CN114838916A - 衍射光波导的测试系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种衍射光波导的测试系统、方法及装置；衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试系统包括光源模组，调节模组，数据采集模组及数据处理模组，光源模组用于向衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；调节模组用于调整第一光线的传播方向，以使第一光线在衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入入射耦合器；数据采集模组用于获取第二光线的光强度，第二光线为第一光线经入射耦合器进入衍射光波导，且传播至出射耦合器并射出的光线；数据处理模组用于根据全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线相对应的第二光线，确定衍射光波导在全视场内对应不同入射角度的光传播效率。

Description

衍射光波导的测试系统、方法及装置

技术领域

本公开实施例涉及光学系统技术领域，更具体地，本公开实施例涉及一种衍射光波导的测试系统、方法及装置。

背景技术

光传输效率是衡量衍射光波导的光学性能的重要指标。可根据衍射光波导在不同视场(FOV)下的光传输效率，来评价衍射光波导的光学性能的好坏。

然而，在现有的相关技术中，衍射光波导的光学性能评价只是测试某一视场角下的光效，测试的准确度并不高。而为了实现更准确的评价，出现了多个角度入射的光效测试，在现有的这种测试方案中是设计转动衍射光波导，但衍射光波导在转动的过程中可能会产生震动，这就有可能会对衍射光波导造成一定的损伤。而且，驱动衍射光波导旋转的旋转机构的机械结构较复杂，导致整个测试系统的结构较为复杂、且测试精度受机械运动影响较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种衍射光波导的测试系统、方法及装置的新技术方案。

第一方面，本申请提供了一种衍射光波导的测试系统，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试系统包括：

光源模组，用于向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

调节模组，用于调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

数据采集模组，用于获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

数据处理模组，用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线相对应的第二光线，确定所述衍射光波导在所述全视场内对应不同入射角度的光传播效率。

可选地，所述数据处理模组，还用于根据所述第二光线的最大光强度和最小光强度，确定所述衍射光波导在所述全视场内入射的光效均匀性。

可选地，所述测试系统还包括：

承载模组，用于控制所述衍射光波导进行平移运动，以使所述第一光线能够对准所述衍射光波导的入射耦合器射入。

可选地，所述衍射光波导为透射式衍射光波导或者反射式衍射光波导。

可选地，所述光源模组包括：

光源组件，用于发射所述第一光线；及

准直透镜组件，所述准直透镜组件设置在所述光源组件的出射光线传播路径上，所述准直透镜组件用于对所述光源组件发射的所述第一光线进行扩束式准直或者缩束式准直。

可选地，所述光源组件为LED光源模组或者激光光源模组。

可选地，所述调节模组包括第一反射镜和楔形镜，所述楔形镜设置在所述第一反射镜的出射光线传播路径上；

所述第一反射镜和所述楔形镜均被配置为能够转动；

所述第一反射镜，用于改变所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线射入所述楔形镜；

所述楔形镜，用于对射入的所述第一光线进行折射，配合自身旋转使所述第一光线在所述全视场内能够以不同的入射角度射入所述衍射光波导的入射耦合器。

可选地，所述楔形镜包括第一表面和第二表面；

所述第一表面靠近所述第一反射镜，且所述第一表面设置为平面；

所述第二表面靠近所述衍射光波导的入射耦合器，且所述第二表面相对于所述第一表面呈设定角度α的倾斜形成楔形面，所述第二表面上的最低点与所述入射耦合器之间的距离L≥1mm。

可选地，所述楔形镜被配置为：能够将所述第一光线折射到预设角度θ，θ＝arcsin(n*sin(α))，其中，n为所述楔形镜的折射率；

预设角度θ≥衍射光波导的全视场角。

可选地，所述数据采集模组包括第二反射镜和采集装置；

所述第二反射镜被配置为能够进行转动，所述第二反射镜用于改变经所述衍射光波导的出射耦合器出射的第二光线的传播方向，以使所述第二光线能够射入所述采集装置。

可选地，所述数据采集模组还包括聚焦缩束透镜组件，所述聚焦缩束透镜组件设置于所述第二反射镜与所述采集装置之间；

所述聚焦缩束透镜组件用于将所述第二反射镜出射的第二光线经缩束之后射入所述采集装置。

可选地，所述采集装置包括积分球、功率计和工业相机中的任意一种。

第二方面，本申请提供了一种衍射光波导的测试方法，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试方法包括：

通过光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

通过调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

通过数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

第三方面，本申请提供了一种衍射光波导的测试装置，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试装置包括：

