CN110320667A - 基于光波导的全息光栅偏色补偿系统及头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统及头戴显示设备，基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括：设置于光波导的偶入端上表面或下表面的偶入全息光栅，偶入全息光栅具有衍射光发生偏色的偶入偏色视场角，该视场一般位于边缘视场，但不限于边缘视场；偶入偏色补偿结构具有第一补偿中心视场角；设置于光波导的偶出端上表面或下表面的偶出全息光栅，偶出全息光栅具有衍射光发生偏色的偶出偏色视场角；偶出偏色补偿结构具有第二补偿中心视场角，第一补偿中心视场角的角度范围包括偶入偏色视场角，第二补偿中心视场角的角度范围包括偶出偏色视场角。本发明提供一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，能够有效提高偏色视场的光衍射效率，减少偏色情况。

Description

基于光波导的全息光栅偏色补偿系统及头戴显示设备

技术领域

本发明涉及全息波导显示技术领域，尤其涉及一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统及头戴显示设备。

背景技术

光栅作为一种衍射光学元件，由于自身的特点，对于不同波长不同入射角的光线衍射效率不同，在使用光栅作为显示元件时，由于光衍射效率不同，在显示成像的视场边缘区域出现偏色的现象，由此导致整体显示效果变差。

发明内容

基于此，针对传统上光栅作为显示元件时，边缘视场区域出现偏色的现象，导致整体显示效果变差的问题，有必要提供一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统及头戴显示设备，能够有效减少光栅作为显示元件，在显示成像的视场边缘区域出现偏色的现象的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，所述光波导具有接收光线的偶入端和出射光线的偶出端，所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括：

偶入全息光栅，设置于所述光波导的偶入端上表面或者下表面，所述偶入全息光栅具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角；

偶入偏色补偿结构，具有第一补偿中心视场角，所述第一补偿中心视场角的角度范围包括所述偶入偏色视场角的角度范围，处于所述第一补偿中心视场角范围内的衍射光未发生偏色，所述偶入偏色补偿结构设置于所述偶入全息光栅下表面，则所述第一补偿中心视场角和所述偶入偏色视场角重合；

偶出全息光栅，设置于所述光波导的偶出端上表面或者下表面，所述偶出全息光栅具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角；

偶出偏色补偿结构，具有第二补偿中心视场角，所述第二补偿中心视场角的角度范围包括所述偶出偏色视场角的角度范围，处于所述第二补偿中心视场角范围内的衍射光未发生偏色，所述偶出偏色补偿结构设置于所述偶出全息光栅下表面，则所述第二补偿中心视场角和所述偶出偏色视场角重合。

可选地，所述偶入全息光栅具有垂直于其上表面中心的第一法线，所述第一中心视场角围绕所述第一法线对称设置，所述偶入偏色视场角包括处于所述第一中心视场角左侧的第一偏色视场角，以及处于所述第一中心视场角右侧的第二偏色视场角，所述第一补偿中心视场角包括第一补偿视场角和第二补偿视场角，所述偶入偏色补偿结构设置于所述偶入全息光栅下表面，所述第一补偿视场角的角度范围包括所述第一偏色视场角的角度范围，所述第二补偿视场角的角度范围包括所述第二偏色视场角的角度范围；

所述偶出全息光栅具有垂直于上表面中心的第二法线，所述第二中心视场角围绕所述第二法线对称设置，所述偶出偏色视场角包括处于所述第二中心视场角左侧的第三偏色视场角，以及处于所述第二中心视场角右侧的第四偏色视场角，所述第二补偿中心视场角包括第三补偿视场角和第四补偿视场角，所述偶出偏色补偿结构设置于所述偶出全息光栅下表面，所述第三补偿视场角的角度范围包括所述第三偏色视场角的角度范围，所述第四补偿视场角的角度范围包括所述第四偏色视场角的角度范围。

