CN114415276B - 曝光设备及近眼显示设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种曝光设备及近眼显示设备，属于光学技术领域。该曝光设备包括：激光器、光束转换组件、液晶空间光调制器、分束组件、第一反射组件、第二反射组件和耦合组件；激光器用于出射光束；光束转换组件位于液晶空间光调制器的入光侧或者分束组件的出光侧；液晶空间光调制器位于分束组件的入光侧，用于调制入射的光束的波前相位分布，使出射的光束在两个不同方向上存在相位差；第一反射组件位于分束组件的第一出光侧，第二反射组件位于分束组件的第二出光侧；耦合组件用于承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板，第一反射组件和第二反射组件出射的光束在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板上能够形成二维全息衍射光栅。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种曝光设备及近眼显示设备。
背景技术
现代投影显示技术的发展，促进了近眼显示设备的出现。近眼显示设备主要包括投影组件和显示组件。其中，投影组件用于将图像以光束的方式投影到显示组件上，显示组件用于按照投影组件投影的光束在用户的观测范围内呈现一个虚拟的图像。目前，显示组件包括光波导镜片，以及设置于光波导镜片上的一维的第一衍射光栅和第二衍射光栅，第一衍射光栅用于将投影组件投影的光束耦合进入光波导镜片中，光束在光波导镜片中进行全反射之后，再经过第二衍射光栅在同一个方向上进行多次衍射后耦合出光波导镜片。
由于第二衍射光栅只能在同一个方向上(横向或纵向)进行多次衍射，在该方向上，投影组件的尺寸可以设置的小一些，但在无法进行多次衍射的另一方向上，投影组件的尺寸会比较大，投影组件设计难度大，成本高。因此，为了在减小投影组件的尺寸，进而增大视场角，通常需要通过显示组件对光束在两个方向上进行多次衍射，也即是，第二衍射光栅应该采用二维的衍射光栅。
相关技术中，第二衍射光栅为二维表面浮雕光栅，光束能够在两个方向上进行多次衍射。其中，二维表面浮雕光栅采用纳米压印工艺制备。纳米压印工艺分为三个过程：压印准备、压印以及脱模三个过程。首先准备压印模板，并且在基板上涂覆压印胶或者其他聚合物，然后在机械外力的作用下，将压印模板压在压印胶上，等到压印胶将压印模板的凹槽和空隙充分填充之后，压印胶经过加热或紫外曝光后固化，形成图案(明暗相间的条纹图)。最后，撤去机械外力和压印模板，完成图案从压印模板到压印胶的转移。此外，基板表面涂覆的聚合物本身也可以作为功能结构，结合反应离子刻蚀等方法将图案从胶层转移到基板上。
由于纳米压印工艺制备二维的衍射光栅的过程中需要预先准备压印模板，而且当需要制备衍射效率不同的二维表面浮雕光栅时，需要预先准备不同的压印模板，再进行压印以及脱模，工艺复杂。同时，在制备的过程中需要采用精密设备对压力和温度等参数进行精确控制，受昂贵设备的限制，使得加工难度大、量产低、生产成本高，不适合光学模组的大批量制备。
发明内容
本申请实施例提供了一种曝光设备及近眼显示设备，可以解决相关技术中存在的二维表面浮雕光栅制备工艺复杂、加工难度大、量产低、生产成本高等问题。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种曝光设备，所述曝光设备包括：激光器、光束转换组件、液晶空间光调制器、分束组件、第一反射组件、第二反射组件和光致聚合物材料的耦合组件；
所述激光器用于出射光束，所述液晶空间光调制器位于所述分束组件的入光侧，所述光束转换组件位于所述液晶空间光调制器的入光侧或者所述分束组件的出光侧，所述液晶空间光调制器用于对入射的光束的波前相位分布进行调制，以使所述液晶空间光调制器出射的光束在两个不同方向上存在相位差，所述光束转换组件用于转换入射光束的偏振方向；
所述第一反射组件位于所述分束组件的第一出光侧，所述第二反射组件位于所述分束组件的第二出光侧，所述耦合组件位于所述第一反射组件的出光侧和所述第二反射组件的出光侧的交叠区域，所述耦合组件用于承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板，且所述第一反射组件和所述第二反射组件出射的光束在涂敷有所述光致聚合物材料的全息衍射基板上能够形成二维全息衍射光栅。
可选地，所述光束转换组件包括第一半波片和偏振分束镜，所述分束组件包括分束镜；
所述第一半波片位于所述激光器的出光侧所述第一半波片用于接收所述激光器出射的光束，并将所述光束转换为S偏振光；
所述偏振分束镜位于所述第一半波片的出光侧，且位于所述液晶空间光调制器与所述分束镜之间，所述偏振分束镜的第一出光侧朝向所述液晶空间光调制器且背向所述分束镜，所述液晶空间光调制器为反射式结构的空间光调制器，且用于对所述S偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述S偏振光转换为P偏振光；
其中，所述偏振分束镜的第一出光侧为所述偏振分束镜反射的S偏振光的出光侧。
可选地，所述光束转换组件包括第一半波片和偏振分束镜，所述分束组件包括分束镜；
所述第一半波片位于所述激光器的出光侧，所述第一半波片用于接收所述激光器出射的光束，并将所述光束转换为S偏振光；
所述偏振分束镜位于所述第一半波片的出光侧，所述液晶空间光调制器位于所述偏振分束镜的第一出光侧，所述分束镜位于所述液晶空间光调制器的出光侧，所述液晶空间光调制器为透射式结构的空间光调制器，且用于对所述S偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述S偏振光转换为P偏振光；
其中，所述偏振分束镜的第一出光侧为所述偏振分束镜反射的S偏振光的出光侧。
可选地，所述光束转换组件包括第一半波片和偏振分束镜，所述分束组件包括分束镜；
所述第一半波片位于所述激光器的出光侧，所述第一半波片用于接收所述激光器出射的光束，并将所述光束转换为P偏振光；
所述偏振分束镜位于所述第一半波片的出光侧，所述液晶空间光调制器位于所述偏振分束镜的第二出光侧，所述分束镜位于所述液晶空间光调制器的出光侧，所述液晶空间光调制器为透射式结构的空间光调制器，且用于对所述P偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述P偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述P偏振光转换为S偏振光；
其中，所述偏振分束镜的第二出光侧为所述偏振分束镜透射的P偏振光的出光侧。
可选地，所述分束组件包括偏振分束镜，所述光束转换组件包括第二半波片；
所述偏振分束镜位于所述液晶空间光调制器的出光侧，所述液晶空间光调制器为透射式结构的空间光调制器，所述液晶空间光调制器用于接收所述激光器出射的光束，并对所述光束的波前相位分布进行调制，以使所述光束在两个不同方向上存在相位差，所述偏振分束镜用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，并透射所述P偏振光且反射所述S偏振光；
所述第二半波片位于所述偏振分束镜与所述第一反射组件之间，且所述偏振分束镜的第一出光侧朝向所述第二半波片，所述第二半波片用于将所述偏振分束镜反射的S偏振光转换为P偏振光。
可选地，所述分束组件包括偏振分束镜，所述光束转换组件包括第二半波片；
所述偏振分束镜位于所述液晶空间光调制器的出光侧，所述液晶空间光调制器为透射式结构的空间光调制器，所述液晶空间光调制器用于接收所述激光器出射的光束，并对所述光束的波前相位分布进行调制，以使所述光束在两个不同方向上存在相位差，所述偏振分束镜用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，透射所述P偏振光，反射所述S偏振光；
所述第二半波片位于所述偏振分束镜与所述第二反射组件之间，且所述偏振分束镜的第二出光侧朝向所述第二半波片，所述第二半波片用于将所述偏振分束镜透射的P偏振光转换为S偏振光。
可选地，所述曝光设备还包括第三半波片；
所述第三半波片位于所述激光器与所述液晶空间光调制器之间，所述第三半波片用于接收所述激光器出射的光束，所述液晶空间光调制器用于接收所述第三半波片出射的光束。
可选地，所述第一反射组件包括第一反射镜、第一转盘和第一滑轨；
所述第一反射镜固定于所述第一转盘上，所述第一转盘位于所述第一滑轨上，且能够沿着所述第一滑轨滑动，所述第一滑轨的长度方向与所述第一反射镜的入射光的方向平行。
