入全息光栅，出光端设置耦出全息光栅，波导在出光端设置相位校准器，相位校准器位于耦出全息光栅的衍射光路上；耦入全息光栅将入射光束衍射为全反射光束，并使全反射光束向出光端全反射传输；耦出全息光栅将全反射光束衍射为出射光束；出射光束经相位校准器调制后从波导内出射；相位校准器补偿出射光束相对于入射光束的显示像差。本全息波导显示装置，通过设置相位校准器来补偿出射光束边缘视场能量衰减，进而提高出射光束显示图像的均匀度以及有效视场角大小。

技术研发人员：吕国强,郭敏,蔡佳豪,郭裕嵩,冯奇斌,王梓
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15