一种大视场全息波导近眼显示系统的制作方法

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种大视场全息波导近眼显示系统。

背景技术：

全息波导显示技术是一种集多项先进光学技术于一身的光学显示技术，其重要组成部分是波导体全息光栅，它采用光学波导作为基底引导相干光记录全息图，其基本原理是光的全反射和衍射。全息波导近眼显示系统主要包括波导以及设于波导两端的全息光栅，从光源发出的光入射到输入全息光栅上，由于全息光栅的衍射效应使平行光改变传输方向从而满足全反射条件并沿波导方向向前无损传播，当光线传播到输出全息光栅时，全反射条件被破坏从而使光线从全息波导出射进入人眼成像。

由于全息波导近眼显示系统具有结构紧凑、便携以及易于实现显示效果等优点，全息波导近眼显示系统被广泛应用于显示、光学互联以及平显和头戴显示器中。由于体积全息光栅具有严格的角度选择和波长选择性，会造成人眼观看视角的局限性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决全息波导近眼显示系统可观看视角小的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大视场全息波导近眼显示系统，包括波导、设于所述波导输入端的多个第一多功能定向复杂全息结构以及设于所述波导输出端的第二多功能定向复杂全息结构；多个所述第一多功能定向复杂全息结构按照设定规则排布于所述波导的一侧，且每个所述第一多功能定向复杂全息结构均对应设有一个光源，所述光源发出的光线依次经过所述第一多功能定向复杂全息结构、波导以及所述第二多功能定向复杂全息结构，且多个所述光源发出的光线分别沿不同的方向射出拼接形成观看视角。

根据本发明，多个所述第一多功能定向复杂全息结构均贴附于所述波导的一侧，且多个所述第一多功能定向复杂全息结构沿所述波导的宽度方向等间距排布。

根据本发明，所述波导的一侧设有多个凸面透镜，所述凸面透镜的平面侧紧贴所述波导，所述凸面透镜的凸面上均阵列排布有多个所述第一多功能定向复杂全息结构。

根据本发明，所述波导的一侧设有多个抛物面凹腔，每个所述抛物面凹腔的表面均阵列排布有多个所述第一多功能定向复杂全息结构。

根据本发明，所述第一多功能定向复杂全息结构为透射式，所述第一多功能定向复杂全息结构与所述光源位于所述波导的同一侧。

根据本发明，所述第一多功能定向复杂全息结构为反射式，所述第一多功能定向复杂全息结构与所述光源分别位于所述波导的两侧。

根据本发明，所述波导采用透明的光学玻璃或透明的光学塑料制成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的大视场全息波导近眼显示系统多个第一多功能定向复杂全息结构按照设定规则排布于波导的一侧，每个第一多功能定向复杂全息结构对应设置的光源发出的光线经第一多功能定向复杂全息结构衍射后经波导全反射传输，经第二多功能定向复杂全息结构衍射输出，多个光源输出的光线出光方向不同并使多个方向输出的光线拼接在一起，形成了大的视角，实现大视场甚至是全视场的显示。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种大视场全息波导近眼显示系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的第一种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图3是本发明实施例一提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图4是本发明实施例一提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图5是本发明实施例一提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图6是本发明实施例二提供的第一种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图7是本发明实施例二提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图8是本发明实施例二提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图9是本发明实施例二提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图10是本发明实施例三提供的一种大视场全息波导近眼显示系统的结构示意图；

图11是本发明实施例三提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图12是本发明实施例三提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图13是本发明实施例三提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图14是本发明实施例三提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图15是本发明实施例四提供的第一种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图16是本发明实施例四提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图17是本发明实施例四提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图18是本发明实施例四提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图19是本发明实施例五提供的一种大视场全息波导近眼显示系统的结构示意图；

图20是本发明实施例五提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图21是本发明实施例五提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图22是本发明实施例五提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图23是本发明实施例五提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图24是本发明实施例六提供的第一种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图25是本发明实施例六提供的第二种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图26是本发明实施例六提供的第三种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图；

图27是本发明实施例六提供的第四种方式的大视场全息波导近眼显示系统的工作原理图。

图中：1：光源；2：第一多功能定向复杂全息结构；3：波导；4：第二多功能定向复杂全息结构；5：凸面透镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种大视场全息波导3近眼显示系统，如图1所示，包括波导3、设于波导3输入端的多个第一多功能定向复杂全息结构2以及设于波导3输出端的第二多功能定向复杂全息结构4；多个第一多功能定向复杂全息结构2按照设定规则排布于波导3的一侧，且每个第一多功能定向复杂全息结构2均对应设有一个光源1，光源1发出的光线依次经过第一多功能定向复杂全息结构2、波导3以及第二多功能定向复杂全息结构4，且多个光源1发出的光线分别沿不同的方向射出拼接形成观看视角。

本发明实施例提供的大视场全息波导3近眼显示系统多个第一多功能定向复杂全息结构2按照设定规则排布于波导3的一侧，每个第一多功能定向复杂全息结构2对应设置的光源1发出的光线经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后经波导3全反射传输，经第二多功能定向复杂全息结构4衍射输出，多个光源1输出的光线出光方向不同并使多个方向输出的光线拼接在一起，形成了大的视角，实现大视场甚至是全视场的显示。