可选地，所述第二反射组件包括第二反射镜、第二转盘和第二滑轨；
所述第二反射镜固定于所述第二转盘上，所述第二转盘位于所述第二滑轨上，且能够沿着所述第二滑轨滑动，所述第二滑轨的长度方向与所述第二反射镜的入射光的方向平行。
可选地，所述耦合组件包括三角棱镜和梯形棱镜；
所述三角棱镜的第一侧面朝向所述第一反射组件，所述三角棱镜的第二侧面与所述全息衍射基板的第一表面接触，所述三角棱镜的第一侧面与第二侧面之间的夹角为锐角，所述全息衍射基板的第一表面涂覆有所述光致聚合物材料；
所述梯形棱镜的下底面与所述全息衍射基板的第二表面接触。
可选地，所述曝光设备还包括准直扩束组件；
所述准直扩束组件位于所述激光器的出光侧，所述准直扩束组件用于将所述激光器出射的光束转换为平行光且增加所述平行光的宽度。
可选地，所述准直扩束组件包括准直透镜和物镜；
所述准直透镜位于所述激光器的出光侧，所述物镜位于所述准直透镜的出光侧，所述准直透镜用于将所述激光器出射的光束转换为平行光，所述物镜用于增加所述平行光的宽度。
可选地，所述曝光设备还包括第三反射镜；
所述第三反射镜位于所述激光器的出光侧且位于所述准直扩束组件的入光侧，所述第三反射镜用于将所述激光器出射的光束反射至所述准直扩束组件。
第二方面，提供了一种近眼显示设备，所述近眼显示设备包括通过第一方面中任一所述的曝光设备形成的二维全息衍射光栅。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
在本申请实施例中，通过液晶空间光调制器对入射的光束的波前相位分布进行调制，使得出射的光束在两个不同方向上存在相位差，进而通过两束在两个不同方向上存在相位差的光束在光致聚合物材料中进行干涉曝光，能够形成二维全息衍射光栅。也即是，本申请实施例是利用液晶空间光调制器来调制用于生成二维全息衍射光栅的波前，进而使用调制后的光束在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板进行全息干涉曝光，以形成二维全息衍射光栅，如此，降低了二维全息衍射光栅的制作难度和成本，提高了二维全息衍射光栅的制备良率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种显示组件的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种显示组件的俯视示意图；
图4是本申请实施例提供的一种无出瞳扩展情况下的眼动范围尺寸与衍射光栅尺寸之间的关系示意图；
图5是本申请实施例提供的一种有出瞳扩展情况下的眼动范围尺寸与衍射光栅尺寸之间的关系示意图；
图6是本申请实施例提供的另一种种显示组件的俯视示意图；
图7是本申请实施例提供的一种波矢叠加示意图；
图8是本申请实施例提供的又一种显示组件的俯视示意图；
图9是本申请实施例提供的另一种波矢叠加示意图；
图10是本申请实施例提供的第一种曝光设备的结构示意图；
图11是本申请实施例提供的第二种曝光设备的结构示意图；
图12是本申请实施例提供的第三种曝光设备的结构示意图；
图13是本申请实施例提供的第四种曝光设备的结构示意图；
图14是本申请实施例提供的第五种曝光设备的结构示意图；
图15是本申请实施例提供的第六种曝光设备的结构示意图；
图16是本申请实施例提供的第七种曝光设备的结构示意图；
图17是本申请实施例提供的第八种曝光设备的结构示意图；
图18是本申请实施例提供的第九种曝光设备的结构示意图。
附图标记：
01：激光器，02：光束转换组件，03：液晶空间光调制器，04：分束组件，05：第一反射组件，06：第二反射组件，07：耦合组件，08：全息衍射基板，09：第三半波片，10：准直扩束组件，11：第三反射镜；
021：第一半波片，022：偏振分束镜，023：第二半波片，041：分束镜，042：偏振分束镜，051：第一反射镜，052：第一转盘，053：第一滑轨，061：第二反射镜，062：第二转盘，063：第二滑轨，071：三角棱镜，072：梯形棱镜，101：准直透镜，102：物镜；
0221：偏振分束镜(022)的第一出光侧，0222：偏振分束镜(022)的第二出光侧，0421：偏振分束镜(042)的第一出光侧，0422：偏振分束镜(042)的第二出光侧，0711：三角棱镜的第一侧面，0712：三角棱镜的第二侧面，0721梯形棱镜的下底面。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在对本申请实施例进行详细地解释说明之前，先对本申请实施例涉及的相关术语和应用场景予以说明。
FOV(Field of view，视场角)：是指用户能够观测到的图像的角度范围。
眼动范围：是指光瞳的可移动范围。也可以理解为，眼睛移动至该范围内的任一位置时，都能够看到清晰的图像，但是，超出该范围可能会呈现图像扭曲、显色错误，甚至不显示内容等问题。
作为一个示例，眼动范围至少与人眼的瞳孔一样大，大约4mm左右。尤其是在近眼显示设备中，人眼需要通过在光波导镜片上移动来查看显示图像，因此眼动范围的尺寸至少要向每个方向延长几毫米。
出瞳距离：光波导镜片最后一面到出瞳位置的距离。
出瞳扩展：一根光束通过第一衍射光栅入射到光波导镜片中，在光波导镜片中进行全反射，在第二衍射光栅上耦出多条光束，这一现象称为出瞳扩展。
接下来，对本申请实施例的应用场景进行解释说明。
随着光学技术的发展，投影显示技术也越来越成熟，促进了近眼显示设备的出现。近眼显示设备可以在用户的观测范围内呈现一个虚拟的图像。图1是本申请实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图，如图1所示，近眼显示设备包括投影组件101和显示组件102。
其中，投影组件101用于将图像以光束的方式投影给显示组件102，该投影组件101可以通过LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、DLP(Digital Light Processing，数字光处理技术)和OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)等技术将获取到的图像投影到显示组件102上。
显示组件102用于按照投影组件101投影的光束，在用户的观测范围内呈现一个虚拟的图像。具体地，显示组件102能够通过衍射光栅将投影组件101投射的光束衍射到观测点，以便接收组件能够接收到该图像，其中，该接收组件可以为人眼或探测器等，本申请实施例中，对该接收组件不作具体限定。
基于图1所示的近眼显示设备，部分用户对于近眼显示设备的需求主要体现在产品性能(主要包括视场角、眼动范围、视场均匀性、出瞳距离等参数)和产品外观(轻便舒适、形态接近于普通的近视眼镜)上。目前，基于光波导镜片的近眼显示设备在产品性能方面均有很大的进展和突破，基本能够满足需求。但是，在产品外观方面，仍然很难做到轻便、体积小、形态接近于普通的近视眼镜的需求。
相关技术中，显示组件102中的衍射光栅均为一维全息衍射光栅，对光束只能在一个方向上进行出瞳扩展，因此，在无出瞳扩展方向上，投影组件101(比如，投影光机)的尺寸会较大，使得投影组件101的设计难度增大且成本高。而且，为了使得近眼显示设备在外观上更接近于近视眼镜的形态，投影组件101的尺寸又不能太大，在此限制下，无出瞳扩展方向上的视场角较小。
因此，为了减小投影组件101尺寸的同时增大视场角，需要采用二维出瞳扩展的技术方案，让入射光束可以在两个方向上发生多次衍射，以实现在两个方向的出瞳扩展。通常，为了实现二维的出瞳扩展，显示组件102中采用的光栅是二维表面浮雕光栅，可以对投影光束在两个方向上进行出瞳扩展。其中，二维表面浮雕光栅采用纳米压印工艺制备，由于纳米压印工艺制备二维衍射光栅的过程中需要预先准备压印模板，也即是，制备衍射效率不同的二维衍射光栅时，需要预先准备不同的压印模板，再进行压印以及脱模，工艺复杂。同时，在制备的过程中需要采用精密设备对压力和温度等参数进行精确控制，受昂贵设备的限制，使得加工难度大、量产低、生产成本高，不适合光学模组的大批量制备。
基于上述问题，本申请实施例提供了一种曝光设备，通过该曝光设备能够制备得到二维衍射光栅，且制作难度低、生产成本低、良率高，将该二维衍射光栅应用到显示组件102中，可以大大减小近眼显示设备中投影组件101的设计尺寸，由于不存在投影组件尺寸101上的限制，可以在一定程度上增大显示图像的视场角。
为了便于理解，接下来对相关技术提供的一维衍射光栅，导致投影组件尺寸较大的原因，以及如何减小投影组件的尺寸进行解释说明。