第一控制模块，用于控制光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

第二控制模块，用于控制调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

第三控制模块，用于控制数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

数据处理模块，用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

根据本申请实施例，不需要控制衍射光波导进行旋转，可避免衍射光波导在旋转中因受到震动而损伤的情况发生；能够实现全视场角下的准直光束的调节，可获取衍射光波导在全视场范围内对应不同入射角度的光传播效率，以更准确的检测衍射光波导的光学性能的好坏。整个测试系统的结构较简单、测试精度较高。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1为本申请实施例提供的光源模组的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的光源模组的结构示意图之二；

图3为本申请实施例提供的调节模组的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的数据采集模组的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的测试系统的结构示意图之一；

图6为本申请实施例提供的测试系统的结构示意图之二；

图7为本申请实施例提供的测试装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、衍射光波导；110、入射耦合器；120、出射耦合器；200、光源模组；210、光源组件；220、准直透镜组件；300、调节模组；310、第一反射镜；320、楔形镜；321、第一表面；322、第二表面；400数据采集模组；410第二反射镜；420、采集装置；430、聚焦缩束透镜组件；500、数据处理模组。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

以AR光学显示系统为例，AR光学显示系统包括微型显示屏和光学元件组件。AR光学显示系统中常用的光学元件例如有棱镜、自由曲面镜片、光波导等。而在上述的这些光学元件中，光波导包括几何光波导和衍射光波导。由于衍射光波导具有良好的光学性能，使其在AR光学显示系统中得到了非常广泛的应用。衍射光波导例如可以采用纳米压印工艺制造。

如图4和图5所示，衍射光波导100具有入射耦合器110和出射耦合器120，入射耦合器110形成光线耦入区域，出射耦合器120形成光线耦出区域。这样，光学模组发射的光线可自入射耦合器110进入衍射光波导 100，再以全反射的方式传播至出射耦合器120并从出射耦合器120射出。

衍射光波导100可以是反射式衍射光波导，如图4所示，反射式衍射光波导的入射耦合器110和出射耦合器120位于衍射光波导100的同一侧。

当然，衍射光波导100还可以是透射式衍射光波导，如图5所示，透射式衍射光波导的入射耦合器110和出射耦合器120位于衍射光波导100 相对的两侧。

衍射光波导的光学性能决定了例如AR光学显示系统的输出图像的质量。可以通过测试衍射光波导的光传输效率来评价衍射光波导的光学性能的好坏。

在传统的测试技术中，对于衍射光波导的光学性能进行测试时，测试系统获取的只是测试某一入射视场时的光效。测试的结果并不准确。

随着测试技术的不断发展，出现了多个角度入射的光效测试，但这种测试方案中需要控制光源、衍射波导和数据采集模组旋转，实现设定角度下的测试。而这也带来了如下弊端问题：

(1)需要控制衍射光波导转动来实现多角度入射，由于衍射光波导存在转动，这就需要较大的空间，衍射光波导在转动过程中很大可能会产生一定程度的震动，不仅存在损伤衍射光波导的风险，而且无法保障待测的衍射光波导的固定稳定性，测试精度难以保证；

(2)衍射光波导在实现大角度转动时，容易产生光源和数据采集之间的干涉，因此，衍射光波导转动的角度是很受限的；

(3)测试系统中数据采集模组和衍射光波导需要一起转动，因此需要的空间比较大，且测试系统中涉及大量的旋转机构，旋转机构的机械结构复杂，测试精度受机械运动影响较大。

本申请实施例提供了一种衍射光波导的测试系统、方法及装置，其中完全不涉及旋转待测的衍射光波导100，即可实现对全视场角下的准直光束的调节，获取待测的衍射光波导100在全视场范围内对应不同入射角度的光传播效率。测试精度高、结构简单。

根据本申请的一个实施例，提供了一种衍射光波导的测试系统，如图 1至图6所示，所述衍射光波导100具有入射耦合器110和出射耦合器120，所述测试系统可以包括光源模组200、调节模组300、数据采集模组400以及数据处理模组500；

光源模组200用于向所述衍射光波导100的入射耦合器110发射第一光线；

调节模组300用于调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导100的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器 110；

数据采集模组400用于获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导100，且传播至所述出射耦合器120并射出的光线；

数据处理模组500用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线相对应的第二光线，确定所述衍射光波导100在所述全视场内对应不同入射角度的光传播效率。

根据本申请实施例提供的一种衍射光波导的测试系统，其中不需要控制待测的射光波导100旋转，能够避免衍射光波导100在旋转中因受到震动而损伤的情况发生；同时，能够实现全视场角下的准直光束的调节，即可获取衍射光波导100在全视场范围内对应不同入射角度的光传播效率，以更准确的检测衍射光波导100的光学性能的好坏。整个测试系统的结构较简单、测试精度较高。

