CN115079333A - 体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备 - Google Patents

体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备 Download PDF

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CN115079333A CN202210747929.5A CN202210747929A CN115079333A CN 115079333 A CN115079333 A CN 115079333A CN 202210747929 A CN202210747929 A CN 202210747929A CN 115079333 A CN115079333 A CN 115079333A
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Abstract

本发明适用于光学技术领域，提供了一种体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备。体全息光栅制作方法，包括以下步骤：提供全息感光层，全息感光层包括耦入区域和耦出区域；通过体全息光栅制作装置对耦入区域和耦出区域进行同步曝光；体全息光栅制作装置包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、分光单元、反射单元和棱镜；分光单元用于将激光光源发出的光束分成两个或三个分光束；各反射单元用于反射相应分光束，以使相应分光束能够直接或者借助棱镜以预设入射角耦入全息感光层内，并与其他分光束相互干涉，以在耦入区域和耦出区域形成干涉条纹。本发明提供的体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备，最大限度的降低了重影问题。

Description

体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。为了使AR眼镜的外观与日常佩戴的眼镜相似，近眼显示的光学耦合器件中的光波导方案备受欢迎，其形态类似于普通眼镜镜片。
现有主流的三大光波导方案分别为阵列光波导、表面浮雕衍射光波导和体全息衍射光波导。为了将AR设备的目视光学***(下面简称“光机”)做到很小、很轻就必须对光波导实现二维扩瞳设计。然而由于工艺难度问题，衍射光波导更容易实现二维扩瞳的设计和加工，特别是体全息衍射光波导。但是现有的体全息衍射光波导二维扩瞳方案大多为三块区域分别实现耦入、转折(第一维扩瞳)及耦出(第二维扩瞳)。
体全息衍射光波导方案主要是通过激光干涉的方式制备光栅，现有的三块区域实现的二维扩瞳需要严格的控制干涉激光的曝光角度，并需要三次曝光，工艺复杂。同时由于每次光学曝光的条件(温度、湿度、光栅形变、激光相位等)无法完全保证一样，在光学成像时还容易造成重影等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体全息光栅制作方法、体全息光波导及穿戴设备，旨在解决现有技术中经过体全息光栅成像时容易造成重影的技术问题。
本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种体全息光栅制作方法，包括以下步骤：
提供全息感光层，所述全息感光层包括耦入区域和耦出区域；
通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光；
所述体全息光栅制作装置包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、分光单元、反射单元和棱镜；
所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成两个或三个分光束；
所述反射单元的数量与分光束的数量一致，各所述反射单元用于反射相应分光束，以使相应分光束能够直接或者借助所述棱镜以预设入射角耦入所述全息感光层内，并与其他分光束相互干涉，以在所述耦入区域和所述耦出区域形成干涉条纹。
在一个可选的实施例中，所述分光单元包括第一分光镜；
所述第一分光镜位于所述激光光源的出光侧，用于将所述激光光源发出的光束分成从所述第一分光镜的第一侧出射的第一光束、以及从所述第一分光镜的第二侧出射的第二光束；
所述第一光束和所述第二光束能够分别通过相应所述反射单元由所述全息感光层的两侧照射至所述全息感光层上。
在一个可选的实施例中，所述反射单元设有两个；