图2是一种显示组件102的结构示意图，参见图2，显示组件102包括第一衍射光栅1021、第二衍射光栅1022和光波导镜片1023。投影组件101投射一定光谱范围的光束(比如，λ1-λn的光谱范围)至显示组件102，显示组件102的第一衍射光栅1021将投影组件101投射的光束耦合进入光波导镜片1023中，并保证光束在光波导镜片1023中全反射传播，再经过第二衍射光栅1022将光束耦合出光波导镜片1023。
图3是本申请实施例提供的一种显示组件102的俯视示意图，从俯视图可以看出，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022均是一维衍射光栅，仅在第二衍射光栅1022所在平面内的水平方向(Y方向)上存在周期性光栅结构，而在第二衍射光栅1022所在平面内的竖直方向(X方向)上无周期性光栅结构。
需要说明的是，上述水平方向和竖直方向指示的仅仅是第二衍射光栅1022所在平面内两个不同的方向，水平方向和竖直方向可以是互相垂直的两个方向，也可以是不垂直的两个方向，本申请实施例对此不做限制。
为了消除光栅所带来的色散效应，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022结构上镜像对称。也即是，第一衍射光栅1021的光栅周期为Λ1，倾斜角为ξ1；第二衍射光栅1022周期为Λ2，倾斜角为-ξ1。
作为一个示例，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022采用的均是全息光栅结构，其衍射效率由全息材料的折射率调制度和厚度决定。
对于第一衍射光栅1021，倾斜角ξ1、光栅周期Λ1均为已知值，光谱范围内的每一个波长均对应一个满足布拉格条件的入射角度。因此，λ1-λn的光谱范围对应一个满足布拉格条件的入射角度范围[θ1，θn]，该角度范围内的光束能够被第一衍射光栅1021衍射，并经过光波导镜片1023全反射传播到第二衍射光栅1022表面，被第二衍射光栅1022衍射后射出，此时接收组件观察到的视场角为|θn-θ1|。
作为一个示例，如图2所示，投影组件101中波长为λm的光束以满足布拉格条件的角度θ入射到第一衍射光栅1021表面，经第一衍射光栅1021衍射之后，在光波导镜片1023中以全反射的形式传播，直至传播到第二衍射光栅1022表面，部分光束经过第二衍射光栅1022衍射之后出射形成第一级耦出光束；其余的光束继续在光波导镜片1023中经过一次全反射之后第二次传播到第二衍射光栅1022表面，同样地，部分光束经过第二衍射光栅1022衍射之后出射形成第二级耦出光束；其余的光束继续在光波导镜片1023中经过一次全反射之后第三次传播到第二衍射光栅1022表面，部分光束经过第二衍射光栅1022衍射之后出射形成第三级耦出光束，以此类推，经过第二衍射光栅1022衍射后，依次产生第四级耦出光束……第n级耦出光束。由于第二衍射光栅1022仅在纵向上有周期性光栅结构，因此，只能在纵向上实现多次衍射，达到多次出瞳扩展，以在该方向上减小投影组件101的设计尺寸，从而在一定程度上增大显示图像的视场角，而横向上由于没有设置周期性光栅结构，因此，在该方向上的光束无出瞳扩展的效果。
接下来，对无出瞳扩展和有出瞳扩展情况下，眼动范围尺寸和衍射光栅尺寸之间的变化关系进行解释说明。
参见图4，图4是无出瞳扩展情况下的眼动范围尺寸与衍射光栅尺寸之间的关系示意图。通常，近眼显示设备需要达到的性能指标是：在出瞳距离deyerelief处的X方向上的眼动范围为eyeboxx，对应的X方向的视场角θ＝θxr-air+θxl-air，其中，θxr-air和θxl-air表示出射光束在空气中的X方向的出射角度。
为了满足上述的性能需求，第二衍射光栅1022在X方向上的设计尺寸至少为：
L2x＝eyeboxx+deyerelief·(tan(θxr-air)+tan(θxl-air))
第一衍射光栅1021在X方向上的设计尺寸至少为：
L1x＝L2x+d0·(tan(θxr-glass)+tan(θxl-glass))
其中，θxr-glass和θxl-glass表示出射光束在光波导镜片1023中的X方向的角度，d0表示X方向0°视场的光束在光波导镜片中传播的距离。
通常情况下，近眼显示设备的性能要求是：deyerelief为15mm时，eyeboxx为6mm，对应的X方向的视场角为20°，也即是，θxr-air和θxl-air均为10°。此时根据上述算式计算出L2x为11.29mm。
假设光波导镜片1023的折射率为1.5，则光波导镜片1023中对应的X方向的视场角为θxr-glass＝θxl-glass＝6.6478°为了便于计算，假定0°视场的光束在光波导镜片1023中全反射的角度为45°，第一衍射光栅1021与第二衍射光栅1022之间的距离为35mm，则0°视场的光束在光波导镜片1023中传播的距离d0约为49.497mm，此时根据上述算式计算出的L1x约为22.828mm。
也即是，为了保证在眼动范围内不会造成视场的缺失，近眼显示设备投影组件101在X方向上的设计尺寸应该大于22.828mm，对于轻便式眼镜形态的近眼显示设备而言，上述投影组件101在X方向上的尺寸太大。为了降低近眼设备中投影组件101的尺寸，可以缩小X方向的视场角。比如，将X方向的视场角由一般需求的20°降为6°，如此，可以缩小投影组件101的尺寸。
参见图5，图5是有出瞳扩展情况下的眼动范围尺寸与衍射光栅尺寸之间的关系示意图。已知近眼显示设备需要达到的性能指标是：在出瞳距离deyerelief处的Y方向上的眼动范围为eyeboxy，对应的Y方向的视场角θ＝θyr-air+θyl-air，其中，θyr-air和θyl-air表示出射光束在空气中的Y方向的出射角度。
为了满足上述的性能需求，第二衍射光栅1022在Y方向上的设计尺寸至少为：
L2y＝eyeboxy+deyerelief·(tan(θyr-air)+tan(θyl-air))
通常情况下，近眼显示设备的的性能要求是：deyerelief为15mm时，eyeboxx为9mm，对应的Y方向的视场角为30°，也即是，θxr-air和θxl-air均为15°。此时根据上述算式计算出L2x为17.03mm。
由于在Y方向上有出瞳扩展的功能，因此，只要出瞳扩展后的所有光斑拼起来的出瞳总尺寸大于17.03mm即可，并不需要入射到第二衍射光栅上的光斑尺寸为17.03mm。在这种情况下，投影组件101的出瞳位置可以设置在第一衍射光栅1021处，投影组件101在Y方向的出瞳尺寸只要大于临界值即可，其中，临界值与视场角范围内入射角对应的最大全反射步长相关。
作为一个示例，假设最大全反射步长为Ltir-max，接收组件对应的光瞳尺寸为Lreceive(若接收组件是人眼，则Lreceive通常约为3mm)，则临界值的取值为Ltir-max-Lreceive，也即是，投影组件101在Y方向的出瞳尺寸只要大于Ltir-max-Lreceive即可满足需求。
一般情况下，投影组件在Y方向的出瞳尺寸约为4mm，因此，投影组件自身的尺寸就可以做的很小。
综上分析，通过出瞳扩展的方式可以大大减小投影组件101的尺寸。因此，为了解决投影组件101尺寸过大，使得近眼显示设备无法在形态上接近普通近视眼镜的问题，同时，为了减小投影组件101的尺寸，若采用二维表面浮雕光栅又存在加工难度大、量产低、生产成本高等问题，本申请实施例提出了一种曝光设备，可以制备二维全息衍射光栅，将第二衍射光栅202替换为二维全息衍射光栅，使得入射光束可以在两个方向上发生多次衍射，从而实现在两个方向的出瞳扩展。
参见图6，图6是本申请实施例提供的另一种显示组件的俯视示意图。第一衍射光栅1021将投影组件101一定光谱范围内的光束耦合进入光波导镜片1023中，并在光波导镜片1023中以全反射的形式传播到第二衍射光栅1022的表面，经过第二衍射光栅1022耦合出光波导镜片1023，并被接收组件接收。
其中，图6中的第二衍射光栅1022为二维全息衍射光栅，即在两个方向上设置有周期性的光栅结构，因此，可以在这两个方向上实现二维出瞳扩展，从而可以降低投影组件101的尺寸、设计难度和加工成本。
需要说明的是，这里的第一衍射光栅1021可以是一维的衍射光栅，也可以是二维的衍射光栅，本申请实施例对此不作限制，在本申请实施例中第一衍射光栅1021以一维的衍射光栅为例进行说明，并不构成对本申请实施例的限制。
此外，衍射光栅对光束的衍射作用本质上可以看成是入射光束的波矢与衍射光栅的波矢相互叠加的结果。因此，假设第一衍射光栅1021在XY平面内的光栅波矢为第二衍射光栅1022在XY平面内的总光栅波矢为/>入射光束的波矢为/>则耦出光束的波矢/>可以表示为：