可选地，所述偶入全息光栅设置于所述光波导的偶入端上表面，则所述偶入全息光栅为透射型全息光栅，所述偶入偏色补偿结构为透射型偏色补偿结构，所述偶出全息光栅设置于所述光波导的偶出端上表面，则所述偶出全息光栅为透射型全息光栅，所述偶出偏色补偿结构为透射型偏色补偿结构。

可选地，所述偶入全息光栅设置于所述光波导的偶入端下表面，则所述偶入全息光栅为反射型全息光栅，所述偶入偏色补偿结构为反射型偏色补偿结构，所述偶出全息光栅设置于所述光波导的偶出端下表面，则所述偶出全息光栅为反射型全息光栅，所述偶出偏色补偿结构为反射型偏色补偿结构。

可选地，所述偶入偏色补偿结构包括第一偶入补偿光栅和第二偶入补偿光栅，所述第一偶入补偿光栅的中心视角为所述第一补偿视场角，所述第二偶入补偿光栅的中心视角为所述第二补偿视场角，所述第一偶入补偿光栅设置于所述偶入全息光栅下表面，则所述第一补偿视场角的角度范围包括所述第一偏色视场角的角度范围，所述第二偶入补偿光栅设置于所述第一偶入补偿光栅的下表面，则所述第二补偿视场角的角度范围包括所述第二偏色视场角的角度范围，所述偶出偏色补偿结构包括第一偶出补偿光栅和第二偶出补偿光栅，所述第一偶出补偿光栅的中心视角为所述第三补偿视场角，所述第二偶出补偿光栅的中心视角为所述第四补偿视场角，所述第一偶出补偿光栅设置于所述偶出全息光栅下表面，则所述第三补偿视场角的角度范围包括所述第三偏色视场角的角度范围，所述第二偶出补偿光栅设置于所述第一偶出补偿光栅的下表面，则所述第四补偿视场角的角度范围包括所述第四偏色视场角的角度范围包括。

可选地，所述第一偶入补偿光栅和所述第二偶入补偿光栅设置于同一光学元件内，所述第一偶出补偿光栅和所述第二偶出补偿光栅设置于同一光学元件内。

可选地，所述偶入全息光栅、所述第一偶入补偿光栅和所述第二偶入补偿光栅设置于同一光学元件内，所述偶出全息光栅、所述第一偶出补偿光栅和所述第二偶出补偿光栅设置于同一光学元件内。

可选地，所述光波导包括从上到下依次平行设置的第一光波导、第二光波导和第三光波导，所述偶入全息光栅包括设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的第一偶入光栅、设置于所述第二光波导和所述第三光波导之间的第二偶入光栅和设置于所述第三光波导下表面的第三偶入光栅，所述偶入偏色补偿结构包括设置于所述第一偶入光栅和所述第二光波导之间的第三偶入补偿光栅、设置于所述第二偶入光栅和所述第三光波导之间的第五偶入补偿光栅和设置于所述第三偶入光栅下表面的第五偶入补偿光栅；

所述偶出全息光栅包括设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的第一偶出光栅、设置于所述第二光波导和所述第三光波导之间的第二偶出光栅和设置于所述第三光波导下表面的第三偶出光栅，所述偶出偏色补偿结构包括设置于所述第一偶出光栅和所述第二光波导之间的第三偶出补偿光栅、设置于所述第二偶出光栅和所述第三光波导之间的第四偶出补偿光栅和设置于所述第三偶出光栅下表面的第五偶出补偿光栅。

可选地，所述偶入全息光栅和所述偶出全息光栅为全色光栅或单色光栅其中一种，所述偶入偏色补偿结构和所述偶出偏色补偿结构为全色光栅或单色光栅其中一种。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供一种头戴显示设备，包括：外壳和如上文所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统设置于所述外壳内。

