CN116909028A - 一种全息波导显示装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及波导显示技术领域，具体涉及一种全息波导显示装置。
背景技术
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。
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。
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。
发明内容
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。
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。
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；
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
在本发明一示例中，所述波导的厚度为1mm～5mm。
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。
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°。
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。
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获得其他的附图。
图1为现有技术中全息波导显示装置的结构示意图；
图2为本发明中全息波导显示装置的结构示意图；
图3为本发明中相位校准器的设计原理示意图；
图4为现有技术中全息波导显示装置的白场耦出图像；
图5为本发明中全息波导显示装置的白场耦出图像；
图6为现有技术和本发明中全息波导显示装置出射光束的视场角和衍射效率关系曲线图。
元件标号说明
100、波导；110、耦入全息光栅；120、耦出全息光栅；130、相位校准器；200、显示模组；210、微显示器；220、准直透镜；300、人眼；S1、第一表面；
S2、第二表面；S3、成像透镜面；S4、成像面；L10、入射光束；L11、发散入射光束；L12、平行入射光束组；L20、全反射光束；L30、出射光束；L31、调制前出射光束；L32、调制后出射光束。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1、图4和图6所示，现有技术中全息波导显示装置包括波导100和显示模组200。显示模组200包括微显示器210和准直透镜220，显示模组200生成入射光束L10，其中，微显示器210提供图像源，生成发散入射光束L11，准直透镜220设置在入射光束L11进入波导100前的传输光路上，使得发散入射光束L11经准直透镜220聚焦后形成平行入射光束组L12，平行入射光束组L12为发射入射光束L11不同传输视场角的平行光组合。波导100上设置有耦入全息光栅110和耦出全息光栅120，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120相对Z轴镜像设置在波导100入光端和出光端的第二表面S2上。
现有技术的全息波导显示装置在工作时，可在波导100的入光端接收显示模组200发出的平行入射光束组L12；波导100在入光端由耦入全息光栅110将平行入射光束组L12沿波导100全反射角度衍射为全反射光束L20，并使全反射光束L20在波导100内向出光端全反射传输；波导100在出光端通过耦出全息光栅120将全反射光束L20衍射为出射光束L30，出射光束L30沿准直方向从波导100的第一表面S1出射进入人眼300，并经晶状体汇聚后在人眼300视网膜上成像。
而经发明人研究发现，现有技术中的全息波导显示装置在波导100内实现入射光束L10到出射光束L30的传输过程中，会因耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的衍射角度选择性、成像系统本身的自然渐晕和光束传输角度与传输周期和光束宽度不匹配而造成入射光束L10中沿不同视场角传输的光束衰减程度不一致，视场角大的光束相对视场角小的光束被过量衰减，以致使波导100最后的出射光束L30边缘视场衰减，其所显示的出瞳图像存在照度不均匀且视场角小的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种全息波导显示装置，该全息波导显示装置，通过在波导100的出光端设置相位校准器130，来对耦出全息光栅120衍射的出射光束L30进行相位调制，从而补偿波导100内入射光束L10到出射光束L30的传输过程中边缘视场的能量损失，以提升波导100出射光束L30所显示出瞳图像的照度均匀性和增大视场角度。
如图2所示，本发明中，全息波导显示装置包括波导100和显示模组200。