在本申请的实施例中，在待测的衍射光波导100与光源模组200之间设置了一调节模组300，该调节模组300并不是驱动光源模组200或者待测的衍射光波导100发生旋转的，而是用于对光源模组200所发射出的第一光线的传播方向进行调整，其目的在于使第一光线能够在衍射光波导100 的全视场范围内以不同的视场角射入衍射光波导100的入射耦合器110。

也就是说，本申请实施例的调节模组300可相当于一全视场调节模块，其用于调第一光线入射到衍射光波导100的入射角度，并能实现全视场角度的扫描，用以模拟待测的衍射光波导100全视场内任一视场角下的入射。

需要说明的是，衍射光波导100具有一定大小的视场角度，本申请实施例提供的方案可探测在衍射光波导100的全视场范围内每一个视场角下，衍射光波导的光效表现情况。这样，使得对于待测的衍射光波导100的光学性能好坏的评价更为准确。

此外，例如对于不同型号的AR光学显示系统，衍射光波导的结构是不同的。因此，对于不同的衍射光波导，其具有的入射耦合器110和出射耦合器120的尺寸和形状不同。基于此，可根据衍射光波导的入射耦合器110的尺寸，可以确定光源模组200在测试系统中的设置位置和其内部组件的具体组成，以保证光源模组200出射的第一光线能全部进入入射耦合器110。

同时，对于光源模组200的设计，还需要考虑射入衍射光波导100的入射耦合器110的光斑尺寸，保证入射的第一光线能全部进入衍射光波导 100的入射耦合器110，这样可以避免入射光能量的损失，从而避免最终的检测结果不准确。

本申请实施例中，数据采集模组400用于获取第二光线的光强度，第二光线指的是第一光线经衍射光波导100的入射耦合器110进入衍射光波导100，且传播至出射耦合器120并射出的光线。也即，在本申请实施例中，数据采集模组400用于检测待测的衍射光波导100输出的光线的能量。

如图3至图6所示，本申请的实施例中，数据采集模组400正对待测的衍射光波导100的出射耦合器120，这样能够全部接收耦合器120输出的第二光线(eyebox出射光，eyebox是指近眼显示光学模组与眼球之间的一块锥形区域，也是显示内容最清晰的区域)。

由于本申请实施例中，射入入射耦合器110的第一光线的入射角度是基于全视场范围内的不同视场角，在此基础上，数据采集模组400可相应的获取衍射光波导100全视场范围内任一视场角下的第二光线的光强度。

本申请实施例中，数据处理模组500用于对所述测试系统发出控制指令，可控制光源模组200、调节模组300及数据采集模组400执行相应的功能，以及对数据采集模组400收集的数据、信息等进行数据处理。

例如，数据处理模组500在测试的过程中需要对入射光源进行选择、对视场角度进行调整等。

例如，数据处理模组500在获取第二光线的光信息和已知得的第一光线的光信息之后，数据处理部分可以实现对数据进行分析，从而获取到衍射光波导的光学性能测试结果。

在本申请的一些示例中，所述数据处理模组500还用于根据所述第二光线的最大光强度和最小光强度，确定所述衍射光波导100在所述全视场内入射的光效均匀性。

衍射光波导100的光学性能与光线射入时入射的视场角(FOV)相关。全视场下的衍射光波导的表现又是AR光学显示模组设计的重要指标之一。

本申请实施例提供的测试系统，对光源入射部分以及数据采集模组的结构均进行了新的设计，具体表现为在光源模组200与待测的衍射光波导 100之间增加了一调节模组300。该调节模组300可将光源模组200发射出的第一光线在全视场范围下以不同视场角入射到衍射光波导100的入射耦合器110，而这一过程中无需对待测的衍射光波导100进行旋转，在保证尽可能降低衍射光波导100的震动，即保证待测试样稳定性的前提下，实现大角度全FOV衍射光波导的测试。

本申请实施例中，在对测试系统的结构进行改良的基础上，也扩展了测试系统的能力，定义了对衍射光波导新的测试项。具体地，在此定义了与入射视场相关的光效和光效均匀性，具体表现如下：

Eff_FOV_i＝L_FOV_i/L_0；

Uni_FOV＝L_FOV_i1/L_FOV_i2*100％。

其中，L_0为光源模组200出射的光强度；L_FOV_i为以FOV_i入射时，数据采集模组400采集的光强度；L_FOV_i1指在FOV_i1的视场角度下入射时，数据采集模组400采集到的全视场中最低的光强度(最小光强度)0； L_FOV_i2指在FOV_i2的视场角度下入射时，数据采集模组400采集到的全视场中最强的光强度(最大光强度)。