为了保证接收组件显示图像和投影组件101的投影图像一致，需要保证因此，第一衍射光栅和第二衍射光栅在设计时需要满足的波矢条件是：
接下来，对显示组件102中部署二维全息衍射光栅后，第一衍射光栅和第二衍射光栅需要满足的波矢条件进行解释说明。
继续参见图6，若第一衍射光栅1021在X方向上没有波矢，则第二衍射光栅1022两个方向上的波矢关于Y轴镜像对称。基于图6所示的显示组件102，参见图7，图7为第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的波矢叠加图。
其中，表示第一衍射光栅1021在XY平面内的波矢，/>和/>分别表示第二衍射光栅1022在XY平面内两个方向上的波矢。/>和/>关于Y轴镜像对称，与Y轴的夹角均为α，则第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的光栅波矢之间需要满足以下条件：
已知光栅周期与光栅矢量之间的关系为因此，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的光栅周期之间需要满足以下条件：
Λ2-1＝Λ2-2
Λ2-1＝2·Λ1·cosα
其中，Λ1表示第一衍射光栅1021的光栅周期，Λ2-1和Λ2-2分别表示第二衍射光栅1022在两个方向上的光栅周期。
参见图8，图8是本申请实施例提供的又一种显示组件的俯视示意图，其中，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022在X和Y方向上均有波矢。基于图8所示的显示组件102，图9为第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的波矢叠加图。
其中，表示第一衍射光栅1021在XY平面内的波矢，/>和/>分别表示第二衍射光栅1022在XY平面内两个方向上的波矢。/>与Y轴的夹角为γ，/>与Y轴的夹角为α，/>与Y轴的夹角为β，则第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的光栅波矢之间需要满足以下条件：
已知光栅周期与光栅矢量之间的关系为因此，第一衍射光栅1021和第二衍射光栅1022的光栅周期之间需要满足以下条件：
其中，Λ1表示第一衍射光栅1021的光栅周期，Λ2-1和Λ2-2分别表示第二衍射光栅1022在两个方向上的光栅周期。
需要说明的是，为了减小投影组件101的设计尺寸，在采用本申请实施例提供的曝光设备在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板上形成二维全息衍射光栅后，用二维全息衍射光栅替代显示组件102中的第二衍射光栅。其中，显示组件中第一衍射光栅和制备的二维全息衍射光栅的光栅周期必须满足上述条件，如此，当二维全息衍射光栅用于近眼显示设备中时，可以使显示组件显示的图像和投影组件投影的图像保持一致，不会发生形变和失真。
在分析完理论可行性后，接下来，结合本申请实施例提出的曝光设备，对二维全息衍射光栅的制备过程进行解释说明。
图10是本申请实施例提供的第一种曝光设备的结构示意图，参见图10。该曝光设备包括：激光器01、光束转换组件02、液晶空间光调制器03、分束组件04、第一反射组件05、第二反射组件06和耦合组件07；
激光器01用于出射光束，液晶空间光调制器03位于分束组件04的入光侧，光束转换组件02位于液晶空间光调制器03的入光侧或者分束组件04的出光侧，液晶空间光调制器03用于对入射的光束的波前相位分布进行调制，以使液晶空间光调制器03出射的光束在两个不同方向上存在相位差，光束转换组件02用于转换入射光束的偏振方向；第一反射组件05位于分束组件04的第一出光侧，第二反射组件06位于分束组件04的第二出光侧，耦合组件07位于第一反射组件05的出光侧和第二反射组件06的出光侧的交叠区域，耦合组件07用于承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，且第一反射组件05和第二反射组件06出射的光束在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上能够形成二维全息衍射光栅。
其中，激光器01出射的光束可以为任意波长的光束，用户可以根据实际情况调节激光器01出射的光束的波长，本申请实施例对此不作限制。
作为一个示例，激光器01出射的激光可以包括红光波段的光、绿光波段的光和蓝光波段的光中的至少一种。
其中，光束转换组件02用于转换入射光束的偏振方向。也即是，光束转换组件可以对入射的光束中P偏振光和S偏振光的强度比例进行调整，进而控制出射的光束为同一偏振态的光束。
也即是，光束转换组件02可以将入射光束中的P偏振光完全转变为S偏振光，使得出射的光束为S偏振光；也可以将入射光束中的S偏振光完全转变为P偏振光，使得出射的光束为P偏振光。
其中，液晶空间光调制器03可在随时间变化的电驱动信号或者其他信号的控制下，改变空间上光束分布的振幅或强度、相位、偏振态以及波长，也可以将非相干光转变为相干光。
在本申请实施例中，液晶空间光调制器03的作用主要包括两个方面：
一方面，由于本申请实施例需要形成的是二维全息衍射光栅，作为第二衍射光栅1022的二维全息衍射光栅和应用在显示组件102中的第一衍射光栅1021的波矢需要满足：的条件，因此，可以根据第一衍射光栅1021的波矢，以及上式确定需要形成的二维全息衍射光栅的波矢情况，利用液晶空间光调制器03对入射光的波前相位分布进行调制，使液晶空间光调制器03的出射光在两个不同方向上存在相位差。
需要说明的是，通常采用两束光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08进行干涉曝光以形成一维全息衍射光栅，作为一个示例，干涉曝光后仅在全息衍射基板08第一表面内的竖直方向产生了光栅周期，而在全息衍射基板08第一表面内的水平方向没有光栅周期，全息衍射基板08的第一表面涂覆有光致聚合物材料。在上述过程中，因为两束波前相位分布未经调制的光束在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08第一表面产生的相位差，仅在该平面内的竖直方向上存在，所以干涉曝光制备得到的是一维全息衍射光栅。为了制备二维全息衍射光栅，需要通过液晶空间光调制器在全息衍射基板08第一表面内的水平方向上额外制造一个的相位差，使得两束光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光时，在全息衍射基板08第一平面内的水平方向和竖直方向均存在相位差。
其中，入射光束的波前相位分布经过调制后，在两个方向上存在稳定的附加相位，因此，在水平方向和竖直方向上存在的相位差不受光束偏振态的转换的影响。
上述水平方向和竖直方向指示的仅仅是全息衍射基板08第一平面内两个不同的方向，水平方向和竖直方向可以是互相垂直的两个方向，也可以是不垂直的两个方向，本申请实施例对此不做限制。
另一方面，液晶空间光调制器03还可以对波前相位分布经过调制后的光束的偏振态进行转换，比如，将S偏振光转换为P偏振光，或者将P偏振光转换为S偏振光，本申请实施例对此不作限制。
其中，液晶空间光调制器03包括：反射式结构的空间光调制器和透射式结构的空间光调制器，根据搭建的曝光设备中光路的需求，用户可以自行选择使用的液晶空间光调制器03的结构，本申请实施例对此亦不作限制。
其中，分束组件04用于将一束入射的光束分为两束出射的光束。
在一种可能的实现方式中，分束组件04可以为偏振分束镜，用于反射S偏振光，透射P偏振光，从而将入射的光束根据偏振态分为两束出射的光束。
在另一种可能的实现方式中，分束组件04可以为分束镜，分束镜可以将一束单一波长的光分成两束，也可以将多个波长的光分开，无论是哪种，一般都存在反射光和透射光。其中，反射光和透射光的比例根据分束镜的镀膜会有所不同，本申请实施例对此不做限制。
作为一个示例，分束镜中反射光和透射光的比例相同，也即是，通过分束镜可以将入射光束等分为两束出射光束。
其中，第一反射组件05和第二反射组件06可以包括一个反射镜。其中，该反射镜的焦距、尺寸等参数均可以根据使用需求进行设置，本申请实施例对此不做限定。
