用于制作光波导的全息曝光方法、光波导和显示装置与流程

本发明涉及全息光栅制备，特别是涉及一种用于制作光波导的全息曝光方法、光波导和显示装置。

背景技术：

1、随着增强现实(augmented reality,简称ar)技术的推广，光波导显示系统的使用越来越多。在光波导显示系统中，通过光机射出光线，光线从耦入光栅进入光波导，在折叠光栅处完成一维扩瞳转向至耦出光栅耦出，从而实现ar显示效果。在光波导结构中光栅的设置至关重要。现有的制作光波导的过程中需要进行曝光处理，通过两个曝光光源发出两束相干光，在光波导基底上进行干涉曝光。

2、但是，目前曝光处理时往往只考虑自耦入光栅的视场中心垂直入射，也即沿光波导基底的法线方向入射的光线，作为入射光进行光栅设计。而实际使用过程中，入射光也有倾斜射向光波导的光线，这些光线也会被耦入光栅耦入并传输至折叠光栅，但是这部分光线与中心光线的入射角度不一致，其在折叠光栅中不会按照设计的方向和衍射效率传播，因此会逐渐在传播过程中散失，造成光能的损失，使显示图像亮度降低。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于制作光波导的全息曝光方法、光波导和显示装置，旨在解决现有的光波导在制作过程中只考虑垂直入射的光线，因此对倾斜入射的光线无法完成衍射传播，造成光能损伤，影响显示亮度的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述光波导上沿光路依次设有耦入全息光栅、折叠全息光栅和耦出全息光栅；所述曝光方法包括：

4、依据所述光波导建立空间坐标系；

5、计算制备所述耦入全息光栅的两束相干光的传播常数，获得第一数组；

6、选取一条垂直射向所述耦入全息光栅的光线和至少一条倾斜射向所述耦入全息光栅的光线作为入射光线，计算所述入射光线的传播常数，获得第二数组；

7、基于所述第一数组和所述第二数组计算入射数组；所述入射数组为所述折叠全息光栅上入射光线的传播常数；

8、基于所述折叠全息光栅和所述耦出全息光栅的位置坐标计算所述折叠全息光栅上出射光线的传播常数，获得出射数组；

9、基于所述入射数组和所述出射数组对所述折叠全息光栅进行划分，获得n个曝光角度差异化的曝光分区，所述n为正整数。

10、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，n个所述曝光分区沿着与所述折叠全息光栅的入光方向垂直的方向排列。

11、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述依据所述光波导建立空间坐标系的步骤具体包括：

12、以所述光波导所在的平面为xy平面，以垂直于所述光波导射向所述耦入全息光栅的中心点的法线为z轴建立空间坐标系。

13、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述传播常数用于表达所述空间坐标系中的光线矢量；

14、所述传播常数为(θ，)；其中，所述θ为光线与所述空间坐标系的z轴之间的夹角，范围为0°-180°；所述为光线在所述空间坐标系的xy平面上投影的矢量沿顺时针方向转向x轴正方向的角度，范围为-180°-180°。

15、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述基于所述折叠全息光栅和所述耦出全息光栅的位置坐标计算所述折叠全息光栅上出射光线的传播常数，获得出射数组的步骤具体包括：

16、基于所述折叠全息光栅和所述耦出全息光栅的位置坐标，计算射入至所述折叠全息光栅的光线转向至射入所述耦出全息光栅时对应的传播常数，获得出射数组。

17、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述基于所述入射数组和所述出射数组对所述折叠全息光栅进行划分，获得n个曝光角度差异化的曝光分区，所述n为正整数的步骤之后，还包括：

18、沿所述折叠全息光栅的入光方向进行划分，获得m个衍射分区，所述m为正整数。

19、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述耦入全息光栅射向所述折叠全息光栅的光斑的尺寸为1-35毫米；

20、沿所述折叠全息光栅的入光方向，每间隔0.5-1.5个所述光斑尺寸划分一个所述衍射分区；

21、和/或，沿垂直于所述折叠全息光栅上入射光的方向，每间隔0.5-1.5个所述光斑尺寸划分一个所述曝光分区。

22、所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其中，所述沿所述折叠全息光栅的入光方向进行划分，获得m个衍射分区，所述m为正整数的步骤具体包括：