显示模组200包括微显示器210和准直透镜220，显示模组200生成入射光束L10，其中，微显示器210提供图像源，生成发散入射光束L11，准直透镜220设置在入射光束L11进入波导100前的传输光路上，使得发散入射光束L11经准直透镜220聚焦后形成平行入射光束组L12，平行入射光束组L12为发射入射光束L11不同传输视场角的平行光组合。
波导100包括耦入全息光栅110、耦出全息光栅120和相位校准器130。波导100的两侧相对设置有第一表面S1和第二表面S2，第一表面S1和第二表面S2用于实现波导100内光束的全反射传输。耦入全息光栅110设置在波导100的入光端，耦出全息光栅120设置在波导100的出光端，波导100的耦入全息光栅110和耦出全息光栅120沿Z轴镜像设置在波导100一侧表面上，并以另一侧表面作为波导100的光束入射和出射表面，例如，波导100在第二表面S2的入光端和出光端分别设置耦入全息光栅110和耦出全息光栅120，并以第一表面S1作为光束的入射和出射表面。相位校准器130设置在波导100的出光端，相位校准器130在耦出全息光栅120衍射光路上密接于波导100出光一侧表面，相位校准器130能够在出射光束L30出射波导100时对出射光束L30进行相位调制，以补偿出射光束L30相对入射光束L10的显示像差。
上述显示像差为出射光束L30显示图像相对入射光束L10显示图像的振幅分布损失，振幅分布损失为出射光束L30相对入射光束L10的角谱分布损失，也即入射光束L10在传输为出射光束L30的过程中沿不同视场角分布的振幅损失差异。而出射光束L30经过相位校准器130调制后，出射光束L30与入射光束L10所显示图像具有相似的亮度分布(即出射光束L30与入射光束L10所显示图像在各个对应位置的振幅比相差不大)，例如，在一优选实施例中，出射光束L30与入射光束L10在不同视场角间具有相同的振幅比，具体表现为出射光束L30和入射光束L10所显示图像具有相同的亮度分布。其中，出射光束L30显示图像可以为出射光束L30入射人眼300后经晶状体聚焦后在视网膜上显示图像，也可以为经过成像透镜面S3聚焦后在成像面S4所显示图像。
如图2所示，全息波导显示装置在工作时，显示模组200由微显示器210提供显示图像的发散入射光束L11，发散入射光束L11经准直透镜220聚焦后形成不同视场角组合的平行入射光束组L12，入射光束L10以平行入射光束组L12形式垂直入射波导100入光端的第一表面S1，平行入射光束组L12透射波导100的第一表面S1入射至第二表面S2的耦入全息光栅110处；耦入全息光栅110在波导100入光端接收入射光束L10，并将入射光束L10布拉格衍射为全反射光束L20，全反射光束L20沿波导100向出光端进行全反射传输；耦出全息光栅120在波导100出光端接收全反射光束L20，并使倾斜入射的全反射光束L20沿垂直方向布拉格衍射为出射光束L30，出射光束L30沿垂直方向由波导100第二表面S2的耦出全息光栅120出射至波导100第一表面S1的相位校准器130，出射光束L30经过相位校准器130相位调制后透射出波导100传输一定距离后进入人眼300，在人眼300中经晶状体聚焦后在视网膜上成像。
如图2和图3所示，相位校准器130为透射式相位元件，相位校准器130对调制前出射光束L31进行波前相位调控，以补偿入射光束L10传输至出射光束L30过程中因耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的衍射角度选择性、光束传输角度与传输周期和光束宽度不匹配和成像系统本身自然渐晕而造成不同视场角传输光束间的振幅损失差异，从而平衡出射光束L30各个视场角分布的振幅差异，使亮度较高视场角处能量补偿亮度过低视场角处能量，从而对调制前出射光束L31达到相位补偿，使调制后出射光束L32和入射光束L10在不同视场角间具有相同的振幅比，进而提升调制后出射光束L32显示图像的均匀度和视场角度。
其中，相位校准器130为纯相位元件，相位校准器130包括基底和微结构，相位校准器130基底上通过微细加工工艺加工获得微结构，微结构在基底上产生等效相位延迟获得能够调制光束波前的相位分布Φ，例如，通过激光直写在相位校准器130表面刻蚀对应相位延迟的二阶或多台阶深度浮雕的微结构，从而形成调制出射光束L30波前的相位分布Φ。
在一些实施例中，相位校准器130的基底选用高透过率材料，例如，可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)等材料，相位校准器130的基底厚度为0.2mm～1mm，例如，0.2mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm或1mm；相位校准器130基底上设置的微结构厚度为2μm～12μm，例如，2μm、5μm、8μm、10μm或12μm。
如图2和图3所示，在一些实施例中，相位校准器130调制光束波前的相位分布Φ为通过相位恢复算法计算收敛出射光束L30和入射光束L10所显示图像的振幅分布之差而获得，入射光束L10显示图像的振幅分布E0为微显示器210所生成发散入射光束L11的振幅分布，出射光束L30显示图像的振幅分布Eout为出射光束L30经过相位校准器130调制和人眼300聚焦后所形成的聚焦出射光束L30的振幅分布。