其中一个所述反射单元包括沿所述第一光束传播方向依次设置的第一反射镜和第二反射镜；
另一个所述反射单元包括沿第二光束传播方向依次设置的第三反射镜和第四反射镜。
在一个可选的实施例中，所述分光单元包括第一分光镜和第二分光镜；
所述第一分光镜位于所述激光光源的出光侧，用于将所述激光光源发出的光束分成从所述第一分光镜的第一侧出射的第一光束、以及从所述第一分光镜的第二侧出射的第二光束；
所述第二分光镜用于接收所述第二光束，并将所述第二光束分成从所述第二分光镜的第一侧出射的第三光束、以及从所述第二分光镜的第二侧出射的第四光束；
所述第一光束和所述第三光束能够分别经过相应所述反射单元由所述全息感光层的第一侧照射至所述全息感光层上，所述第四光束能够经过相应所述反射单元由所述全息感光层的第二侧照射至所述全息感光层上。
在一个可选的实施例中，所述反射单元设有三个；
一个所述反射单元包括沿所述第一光束传播方向依次设置的第一反射镜和第二反射镜；
一个所述反射单元包括沿第三光束传播方向设置的至少一个第三反射镜；
一个所述反射单元包括沿所述第四光束传播方向依次设置的第四反射镜和第五反射镜。
在一个可选的实施例中，当所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成两个分光束时，所述棱镜设有一个，所述棱镜为直角棱镜，位于所述全息感光层的第二侧；
当所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成三个分光束时，所述棱镜设有两个，其中一个棱镜为梯形棱镜，位于所述全息感光层的第一侧，另一个棱镜为直角棱镜，位于所述全息感光层的第二侧。
在一个可选的实施例中，所述激光光源包括三个单色激光器和合束单元；
所述合束单元用于接收三个所述单色激光器发出的光线并将各光线合成一个彩色光束，所述分光单元位于所述合束单元的出光侧。
在一个可选的实施例中，所述体全息光栅制作装置还包括位于所述激光光源与所述分光单元之间的扩束单元，所述扩束单元用于接收所述激光光源发出的光束，并扩大该光束的直径。
在一个可选的实施例中，所述全息感光层还包括连接所述耦入区域和所述耦出区域的连接区域；
所述通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光包括以下步骤：
遮挡所述连接区域，或者去除所述连接区域；
通过体全息光栅制作装置对所述全息感光层整体进行曝光。
在一个可选的实施例中，所述全息感光层还包括连接所述耦入区域和所述耦出区域的连接区域；
所述体全息光栅制作方法还包括位于所述通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光之后的以下步骤：
去除所述连接区域，制得耦入光栅和耦出光栅。
第二方面，提供了一种体全息光波导，包括光波导本体以及设置于所述光波导本体一侧的体全息光栅，所述体全息光栅通过上述各实施例提供的体全息光栅制作方法制得。
第三方面，提供了一种穿戴设备，包括光机和位于所述光机出光侧的上述实施例提供的体全息光波导，所述体全息光波导用于接收所述光机出射的图像光，并将其进行一维扩瞳或者二维扩瞳后耦出。
本发明第一方面相对于现有技术的技术效果是：改变了体全息光栅中耦入区域和耦出区域分别进行曝光、显影，即分别进行制备的固有模式，创新性的提出通过同一体全息光栅制作装置对体全息光栅中的耦入区域和耦出区域进行同时曝光的方案，这样整个光栅的曝光条件(温度、湿度、光栅形变、激光相位等)完全一致，最大限度的降低了重影问题；同时实现了更大的光学效率。且本发明实施例提供的体全息光栅制作方法，既适用于一维扩瞳的体全息光栅的制备，也适用于二维扩瞳的体全息光栅的制备。
可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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是本发明实施例提供的体全息光栅制作方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例所采用的全息感光层的俯视结构示意图；
图3是本发明另一实施例所采用的全息感光层的俯视结构示意图；
图4是本发明一实施例采用体全息光栅制作装置制备一维扩瞳体全息光栅的使用状态示意图；
图5是本发明一实施例制备一维扩瞳体全息光栅时的光路示意图，图中箭头表示光线传播方向；
图6是本发明一实施例提供的体全息光波导的使用状态示意图，图中箭头表示光线传播方向；
图7是本发明一实施例采用体全息光栅制作装置制备二维扩瞳体全息光栅的使用状态示意图；