23、沿所述折叠全息光栅的入光方向，设定最后一个所述衍射分区的衍射效率为所述折叠全息光栅的最大衍射效率；并且，除最后一个所述衍射分区之外，每个所述衍射分区的衍射效率满足如下关系式：

24、

25、其中，n为衍射分区的序号，n为大于1的自然数；ηn-1为第n-1个分区的衍射效率；ηn为第n个分区的衍射效率。

26、本申请还公开了一种光波导，采用如上任一所述的用于制作光波导的全息曝光方法制成；其中，所述光波导包括沿光路依次设置的耦入全息光栅、折叠全息光栅和耦出全息光栅，所述折叠全息光栅上沿入光方向设有多个衍射分区，沿垂直于所述入光方向设有多个曝光分区。

27、本申请还公开了一种显示装置，其中，包括光机以及如上所述的光波导，所述光波导采用如上任一所述的用于制作光波导的全息曝光方法制成。

28、与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

29、本申请公开的光波导的全息曝光方法基于光波导中光路的设计要求，充分考虑不同方向入射光的传播，选取垂直射入耦入全息光栅和倾斜射入耦入全息光栅的光线作为入射光线；通过预先建立空间坐标系，计算得出入射到折叠光栅的光线的传播常数，作为入射数组；再计算得出折叠全息光栅向耦出光栅射出时的光线的传播常数，作为出射数组；根据入射数组和出射数组，就可以得出折叠全息光栅上各个位置的光线的曝光角度的要求，从而可以对折叠全息光栅进行准确分区，不同的曝光分区中设置不同的曝光角度，使射入折叠全息光栅的光线都能以最佳衍射效率和角度从折叠全息光栅中出射，进而能够从耦出全息光栅中耦出，从而增加光波导结构最终出光的亮度，减少光能损失。

技术特征：

1.一种用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述光波导上沿光路依次设有耦入全息光栅、折叠全息光栅和耦出全息光栅；所述曝光方法包括：

2.根据权利要求1所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，n个所述曝光分区沿着与所述折叠全息光栅的入光方向垂直的方向排列。

3.根据权利要求1所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述依据所述光波导建立空间坐标系的步骤具体包括：

4.根据权利要求3所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述传播常数用于表达所述空间坐标系中的光线矢量；

5.根据权利要求1所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述基于所述折叠全息光栅和所述耦出全息光栅的位置坐标计算所述折叠全息光栅上出射光线的传播常数，获得出射数组的步骤具体包括：

6.根据权利要求1所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述基于所述入射数组和所述出射数组对所述折叠全息光栅进行划分，获得n个曝光角度差异化的曝光分区，所述n为正整数的步骤之后，还包括：

7.根据权利要求6所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述耦入全息光栅射向所述折叠全息光栅的光斑的尺寸为1-35毫米；

8.根据权利要求6所述的用于制作光波导的全息曝光方法，其特征在于，所述沿所述折叠全息光栅的入光方向进行划分，获得m个衍射分区，所述m为正整数的步骤具体包括：

9.一种光波导，采用如权利要求1至8任意一项所述的用于制作光波导的全息曝光方法制成；其特征在于，所述光波导包括沿光路依次设置的耦入全息光栅、折叠全息光栅和耦出全息光栅，所述折叠全息光栅上沿入光方向设有多个衍射分区，沿垂直于所述入光方向设有多个曝光分区。

10.一种显示装置，其特征在于，包括光机以及如权利要求9所述的光波导，所述光波导采用如权利要求1至8任意一项所述的用于制作光波导的全息曝光方法制成。

技术总结
本发明公开了一种用于制作光波导的全息曝光方法、光波导和显示装置，光波导上沿光路依次设有耦入全息光栅、折叠全息光栅和耦出全息光栅；全息曝光方法包括：依据光波导建立空间坐标系；计算制备耦入全息光栅的两束相干光的传播常数，获得第一数组；计算入射光线的传播常数，获得第二数组；基于第一数组和第二数组计算入射数组；基于折叠全息光栅和耦出全息光栅的位置坐标计算折叠全息光栅上出射光线的传播常数，获得出射数组；基于入射数组和出射数组对折叠全息光栅进行划分，获得N个曝光角度差异化的曝光分区，N为正整数。通过在折叠全息光栅上分区，设置不同的曝光角度，提高光能利用率。

技术研发人员：李州,张梦华,祝陈晨
受保护的技术使用者：奥提赞光晶（上海）显示技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10