此外，耦合组件07位于第一反射组件05的出光侧和第二反射组件06的出光侧的交叠区域，耦合组件07用于承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，且第一反射组件05和第二反射组件06出射的光束在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上能够形成二维全息衍射光栅。在具体过程中，将光致聚合物材料涂覆在全息衍射基板08上，再将涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08置于耦合组件07中，第一反射组件05的出射的光束和第二反射组件06出射的光束在第一表面涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于干涉曝光的两束光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
作为一个示例，参见图10，耦合组件07包括三角棱镜071和梯形棱镜072；三角棱镜071的第一侧面0711朝向第一反射组件05，三角棱镜071的第二侧面0712与全息衍射基板08的第一表面接触，且三角棱镜071的第一侧面0711与第二侧面0712之间的夹角为锐角，全息衍射基板08的第一表面涂覆有光致聚合物材料；梯形棱镜072的下底面0721与全息衍射基板08的第二表面接触。
需要说明的是，三角棱镜071还可以为其他的棱镜，只要第一侧面0711与第二侧面0712之间的夹角为锐角即可，图9仅仅是以直角的三角棱镜071作为示例进行说明，并不构成对本申请实施例的限制。
此外，由于光束转换组件02既可以位于液晶空间光调制器03的入光侧，也可以位于分束组件04的出光侧，部署在不同位置时，曝光设备中的光路也会不同，形成二维全息衍射光栅的过程也会略有不同。
接下来，结合具体的附图对光束转换组件03的部署方式，以及该方式中二维全息衍射光栅的制备过程进行解释说明。
首先，对光束转换组件02位于液晶空间光调制器03的入光侧的情况进行解释说明。
需要说明的是，当光束转换组件02位于液晶空间光调制器03的入光侧时，光束转换组件02包括第一半波片021和偏振分束镜022，分束组件04包括分束镜041。
在一种可能的实现方式中，液晶空间光调制器03位于偏振分束镜022的第一出光侧0221，液晶空间光调制器03可以是反射式结构的空间光调制器，也可以是透射式结构的空间光调制器。其中，偏振分束镜022的第一出光侧0221为偏振分束镜022反射的S偏振光的出光侧。
作为一个示例，继续参见图10，液晶空间光调制器03为反射式结构的空间光调制器，且用于对S偏振光的波前相位分布进行调制，以使S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将S偏振光转换为P偏振光。第一半波片021用于接收所述激光器01出射的光束，并将光束转换为S偏振光，偏振分束镜022位于第一半波片021的出光侧，且位于液晶空间光调制器03与分束镜041之间，偏振分束镜022的第一出光侧0221朝向液晶空间光调制器03且背向分束镜041。
在该示例中，在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的实现过程为：激光器01出射一束激光，第一半波片021接收激光器01出射的光束，并将光束转换为S偏振光。第一半波片021出射的S偏振光经过偏振分束镜022反射后传播到液晶空间光调制器03。液晶空间光调制器03对S偏振光的波前相位分布进行调制，以使S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将S偏振光转换为P偏振光。
波前相位分布经过调制的P偏振光反射回偏振分束镜022，通过该偏振分束镜022到达分束镜041，分束镜041将P偏振光等分为两束出射的光束。
其中，从分束镜041透射的P偏振光到达第一反射组件05，经过第一反射组件05反射后，该P偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为物光，物光的波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制。
从分束镜041反射的P偏振光到达第二反射组件06，经过第二反射组件06反射后，该P偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为参考光，参考光波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制。
耦合组件07可以承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，物光经过三角棱镜071的第一侧面0711和第二侧面0712后，入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，参考光经过梯形棱镜072的底面0721后入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上。波前的相位分布经过液晶空间光调制器03调制过的物光和参考光(同为P偏振光)，在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于物光和参考光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
作为另一个示例，参见图11，图11是本申请实施例提供的第二种曝光设备的结构示意图。液晶空间光调制器03为透射式结构的空间光调制器，且用于对S偏振光的波前相位分布进行调制，以使S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将S偏振光转换为P偏振光。第一半波片021用于接收激光器01出射的光束，并将光束转换为S偏振光，偏振分束镜022位于第一半波片021的出光侧，液晶空间光调制器03位于偏振分束镜022的第一出光侧0221，分束镜041位于液晶空间光调制器03的出光侧。
在该示例中，在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的实现过程为：激光器01出射一束激光，第一半波片021接收激光器01出射的光束，并将光束转换为S偏振光。第一半波片021出射的S偏振光经过偏振分束镜022反射后传播到液晶空间光调制器03。液晶空间光调制器03对S偏振光的波前相位分布进行调制，以使S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将S偏振光转换为P偏振光。
波前相位分布经过调制的P偏振光透射通过液晶空间光调制器03到达分束镜041，分束镜041将P偏振光等分为两束出射的光束。
其中，从分束镜041透射的P偏振光到达第一反射组件05，经过第一反射组件05反射后，该P偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为物光。从分束镜041反射的P偏振光到达第二反射组件06，经过第二反射组件06反射后，该P偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为参考光。
耦合组件07可以承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，物光和参考光(同为P偏振光)的波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制，物光经过三角棱镜071的第一侧面0711和第二侧面0712后，入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，参考光经过梯形棱镜072的底面0721后入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，物光和参考光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于物光和参考光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
在另一种可能的实现方式中，液晶空间光调制器03位于偏振分束镜022的第二出光侧0222，液晶空间光调制器03是透射式结构的空间光调制器。其中，偏振分束镜022的第二出光侧0222为偏振分束镜022透射的P偏振光的出光侧。