图8是本发明一实施例制备二维扩瞳体全息光栅时某一视角下的光路示意图，图中箭头表示光线传播方向；
图9是本发明一实施例制备二维扩瞳体全息光栅时另一视角下的光路示意图，图中箭头表示光线传播方向；
图10是本发明一实施例提供的体全息光波导的俯视结构示意图；
图11是本发明一实施例单区域实现二维扩瞳体全息光波导光路复现图；
图12是本发明一实施例采用的步骤S2的流程示意图。
附图标记说明：
100、全息干板；110、基底；120、全息感光层；121、耦入区域；122、耦出区域；123、连接区域；200、体全息光栅制作装置；210、激光光源；211、蓝光激光器；212、绿光激光器；213、红光激光器；214、第六反射镜；215、第一合束镜；216、第二合束镜；220、分光单元；221、第一分光镜；222、第二分光镜；230、反射单元；231、第一反射镜；232、第二反射镜；233、第三反射镜；234、第四反射镜；235、第五反射镜；240、棱镜；250、扩束单元；251、凹透镜；252、凸透镜；300、光波导本体；400、体全息光栅；410、耦入光栅；420、耦出光栅；500、光机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。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。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参照图1所示，在本发明一实施例中，提供了一种体全息光栅制作方法，包括以下步骤：
S1、提供全息感光层。如图2及图3所示，全息感光层120包括耦入区域121和耦出区域122。
具体的，本步骤中可以只提供全息感光层120，如图3所示，也可以如图2所示，提供具有全息感光层120的全息干板100。这里所说的全息干板100包括基底110和形成于基底110的其中一面上的全息感光层120。其中基底110可以为玻璃、树脂、光波导等任一种透光材料。全息感光层120可以为全息感光乳胶层，全息感光乳胶层的材料可以是光致聚合物、银盐、重铬酸盐明胶、光折变材料、光致各向异性材料、或者其他一切可用于曝光后记录干涉条纹的感光材料。
本实施例中的全息感光层120可以为一片或者两片。当全息感光层120为一片时，一般具有三个区域，耦入区域121、耦出区域122和连接耦入区域121和耦出区域122的连接区域123，每个区域的大小可以根据使用需要和出光效果进行设定。其中曝光区域为耦入区域121和耦出区域122，连接区域123为非曝光区域。当全息感光层120为两片时，其中一片用于制备耦入光栅410、为耦入区域121，另一片用于制备耦出光栅420、为耦出区域122。此时两片全息感光层120的全部区域为曝光区域。
S2、通过体全息光栅制作装置对耦入区域121和耦出区域122进行同步曝光。
曝光后，可通过显影等操作，制得具有相应干涉条纹的体全息光栅。需要说明的是，当S1步骤中所提供的全息感光层120是采用的全息干板100时，这里所说的体全息光栅为去除基底110后的部分，即全息感光层120部分。
如图4、图5、图7、图8及图9所示，上述体全息光栅制作装置200包括沿光线传播方向依次设置的激光光源210、分光单元220、反射单元230和棱镜240。具体的，本实施例中的激光光源210可以包括一个或者多个激光器，具体可以根据使用需要灵活选择。
分光单元220用于将激光光源210发出的光束分成两个或三个分光束。具体的，分光单元220位于激光光源210的出光侧，用于将激光光源210发出的光束分成两个或三个分光束。具体的，当需要制作一维扩瞳的体全息光栅400时，分光单元220可以仅由一个分光镜组成，用于将激光光源210发出的光束分成两个分光束。当需要制作二维扩瞳的体全息光栅400时，分光单元220可以包括两个分光镜，或者一个分光镜，用于将激光光源210发出的光束分成三个分光束。
反射单元230的数量与分光束的数量一致，各反射单元230用于反射相应分光束，以使相应分光束能够直接或者借助棱镜240以预设入射角耦入全息感光层120内，并与其他分光束相互干涉，以在耦入区域121和耦出区域122形成干涉条纹。
