一种体全息光波导及其制作方法、彩色体全息光波导与流程

1.本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种体全息光波导及其制作方法、彩色体全息光波导。


背景技术：

2.在基于体全息光波导的增强现实(augmented reality，ar)近眼显示系统中，体全息光波导的视场角（field of view，fov）越大，能使画面变得更大，从而使用户能够获得沉浸式的体验，提升观看体验。另外减小光学系统（光机）的体积和重量对ar显示市场化应用至关重要。
3.为了减小光机体积及重量，通常采用二维扩瞳体全息光波导的方案，其光学衍射部分由三个光栅区域组成，包括耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，并且需要三个光栅均为反射式体全息光栅以增大视场角，同时可缩小光机体积以及增大眼盒（eyebox）。
4.目前，可以采用单棱镜耦合及单次曝光的方式，能同时在三个区域曝光得到耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，从而制得二维扩瞳体全息光波导。然而，在这种曝光方式下，会导致在材料表面不同方向上全反射的光也参与了所需光栅区域的曝光，这样导致了三个光栅区域都被记录了多种复杂的光栅结构，另外其中的转折光栅只能曝光为透射式体全息光栅，其较小的角度带宽将会限制最终观看图像的视场角，导致最终耦出光线的视场角变小。此外，多组复合光栅中，透射式体全息光栅与反射式体全息光栅由于对光波导内光线的衍射角度带宽不同，导致耦出的光线在眼盒区域内分布不均匀，造成人眼观察画面的亮度均匀性下降。


技术实现要素：

5.本发明实施例主要提供一种体全息光波导及其制作方法、彩色体全息光波导，该方法能够在制作体全息光波导时，使制得的体全息光波导的耦入光栅、耦出光栅和转折光栅均为单一的反射式体全息光栅，通过加持平板玻璃或制造玻璃空腔的方式，改变棱镜中多余光线的全反射位置，从而避免了所需光栅中多种复合光栅的混叠，以此提高体全息光波导的视场角和视场均匀性。
6.第一方面，本发明实施例采用的一个技术方案是提供一种体全息光波导的制作方法，包括：提供一全息干板、一棱镜和一平板玻璃；将所述全息干板的第一侧设于所述棱镜的第一面；将所述全息干板的第二侧设于所述平板玻璃的第一面；通过折射率匹配液将所述棱镜的第一面、所述全息干板以及所述平板玻璃进行贴合设置，或者，通过折射率匹配液在所述棱镜的第一面、所述全息干板和所述平板玻璃之间进行填充；通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。
7.在一些实施例中，所述通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光，包括：提供第三光束和第四光束；控制所述第三光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第三光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第一面至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面全反射至所述棱镜的第二面出射；控制所述第四光束入射至所述棱镜的第四面，使所述第四光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，并经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第五面出射；其中，在所述第四光束第一次经过所述全息干板时，所述第四光束与经所述平板玻璃反射后的所述第三光束在所述全息干板的第一区域上相干形成转折光栅，所述第四光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第一区域无重叠。
8.在一些实施例中，所述通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光，还包括：提供第一光束、第二光束、第五光束和第六光束；控制所述第一光束入射至所述棱镜的第五面，使所述第一光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，并经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第四面出射；控制所述第二光束通过所述平板玻璃入射至所述全息干板的第二侧，使所述第二光束透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第六面出射；其中，在所述第一光束第一次经过所述全息干板时，所述第一光束与所述第二光束在所述全息干板的第二区域上相干形成耦入光栅，所述第一光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第二区域无重叠；控制所述第六光束通过所述平板玻璃入射至所述全息干板的第二侧，使所述第六光束透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第六面出射；控制所述第五光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第五光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第一面至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射；其中，在所述第五光束第一次经过所述全息干板时，所述第五光束与所述第六光束在所述全息干板的第三区域上相干形成耦出光栅，所述第五光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第三区域无重叠。