作为一个示例，参见图12，图12是本申请实施例提供的第三种曝光设备的结构示意图。液晶空间光调制器03为透射式结构的空间光调制器，且用于对P偏振光的波前相位分布进行调制，以使P偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将P偏振光转换为S偏振光。第一半波片021用于接收激光器01出射的光束，并将光束转换为P偏振光，偏振分束镜022位于第一半波片021的出光侧，液晶空间光调制器03位于偏振分束镜022的第二出光侧0222，分束镜041位于液晶空间光调制器03的出光侧。
在该示例中，在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的实现过程为：激光器01出射一束激光，第一半波片021接收激光器01出射的光束，并将光束转换为P偏振光。第一半波片021出射的P偏振光经过偏振分束镜022透射后传播到液晶空间光调制器03。液晶空间光调制器03对P偏振光的波前相位分布进行调制，以使P偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将P偏振光转换为S偏振光。
波前相位分布经过调制的S偏振光透射通过液晶空间光调制器03到达分束镜041，分束镜041将S偏振光等分为两束出射的光束。
其中，从分束镜041透射的S偏振光到达第一反射组件05，经过第一反射组件05反射后，该S偏振光到达耦合组件07。这里的S偏振光可以视为物光。从分束镜041反射的S偏振光到达第二反射组件06，经过第二反射组件06反射后，该S偏振光到达耦合组件07。这里的S偏振光可以视为参考光。
耦合组件07可以承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，物光和参考光(同为S偏振光)波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制，物光经过三角棱镜071的第一侧面0711和第二侧面0712后，入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，参考光经过梯形棱镜072的底面0721后入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，物光和参考光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于物光和参考光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
接下来，对光束转换组件02位于分束组件04的出光侧的情况进行解释说明。
需要说明的是，当光束转换组件02位于分束组件04的出光侧时，光束转换组件02包括第二半波片023，分束组件04包括偏振分束镜042。液晶空间光调制器03为透射式结构的空间光调制器，液晶空间光调制器03用于接收激光器01出射的光束，并对光束的波前相位分布进行调制，以使光束的在两个不同方向上存在相位差。
需要说明的是，本申请实施例中提及的偏振分束镜022和偏振分束镜042可以是相同的偏振分束镜，仅仅是在曝光设备中的部署位置不同而已。
在一种可能的实现方式中，参见图13，图13是本申请实施例提供的第四种曝光设备的结构示意图。偏振分束镜042位于液晶空间光调制器03的出光侧，液晶空间光调制器03用于接收激光器01出射的光束，并对光束的波前相位分布进行调制，以使光束在两个不同方向上存在相位差，偏振分束镜042用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，并透射P偏振光且反射S偏振光，第二半波片023位于偏振分束镜042与第一反射组件05之间，且偏振分束镜042的第一出光侧0421朝向第二半波片023，第二半波片023用于将偏振分束镜042反射的S偏振光转换为P偏振光。
在该实现方式中，在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的实现过程为：激光器01出射一束激光，液晶空间光调制器03接收激光器01出射的光束，并对光束的波前相位分布进行调制，以使光束在两个不同方向上存在相位差，偏振分束镜042用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光。
经过偏振分束镜042反射的S偏振光到达第二半波片023，第二半波片将偏振分束镜042反射的S偏振光转换为P偏振光，该P偏振光到达第一反射组件05，经过第一反射组件05反射后，该S偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为物光。
经过偏振分束镜042透射的P偏振光到达第二反射组件06，经过第二反射组件06反射后，该P偏振光到达耦合组件07。这里的P偏振光可以视为参考光。
耦合组件07可以承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，物光和参考光(同为P偏振光)波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制，物光经过三角棱镜071的第一侧面0711和第二侧面0712后，入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，参考光经过梯形棱镜072的底面0721后入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，物光和参考光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于物光和参考光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
在另一种可能的实现方式中，参见图14，图14是本申请实施例提供的第五种曝光设备的结构示意图。偏振分束镜042位于液晶空间光调制器03的出光侧，液晶空间光调制器03用于接收激光器01出射的光束，并对光束的波前相位分布进行调制，以使光束在两个不同方向上存在相位差，偏振分束镜042用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，并透射P偏振光且反射S偏振光，第二半波片023位于偏振分束镜042与第二反射组件06之间，且偏振分束镜042的第二出光侧0422朝向第二半波片023，第二半波片023用于将偏振分束镜042透射的P偏振光转换为S偏振光。
在该实现方式中，在涂敷有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的实现过程为：激光器01出射一束激光，液晶空间光调制器03接收激光器01出射的光束，并对光束的波前相位分布进行调制，以使光束在两个不同方向上存在相位差，偏振分束镜042用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光。
经过偏振分束镜042反射的S偏振光到达第一反射组件05，经过第一反射组件05反射后，该S偏振光到达耦合组件07。这里的S偏振光可以视为物光。
经过偏振分束镜042透射的P偏振光到达第二半波片023，第二半波片023将偏振分束镜042透射的P偏振光转换为S偏振光，该S偏振光到达第二反射组件06，经过第二反射组件06反射后，该S偏振光到达耦合组件07。这里的S偏振光可以视为参考光。
耦合组件07可以承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，物光和参考光(同为S偏振光)波前相位分布经过液晶空间光调制器03调制，物光经过三角棱镜071的第一侧面0711和第二侧面0712后，入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，参考光经过梯形棱镜072的底面0721后入射到涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上，物光和参考光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，由于物光和参考光在全息衍射基板08第一表面内的两个不同方向上存在相位差，因此可以在第一表面涂覆的光致聚合物材料内部形成两个方向上的明暗相间条纹，从而得到二维全息衍射光栅。
此外，基于上述图13和图14所示的曝光设备，该曝光设备中还可以包括第三半波片09。
参见图15，图15是本申请实施例提供的第六种曝光设备的结构示意图。第三半波片09位于激光器01与液晶空间光调制器03之间，第三半波片09用于接收激光器01出射的光束，液晶空间光调制器03用于接收第三半波片09出射的光束。