本发明提出的技术方案中，偶入全息光栅具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角，也就是说在第一中心视场角范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶入偏色视场角范围内光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶入偏色补偿结构具有包括所述偶入偏色视场角的角度范围的第一补偿中心视场角，处于所述第一补偿中心视场角的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶入偏色补偿结构设置于偶入全息光栅上表面或下表面，偶入偏色补偿结构的所述第一补偿中心视场角的角度范围包括所述偶入偏色视场角的角度范围，即在偶入偏色视场角的角度范围内提高偏色视场的光线衍射效率，偶出全息光栅具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角，也就是说在第二中心视场角范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶出偏色视场角范围内光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶出偏色补偿结构具有包括所述偶出偏色视场角的角度范围的第二补偿中心视场角，处于所述第二补偿中心视场角的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶出偏色补偿结构设置于偶出全息光栅上表面或下表面，偶出偏色补偿结构的所述第二补偿中心视场角的角度范围包括所述偶出偏色视场角的角度范围，即在偶出偏色视场角范围内提高偏色视场的光线衍射效率，由此可知通过偶入偏色补偿结构和偶出偏色补偿结构能够有效减少视场边缘区域的偏色现象，提高显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统第一实施例的结构示意图；

图2为图1中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的补偿原理示意图；

图3为图2中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的偶入补偿光栅原理示意图；

图4为图2中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的偶处补偿光栅原理示意图；

图5为本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统第二实施例的结构示意图；

图6为图5中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统偶入补偿光栅中心角度示意图；

图7为图5中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的设置偶入偏色补偿结构之前的光路示意图；

图8为图5中本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的设置偶入偏色补偿结构之后的光路示意图；

图9为本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统第三实施例的结构示意图；

图10为本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统第四实施例的结构示意图；

图11为本发明基于光波导的全息光栅偏色补偿系统的中偶入补偿光栅或偶出补偿光栅结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1和图2所示，本发明提出的一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，光波导100具有接收光线的偶入端110和出射光线的偶出端120，基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括：偶入全息光栅200、偶出全息光栅300、偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500。

偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端上110表面或者下表面，偶入全息光栅200具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角210，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角(未标示)，该偏色视场角一般位于边缘视场，但不限于边缘视场；

参阅图3所示，偶入偏色补偿结构400具有第一补偿中心视场角410，第一补偿中心视场角410的角度范围包括偶入偏色视场角的角度范围，处于第一补偿中心视场角410范围内的衍射光未发生偏色，可以理解为对光的衍射效率与偶入全息光栅200对光的衍射效率在可见光波段互补，偶入偏色补偿结构400 设置于偶入全息光栅200下表面，第一补偿中心视场角410和偶入偏色视场角重合；

偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120上表面或者下表面，偶出全息光栅300具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角310，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角(未标示)，该偏色视场角一般位于边缘视场，但不限于边缘视场；

参阅图4所示，偶出偏色补偿结构500具有第二补偿中心视场角510，第二补偿中心视场角510的角度范围包括偶出偏色视场角的角度范围，处于第二补偿中心视场角510范围内的衍射光未发生偏色，可以理解为对光的衍射效率与偶出全息光栅对光的衍射效率在可见光波段互补，偶出偏色补偿结构500设置于偶出全息光栅300下表面，则第二补偿中心视场角510和偶出偏色视场角重合。

其中，处于中心视场角的范围内的衍射光不发生偏色，基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括显示器600，显示器600设置于光波导100的偶入端 110上方，显示器600用于发射光线，光线在光波导100内部传递，至光波导100 的偶出端120上表面射出，另外第一中心视场角210为垂直于偶入全息光栅200 上表面的第一法线201为中心形成的角度，第二中心视场角310为垂直于偶出全息光栅300上表面的第二法线301为中心形成的角度，定义与第一法线201或第二法线301右侧形成的夹角为正值，与第一法线201或第二法线301左侧侧形成的夹角为负值，则第一中心视场角210的角度范围在-30°～30°之间，同样可知，第二中心视场角310的角度范围在-30°～30°之间。