9.在一些实施例中，所述棱镜包括异形棱镜。
10.在一些实施例中，所述棱镜、所述全息干板、所述平板玻璃和所述折射率匹配液的折射率误差小于或等于第一阈值。
11.在一些实施例中，所述制作方法还包括：对曝光后的全息干板进行切割。
12.第二方面，本发明实施例还提供一种体全息光波导，所述体全息光波导通过如第一方面任意一项所述的制作方法制作得到。
13.第三方面，本发明实施例还提供一种彩色体全息光波导，包括自下而上依次层叠设置的第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导，所述第一体全息光波
导、第二体全息光波导和第三体全息光波导中的至少一个体全息光波导为第二方面所述的体全息光波导。
14.第四方面，本发明实施例还提供另一种体全息光波导的制作方法，包括：提供一全息干板和一棱镜，所述棱镜内设有一空腔；将所述全息干板置于所述空腔；通过折射率匹配液对所述空腔进行填充；通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。
15.在一些实施例中，所述通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光，包括：提供第三光束和第四光束；控制所述第三光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第三光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射；控制所述第四光束入射至所述棱镜的第四面，使所述第四光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第五面出射；其中，在所述第四光束第一次经过所述全息干板时，所述第四光束与经所述棱镜的第一面反射后的所述第三光束在所述全息干板的第一区域上相干形成转折光栅，所述第四光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第一区域无重叠。
16.在一些实施例中，所述通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。，还包括：提供第一光束、第二光束、第五光束和第六光束；控制所述第一光束入射至所述棱镜的第五面，使所述第一光束经所述全息干板透射至所述棱镜的第一面，并经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第四面出射；控制所述第二光束入射至所述棱镜的第一面，使所述第二光束经所述全息干板和所述棱镜的第六面出射；其中，在所述第一光束第一次经过所述全息干板时，所述第一光束与所述第二光束在所述全息干板的第二区域上相干形成耦入光栅，所述第一光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第二区域无重叠；控制所述第六光束入射至所述棱镜的第一面，使所述第六光束经所述全息干板和所述棱镜的第六面出射；控制所述第五光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第五光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射；其中，在所述第五光束第一次经过所述全息干板时，所述第五光束与所述第六光束在所述全息干板的第三区域上相干形成耦出光栅，所述第五光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第三区域无重叠。
17.在一些实施例中，所述棱镜包括异形棱镜。
18.在一些实施例中，所述将所述全息干板置于所述空腔之后，所述制作方法还包括：将所述全息干板固定于靠近所述棱镜的第一面的一侧。
19.在一些实施例中，所述棱镜、所述全息干板和所述折射率匹配液的折射率误差小于或等于第一阈值。
20.在一些实施例中，所述制作方法还包括：对曝光后的全息干板进行切割。
21.第五方面，本发明实施例还提供一种体全息光波导，所述体全息光波导通过如第四方面任意一项所述的制作方法制作得到。
22.第六方面，本发明实施例还提供一种彩色体全息光波导，包括自下而上依次层叠设置的第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导，所述第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导中的至少一个体全息光波导为第五方面所述的体全息光波导。