其中，第三半波片09可以调整入射光束中P偏振光和S偏振光的强度比例，进而根据用户的调整需求，控制入射到液晶空间光调制器03的光束中P偏振光和S偏振光的强度。
需要说明的是，基于上述在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成二维全息衍射光栅的方法，若需要形成衍射效率均匀的二维全息衍射光栅，则通过液晶空间光调制器03对入射光束的波前相位分布和振幅进行调制，使出射的光束的波前能量分布均匀。若需要制备衍射效率渐变的二维全息衍射光栅，则通过液晶空间光调制器03对入射光束的波前相位分布和振幅进行调制，使出射的光束的波前能量分布渐变。也即是，若空间光调制器03对入射光束的波前相位分布和振幅进行调制，使得出射的光束不仅在两个不同方向上存在相位差，而且波前的能量分布渐变，该光束经过分束后，分为参考光和物光。由于物光和参考光在两个方向上均存在相位差，且参考光和物光的波前能量分布渐变，因此，参考光和物光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上干涉曝光，可以形成衍射效率渐变的二维全息衍射光栅。
其中，在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上形成衍射效率渐变的二维全息衍射光栅时，可以通过调节光致聚合物材料的折射率调制度来调节衍射效率。光致聚合物材料的折射率调制度越高，光栅的衍射效率越高。一般，光栅衍射效率最大可以做到95％左右，最低可以做到5％左右。折射率调制度与曝光剂量密切相关，曝光剂量是曝光强度和曝光时间的乘积，曝光剂的量达到一定值时，为饱和曝光，在饱和曝光的情况下，可以获得较高的衍射效率。当需要的衍射效率较小时，可以采用不饱和曝光方式来实现，也即是，曝光剂的量较少时，为不饱和曝光，在不饱和曝光的情况下，可以获得较低的衍射效率。因此，可以通过控制曝光强度和曝光时间，可以调控二维全息衍射光栅的衍射效率。
值得注意的是，为了保证干涉曝光的效果，上述所提及的参考光和物光的偏振状态相同，即同为P偏振光或者同为S偏振光。
在介绍完光束转换组件02在该曝光设备中的部署位置情况后，基于图10所示的曝光设备，对该曝光设备还可能包括的其他光学元件进行解释说明。
可选地，为了使得本申请实施例提供的曝光设备在搭建好以后尽可能少的移动光学元件的位置，该曝光设备中还可以在第一反射组件05和第二反射组件06中增加可以灵活调整反射镜的装置，比如：转盘和滑轨等。
其中，转盘可以绕底座的中心轴旋转，使用转盘可以灵活地调整反射镜接收入射光束的角度，进而调整入射到耦合组件07的入射光束的入射角度滑轨的方向可以与反射镜入射光的方向平行，滑轨可以带动转盘进行移动，调整反射镜和耦合组件07之间的距离。
也即是，若耦合组件07承载涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08，则采用转盘和滑轨可以灵活地调整物光和参考光在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08上的入射角度和入射位置，进而根据物光和参考光的干涉曝光，形成衍射效率渐变的衍射光栅。
作为一个示例，参见图16，图16是本申请实施例提供的第七种曝光设备的结构示意图，该曝光设备中的第一反射组件05包括第一反射镜051、第一转盘052和第一滑轨053。第一反射镜051固定于第一转盘052上，第一转盘052位于第一滑轨053上，且能够沿着第一滑轨053滑动，第一滑轨053的长度方向与第一反射镜051的入射光的方向平行。
同理，第二反射组件06包括第二反射镜061、第二转盘062和第二滑轨063。第二反射镜061固定于第二转盘062上，第二转盘062位于第二滑轨063上，且能够沿着第二滑轨063滑动，第二滑轨063的长度方向与第二反射镜061的入射光的方向平行。
需要说明的是，本申请实施例中，可以只设置第一反射组件05包括第一反射镜051、第一转盘052和第一滑轨053，第二反射组件06不设置转盘和滑轨；也可以设置第二反射组件06包括第二反射镜061、第二转盘062和第二滑轨063，第一反射组件05不设置转盘和滑轨；还可以如图15所示，为第一反射组件05和第二反射组件06均设置转盘和滑轨。本申请实施例仅以第一反射组件05和第二反射组件06均设置转盘和滑轨作为示例进行解释说明，并不构成对本申请实施例的限制。
可选地，基于上述图16所示的曝光设备，该曝光设备还包括准直扩束组件10，用于对激光器01出射的光束进行调整。
参见图17，图17是本申请实施例提供的第八种曝光设备的结构示意图。准直扩束组件10位于激光器01的出光侧，准直扩束组件10用于将激光器01出射的光束转换为平行光且增加平行光的宽度。
作为一个示例，准直扩束组件10包括准直透镜101和物镜102，准直透镜101位于激光器01的出光侧，物镜102位于准直透镜91的出光侧，准直透镜101用于将激光器01出射的光束转换为平行光，物镜102用于增加平行光的宽度。
也即是，准直扩束组件10可以扩大从激光器01出射的激光束的光斑直径和发散角，使出射的激光束更加接近准直光束，从而得到宽光束平行光。
除此以外，该准直扩束组件10也可以包括其他的光学透镜，只要可以将激光器01出射的光束转换为宽光束平行光即可，本申请实施例对此不做限制。
可选地，基于上述图17所示的曝光设备，该曝光设备还包括第三反射镜11。
参见图18，图18是本申请实施例提供的第九种曝光设备的结构示意图。第三反射镜11位于激光器01的出光侧且位于准直扩束组件10的入光侧，第三反射镜11用于将激光器01出射的光束反射至准直扩束组件10。
需要说明的是，激光器01的位置一般是固定的，为了灵活调整激光器01出射的激光的角度，使得激光器01出射光束的方向和准直透镜10的中心位于同一水平线上。也即是，增加第三反射镜11可以灵活调整激光器01出射激光的角度。
综上所述，在本申请实施例中，通过液晶空间光调制器03对入射的光束的波前相位分布进行调制，使得出射的光束在两个不同方向上存在相位差，进而通过两束在两个不同方向上存在相位差的光束在光致聚合物材料中进行干涉曝光，能够形成二维全息衍射光栅。也即是，本申请实施例是利用液晶空间光调制器03来调制生成的二维全息衍射光栅的波前，进而使用调制后的光束在涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板08进行全息干涉曝光，以形成二维全息衍射光栅，如此，降低了二维衍射光栅的制作难度和成本，提高了二维全息衍射光栅的制备良率。
上述所有可选技术方案，均可按照任意结合形成本发明的可选实施例，本申请实施例对此不再一一赘述。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请实施例的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种曝光设备，其特征在于，所述曝光设备包括：激光器(01)、光束转换组件(02)、液晶空间光调制器(03)、分束组件(04)、第一反射组件(05)、第二反射组件(06)和耦合组件(07)；
所述激光器(01)用于出射光束，所述液晶空间光调制器(03)位于所述分束组件(04)的入光侧，所述光束转换组件(02)位于所述液晶空间光调制器(03)的入光侧或者所述分束组件(04)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)用于对入射的光束的波前相位分布进行调制，以使所述液晶空间光调制器(03)出射的光束在两个不同方向上存在相位差，所述光束转换组件(02)用于转换入射光束的偏振方向；
所述第一反射组件(05)位于所述分束组件(04)的第一出光侧，所述第二反射组件(06)位于所述分束组件(04)的第二出光侧，所述耦合组件(07)位于所述第一反射组件(05)的出光侧和所述第二反射组件(06)的出光侧的交叠区域，所述耦合组件(07)用于承载第一表面涂覆有光致聚合物材料的全息衍射基板(08)，且所述第一反射组件(05)和所述第二反射组件(06)出射的光束在涂敷有所述光致聚合物材料的全息衍射基板(08)上干涉曝光时，在所述第一表面内的两个不同方向上存在相位差，从而能够形成二维全息衍射光栅。
2.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述光束转换组件(02)包括第一半波片(021)和偏振分束镜(022)，所述分束组件(04)包括分束镜(041)；