很显然地，本申请实施例的方案，其与传统的方案是完全不同的，上述的 Uni_FOV是一个新定义的测试项，用来表示待测的衍射光波导100全视场内入射的光效均匀性。这是结合衍射光波导自身的特点，制定的测试方案、并搭建相应的测试系统。

可以理解的是，本申请实施例提供的测试系统，不仅可以实现衍射光波导涉及的全视场中任一视场角下的光效性能测试，还可以实现如全视场范围内光效均匀性的性能测试，基于此能更好的评价待测的衍射光波导的性能好坏。

本申请的实施例中，对光源入射部分和数据采集部分进行创新，在保证衍射光波导相对固定，即保证待测试样稳定性的前提下，实现大角度全FOV衍射光波导的测试，同时根据创新的结构扩大测试内容和范围。

在本申请的一些示例中，所述测试系统还包括承载模组(图中未示出)，该承载模组用于控制所述衍射光波导100进行平移运动，以使所述第一光线能够对准所述衍射光波导100的入射耦合器110射入。

需要说明的是，本申请实施例中虽然并不涉及对待测的衍射光波导100 进行旋转控制。但需要对待测的衍射光波导100进行平移运动控制，使其在平面上沿X方向和/或Y方向上移动。

由于第一光线需要在衍射光波导100的全视场范围内以不同的视场角度射入衍射光波导100的入射耦合器110，其入射角度范围是比较大的，为保证光源模组200出射的第一光线能够全部进入入射耦合器110，因此需要适当的调整衍射光波导100的位置，以使入射耦合器110与第一光线对准。这样，可避免入射光能量的损失，从而避免最终的检测结果不准确。

通常，若待测的衍射光波导100的视场角本身较小，则可以不用上述的承载模组对衍射光波导100的入射耦合器110进行位置调整。

但是，若待测的衍射光波导100的视场角本身较大，则有必要采用上述的承载模组对衍射光波导100的出射耦合器110进行位置调整。

本申请实施例的测试系统，承载模组主要用于实现对待测的衍射光波导100空间位置进行微调，可实现衍射光波导100的角度和位移的微调，从而实现调节模组300调节的第一光线与衍射光波导100的入射耦合器110 相对准。

此外，承载模组还可以起到对待测的衍射光波导100的支撑作用。

在测试过程中，可将待测的衍射光波导100作为试样直接放置在承载模组上即可。

例如，承载模组包括位移平台及转轴等部件。而需要注意的是，承载模组主要是对待测的衍射光波导100的空间位置进行平移运动等的微调，而并不涉及对其进行旋转控制，不会导致待测的衍射光波导100发生损坏。

在本申请的一些示例中，如图4和图5所示，所述衍射光波导100为透射式衍射光波导或者反射式衍射光波导。

本申请实施例提供了一种衍射光波导的测试系统，该测试系统用于检测衍射光波导100在全视场内对应不同入射角度的光传播效率。其中，待测的衍射光波导100可以是如图5中示出的反射式衍射光波导，也可以是如图6中示出的透射式衍射光波导。

在本申请的实施例中，可根据待测的衍射光波导100是反射式衍射光波导还是透射式衍射光波导来调整数据采集模组400，可分别参见图5和图6所示。

本申请实施例的测试系统，通过新设计的数据采集模组400，可以兼容透射式衍射光波导或者反射式衍射光波导。并且，可以降低测试误差，提高测试的准确性。也即，本申请实施例的测试系统既可以对透射式衍射光波导的光学性能好坏进行评价，也可以对反射式衍射光波导的光学性能好坏进行评价，通用性强。

在本申请的一些示例中，如图1和图2所示，所述光源模组200包括：

光源组件210，用于发射所述第一光线；及

准直透镜组件220，所述准直透镜组件220设置在所述光源组件210 的出射光线传播路径上，所述准直透镜组件220用于对所述光源组件210 发射的所述第一光线进行扩束式准直或者缩束式准直。

需要说明的是，不同的衍射光波导具有不同的入射耦合器110(IC)尺寸(面积)，而在测试其全视场范围内任一视场角下的光学性能时，准直光束的尺寸需要与其上的入射耦合器110的面积相匹配。因此，本申请实施例中为其设计了准直扩束/缩束功能的光源模组，这样，可以根据实际的测试需求对准直光束的尺寸进行调整，以满足测试目的。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，光源模组200包括有光源组件210和扩束式准直透镜组件；光源组件210可用于发射第一光线，扩束式准直透镜组件可用于对第一光线进行扩束，用以调整第一光线射入衍射光波导100的入射耦合器110上的面积，使与入射耦合器110的面积匹配。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，光源模组200包括有光源组件210和缩束式准直透镜组件；光源组件210可用于发射第一光线，扩束式准直透镜组件可用于对第一光线进行缩束，用以调整第一光线射入衍射光波导100的入射耦合器110上的面积，使与入射耦合器110的面积匹配。