23.本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种体全息光波导及其制作方法、彩色体全息光波导，该方法包括：提供一全息干板、一棱镜和一平板玻璃；将所述全息干板的第一侧设于所述棱镜的第一面；将所述全息干板的第二侧设于所述平板玻璃的第一面；通过折射率匹配液将所述棱镜的第一面、所述全息干板以及所述平板玻璃进行贴合设置，或者，通过折射率匹配液在所述棱镜的第一面、所述全息干板和所述平板玻璃之间进行填充；通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。该制作方法能在制作二维扩瞳体全息光波导时，通过多束激光对全息干板两两干涉，可以实现一次曝光制作二维扩瞳体全息光波导，且记录的光栅区域与其他反射光在全息干板上互相分离，彼此不发生混叠，避免由多束激光全反射造成的复合光栅在所需光栅区域记录，后续可通过几何切割的方式将需要的二维扩瞳体全息光波导切割分离，即可得到三个光栅区域均为单一光栅结构的二维扩瞳体全息光波导，且三个光栅均为反射式体全息光栅，简化了二维扩瞳体全息光波导制作工艺，同时增大视场角并提升视场亮度均匀性。
附图说明
24.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
25.图1是本发明实施例提供的一种全息干板被曝光时，全息干板处的光路示意图；图2是本发明实施例提供的一种体全息光波导的制作方法的流程示意图；图3是本发明实施例提供的一种体全息光波导的制作装置的局部结构示意图；图4是本发明实施例提供的一种玻璃腔体的结构示意图；图5是本发明实施例提供的另一种体全息光波导的制作装置的局部结构示意图；图6是图2中的步骤s15的部分流程示意图；图7是图3所示的结构处的光路示意图；图8是图2中的步骤s15的另一部分流程示意图；图9是本发明实施例提供的经曝光、显影、漂白后，在全息干板上形成的全息光栅的分布示意图；图10是本发明实施例提供的一种彩色体全息光波导的结构示意图；图11是本发明实施例提供的另一种体全息光波导的制作方法的流程示意图；图12是本发明实施例提供的再一种体全息光波导的制作装置的局部结构示意图；图13是图11中步骤s24的部分流程示意图；
图14是图12所示的结构处的光路示意图；图15是图11中步骤s24的另一部分流程示意图。
26.附图标记：k1、以全反射角入射光波导基底的平行光，k2、垂直入射光波导基底的平行光，k1'、k1的全反射光线，k2'、k2经棱镜的第二面的反射光线；10、棱镜，11、异形棱镜；20、全息干板，21、光波导基底，22、全息感光层；30、平板玻璃；41、侧壁玻璃；50、异形棱镜中的空腔；l1、第一光束，l2、第二光束，l3、第三光束，l4、第四光束，l5、第五光束，l6、第六光束；s1、第三光束和第四光束干涉形成的转折光栅，s1'、第三光束第一次透过全息干板时在全息干板上曝光的区域，s1"、第四光束被平板玻璃反射后经过全息干板时在全息干板上曝光的区域，s2、第一光束和第二光束干涉形成的耦入光栅，s2'、第一光束被平板玻璃全反射至全息干板时在全息干板上曝光的区域，s3、第五光束和第六光束干涉形成的耦出光栅，s3'、第五光束被平板玻璃全反射至全息干板时在全息干板上曝光的区域，110、第一体全息光波导，120、第二体全息光波导，130、第三体全息光波导。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
30.目前，在制作二维扩瞳体全息光波导时，可以采用单棱镜耦合光束及单次曝光的方式进行曝光，然而，在这种方式下制得的体全息光波导中，耦入光栅、转折光栅和耦出光栅都含有多种结构的复合光栅，这样，其中的转折光栅只能为透射式体全息光栅，由于透射式体全息光栅角度带宽窄，会最终限制视场角大小，复合光栅的形成也会影响视场亮度的均匀性。
31.另外，在这种曝光方式下，在同一个光栅区域记录到的多组光栅，请参阅图1，k1为以全反射角入射光波导基底21的平行光，k2为垂直入射光波导基底21的平行光，由图可看出k1光线在到达光波导基底21和全息感光层22的交界面时发生了全反射，全反射光线为k1'；k2透射过光波导基底21后在到达棱镜10的第二面时，一部分光线会被棱镜10的第二面反射至全息干板20的曝光区域，这部分光线为k2'。
32.可以理解的是，这4组光线会在全息干板20的曝光区域互相干涉，分别为k1-k1'、k1-k2、k1-k2'、k1'-k2、k1'-k2'、k2-k2'，其中，k1-k1'代表光线k1和光线k1'互相干涉，这
样会导致全息干板20的曝光区域在曝光时会记录到上述六组光线干涉形成的六组光栅，这六组光栅包含反射式光栅和透射式光栅，由于透射式光栅的角度带宽很窄，导致后续制成的体全息光波导在成像显示时、画面会出现亮度不均匀的问题，影响体全息光波导的显示效果。
33.对此，本发明实施例提供一种体全息光波导及其制作方法，该制作方法制得的二维扩瞳体全息光波导的耦入光栅、耦出光栅和转折光栅均为单一式的反射式体全息光栅，通过平板玻璃的夹持方式，在全息干板上记录的光栅区域与其他全反射光的区域在全息干板上互相分离，彼此不发生串扰，从而避免复合光栅被记录，通过几何裁剪的方式即可得到所需二维扩瞳体全息光波导，从而可提高体全息光波导的视场角和视场均匀性。