本发明提出的技术方案中，偶入全息光栅200具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角210，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角，也就是说在第一中心视场角210范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶入偏色视场角范围内部分波长的光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶入偏色补偿结构400具有包括偶入偏色视场角的角度范围的第一补偿中心视场角 410，处于第一补偿中心视场角410的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶入偏色补偿结构400设置于偶入全息光栅200上表面或下表面，偶入偏色补偿结构400的第一补偿中心视场角410的角度范围包括偶入偏色视场角的角度范围，即在偶入偏色视场角的角度范围内提高光线衍射效率，偶出全息光栅300 具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角310，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角，也就是说在第二中心视场角310范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶出偏色视场角范围内部分波长的光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶出偏色补偿结构500具有包括偶出偏色视场角的角度范围的第二补偿中心视场角510，处于第二补偿中心视场角510的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶出偏色补偿结构500设置于偶出全息光栅300上表面或下表面，偶出偏色补偿结构500的第二补偿中心视场角510的角度范围包括偶出偏色视场角的角度范围，即在偶出偏色视场角范围内提高偏色视场的光线衍射效率，由此可知通过偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500能够有效减少边缘区域的偏色现象，提高显示效果。

进一步地，偶入全息光栅200具有垂直于其上表面中心的第一法线201，第一中心视场角210围绕第一法线201对称设置，偶入偏色视场角包括处于第一中心视场角210左侧的第一偏色视场角221，以及处于第一中心视场角210右侧的第二偏色视场角222，第一补偿中心视场角410包括第一补偿视场角411和第二补偿视场角412，偶入偏色补偿结构400设置于偶入全息光栅200下表面，第一补偿视场角411的角度范围包括第一偏色视场角221的角度范围，第二补偿视场角412的角度范围包括第二偏色视场角222的角度范围，由此提高了在第一偏色视场角221和第二偏色视场角222范围内的光线衍射效率，避免出现偏色，作为一种优选方式，第一补偿视场角411和第一偏色视场角221的角度范围相同，第二补偿视场角412和第二偏色视场角222的角度范围相同，其中第一补偿视场角411和第一偏色视场角221的角度范围均在-90°～-30°之间，第二补偿视场角412和第二偏色视场角222的角度范围在均30°～90°之间。

偶出全息光栅300具有垂直于上表面中心的第二法线301，第二中心视场角310围绕第二法线301对称设置，偶出偏色视场角包括处于第二中心视场角 310左侧的第三偏色视场角321，以及处于第二中心视场310角右侧的第四偏色视场角322，第二补偿中心视场角510包括第三补偿视场角511和第四补偿视场角512，偶出偏色补偿结构500设置于偶出全息光栅300下表面，则第三补偿视场角511的角度范围包括第三偏色视场角321的角度范围，第四补偿视场角512 的角度范围包括第四偏色视场角322的角度范围，由此提高了在第三偏色视场角321和第四偏色视场角322范围内的光线衍射效率，避免出现偏色，作为一种优选方式，第三补偿视场角511和第三偏色视场角311的角度范围相同，第四补偿视场角512和第二偏色视场角322的角度范围相同，其中第三补偿视场角511和第三偏色视场角311的角度范围均在-90°～-30°之间，其中第四补偿视场角512和第二偏色视场角322的角度范围均在30°～90°之间。

进一步地，偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端110上表面，则偶入全息光栅200为透射型全息光栅，偶入偏色补偿结构400为透射型偏色补偿结构，偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120上表面，则偶出全息光栅300为透射型全息光栅，偶出偏色补偿结构500为透射型偏色补偿结构，根据光路的设计需要，通过将偶入全息光栅200和偶出全息光栅300设置于光波导100的上表面，能够节省光波导100下表面空间。

进一步地，偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端110下表面，则偶入全息光栅200为反射型全息光栅，偶入偏色补偿结构400为反射型偏色补偿结构，偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120下表面，则偶出全息光栅300为反射型全息光栅，偶出偏色补偿结构400为反射型偏色补偿结构，通过将偶入全息光栅200和偶出全息光栅300设置于光波导100的下表面，能够节省光波导100下表面空间。