在本申请的实施例中，光源模组200中的扩束式准直透镜组件和缩束式准直透镜组件可根据需要切换使用。

在本申请的一些示例中，所述光源组件210为LED光源模组或者激光光源模组。

本申请实施例中设计了多种光源类型，以适合不同的需要。

根据本实施例，例如采用LED光源模组，向待测的衍射光波导100发射LED光进行测试，符合AR光学显示系统的产品设计，避免采用不同光源对测试结果造成干扰，测试可信度更高。

此外，光源组件210可以为单色光源，当然也可以为多色光源。

例如，光源组件210包括RGB三色光源，即红色光源、绿色光源和蓝色光源，在此基础上，光源组件210还可以包括合束器，可以用于将RGB三色光源发出的光线合束，从而得到第一光线。

当然，光源组件210还可以为单色光源或者其他种类的多色光源，本领域技术人员可以根据需要灵活设计，本申请实施例在此不做具体限制。

在本申请的实施例中，光源模组200包括光源组件210和准直透镜组件 220。例如，准直透镜组件220设置在RGB三色光源的光线传输路径上，准直透镜组件220可用于对RGB三色光源发射的光线进行准直，如对应红色光源、绿色光源和蓝色光源设置三个准直透镜。

在本申请的一些示例中，如图3、图5和图6所示，所述调节模组300 包括第一反射镜310和楔形镜320；所述楔形镜320设置在所述第一反射镜310的出射光线传播路径上；所述第一反射镜310和所述楔形镜320均被配置为能够转动；

所述第一反射镜310，用于改变所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线射入所述楔形镜320；

所述楔形镜320，用于对射入的所述第一光线进行折射，使所述第一光线在所述全视场内能够以不同的入射角度射入所述衍射光波导100的入射耦合器110。

在本申请的实施例中，在光源模组200与待测的衍射光波导100之间设置了上述的调节模组300，其是有反射镜和楔形镜组成的透镜组合。

衍射光波导100都具有一定大小的视场角度，为了探测每一个视场角下，衍射光波导100的光学性能，需要实现不同视场角的准直光照射，因此，设计该调节模组300可以根据系统内设定的反射镜和楔形镜的组合转动，进行入射视场的调节，实现全视场扫描式入射。

也就是说，通过第一反射镜310与楔形镜320的组合转动，可以调整射入衍射光波导100的入射耦合器110的入射角度，以保证第一光线能够在全视场范围内以不同的视场角全部射入衍射光波导100的入射耦合器 110，能避免入射光能量的损失，可以对不同型号的衍射光波导进行测试，适用范围广。

在本申请的实施例中，第一反射镜310和楔形镜302均可以进行旋转，通过第一反射镜310改变第一光线的传播方向，并将第一光线经反射之后射入至楔形镜320，第一光线在楔形镜320处经折射之后能对准射入衍射光波导100 入射耦合器110。这样，无需旋转待测的衍射光波导100就可以实现第一光线在全视场范围内以不同的视场角全部射入衍射光波导100的入射耦合器110。

在本申请中，例如，第一反射镜310，可以使所述第一光线垂直射入楔形镜320；楔形镜320用于对垂直射入的第一光线进行折射，使所述第一光线在所述全视场内能够以不同的入射角度射入所述衍射光波导100的入射耦合器110。

需要说明的是，本申请实施例中并不限于第一光线垂直射入楔形镜320。

在本申请的一些示例中，如图3、图5和图6所示，所述楔形镜320 包括第一表面321和第二表面322；所述第一表面321靠近所述第一反射镜310，且所述第一表面321设置为平面；所述第二表面322靠近所述衍射光波导100的入射耦合器110，且所述第二表面322相对于所述第一表面321呈设定角度的倾斜形成楔形面，所述第二表面322上的最低点与所述入射耦合器110之间的距离L≥1mm。

在本申请的一些示例中，所述楔形镜320被配置为：能够将所述第一光线折射到预设角度θ，θ＝arcsin(n*sin(α))，其中，n为所述楔形镜320的折射率；预设角度θ≥衍射光波导100的全视场角。