34.第一方面，本发明实施例提供一种体全息光波导的制作方法，请参阅图2，该制作方法包括如下步骤s11至s15。
35.步骤s11：提供一全息干板、一棱镜和一平板玻璃。
36.请参阅图1，全息干板20包括光波导基底21和设置（例如，通过涂敷设置）在光波导基底21表面的全息感光层22。其中，光波导基底21的材料可以是透明的玻璃或树脂；全息感光层22可为全息感光乳胶层，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。示例性的，银盐可为卤化银（agx,x为f、cl、br或i）。棱镜10包括但不限于三角棱镜或异形棱镜等，该棱镜10可用于在制作体全息光波导时，对至少两束光束进行耦合，在下面的描述中选用异形棱镜作为棱镜10进行描述本发明提供的制作方法，实际应用中不做限定。平板玻璃也称白片玻璃或净片玻璃。
37.步骤s12：将所述全息干板的第一侧设于所述棱镜的第一面。
38.步骤s13：将所述全息干板的第二侧设于所述平板玻璃的第一面。
39.步骤s14：通过折射率匹配液将所述棱镜的第一面、所述全息干板以及所述平板玻璃进行贴合设置，或者，通过折射率匹配液在所述棱镜的第一面、所述全息干板和所述平板玻璃之间进行填充。
40.具体的，请参阅图1、图3，通过折射率匹配液将全息干板20的第一侧贴合设置在异形棱镜11的第一面，以及通过折射率匹配液将全息干板20的第二侧贴合设置在平板玻璃30的第一面。应当理解的是，通常以光波导基底21所在的一侧为全息干板20的第一侧，以全息感光层22所在的一侧为全息干板20的第二侧。
41.或者，请参阅图4，提供一玻璃腔体，该玻璃腔体由三个侧壁玻璃41和一个平板玻璃30构成，然后，将三个侧壁玻璃41围成的空缺面与异形棱镜11的第一面贴合设置，然后，请结合参阅图4和图5，将全息干板20设于该玻璃腔体内，接着，通过向两个侧壁玻璃41与平板玻璃30围成的空缺面（或玻璃腔体）注射折射率匹配液，使全息干板20的第二侧贴设于平板玻璃30的第一面。进一步的，在贴合过程中，可以在全息干板20的第一侧和平板玻璃30的第二面处贴设磁条，将贴设有磁条的全息干板20放置在该玻璃腔体；然后，对该玻璃腔体进行填充折射率匹配液；最后，在平板玻璃30的第二面处通过磁铁吸引磁条，最终可使全息干板20固定在平板玻璃30的第一面。
42.步骤s15：通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。
43.具体的，可以采用一次性曝光的方式同时对全息干板20的三个区域进行曝光，从
而同时制得具备耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的二维扩瞳体全息光波导，或者，采用三次曝光的方式依次对全息干板20的三个区域进行曝光，从而依次在全息干板20上制得耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，最终同样可得到二维扩瞳体全息光波导。实际应用中，转折光栅可以根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。
44.在该制作方法中，通过采用异形棱镜11与平板玻璃30夹持全息干板20，或者，将全息干板20置于玻璃腔体中，然后，再对其进行曝光，一方面可以通过设计光路的走向对全息干板20的三个区域同时曝光，从而可以制得耦入光栅、转折光栅和耦出光栅均为反射式体全息光栅的二维扩瞳体全息光波导；并且多束激光在对全息干板20曝光时，可以通过平面玻璃30让光线全反射至全息干板20处的区域与所需的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的区域互相分离，能够保证所需光栅为所需光束曝光形成的单频光栅，且均为反射式体全息光栅，使制得的二维扩瞳体全息光波导用于显示时，提高视场大小和视场亮度均匀性，从而提高体全息光波导的显示效果。
45.具体的，在其中一些实施例中，请参阅图6，所述步骤s15可包括如下步骤s151至s153。
46.步骤s151：提供第三光束和第四光束。
47.步骤s152：控制所述第三光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第三光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第一面至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面全反射至所述棱镜的第二面出射。
48.步骤s153：控制所述第四光束入射至所述棱镜的第四面，使所述第四光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，并经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第五面出射；其中，在所述第四光束第一次经过所述全息干板时，所述第四光束与经所述平板玻璃反射后的所述第三光束在所述全息干板的第一区域上相干形成转折光栅，所述第四光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第一区域无重叠。