除此之外，偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端110上表面，则偶入全息光栅200为透射型全息光栅，偶入偏色补偿结构400为透射型偏色补偿结构，偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120下表面，则偶出全息光栅300为反射型全息光栅，偶出偏色补偿结构400为反射型偏色补偿结构，或者，偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端110下表面，则偶入全息光栅 200为反射型全息光栅，偶入偏色补偿结构400为反射型偏色补偿结构，偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120上表面，则偶出全息光栅300为透射型全息光栅，偶出偏色补偿结构500为透射型偏色补偿结构，如此可以根据光路的空间情况，设计偶入全息光栅200和偶出全息光栅300的位置。

进一步地，偶入偏色补偿结构400包括第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430，第一偶入补偿光栅420的中心视角为第一补偿视场角411，第二偶入补偿光栅430的中心视角为第二补偿视场角412，第一偶入补偿光栅420设置于偶入全息光栅200下表面，则第一补偿视场角411的角度范围包括和第一偏色视场角221的角度范围，第二偶入补偿光栅430设置于第一偶入补偿光栅 420的下表面，第二补偿视场角412的角度范围包括第二偏色视场角222的角度范围，偶出偏色补偿结500包括第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530，第一偶出补偿光栅520的中心视角为第三补偿视场角511，第二偶出补偿光栅 530的中心视角为第四补偿视场角512，第一偶出补偿光栅520设置于偶出全息光栅300下表面，第三补偿视场角511的角度范围包括第三偏色视场角321的角度范围，第二偶出补偿光栅530设置于第一偶出补偿光栅520的下表面，第四补偿视场角512的角度范围包括第四偏色视场角322的角度范围，第一偶入补偿光栅420用于提高第一偏色视场角221的角度范围内的光线衍射效率，第二偶入补偿光栅430用于提高第二偏色视场角222的角度范围内的光线衍射效率，第一偶出补偿光栅520用于提高第三偏色视场角321的角度范围内的光衍射效率，避免光线在第三偏色视场角321的角度范围内出现偏色，第二偶出补偿光栅530用于提高第四偏色视场角322的角度范围内的光衍射效率，避免光线在第四偏色视场角322的角度范围内出现偏色，例如偶入全息光栅200对短波长衍射效率低，在光波导100的偶出端观察，左侧视场将偏红色，通过第一偶入补偿光栅410提高短波长的衍射效率，矫正颜色显示。

进一步地，参阅图5和图8所示，第一偶入补偿光栅410和第二偶入补偿光栅420设置于同一光学元件内，第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530 设置于同一光学元件内，例如，第一偶入补偿光栅410和第二偶入补偿光栅420 集成在同一光学元件内，第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530集成在同一光学元件内，所述集成在同一光学元件是指，通过在同一光学元件的不同高度位置刻画出平行等距的划痕，或者采用曝光显影的方式形成平行等距的透光狭缝，由此通过集成设计进一步节省安装空间，使结构更加轻便紧凑，其中设置第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430，以及，第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530之前，显示器600发射的光线经过偶入全息光栅200后形成在第一中心视场角210范围内的正常光线610，在第一偏色视场角221范围内的第一偶入光线620，在第二偏色视场角222范围内的第二偶入光线630，光线经过光波导100传递后在偶出端120射出，由于偶入全息光栅 200在边缘区域衍射效率较低，由此形成第一偏色光线621，未偏色光线611以及第二偏色光线631；在设置第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430，以及，第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530之后，通过第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430的补偿作用，偶入端提高了衍射效率生成了第一衍射光线622和第二衍射光线632，经过光波导100传递后，再经过第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530生成了第一偶出光线623和第二偶出光线633，第一偶出光线623和第二偶出光线633由于通过补偿光栅的矫正作用，提高了衍射效率，光不发生偏色。

进一步地，参阅图9所示，偶入全息光栅200、第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430设置于同一光学元件内，偶出全息光栅300、第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530设置于同一光学元件内，例如，偶入全息光栅200、第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430集成在同一光学元件内，偶出全息光栅300、第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530集成在同一光学元件内，由此进一步节省安装空间，使结构更加轻便紧凑。