具体的，当分光单元220用于将激光光源210发出的光束分成两个分光束时，反射单元230具有两个，其中一个反射单元230用于将其中一个分光束进行至少一次反射以使其能够直接或者借助棱镜240以第一预设入射角耦入全息感光层120内，另一个反射单元230用于将另一个分光束进行至少一次反射以使其能够直接或者借助棱镜240以第二预设入射角耦入全息感光层120内。当分光单元220用于将激光光源210发出的光束分成三个分光束时，反射单元230具有三个，为便于描述，三个反射单元230分别记为第一单元、第二单元和第三单元，经分光单元220出射的三个分光束，分别记为第一光束、第二光束和第三光束。第一单元位于分光单元220的第一侧，用于将第一光束进行至少一次反射以使其能够直接或者借助棱镜240以第一预设入射角耦入全息感光层120内，第二单元用于将第二光束进行至少一次反射以使其能够直接或者借助棱镜240以第二预设入射角耦入全息感光层120内；第三单元用于将第三光束进行至少一次反射以使其能够直接或者借助棱镜240以第三预设入射角耦入全息感光层120内。
上述第一预设入射角为90°或者90°±误差值，第二预设入射角和第三预设入射角为小于全息感光层120的全反射角中的任一非零角度，具体角度可以根据出光效果灵活设定，这里不做唯一限定。
另外，本实施例中棱镜240可以有一个或者多个，具体可以根据光线入射需要而定，如光束不经过棱镜240便可以以预设入射角耦入全息感光层120内，则无需设置棱镜240，若光束不能直接以预设入射角耦入全息感光层120内，则根据需要设置一个或者多个棱镜240以供相应光束穿过，进而耦入全息感光层120内。
为便于理解，现对一维扩瞳体全息光栅和二维扩瞳体全息光栅制作时的光路以及制成后的出光原理进行说明：
如图4及图5所示，采用本发明实施例提供的体全息光栅制作方法制作一维扩瞳的体全息光栅时，分光单元220将激光光源210发出的光线分为两个分光束K1和K2，之后分光束K1经过反射单元230直接照射由全息感光层120的第一侧耦入全息感光层120内，与此同时，分光束K2经过反射单元230以及棱镜240由全息感光层120的第二侧耦入全息感光层120内。分光束K1和K2的入射角度如图5所示，其中分光束K1照射至全息感光层120上时入射角α为90°或者90°±误差值，分光束K2照射至全息感光层120上时入射角β小于全息感光层120的全反射角。
使用时，如图6所示，光机500发出的光的主方向沿着K1的方向传播到体全息光栅400中的耦入区域121上并被耦入区域121内的光栅衍射产生一束主方向沿K2的光线，由于K2方向的光线满足波导的全反射条件，光线向右传播，光线每经过一次光栅将产生一束主方向沿K1方向的光并耦出到人眼方向，多次耦出后实现一维扩瞳(水平方向的扩瞳)。
如图7至图9所示，采用本发明实施例提供的体全息光栅400的制作方法制作二维扩瞳的体全息光栅400时，分光单元220将激光光源210发出的光线分为三个分光束，K1、K2和K3，之后分光束K1、K3经过反射单元230以及棱镜240由全息感光层120的第一侧耦入全息感光层120内，与此同时，分光束K2经过反射单元230以及棱镜240由全息感光层120的第二侧耦入全息感光层120内。分光束K1、K2和K3的入射角度如图8及图9所示，其中分光束K1照射至全息感光层120上时入射角α为90°或者90°±误差值；分光束K2、K3照射至全息感光层120上时入射角β和γ小于全息感光层120的全反射角。
使用时，光机500发出的光的主方向沿着K1的方向传播到体全息光栅400中的耦入区域121上并被耦入区域121内的光栅衍射产生两束主方向沿K2和K3的光线，由于K2和K3方向的光线满足波导的全反射条件，光线向右向下传播，光线每经过一次光栅将产生两束光，其中一束主方向沿K1方向的光并耦出到人眼方向，另一束往转折方向传播，形成网格化传播，多次耦出后实现二维扩瞳(水平及垂直方向的扩瞳)。
具体的，如图11所示，光机500发出的光传播到左上角耦入区域121产生两束光，分别向右及向下传播，两路光传播过程中再次遇到光栅区域原先向右传播的光将产生向下继续传播的光及出射到人眼的光线；原先向下传播的光将产生向右继续传播的光及出射到人眼的光线，同样的形成网格出瞳。两路光在右下侧区域的出瞳光线叠加，实现亮度提升，保证整个出瞳区域的出光亮度均匀性。
本发明实施例提供的体全息光栅制作方法，改变了体全息光栅400中耦入区域121和耦出区域122分别进行曝光、显影，即分别进行制备的固有模式，创新性的提出通过同一体全息光栅制作装置200对体全息光栅400中的耦入区域121和耦出区域122进行同时曝光的方案，这样整个光栅的曝光条件(温度、湿度、光栅形变、激光相位等)完全一致，最大限度的降低了重影问题；同时实现了更大的光学效率。且本发明实施例提供的体全息光栅制作方法，既适用于一维扩瞳的体全息光栅400的制备，也适用于二维扩瞳的体全息光栅400的制备。
在一个可选的实施例中，如图4所示，分光单元220包括第一分光镜221。第一分光镜221位于激光光源210的出光侧，用于将激光光源210发出的光束分成从第一分光镜221的第一侧出射的第一光束、以及从第一分光镜221的第二侧出射的第二光束。第一光束和第二光束能够分别通过相应反射单元230由全息感光层120的两侧照射至全息感光层120上。