上述的公式θ＝arcsin(n*sin(α))为入射光线垂直射入楔形镜320的公式。

需要说明的是，本申请实施例中，经第一反射镜310反射之后光线并不限于以垂直状态射入到楔形镜320，还可以以其他角度射入，本申请实施例中对此不作限制。例如，如图5和图6所示，第一反射镜310可以进行转动，以调整第一光线能够垂直射入楔形镜320；该楔形镜320的第一表面321为圆形平面且靠近第一反射镜310，该楔形镜320的第二表面322相对于第一表面 321倾斜形成楔形面且靠近衍射光波导100的入射耦合器110，第二表面322具有设定角度α的倾斜，如α＝30°；

并且，将该楔形镜320的折射率n设置为如1.5，该楔形镜320的第二表面322最低点到衍射光波导100的入射耦合器110的距离L≥1mm；待测的衍射光波导100的FOV值为48.6°，该待测的衍射光波导100上的入射耦合器 110的直径d＝4mm；

则楔形镜320的直径d2≥2*L*tan(FOV/2)+d＝4.9mm，楔形镜320的最大厚度h≥tan(α)*d2＝2.83mm，此时，楔形镜320将准直之后的光束(也即第一光线)折射到θ＝arcsin(n*sin(α))＝48.59°(可以看出，该折射的角度刚好匹配待测的衍射光波导100的全视场角度值)；再通过控制旋转楔形镜302，则可以实现2π大小的方位角的调整。

而对于其他的角度，可通过数据处理模组500的计算，可以提前设定第一反射镜310和楔形镜320的转动角度，从而可以实现不同FOV的衍射光波导的全视场角的调节，实现全FOV扫描测试。

在本申请的一些示例中，如图4至图6所示，所述数据采集模组400 包括第二反射镜410和采集装置420；所述第二反射镜410被配置为能够进行转动，所述第二反射镜410用于改变经所述衍射光波导100的出射耦合器110出射的第二光线的传播方向，以使所述第二光线能够射入所述采集装置420。

在本申请的实施例中，通过调整第二反射镜410转动可以使整个测试系统兼容透射式衍射光波导和反射式的衍射光波导。操作方便，适用范围广。

在本申请的实施例中，经衍射光波导100的出射耦合器120出射的第二光线经第二反射镜410反射之后可被采集装置420，由采集装置420确定该第二光线的光强度。

在本申请的一些示例中，如图4至图6所示，所述数据采集模组400 还包括聚焦缩束透镜组件430，所述聚焦缩束透镜组件430设置于所述第二反射镜410与所述采集装置420之间；所述聚焦缩束透镜组件430用于将所述第二反射镜410出射的第二光线经缩束之后射入所述采集装置420。

衍射光波导100具有出射耦合器120(OC)，其用于出射衍射光波导内传输的光信息。通常，出射耦合器120具有一种扩瞳(EPE)的结构，该扩瞳结构可以对入射的光线进行空间扩展，而采集装置430如为积分球时采集口径有限，因此，数据采集模组400中使用了一个聚焦缩束透镜组件430。

也就是说，为了进一步避免衍射光波导100的出射耦合器120输出的第二光线的能量损失，在数据采集模组400中设计了一聚焦缩束透镜组件430，对输出的第二光线进行缩束，以使第二光线能全部入射到采集装置320中。

此外，为了避免数据采集模组400和调节模组300之间的干涉，利用一个可以转动的第二反射镜410，将出射的光能量以合适的角度进入采集装置420。

在本申请的一些示例中，所述采集装置420包括积分球、功率计和工业相机中的任意一种。

需要说明的是，当射入待测的衍射光波导100的是图像时，经出射耦合器120输出的也是图像，此时，数据采集模组400内的采集装置420设置为工业相机，用以采集图像，后续对图像进行相应的分析。

当射入待测的衍射光波导100的是光线时，经出射耦合器120输出的也是光线，此时，数据采集模组400内的采集装置420可设置为积分球或光功率计等形式，用以采集输出光线的光强度，。

在本申请的一个实施例中，数据采集模组400包括积分球，如图4至图6所示，积分球包括球形腔体和设置于所述球形腔体上的入射口；经衍射光波导100的出射耦合器120输出的第二光线先经第二反射镜410反射，再射入聚焦缩束透镜组件430，聚焦缩束透镜组件430用于将第二反射镜410 出射的第二光线经缩束之后通过入射口进入球形腔体，并在所述球形腔体内发生漫反射。在球形腔体内设置有挡光板，球形腔体的内表面还连接有功率探测器的感应探头，用于检测经球形腔体漫反射后的第二光线。

其中，积分球的球形腔体的内壁如涂覆有漫反射层，第二光线进入球形腔体可发生漫反射，使得第二光线均匀分布在整个积分球内，从而可以提高检测的准确性。在球形腔体内设置挡光板，挡光板可避免入射至积分球的光线经漫反射后直接被功率探测器探测，提高光线在球形腔体内的漫反射次数，进一步可以提高检测的准确性。