除此之外，第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430集成在同一光学元件内，偶出全息光栅300、第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530 集成在同一光学元件内，或者，偶入全息光栅200、第一偶入补偿光栅420和第二偶入补偿光栅430集成在同一光学元件内，第一偶出补偿光栅520和第二偶出补偿光栅530集成在同一光学元件内，即可以根据光路的设计需求，调整集成情况。

进一步地，参阅图10所示，光波导100包括从上到下依次平行设置的第一光波导130、第二光波导140和第三光波导150，偶入全息光栅200包括设置于第一光波导130和第二光波导140之间的第一偶入光栅230、设置于第二光波导 140和第三光波导150之间的第二偶入光栅240和设置于第三光波导150下表面的第三偶入光栅250，偶入偏色补偿结构400包括设置于第一偶入光栅230和第二光波导之间140的第三偶入补偿光栅440、设置于第二偶入光栅240和第三光波导150之间的第四偶入补偿光栅450和设置于第三偶入光栅250下表面的第五偶入补偿光栅460，第一偶入光栅230、第二偶入光栅240和第三偶入光栅250 平行设置于光波导100的偶入端110，第三偶入补偿光栅440、第四偶入补偿光栅450和第五偶入补偿光栅460平行设置于光波导100的偶入端110。

偶出全息光栅300包括设置于第一光波导130和第二光波导140之间的第一偶出光栅330、设置于第二光波导140和第三光波导150之间的第二偶出光栅 340和设置于第三光波导150下表面的第三偶出光栅350，偶出偏色补偿结构 500包括设置于第一偶出光栅330和第二光波导140之间的第三偶出补偿光栅 540、设置于第二偶出光栅340和第三光波导150之间的第四偶出补偿光栅550 和设置于第三偶出光栅350下表面的第五偶出补偿光栅560，第一偶出光栅330、第二偶出光栅340和第三偶出光栅350平行设置于光波导100的偶出端120，第三偶出补偿光栅540、第四偶出补偿光栅550和第五偶出补偿光栅560平行设置于光波导100的偶出端120。

进一步地，偶入全息光栅200和偶出全息光栅300为全色光栅或单色光栅其中一种，偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500为全色光栅或单色光栅其中一种，如此便于通过设置单色光栅提高对单一波长光衍射效率，或者通过设计为全色光栅，便于提高更多波长光衍射效率。

进一步地，参阅图11所示，偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500 为表面浮雕光栅、体光栅或液晶体光栅其中一种，其中体光栅参阅图11c所示，液晶体光栅参阅图11d所示，另外偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构 500还可为二元光栅或者是闪耀光栅，二元光栅参阅图11a所示，闪耀光栅参阅图11b所示。

本发明还提供一种头戴显示设备，包括：外壳和基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，基于光波导的全息光栅偏色补偿系统设置于外壳内，基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括：偶入全息光栅200、偶出全息光栅300、偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500。

偶入全息光栅200设置于光波导100的偶入端上110表面或者下表面，偶入全息光栅200具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角210，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角；

偶入偏色补偿结构400具有第一补偿中心视场角410，第一补偿中心视场角410的角度范围包括偶入偏色视场角的角度范围，处于第一补偿中心视场角 410范围内的衍射光未发生偏色，偶入偏色补偿结构400设置于偶入全息光栅 200下表面，第一补偿中心视场角410和偶入偏色视场角重合；

偶出全息光栅300设置于光波导100的偶出端120上表面或者下表面，偶出全息光栅300具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角310，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角；

偶出偏色补偿结构500具有第二补偿中心视场角510，第二补偿中心视场角510的角度范围包括偶出偏色视场角的角度范围，处于第二补偿中心视场角 510范围内的衍射光未发生偏色，偶出偏色补偿结构500设置于偶出全息光栅 300下表面，则第二补偿中心视场角510和偶出偏色视场角重合。