所述第一半波片(021)位于所述激光器(01)的出光侧，所述第一半波片(021)用于接收所述激光器(01)出射的光束，并将所述光束转换为S偏振光；
所述偏振分束镜(022)位于所述第一半波片(021)的出光侧，且位于所述液晶空间光调制器(03)与所述分束镜(041)之间，所述偏振分束镜(022)的第一出光侧(0221)朝向所述液晶空间光调制器(03)且背向所述分束镜(041)，所述液晶空间光调制器(03)为反射式结构的空间光调制器，且用于对所述S偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述S偏振光转换为P偏振光；
其中，所述偏振分束镜(022)的第一出光侧(0221)为所述偏振分束镜(022)反射的S偏振光的出光侧。
3.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述光束转换组件(02)包括第一半波片(021)和偏振分束镜(022)，所述分束组件(04)包括分束镜(041)；
所述第一半波片(021)位于所述激光器(01)的出光侧，所述第一半波片(021)用于接收所述激光器(01)出射的光束，并将所述光束转换为S偏振光；
所述偏振分束镜(022)位于所述第一半波片(021)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)位于所述偏振分束镜(022)的第一出光侧(0221)，所述分束镜(041)位于所述液晶空间光调制器(03)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)为透射式结构的空间光调制器，且用于对所述S偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述S偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述S偏振光转换为P偏振光；
其中，所述偏振分束镜(022)的第一出光侧(0221)为所述偏振分束镜(022)反射的S偏振光的出光侧。
4.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述光束转换组件(02)包括第一半波片(021)和偏振分束镜(022)，所述分束组件(04)包括分束镜(041)；
所述第一半波片(021)位于所述激光器(01)的出光侧，所述第一半波片(021)用于接收所述激光器(01)出射的光束，并将所述光束转换为P偏振光；
所述偏振分束镜(022)位于所述第一半波片(021)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)位于所述偏振分束镜(022)的第二出光侧(0222)，所述分束镜(041)位于所述液晶空间光调制器(03)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)为透射式结构的空间光调制器，且用于对所述P偏振光的波前相位分布进行调制，以使所述P偏振光在两个不同方向上存在相位差，并将所述P偏振光转换为S偏振光；
其中，所述偏振分束镜(022)的第二出光侧(0222)为所述偏振分束镜(022)透射的P偏振光的出光侧。
5.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述分束组件(4)包括偏振分束镜(042)，所述光束转换组件(02)包括第二半波片(023)；
所述偏振分束镜(042)位于所述液晶空间光调制器(03)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)为透射式结构的空间光调制器，所述液晶空间光调制器(03)用于接收所述激光器(01)出射的光束，并对所述光束的波前相位分布进行调制，以使所述光束在两个不同方向上存在相位差，所述偏振分束镜(042)用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，并透射所述P偏振光且反射所述S偏振光；
所述第二半波片(023)位于所述偏振分束镜(042)与所述第一反射组件(05)之间，且所述偏振分束镜(042)的第一出光侧(0421)朝向所述第二半波片(023)，所述第二半波片(023)用于将所述偏振分束镜(042)反射的S偏振光转换为P偏振光。
6.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述分束组件(04)包括偏振分束镜(042)，所述光束转换组件(02)包括第二半波片(023)；
所述偏振分束镜(042)位于所述液晶空间光调制器(03)的出光侧，所述液晶空间光调制器(03)为透射式结构的空间光调制器，所述液晶空间光调制器(03)用于接收所述激光器(01)出射的光束，并对所述光束的波前相位分布进行调制，以使所述光束在两个不同方向上存在相位差，所述偏振分束镜(042)用于将相位分布调制后的光束分为P偏振光和S偏振光，透射所述P偏振光，反射所述S偏振光；
所述第二半波片(023)位于所述偏振分束镜(042)与所述第二反射组件(06)之间，且所述偏振分束镜(042)的第二出光侧(0422)朝向所述第二半波片(023)，所述第二半波片(023)用于将所述偏振分束镜(042)透射的P偏振光转换为S偏振光。
7.如权利要求5或6所述的曝光设备，其特征在于，所述曝光设备还包括第三半波片(09)；
所述第三半波片(09)位于所述激光器(01)与所述液晶空间光调制器(03)之间，所述第三半波片(09)用于接收所述激光器(01)出射的光束，所述液晶空间光调制器(03)用于接收所述第三半波片(09)出射的光束。
8.如权利要求1-6任一所述的曝光设备，其特征在于，所述第一反射组件(05)包括第一反射镜(051)、第一转盘(052)和第一滑轨(053)；
所述第一反射镜(051)固定于第一转盘(052)上，所述第一转盘(052)位于所述第一滑轨(053)上，且能够沿着所述第一滑轨(053)滑动，所述第一滑轨(053)的长度方向与所述第一反射镜(051)的入射光的方向平行。
9.如权利要求1-6任一所述的曝光设备，其特征在于，所述第二反射组件(06)包括第二反射镜(061)、第二转盘(062)和第二滑轨(063)；
所述第二反射镜(061)固定于第二转盘(062)上，所述第二转盘(062)位于所述第二滑轨(063)上，且能够沿着所述第二滑轨(063)滑动，所述第二滑轨(063)的长度方向与所述第二反射镜(061)的入射光的方向平行。
10.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述耦合组件(07)包括三角棱镜(071)和梯形棱镜(072)；
所述三角棱镜(071)的第一侧面(0711)朝向所述第一反射组件(05)，所述三角棱镜(071)的第二侧面(0712)与所述全息衍射基板(08)的第一表面接触，所述三角棱镜(071)的第一侧面(0711)与第二侧面(0712)之间的夹角为锐角，所述全息衍射基板(08)的第一表面涂覆有所述光致聚合物材料；
所述梯形棱镜(072)的下底面(0721)与所述全息衍射基板(08)的第二表面接触。
11.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于，所述曝光设备还包括准直扩束组件(10)；
所述准直扩束组件(10)位于所述激光器(01)的出光侧，所述准直扩束组件(10)用于将所述激光器(01)出射的光束转换为平行光且增加所述平行光的宽度。
12.如权利要求11所述的曝光设备，其特征在于，所述准直扩束组件(10)包括准直透镜(101)和物镜(102)；
所述准直透镜(101)位于所述激光器(01)的出光侧，所述物镜(102)位于所述准直透镜(101)的出光侧，所述准直透镜(101)用于将所述激光器(01)出射的光束转换为平行光，所述物镜(102)用于增加所述平行光的宽度。
13.如权利要求11或12所述的曝光设备，其特征在于，所述曝光设备还包括第三反射镜(11)；
所述第三反射镜(11)位于所述激光器(01)的出光侧且位于所述准直扩束组件(10)的入光侧，所述第三反射镜(11)用于将所述激光器(01)出射的光束反射至所述准直扩束组件(10)。
14.一种近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备包括通过权利要求1-13任一所述的曝光设备形成的二维全息衍射光栅。
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