波导显示装置的制作方法

本发明涉及光学技术领域，特别涉及波导显示装置。

背景技术：

随着科学技术的发展，增强现实显示装置越来越受到人们的重视。现有技术中，普遍使用的是单色波导显示技术。

然而，彩色波导显示技术能够提供更加完整的信息展示，且能够极大的提升用户体验，这却是现有技术无法提供的。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种波导显示装置。旨在解决增强现实显示装置中无法进行彩色显示的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例，提供了一种波导显示装置，包括图像源，中继光学系统，输入耦合器，波导，输出耦合器，控制器，其中，

图像源，用于显示图像；

中继光学系统，用于将图像源显示的图像射向输入耦合器；

输入耦合器，用于将中继光学系统的出射光耦入波导；

输出耦合器，用于将波导内传播的光耦出，其中，输出耦合器包括波导耦出光栅，波导耦出光栅包括与不同波长的光对应的多个单色光栅。

可选的，波导耦出光栅为全息聚合物弥散液晶hpdlc层，hpdlc层包括与不同波长的光对应的多个子层。

可选的，输出耦合器包括层叠设置的第一hpdlc层和第二hpdlc层，第一hpdlc层和第二hpdlc层的衍射光方向相反；

波导显示装置还包括控制器，用于控制向第一hpdlc层和第二hpdlc层施加电场。

可选的，第一hpdlc层和第二hpdlc层分别包括与红光、绿光和蓝光相对应的3个子层。

可选的，控制器还用于，

在第一时间段内，对第一hpdlc层施加电场；

在第二时间段内，对第二hpdlc层施加电场。

可选的，输入耦合器包括波导耦入光栅，波导耦入光栅包括与不同波长的光对应的多个单色光栅；

其中，波导耦入光栅包括的多个单色光栅与波导耦出光栅包括的多个单色光栅相对应。

可选的，波导耦入光栅为hpdlc层，hpdlc层包括与不同波长的光对应的多个子层。

可选的，hpdlc层包括与红光、绿光和蓝光相对应的3个子层。

可选的，波导包括多个波导层，多个波导层分别与波导耦出光栅包括的多个单色光栅相对应。

可选的，波导耦出光栅包括的多个单色光栅分别位于多个波导层中。

本发明实施例公开的波导显示装置，在具有较大视场角和使用小尺寸图像源的情况下，可以实现全彩色显示，同时，由于中继光学系统的入射光线视场角减小，从而降低了中继光学系统设计的难度及复杂程度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例公开的一种hpdlc层的示意图；

图2是本发明实施例公开的一种波导显示装置的示意图；

图3是本发明实施例公开的另一种波导显示装置的示意图；

图4是本发明实施例公开的另一种波导显示装置的示意图；

图5是本发明实施例公开的另一种波导显示装置的局部放大示意图；

图6是本发明实施例公开的另一种波导显示装置的示意图；

图7是本发明实施例公开的一种控制器的示意图；

图8是本发明实施例公开的一种输入耦合器的示意图；

图9是本发明实施例公开的另一种波导显示装置的示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

体全息光栅包括固定式体全息光栅和可切换式体全息光栅，可切换式体全息光栅可以采用全息聚合物弥散液晶(英文全称：holographicpolymerdispersedliquidcrystal，英文缩写：hpdlc)来制备。hpdlc是由液晶、聚合物单体组成的预聚物，在两束相干光照射下，利用光致聚合而引发的相分离，形成与干涉条纹亮暗条纹相对应的富聚物区与富液晶区交替出现的周期性排列。如图1所示，不加电场时，hpdlc中存在周期性折射率调制，形成布拉格光栅，满足bragg衍射条件的入射光以一级衍射方向射出。施加电场时，富液晶区液晶分子将沿电场重新排列，当其寻常光折射率与聚合物基本折射率相匹配时，光栅的折射率将变成均匀一致，入射光将直接透射出去，hpdlc成为一块透明介质。

本发明实施例公开了一种波导显示装置10，包括图像源101，中继光学系统102，输入耦合器103，波导104，输出耦合器105，其中，输入耦合器103可以包括波导耦入光栅。图2和图3分别示出了两种可选的波导显示装置10结构，图2为波导耦入光栅位于波导内部的结构，图3为波导耦入光栅位于波导外部的结构。具体的，

图像源101，用于显示图像；

中继光学系统102，用于将图像源101显示的图像射向输入耦合器103；

输入耦合器103，用于将中继光学系统102的出射光耦入波导104；

输出耦合器105，用于将波导104内传播的光耦出；其中，输出耦合器105包括波导耦出光栅，波导耦出光栅包括与不同波长的光对应的多个单色光栅。

可选的，图像源101可以为平面显示屏或曲面显示屏，进一步可选的，图像源101可以为液晶显示屏(英文全称：liquidcrystaldisplay，英文缩写：lcd)、硅基液晶(英文全称：liquidcrystalonsilicon，英文缩写：lcos)反射式投影显示屏、发光二极管(英文全称：lightemittingdiode，英文简称：led)显示屏等。

图像源101显示的图像经由中继光学系统102成像至无穷远处。可选的，中继光学系统102可以为一透镜组，镜片可以采用非球面镜片或者自由曲面镜片，用于校正各像差及色差，也可以采用衍射光学元件来进一步优化成像质量。

可选的，波导耦出光栅可以为hpdlc层，hpdlc层包括与不同波长的光对应的多个子层，其中，hpdlc层包括与不同波长的光对应的多个子层，可以用于实现单色光栅的作用。