本发明提出的技术方案中，偶入全息光栅200具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角210，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角，也就是说在第一中心视场角210范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶入偏色视场角范围内光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶入偏色补偿结构 400具有包括偶入偏色视场角的角度范围的第一补偿中心视场角410，处于第一补偿中心视场角410的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶入偏色补偿结构400设置于偶入全息光栅200上表面或下表面，偶入偏色补偿结构400的第一补偿中心视场角410的角度范围包括偶入偏色视场角的角度范围，即在偶入偏色视场角的角度范围内提高偏色视场的光线衍射效率，偶出全息光栅300具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角310，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角，也就是说在第二中心视场角310范围内衍射光线不会出现偏色，光线的衍射效率正常，在偶出偏色视场角范围内光线衍射效率降低，易出现偏色现象，偶出偏色补偿结构500具有包括偶出偏色视场角的角度相同的第二补偿中心视场角510，处于第二补偿中心视场角510的角度范围内的衍射光未发生偏色，将偶出偏色补偿结构500设置于偶出全息光栅300上表面或下表面，偶出偏色补偿结构500的第二补偿中心视场角510的角度范围包括偶出偏色视场角的角度范围，即在偶出偏色视场角范围内提高偏色视场的光线衍射效率，由此可知通过偶入偏色补偿结构400和偶出偏色补偿结构500能够有效减少边缘区域的偏色现象，提高显示效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述光波导具有接收光线的偶入端和出射光线的偶出端，所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统包括：

偶入全息光栅，设置于所述光波导的偶入端上表面或者下表面，所述偶入全息光栅具有衍射光未发生偏色的第一中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶入偏色视场角；

偶入偏色补偿结构，具有第一补偿中心视场角，所述第一补偿中心视场角的角度范围包括所述偶入偏色视场角的角度范围，处于所述第一补偿中心视场角范围内的衍射光未发生偏色，所述偶入偏色补偿结构设置于所述偶入全息光栅下表面，所述第一补偿中心视场角和所述偶入偏色视场角重合；

偶出全息光栅，设置于所述光波导的偶出端上表面或者下表面，所述偶出全息光栅具有衍射光未发生偏色的第二中心视场角，以及衍射光发生偏色的偶出偏色视场角；

偶出偏色补偿结构，具有第二补偿中心视场角，所述第二补偿中心视场角的角度范围包括所述偶出偏色视场角的角度范围，处于所述第二补偿中心视场角范围内的衍射光未发生偏色，所述偶出偏色补偿结构设置于所述偶出全息光栅下表面，所述第二补偿中心视场角和所述偶出偏色视场角重合。

2.如权利要求1所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，所述偶入全息光栅具有垂直于其上表面中心的第一法线，所述第一中心视场角围绕所述第一法线对称设置，所述偶入偏色视场角包括处于所述第一中心视场角左侧的第一偏色视场角，以及处于所述第一中心视场角右侧的第二偏色视场角，所述第一补偿中心视场角包括第一补偿视场角和第二补偿视场角，所述偶入偏色补偿结构设置于所述偶入全息光栅下表面，所述第一补偿视场角的角度范围包括所述第一偏色视场角的角度范围，所述第二补偿视场角的角度范围包括所述第二偏色视场角的角度范围；

所述偶出全息光栅具有垂直于上表面中心的第二法线，所述第二中心视场角围绕所述第二法线对称设置，所述偶出偏色视场角包括处于所述第二中心视场角左侧的第三偏色视场角，以及处于所述第二中心视场角右侧的第四偏色视场角，所述第二补偿中心视场角包括第三补偿视场角和第四补偿视场角，所述偶出偏色补偿结构设置于所述偶出全息光栅下表面，所述第三补偿视场角的角度范围包括所述第三偏色视场角的角度范围，所述第四补偿视场角的角度范围包括所述第四偏色视场角的角度范围。