通过本实施例提供的分光单元220结构简单，可将激光光源210发出的光线分为两个光束，适用于一维扩瞳的体全息光栅400的制备。
在上述实施例的基础上，如图4所示，反射单元230设有两个。其中一个反射单元230包括沿第一光束传播方向依次设置的第一反射镜231和第二反射镜232。另一个反射单元230包括沿第二光束传播方向依次设置的第三反射镜233和第四反射镜234。
本实施例中的各反射镜的结构可以相同也可以不同，具体可以根据使用需要灵活选择，且各反射镜的倾斜角度可根据具体反射需要而定，这里不做唯一限定。
采用本实施例提供的反射单元230，可以使得第一光束和第二光束分别以预设入射角由全息感光层120的两侧分别入射至全息感光层120内，且整体结构简单，便于安装和调整。
在另一个可选的实施例中，如图7所示，分光单元220包括第一分光镜221和第二分光镜222。
第一分光镜221位于激光光源210的出光侧，用于将激光光源210发出的光束分成从第一分光镜221的第一侧出射的第一光束、以及从第一分光镜221的第二侧出射的第二光束。
第二分光镜222用于接收第二光束，并将第二光束分成从第二分光镜222的第一侧出射的第三光束、以及从第二分光镜222的第二侧出射的第四光束。
第一光束和第三光束能够分别经过相应反射单元230由全息感光层120的第一侧照射至全息感光层120上，第四光束能够经过相应反射单元230由全息感光层120的第二侧照射至全息感光层120上。
借助本实施例提供的分光单元220，可将激光光源210发出的光束分为三个光束，适用于二维扩瞳的体全息光栅400的制备，且整体结构简单，便于安装和维护。
在上述实施例的基础上，如图7所示，反射单元230设有三个。
一个反射单元230包括沿第一光束传播方向依次设置的第一反射镜231和第二反射镜232。
一个反射单元230包括沿第三光束传播方向设置的至少一个第三反射镜233。
一个反射单元230包括沿第四光束传播方向依次设置的第四反射镜234和第五反射镜235。
本实施例中的各反射镜的结构可以相同也可以不同，具体可以根据使用需要灵活选择，且各反射镜的倾斜角度可根据具体反射需要而定，这里不做唯一限定。
通过本实施例提供的反射单元230，可以使得第一光束、第三光束和第四光束分别以预设入射角由全息感光层120的两侧分别入射至全息感光层120内，且整体结构简单，便于安装和调整。
上述各实施例中，棱镜可以有多种设置方式，在一个可选的实施例中，如图4及图5所示，分光单元220用于将激光光源210发出的光束分成两个分光束，棱镜240设有一个，棱镜240为直角棱镜，位于全息感光层120的第二侧。
具体的，本实施例中激光光源210经过分光单元220后，可分为两个光束，第一光束和第二光束，两个光束分别经过相应反射单元230后，第一光束经过反射单元230后由全息感光层120的第一侧垂直入射至全息感光层120内，第二光束则需经过棱镜240由全息感光层120的第二侧以小于全息感光层120的全反射角的某一预设入射角入射至全息感光层120内。
在另一个可选的实施例中，如图7至图9所示，分光单元220用于将激光光源210发出的光束分成三个分光束，棱镜240设有两个，其中一个棱镜240为梯形棱镜，位于全息感光层120的第一侧，另一个棱镜240为直角棱镜，位于全息感光层120的第二侧。
本实施例中激光光源210经过分光单元220后，可分为三个光束，第一光束、第三光束和第四光束，三个光束分别经过相应反射单元230后，第一光束经过梯形棱镜的第一入射面和第一出光面由全息感光层120的第一侧垂直入射至全息感光层120内，第三光束则经过梯形棱镜的第二入射面和第一出光面由全息感光层120的第一侧以小于全息感光层120的全反射角的某一预设入射角入射至全息感光层120内，第四光束则经过直角棱镜由全息感光层120的第二侧以小于全息感光层120的全反射角的某一预设入射角入射至全息感光层120内。
棱镜240采用上述两种设置方式，结构简单，且可以保证不同光束分别以各自预设入射角照射至全息感光层120内，使用效果好。
为保证图像效果好，在一个可选的实施例中，如图4及图7所示，激光光源210包括三个单色激光器和合束单元。具体的，本实施例中三个单色激光器可以分别发出红光、蓝光、绿光，以使得经合束单元合成后可以生成所需要的任一彩色光束。
合束单元用于接收三个单色激光器发出的光线并将各光线合成一个彩色光束，分光单元220位于合束单元的出光侧。本实施例中的合束单元可以包括反射镜、多个合束镜等，或者其他结构，只要能够将三个单色激光器发出的光进行混合形成所需的彩色光束即可。