使用积分球作为测试第二光线的光强度的检测装置，可以收集更多不同入射角度下的光强度；并且，第二光线进入积分球的球形腔体，发生漫反射，使得第二光线均匀分布在整个积分球内，可以降低测量误差，提高测试的准确性。

此外，数据处理模组500例如为集成在计算机等设备内的软件等。

本申请实施例提供的测试系统，可以用于根据待测的衍射光波导的全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线相对应的第二光线，确定所述衍射光波导100在全视场内对应不同入射角度的光传播效率。

可以理解的是，数据处理模组500用于计算在全视场范围内任一入射角度的第一光线对应的第二光线的功率和该入射角度下的第一光线的功率的比值，即确定衍射光波导对应设定入射角度的光传输效率。

本申请实施例还公开了一种衍射光波导的测试方法，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试方法可以包括步骤1～步骤4：

步骤1、通过光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线。

步骤2、通过调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器。

在该步骤中，衍射光波导本身并不发生旋转，可通过转动调节模组内的第一反射镜和楔形镜实现将光源模组发射出的第一光线在全视场范围下以不同的入射角度全部射入待测的衍射光波导的入射耦合器。

也就说是，通过对第一光线入射视场的调节，可以实现全视场扫描式射入待测的衍射光波导的入射耦合器。

需要说明的是，为了实现第一光线的全部射入，可以通过承载模组对待测的衍射光波导的位置进行微调，可以是平移也可以是角度的微调。保证入射的第一光线能全部进入衍射光波导100的入射耦合器110，这样可以避免入射光能量的损失，从而避免最终的检测结果不准确。

步骤3、通过数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；

在该步骤中，数据采集模组例如可以包括第二反射镜、聚焦缩束透镜组件和采集装置；其中，采集装置例如为积分球。

经待测的射光波导的出射耦合器输出的第二光线先经第二反射镜反射，再射入聚焦缩束透镜组件，聚焦缩束透镜组件用于将第二反射镜出射的第二光线经缩束之后通过入射口进入球形腔体，并在所述球形腔体内发生漫反射。在球形腔体内设置有挡光板，球形腔体的内表面还连接有功率探测器的感应探头，用于检测经球形腔体漫反射后的第二光线。

为了进一步避免衍射光波导的出射耦合器输出的第二光线的能量损失，在数据采集模组中设计了一聚焦缩束透镜组件，对输出的第二光线进行缩束，以使第二光线能全部入射到采集装置中。

步骤4、根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

在该步骤中，数据处理模组500用于计算在全视场范围内任一入射角度的第一光线对应的第二光线的功率和该入射角度下的第一光线的功率的比值，即确定衍射光波导对应设定入射角度的光传输效率。

根据本申请实施例提供的测试方法，不需要控制衍射光波导进行旋转，可避免衍射光波导在旋转中因受到震动而损伤的情况发生；能够实现全视场角下的准直光束的调节，可获取衍射光波导在全视场范围内对应不同入射角度的光传播效率，以更准确的检测衍射光波导的光学性能的好坏。整个测试系统的结构较简单、测试精度较高。

此外，本申请实施例提供的测试方法，兼容性强，可以对反射式衍射光波导进行测试，也可以对透射式衍射光波导。

本申请实施例提供了一种衍射光波导的测试装置，如图7所示，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试装置包括：

第一控制模块710，用于控制光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

第二控制模块720，用于控制调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

第三控制模块730，用于控制数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

数据处理模块740，用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

根据本申请实施例提供的测试装置，不需要控制衍射光波导进行旋转，可避免衍射光波导在旋转中因受到震动而损伤的情况发生；能够实现全视场角下的准直光束的调节，可获取衍射光波导在全视场范围内对应不同入射角度的光传播效率，以更准确的检测衍射光波导的光学性能的好坏。整个测试系统的结构较简单、测试精度较高。此外，本申请实施例提供的测试方法，兼容性强，可以对反射式衍射光波导进行测试，也可以对透射式衍射光波导。

本实施例还提供了另一种衍射光波导的测试装置，该衍射光波导的测试装置包括存储器和处理器。存储器用于存储可执行的计算机程序。处理器用于根据所述可执行的计算机程序的控制，执行根据本公开方法实施例的衍射光波导的测试方法。