进一步可选的，波导显示装置10还可以包括控制器106，用于控制向hpdlc层施加电场。

如图4所示，输出耦合器105包括的hpdlc层，包括了与不同波长的光对应的多个子层，示例性的，输出耦合器105包括的hpdlc层可以包括与红光(r光)、绿光(g光)和蓝光(b光)相对应的3个子层，分别为r光栅、g光栅和b光栅。图5为输出耦合器105包括的hpdlc层的局部放大示意图，具体的，放大的部分为图4中虚线圈出的部分。

可选的，输出耦合器105可以包括层叠设置的第一hpdlc层201和第二hpdlc层202，如图6所示。进一步可选的，第一hpdlc层201和第二hpdlc层202的衍射光方向相反。

当控制器203对第一hpdlc层201施加电场，对第二hpdlc层202不施加电场时，出瞳的光线如图6中的实线所示；

当控制器203对第一hpdlc层201不施加电场，对第二hpdlc层202施加电场时，出瞳的光线如图6中的虚线所示。

其中，第一hpdlc层201和第二hpdlc层202可以分别包括与不同波长的光相对应的3个子层，示例性的，第一hpdlc层201和第二hpdlc层202分别包括与红光(r光)、绿光(g光)和蓝光(b光)相对应的3个子层。每个子层均对相应颜色的光具有较高的衍射效率。

本发明实施例公开的波导显示装置10，在具有较大视场角和使用小尺寸图像源的情况下，可以实现全彩色显示，不仅如此，由于中继光学系统的入射光线视场角减小，从而降低了中继光学系统设计的难度及复杂程度。

可选的，如图7所示，控制器203还可以用于，在第一时间段t1内，对第一hpdlc层201施加电场；

在第二时间段t2内，对第二hpdlc层202施加电场。

进一步可选的，t1和t2的时长可以相同，且均为1/2f，其中f为图像刷新率。示例性的，如图像刷新率f为60hz，则t1＝t2＝1/120s，此时图像源采用的显示屏应至少具有120hz的刷新率。

本领域技术人员还可以根据实际需要，灵活确定时间段的数量和各时间段的持续时长。

可选的，图像源101还可以用于，在t1内生成第一视场图像，在t2内生成第二视场图像，其中，第一视场图像和第二视场图像共同构成完整的视场，用于扩大视场角。示例性的，如图6所示，x+方向的视场为第一视场，x-方向的视场为第二视场。当第一视场图像和第二视场图像进行快速切换，示例性的，刷新率大于120hz时，相应于完整视场图像刷新率为60hz，此时可以认为观察到的完整视场图像是连续的，且视场角较大。

本领域技术人员应知，图像源101生成的图像，可以根据时间段的数量、各时间段的持续时长、以及实际需要的视场角进行确定。

可选的，如图8所示，输入耦合器103包括的波导耦入光栅可以包括分别与红光(r光)、绿光(g光)和蓝光(b光)相对应的3个单色光栅，示例性的，分别为r光栅、g光栅和b光栅，每个单色光栅均对相应颜色的光具有较高的衍射效率。本领域技术人员应知，波导耦入光栅包括的多个单色光栅，可以与波导耦出光栅包括的多个单色光栅相对应，示例性的，波导耦出光栅包括与r光、g光和b光相对应的3个单色光栅，则波导耦入光栅也包括3个对应波长的单色光栅。

进一步可选的，波导耦入光栅可以为hpdlc层，其中，hpdlc层包括与不同波长的光对应的多个子层，示例性的，hpdlc层包括与r光、g光和b光相对应的3个子层。

图像源101显示的全彩色图像，经中继光学系统102后，全色光进入输入耦合器103。全色光可以先进入r光相对应的光栅，全色光中的b光成分被耦合进入波导，而后可以分别由g光和r光相对应的光栅将g光和b光耦合进入波导。

上述仅为示例，本领域技术人员还可以在不付出创造性努力的情况下，组合出更多可选的实施方式。

进一步可选的，如图9所示，波导104可以包括多个波导层，示例性的，波导104可以包括第一层波导1041、第二层波导1042和第三层波导1043，全色光进入输入耦合器103后，可以先进入b光相对应的光栅，全色光中的b光成分被耦合进入第一层波导1041，而后，全色光中的g光成分经g光相对应的光栅，被耦合进入第二层波导1042，最后，全色光中的r光成分经r光相对应的光栅，被耦合进入第三层波导1043。本领域技术人员应知，波导104包括的多个波导层，可以与波导耦出光栅包括的多个单色光栅相对应，示例性的，波导耦出光栅包括与r光、g光和b光相对应的3个单色光栅，则波导也包括3个对应的波导层。

进一步可选的，波导耦出光栅包括的多个单色光栅可以分别位于多个波导层中。

示例性的，第一hpdlc层201包括的与b光相对应的子层可以位于第一层波导1041中，用于将第一层波导1041内传播的b光耦出。类似的，第一hpdlc层201包括的与g光相对应的子层可以位于第二层波导1042中，与r光相对应的子层可以位于第三层波导1043中，分别用于将g光和r光耦出。

同样的，第二hpdlc层202包括的与b光相对应的子层可以位于第一层波导1041中，与g光相对应的子层可以位于第二层波导1042中，与r光相对应的子层可以位于第三层波导1043中。

本发明实施例公开的波导显示装置，在具有较大视场角的情况下，可以使用小尺寸图像源，且与图像源相配套的驱动电路等其他部件的体积均可以相应减小，同时，由于中继光学系统的入射光线视场角减小，从而降低了中继光学系统设计的难度及复杂程度，并且可以减少中继光学系统包括的镜片数量，进而可以减小中继光学系统的体积。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。