在一个具体的实施例中，三个单色激光器沿第一方向依次设置，如图4及图7所示，合束单元包括沿第一方向依次设置第六反射镜214、第一合束镜215和第二合束镜216，第六反射镜214、第一合束镜215和第二合束镜216与三个单色激光器一一对应。
为便于理解，现以一个具体的示例对本实施例提供的合束单元的工作原理进行说明：
三个单色激光器分别为蓝光激光器211、绿光激光器212和红光激光器213，第六反射镜214与蓝光激光器211对应，第一合束镜215与绿光激光器212对应，第二合束镜216与红光激光器213对应。
使用时，三个单色激光器均启动并向外发光，其中蓝光激光器211发出的蓝光经过第六反射镜214反射至第一合束镜215，之后穿过第一合束镜215，绿光激光器212发出的绿光经过第一合束镜215反射与穿过第一合束镜215的蓝光合并形成第一合束光，之后第一合束光照射至第二合束镜216上，并穿过第二合束镜216，与此同时，红光激光器213发出的红光，经第二合束镜216反射与穿过第二合束镜216的第一合束光合并形成第二合束光，即三色混合光。
合束单元采用本实施例提供的结构，结构简单，合束效果好。
为便于分光，在一个可选的实施例中，如图4及图7所示，体全息光栅制作装置200还包括位于激光光源210与分光单元220之间的扩束单元250。扩束单元250用于接收激光光源210发出的光束，并扩大该光束的直径。
具体的，扩束单元250可以如图4及图7所示，包括一个凹透镜251和一个凸透镜252，也可以包括多个凹透镜和至少一个凸透镜，或者包括至少一个凹透镜和多个凸透镜，具体可以根据扩束要求而定。
为确保曝光效果良好，在上述各实施例的基础上，如图3所示，全息感光层120除耦入区域121和耦出区域122外，还包括连接耦入区域121和耦出区域122的连接区域123。
如图12所示，上述步骤S2通过体全息光栅制作装置对耦入区域121和耦出区域122进行同步曝光包括以下步骤：
S21、遮挡连接区域，或者去除连接区域；
S22、通过体全息光栅制作装置对全息感光层整体进行曝光。
具体的，当采用遮挡的方式时，可通过光阑对非曝光区域的两侧均进行遮挡，以避免非曝光区域内也出现干涉条纹，影响出光效果。采用这一方式对耦入区域和耦出区域进行曝光，操作方便，可提高加工效率。
又由于体全息光栅对光线的吸收率较高，为降低使用时的光能损失，在一个可选的实施例中，如图3所示，全息感光层120除耦入区域121和耦出区域122外，还包括连接耦入区域121和耦出区域122的连接区域123。
体全息光栅制作方法还包括位于通过体全息光栅制作装置对耦入区域和耦出区域进行同步曝光，即步骤S2之后的以下步骤：
S3、去除连接区域，制得耦入光栅410和耦出光栅420。
采用这一结构，可有效降低使用时光线与体全息光栅的接触次数，减小光能损失，同时可使得光机与耦出光栅之间具有一定间距，即使得光机与镜片之间具有一定间距，进而保证体验效果。
请参照图6及图10所示，在本发明一实施例中，提供了一种体全息光波导，包括光波导本体300以及设置于光波导本体300一侧的体全息光栅400，体全息光栅400通过上述各实施例提供的体全息光栅制作方法制得。
本实施例中的体全息光栅400至少包括耦入光栅410和耦出光栅420。
本发明实施例提供的体全息光波导，通过上述各实施例提供的的体全息光栅制作方法制得，最大限度的降低了重影问题；同时实现了更大的光学效率。
请参照图6所示，在本发明一实施例中，提供了一种穿戴设备，包括光机500和位于光机500出光侧的上述实施例提供的体全息光波导，体全息光波导用于接收光机500出射的图像光，并将其进行一维扩瞳或者二维扩瞳后耦出。
本发明实施例提供的穿戴设备，采用上述实施例提供的体全息光波导，最大限度的降低了重影问题；同时实现了更大的光学效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种体全息光栅制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供全息感光层，所述全息感光层包括耦入区域和耦出区域；
通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光；
所述体全息光栅制作装置包括沿光线传播方向依次设置的激光光源、分光单元、反射单元和棱镜；
所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成两个或三个分光束；
所述反射单元的数量与分光束的数量一致，各所述反射单元用于反射相应分光束，以使相应分光束能够直接或者借助所述棱镜以预设入射角耦入所述全息感光层内，并与其他分光束相互干涉，以在所述耦入区域和所述耦出区域形成干涉条纹。