3.如权利要求2所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述偶入全息光栅设置于所述光波导的偶入端上表面，则所述偶入全息光栅为透射型全息光栅，所述偶入偏色补偿结构为透射型偏色补偿结构，所述偶出全息光栅设置于所述光波导的偶出端上表面，则所述偶出全息光栅为透射型全息光栅，所述偶出偏色补偿结构为透射型偏色补偿结构。

4.如权利要求2所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述偶入全息光栅设置于所述光波导的偶入端下表面，则所述偶入全息光栅为反射型全息光栅，所述偶入偏色补偿结构为反射型偏色补偿结构，所述偶出全息光栅设置于所述光波导的偶出端下表面，则所述偶出全息光栅为反射型全息光栅，所述偶出偏色补偿结构为反射型偏色补偿结构。

5.如权利要求4所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述偶入偏色补偿结构包括第一偶入补偿光栅和第二偶入补偿光栅，所述第一偶入补偿光栅的中心视角为所述第一补偿视场角，所述第二偶入补偿光栅的中心视角为所述第二补偿视场角，所述第一偶入补偿光栅设置于所述偶入全息光栅下表面，则所述第一补偿视场角的角度范围包括所述第一偏色视场角的角度范围，所述第二偶入补偿光栅设置于所述第一偶入补偿光栅的下表面，则所述第二补偿视场角的角度范围包括所述第二偏色视场角的角度范围，所述偶出偏色补偿结构包括第一偶出补偿光栅和第二偶出补偿光栅，所述第一偶出补偿光栅的中心视角为所述第三补偿视场角，所述第二偶出补偿光栅的中心视角为所述第四补偿视场角，所述第一偶出补偿光栅设置于所述偶出全息光栅下表面，则所述第三补偿视场角的角度范围包括所述第三偏色视场角的角度范围，所述第二偶出补偿光栅设置于所述第一偶出补偿光栅的下表面，则所述第四补偿视场角的角度范围包括所述第四偏色视场角的角度范围。

6.如权利要求5所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述第一偶入补偿光栅和所述第二偶入补偿光栅设置于同一光学元件内，所述第一偶出补偿光栅和所述第二偶出补偿光栅设置于同一光学元件内。

7.如权利要求5所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述偶入全息光栅、所述第一偶入补偿光栅和所述第二偶入补偿光栅设置于同一光学元件内，所述偶出全息光栅、所述第一偶出补偿光栅和所述第二偶出补偿光栅设置于同一光学元件内。

8.如权利要求4所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述光波导包括从上到下依次平行设置的第一光波导、第二光波导和第三光波导，所述偶入全息光栅包括设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的第一偶入光栅、设置于所述第二光波导和所述第三光波导之间的第二偶入光栅和设置于所述第三光波导下表面的第三偶入光栅，所述偶入偏色补偿结构包括设置于所述第一偶入光栅和所述第二光波导之间的第三偶入补偿光栅、设置于所述第二偶入光栅和所述第三光波导之间的第四偶入补偿光栅和设置于所述第三偶入光栅下表面的第五偶入补偿光栅；

所述偶出全息光栅包括设置于所述第一光波导和所述第二光波导之间的第一偶出光栅、设置于所述第二光波导和所述第三光波导之间的第二偶出光栅和设置于所述第三光波导下表面的第三偶出光栅，所述偶出偏色补偿结构包括设置于所述第一偶出光栅和所述第二光波导之间的第三偶出补偿光栅、设置于所述第二偶出光栅和所述第三光波导之间的第四偶出补偿光栅和设置于所述第三偶出光栅下表面的第五偶出补偿光栅。

9.如权利要求1-8任一项所述的基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，其特征在于，所述偶入全息光栅和所述偶出全息光栅为全色光栅或单色光栅其中一种，所述偶入偏色补偿结构和所述偶出偏色补偿结构为全色光栅或单色光栅其中一种。

10.一种头戴显示设备，其特征在于，包括：外壳和如权利要求1-9任一项所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统，所述基于光波导的全息光栅偏色补偿系统设置于所述外壳内。