在一个实施例中，以上述衍射光波导的测试装置的各模块可以通过处理器运行存储器中存储的计算机指令实现。

在本实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有可被计算机读取并运行的计算机程序，所述计算机程序用于在被所述计算机读取运行时，执行如本发明以上任意方法实施例的衍射光波导的测试方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。另外，对于装置实施例而言，由于其是与方法实施例相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的对应部分的说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/ 处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构 (ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“如“语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)网连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述衍射光波导(100)具有入射耦合器(110)和出射耦合器(120)，所述测试系统包括：

光源模组(200)，用于向所述衍射光波导(100)的入射耦合器(110)发射第一光线；

调节模组(300)，用于调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导(100)的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器(110)；

数据采集模组(400)，用于获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器(110)进入所述衍射光波导(100)，且传播至所述出射耦合器(120)并射出的光线；以及

数据处理模组(500)，用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线相对应的第二光线，确定所述衍射光波导在所述全视场内对应不同入射角度的光传播效率。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述数据处理模组(500)，还用于根据所述第二光线的最大光强度和最小光强度，确定所述衍射光波导在所述全视场内入射的光效均匀性。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：

承载模组，用于控制所述衍射光波导(100)进行平移运动，以使所述第一光线能够对准所述衍射光波导(100)的入射耦合器(110)射入。

4.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述衍射光波导为透射式衍射光波导或者反射式衍射光波导。

5.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述光源模组(200)包括：

光源组件(210)，用于发射所述第一光线；及

准直透镜组件(220)，所述准直透镜组件(220)设置在所述光源组件(210)的出射光线传播路径上，所述准直透镜组件(220)用于对所述光源组件(210)发射的所述第一光线进行扩束式准直或者缩束式准直。

6.根据权利要求5所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述光源组件(210)为LED光源模组或者激光光源模组。

7.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述调节模组(300)包括第一反射镜(310)和楔形镜(320)，所述楔形镜(320)设置在所述第一反射镜(310)的出射光线传播路径上；

所述第一反射镜(310)和所述楔形镜(320)均被配置为能够转动；

所述第一反射镜(310)，用于改变所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线射入所述楔形镜(320)；

所述楔形镜(320)，用于对射入的所述第一光线进行折射，配合自身旋转使所述第一光线在所述全视场内能够以不同的入射角度射入所述衍射光波导(100)的入射耦合器(110)。

8.根据权利要求7所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述楔形镜(320)包括第一表面(321)和第二表面(322)；

所述第一表面(321)靠近所述第一反射镜(310)，且所述第一表面(321)设置为平面；

所述第二表面(322)靠近所述衍射光波导(100)的入射耦合器(110)，且所述第二表面(322)相对于所述第一表面(321)呈设定角度α的倾斜形成楔形面，所述第二表面(322)上的最低点与所述入射耦合器(110)之间的距离L≥1mm。

9.根据权利要求8所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述楔形镜(320)被配置为：能够将所述第一光线折射到预设角度θ，θ＝arcsin(n*sin(α))，其中，n为所述楔形镜(320)的折射率；

预设角度θ≥衍射光波导(100)的全视场角。

10.根据权利要求1所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述数据采集模组(400)包括第二反射镜(410)和采集装置(420)；

所述第二反射镜(410)被配置为能够进行转动，所述第二反射镜(410)用于改变经所述衍射光波导(100)的出射耦合器(120)出射的第二光线的传播方向，以使所述第二光线能够射入所述采集装置(420)。

11.根据权利要求10所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述数据采集模组(400)还包括聚焦缩束透镜组件(430)，所述聚焦缩束透镜组件(430)设置于所述第二反射镜(410)与所述采集装置(420)之间；

所述聚焦缩束透镜组件(430)用于将所述第二反射镜(410)出射的第二光线经缩束之后射入所述采集装置(420)。

12.根据权利要求11所述的衍射光波导的测试系统，其特征在于，所述采集装置(420)包括积分球、功率计和工业相机中的任意一种。

13.一种衍射光波导的测试方法，其特征在于，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试方法包括：

通过光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

通过调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

通过数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

14.一种衍射光波导的测试装置，其特征在于，所述衍射光波导具有入射耦合器和出射耦合器，所述测试装置包括：

第一控制模块，用于控制光源模组向所述衍射光波导的入射耦合器发射第一光线；

第二控制模块，用于控制调节模组调整所述第一光线的传播方向，以使所述第一光线在所述衍射光波导的全视场内以不同的入射角度射入所述入射耦合器；

第三控制模块，用于控制数据采集模组获取第二光线的光强度，所述第二光线为所述第一光线经所述入射耦合器进入所述衍射光波导，且传播至所述出射耦合器并射出的光线；以及

数据处理模块，用于根据所述全视场内以任一入射角度射入的第一光线和与该第一光线对应的第二光线，获取所述衍射光波在全视场下对应不同入射角度的光传播效率。

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