需要说明的是，计算相位校准器130相位分布Φ的相位恢复算法可以为市面上任一已开发的现有算法，例如GS算法、遗传算法、随机梯度下降算法或基于深度学习算法等。例如，通过比较入射光束L10显示图像的振幅分布E0和出射光束L30显示图像的振幅分布Eout，得到损失函数L＝Loss(Eout,E0)，而后利用随机梯度下降算法迭代优化相位校准器130的相位分布Φ，使得损失函数L尽可能小，以最后获得能补偿出射光束L30相对入射光束L10显示像差的相位分布Φ。
其中，计算相位校准器130相位分布Φ的入射光束L10的振幅分布E0可以直接由微显示器210生成标准图像(如白场图像)获得，出射光束L30的振幅分布Eout为拟合显示标准图像的入射光束L10经过波导100传输、相位校准器130调制和人眼300聚焦后聚焦出射光束L30显示图像的振幅分布。
具体地，如图2和图3所示，拟合过程需先计算调制前出射光束L31显示图像的振幅分布Ein，而后再根据未受调制的振幅分布Ein倒推受相位校准器130调制的调制后出射光束L32显示图像的振幅分布Eout。在计算振幅分布Ein时，考虑到波导100对不同角度光束的传输效率不同，故按光束角度(入射光束L10的各发散角)来计算入射光束L10在波导100内的传输效率分布K(θ)，再根据入射光束L10的振幅分布E0和传输效率分布K(θ)，计算得到未受相位校准器130调制的调制前出射光束L31显示图像的振幅分布Ein＝E0×K(θ)。
其中，在计算入射光束L10在波导100内的传输效率时，需综合计算耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的衍射角度选择性、成像系统本身的自然渐晕和光束传输角度与传输周期和光束宽度不匹配而造成传输效率衰减。
以入射光束L10中发散角为Δθ的光束为例，该光束从入光端进入波导100，受耦入全息光栅110衍射后，在波导100内向出光端一侧进行全反射传输，并在波导100出光端受耦出全息光栅120衍射后从波导100出射进入人眼300，并在人眼300视网膜上成像。其中，角度为Δθ的光束在经耦入全息光栅110衍射相对波导100反射面的传输角为θc＝2θd+Δθ，θd为耦入全息光栅倾角，该传输角大于全反射临界角，且通常小于80°,即arcsin(1/n)＜θc＜80°，n为波导100材料折射率。在该传输角θc下，角度Δθ光束在波导100内的传输周期为T＝2h·tanθc，其中h为波导100厚度。
计算全息光栅的衍射角度选择性对光束传输效率的影响时，可根据布拉格理论，计算得到耦入全息光栅110、耦出全息光栅120对角度为Δθ光束的衍射效率分别为ηin(Δθ,λ)和ηout(Δθ,λ)，而后获得波导100内全息光栅角度选择性影响对角度Δθ光束的传输效率为K1＝ηin(Δθ,λ)×ηout(Δθ,λ)。
计算光束在波导100内全反射传输的传输效率时，可根据角度为Δθ光束在光束宽度L为T’(θc＝0)时所经历的全反射次数n，来计算得到角度为Δθ光束在波导100内全反射传输时受光束传输角度、周期和光束宽度不匹配影响而衰减的传输效率K2＝[(n-1)T-(T-T’)-(T-L)]/L。
此外，在计算角度为Δθ光束经波导100出射的传输效率时，还需根据余弦四次方定律，计算自然渐晕影响对角度为Δθ光束的传输效率K3＝cos4(Δθ)。
综上，可计算获得角度为Δθ光束经波导100传输的总效率K为K＝K1×K2×K3。按照上述拟合计算方式，遍历计算入射光束L10所包含各发散角对应光束，便可拟合出入射光束L10经波导100传输为出射光束L30的传输效率分布K(θ)。
在获得调制前出射光束L31显示图像的振幅分布Ein后，可根据出射光束L30出射波导100以后的成像光路来推导计算经相位校准器130调制的调制后出射光束L32所显示图像的振幅分布Eout，其中，振幅分布Ein为出射光束L30在成像面S4(模拟人眼300视网膜)处成像的振幅分布Ein。
具体如图3所示，第一步先基于振幅分布Ein通过逆衍射计算推导出调制前出射光束L31在出射波导100第一表面S1处的复振幅U1，具体为，将振幅分布Ein与零空间相位结合组成调制前出射光束L31传输的复振幅Uin，然后将复振幅Uin逆衍射至成像透镜面S3(模拟人眼晶状体)并除去透镜相位分布，再经逆衍射至未设相位校准器130的波导100第一表面S1，以获得调制前出射光束L31在波导100第一表面S1处的复振幅分布U1。
第二步基于复振幅分布U1通过正衍射计算推导出调制后出射光束L32在成像面S4显示图像的振幅分布Eout，具体为，在复振幅分布U1的基础上叠加相位校准器130待优化的初始相位分布Φ0得到调制后出射光束L32的复振幅U2，然后将复振幅U2正向衍射计算至成像透镜面S3并叠加透镜相位分布，再经正衍射至成像面S4，以获得调制后出射光束L32在成像面S4处的复振幅分布Uout，取绝对值即可获得调制后出射光束L32显示图像的振幅分布Eout。
需要说明的是，本发明所使用光波导100类型可不受限定，所使用的光波导100可以为平板光波导100、曲面光波导100或自由曲面光波导100。