2.根据权利要求1所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述分光单元包括第一分光镜；
所述第一分光镜位于所述激光光源的出光侧，用于将所述激光光源发出的光束分成从所述第一分光镜的第一侧出射的第一光束、以及从所述第一分光镜的第二侧出射的第二光束；
所述第一光束和所述第二光束能够分别通过相应所述反射单元由所述全息感光层的两侧照射至所述全息感光层上。
3.根据权利要求2所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述反射单元设有两个；
其中一个所述反射单元包括沿所述第一光束传播方向依次设置的第一反射镜和第二反射镜；
另一个所述反射单元包括沿第二光束传播方向依次设置的第三反射镜和第四反射镜。
4.根据权利要求1所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述分光单元包括第一分光镜和第二分光镜；
所述第一分光镜位于所述激光光源的出光侧，用于将所述激光光源发出的光束分成从所述第一分光镜的第一侧出射的第一光束、以及从所述第一分光镜的第二侧出射的第二光束；
所述第二分光镜用于接收所述第二光束，并将所述第二光束分成从所述第二分光镜的第一侧出射的第三光束、以及从所述第二分光镜的第二侧出射的第四光束；
所述第一光束和所述第三光束能够分别经过相应所述反射单元由所述全息感光层的第一侧照射至所述全息感光层上，所述第四光束能够经过相应所述反射单元由所述全息感光层的第二侧照射至所述全息感光层上。
5.根据权利要求4所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述反射单元设有三个；
一个所述反射单元包括沿所述第一光束传播方向依次设置的第一反射镜和第二反射镜；
一个所述反射单元包括沿第三光束传播方向设置的至少一个第三反射镜；
一个所述反射单元包括沿所述第四光束传播方向依次设置的第四反射镜和第五反射镜。
6.根据权利要求1所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，当所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成两个分光束时，所述棱镜设有一个，所述棱镜为直角棱镜，位于所述全息感光层的第二侧；
当所述分光单元用于将所述激光光源发出的光束分成三个分光束时，所述棱镜设有两个，其中一个棱镜为梯形棱镜，位于所述全息感光层的第一侧，另一个棱镜为直角棱镜，位于所述全息感光层的第二侧。
7.根据权利要求1所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述激光光源包括三个单色激光器和合束单元；
所述合束单元用于接收三个所述单色激光器发出的光线并将各光线合成一个彩色光束，所述分光单元位于所述合束单元的出光侧。
8.根据权利要求1所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述体全息光栅制作装置还包括位于所述激光光源与所述分光单元之间的扩束单元，所述扩束单元用于接收所述激光光源发出的光束，并扩大该光束的直径。
9.根据权利要求1-8任一项所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述全息感光层还包括连接所述耦入区域和所述耦出区域的连接区域；
所述通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光包括以下步骤：
遮挡所述连接区域，或者去除所述连接区域；
通过体全息光栅制作装置对所述全息感光层整体进行曝光。
10.根据权利要求1-8任一项所述的体全息光栅制作方法，其特征在于，所述全息感光层还包括连接所述耦入区域和所述耦出区域的连接区域；
所述体全息光栅制作方法还包括位于所述通过体全息光栅制作装置对所述耦入区域和所述耦出区域进行同步曝光之后的以下步骤：
去除所述连接区域，制得耦入光栅和耦出光栅。
11.一种体全息光波导，包括光波导本体以及设置于所述光波导本体一侧的体全息光栅，所述体全息光栅通过权利要求1-10任一项所述体全息光栅制作方法制得。
12.一种穿戴设备，其特征在于，包括光机和位于所述光机出光侧的权利要求11所述的体全息光波导，所述体全息光波导用于接收所述光机出射的图像光，并将其进行一维扩瞳或者二维扩瞳后耦出。
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