进一步地，本实施例中波导3可以采用透明的光学玻璃或透明的光学塑料制成。

进一步地，本实施例中多个第一多功能定向复杂全息结构2均贴附于波导3的一侧，且多个第一多功能定向复杂全息结构2沿波导3的宽度方向等间距排布。本实施例中的排布规则可以实现180度的视角。进一步地，本实施例中，第一多功能定向复杂全息结构2为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1位于波导3的同一侧。具体地，透射式的第一多功能定向复杂全息结构2可以通过两束平面波干涉方法得到的透射式平面全息光栅，根据光栅的基本理论，在记录过程中，得到的全息光栅的周期可以用以下公式表示：

式中，d为平面光栅的周期，θ_rec为两束平面波在介质中的夹角，λ_rec为记录的光波长。

当光照射入该第一多功能定向复杂全息结构2时，满足光栅的衍射方程，即：

d(nsinβ_ki+sinθ)＝kλ_i

式中，λ_i为第i个波长，d为该光栅结构的周期，k为衍射级次，n为波导3介质的折射率，β_ki为波导3中的第i波长的k级衍射角。

在制作该第一多功能定向复杂全息结构2时还需要对全息结构叠加一定角度，使得光线能够在波导3平面内按照预定方向传播，例如在上述的透射式平面光栅在波导3平面上旋转一定的角度实现为全息结构叠加角度。需要说明的是，第一多功能定向复杂全息结构2不限于上述结构，也可以是其他可以能够实现本发明中改变光线方向需求的其他全息结构，当然第一多功能定向复杂全息结构2也可以是反射式。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用透射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法，第二多功能定向复杂全息结构4的原理与第一多功能定向复杂全息结构2原理相同。

第一种方式工作原理如图2所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，视场角如图2所示。

第二种方式工作原理如图3所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图4所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，视场角如图4所示。

第四种方式工作原理如图5所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

实施例二

本实施例二与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例二公开的内容，本实施例二与实施例一的不同在于：本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1分别位于波导3的两侧。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用反射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法。

第一种方式工作原理如图6所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光透过波导3后经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，视场角如图2所示。

第二种方式工作原理如图7所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图8所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，视场角如图2所示。

第四种方式工作原理如图9所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

实施例三

本实施例三与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例三公开的内容，本实施例三与实施例一的不同在于：如图10所示，本实施例中波导3的一侧设有多个凸面透镜5，凸面透镜5的平面侧紧贴波导3，凸面透镜5的凸面上均阵列排布有多个第一多功能定向复杂全息结构2。本实施例中的排布规则可以实现180度的视角。进一步地，本实施例中，第一多功能定向复杂全息结构2为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1位于波导3的同一侧。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用透射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法。

第一种方式工作原理如图11所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图11所示的视场角。

第二种方式工作原理如图12所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图13所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图11所示的视场角。

第四种方式工作原理如图14所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

实施例四

本实施例四与实施例三相同的技术内容不重复描述，实施例三公开的内容也属于本实施例四公开的内容，本实施例四与实施例三的不同在于：本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1分别位于波导3的两侧。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用反射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法。

第一种方式工作原理如图15所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图15所示的视场角。

第二种方式工作原理如图16所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图17所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图17所示的视场角。

第四种方式工作原理如图18所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

实施例五

本实施例五与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例五公开的内容，本实施例五与实施例一的不同在于：如图19所示，本实施例中波导3的一侧设有多个抛物面凹腔，每个抛物面凹腔的表面均阵列排布有多个第一多功能定向复杂全息结构2。本实施例中的排布规则可以实现180度的视角。进一步地，本实施例中，第一多功能定向复杂全息结构2为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1位于波导3的同一侧。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用透射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法。

第一种方式工作原理如图20所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图20所示的视场角。

第二种方式工作原理如图21所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图22所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图22所示的视场角。

第四种方式工作原理如图23所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

实施例六

本实施例六与实施例五相同的技术内容不重复描述，实施例五公开的内容也属于本实施例六公开的内容，本实施例六与实施例五的不同在于：本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与光源1分别位于波导3的两侧。

本实施例中第一多功能定向复杂全息结构2采用反射式时可以根据第二多功能定向复杂全息结构4选择透射式或反射式而形成多种具体的实施方法。

第一种方式工作原理如图24所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图24所示的视场角。

第二种方式工作原理如图25所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第一种方式工作原理相同。

第三种方式工作原理如图26所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为透射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的同一侧，光源1发出的光经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后进入波导3发生全反射，传输到反射式的第二多功能定向复杂全息结构4时光线射出成像，每个光源1发出的光线出射时视角拼接形成如图26所示的视场角。

第四种方式工作原理如图27所示，第二多功能定向复杂全息结构4设置为反射式，第一多功能定向复杂全息结构2与第二多功能定向复杂全息结构4设置在波导3的两侧，工作原理与第三种方式工作原理相同。

综上所述，本发明实施例提供的大视场全息波导3近眼显示系统多个第一多功能定向复杂全息结构2按照设定规则排布于波导3的一侧，每个第一多功能定向复杂全息结构2对应设置的光源1发出的光线经第一多功能定向复杂全息结构2衍射后经波导3全反射传输，经第二多功能定向复杂全息结构4衍射输出，多个光源1输出的光线出光方向不同并使多个方向输出的光线拼接在一起，形成了大的视角，实现大视场甚至是全视场的显示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。