在一些实施例中，波导100的厚度为1mm～5mm，例如，1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。在一优选示例中，波导100采用K9光学玻璃所制作的平板光波导100，厚度为3mm。
如图2所示，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120相对Z轴镜像设置在波导100的入光端和出光端，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120采用相反方向相同角度光栅倾角，耦入全息光栅110的光栅倾角为θ1，耦出全息光栅120的光栅倾角为θ2，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的光栅倾角满足θ1＝-θ2。
在一些实施例中，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的光栅倾角角度为22°～35°，例如，22°、23°、25°、27°、30°、33°或35°。优选地，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的光栅倾角角度为30°。
在一些实施例中，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120采用相同的厚度，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的厚度为5μm～20μm，例如，5μm、7μm、10μm、13μm、15μm、17μm或20μm。
在一些实施例中，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120为反射式体全息光栅，所采用的反射式体全息光栅可以为单色体全息光栅。其中，为保证波导100传输和相位校准器130调制过程不出现色散损失，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的衍射中心波长与相位校准器130的调制中心波长相同。
下面通过具体的实施例对本发明技术方案与现有技术中全息波导显示装置的显示结果进行对比。
实施例1
本实施例提供一种全息波导显示装置，全息波导显示装置中，波导100采用折射率为1.52、厚度为3mm的平板光波导100，波导100在入光端的第二表面S2上设置光栅倾角为30°、厚度为15μm的耦入全息光栅110，波导100在出光端的第二表面S2上设置光栅倾角为-30°、厚度为15μm的耦出全息光栅120，波导100在出光端的第一表面S1上设置已经写入调制相位的相位校准器130，相位校准器130与耦出全息光栅120相对设置。其中，耦入全息光栅110和耦出全息光栅120的衍射中心波长与相位校准器130的调制中心波长均为532nm。
对于实施例1提供的全息波导显示装置，可通过仿真计算，比对相同波导100在现有结构(未设置相位校准器130)和本实施例结构(设置相位校准器130)于白场光束入射下获得的耦出图像。
如图4和图5所示，图4为仿真获得现有技术全息波导显示装置输出的白场耦出图像，图5为仿真获得本实施例全息波导显示装置输出的白场耦出图像。将图4和图5中的白场耦出图像相比较，可明显看出本实施例全息波导显示装置所输出的白场耦出图像边缘照度更高，图像整体均匀度更好，且具有更高的视场角度。
进一步，通过仿真计算图4和图5中白场耦出图像的非均匀度评价函数NU，来对比评价图4和图5中白场耦出图像的均匀度。
耦出图像的非均匀度评价函数NU定义为：
其中，K0和L0是耦出图像的成像面上采样点的总数，Ukl是耦出图像上采样点(k,l)的振幅，为耦出图像振幅的平均值。
经计算，图4所示白场耦出图像的非均匀度NU1＝0.4346，图5所示白场耦出图像的非均匀度NU2＝0.0875。可见本实施例全息波导显示装置输出白场耦出图像的均匀度相比现有技术提升了79.87％。
此外，通过仿真计算来比对本实施例全息波导显示装置和现有技术全息波导显示装置输出耦出图像的视场角。
仿真计算结果请参见图6，从图6中可以获悉，本实发明的全息波导显示装置输出耦出图像的视场角为12°，而现有技术的全息波导显示装置输出耦出图像的视场角为9°。本发明的全息波导显示装置输出耦出图像的视场角，相比现有技术提升了33.33％。
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。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种全息波导显示装置，其特征在于，包括：
显示模组，生成入射光束；
波导，其包括耦入全息光栅、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；
其中，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。
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°。
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