49.可以理解的是，第三光束l3和第四光束l4是由同一激光分束得到。
50.具体的，请结合参阅图3和图7，第三光束l3从异形棱镜11的第二面入射至异形棱镜11后，透过异形棱镜11的第一面和全息干板20入射至平板玻璃30，在平板玻璃30上发生全反射；然后，第三光束l3被平板玻璃30全反射至全息干板20的第二侧，并通过全息干板20和异形棱镜11的第一面透射至异形棱镜11的第三面；最后，经异形棱镜11的第三面全反射至异形棱镜11的第二面出射。
51.同时，第四光束l4从异形棱镜11的第四面入射至异形棱镜11后，直接从异形棱镜11的第一面出射至全息干板20的第一侧，并透过全息干板20到达平板玻璃30；然后，被平板玻璃30全反射后，再次透过全息干板20、异形棱镜11的第一面和异形棱镜11的第五面出射。
52.这样，在第四光束l4第一次经过全息干板20时，第四光束l4与经平板玻璃30反射后的第三光束l3在全息干板20的第一区域上相干形成转折光栅，并且保证第四光束l4经平板玻璃30全反射至全息干板20的区域与转折光栅所在的第一区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域。通过以上方式，采用单棱镜耦合曝光制作二维扩瞳体全息光波导时，能在全息干板20的第一区域上曝光形成反射式体全息光栅，即使制得的体全息光波导的转折光
栅为反射式体全息光栅；相比于转折光栅为透射式体全息光栅的体全息光波导，反射式体全息光栅通常具有更高的衍射效率和更大的角度带宽，因此，本实施例制成的体全息光波导，能提高体全息光波导显示时的视场角。另外，通过以上方式，曝光转折光栅时仅有第三光束l3和第四光束l4一次干涉形成，第三光束l3和第四光束l4干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，从而可以避免复合光栅的记录，可提高视场角大小与视场亮度均匀性。
53.在其中一些实施例中，请参阅图8，所述步骤s15还可包括如下步骤s154至s158。
54.步骤s154：提供第一光束、第二光束、第五光束和第六光束。
55.步骤s155：控制所述第一光束入射至所述棱镜的第五面，使所述第一光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，并经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第四面出射。
56.步骤s156：控制所述第二光束通过所述平板玻璃入射至所述全息干板的第二侧，使所述第二光束透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第六面出射；其中，在所述第一光束第一次经过所述全息干板时，所述第一光束与所述第二光束在所述全息干板的第二区域上相干形成耦入光栅，所述第一光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第二区域无重叠。
57.步骤s157：控制所述第六光束通过所述平板玻璃入射至所述全息干板的第二侧，使所述第六光束透过所述全息干板、所述棱镜的第一面和所述棱镜的第六面出射。
58.步骤s158：控制所述第五光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第五光束经所述棱镜的第一面和所述全息干板透射至所述平板玻璃，经所述平板玻璃全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第一面至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射；其中，在所述第五光束第一次经过所述全息干板时，所述第五光束与所述第六光束在所述全息干板的第三区域上相干形成耦出光栅，所述第五光束经所述平板玻璃全反射至所述全息干板的区域与所述第三区域无重叠。
59.可以理解的是，第三光束l3、第四光束l4、第一光束l1、第二光束l2、第五光束l5和第六光束l6是由同一激光分束得到。
60.具体的，请结合参阅图3和图7，第一光束l1通过异形棱镜11的第五面入射至异形棱镜11，然后，第一光束l1透过异形棱镜11的第一面和全息干板20至平板玻璃30，最后被平板玻璃30全反射后，透过全息干板20、异形棱镜11的第一面和异形棱镜11的第四面出射。
61.第二光束l2通过平板玻璃30入射至全息干板20，并透过全息干板20、异形棱镜11的第一面和异形棱镜11的第六面出射。
62.第六光束l6通过平板玻璃30入射至全息干板20，并透过全息干板20、异形棱镜11的第一面和异形棱镜11的第六面出射。
63.第五光束l5通过异形棱镜11的第二面入射至异形棱镜11，然后，第五光束l5透过异形棱镜11的第一面和全息干板20到达平板玻璃30，最后被平板玻璃30全反射后、透过全息干板20、异形棱镜11的第一面到达异形棱镜11的第三面，最后被异形棱镜11的第三面反射至异形棱镜11的第二面出射。
64.其中，在第一光束l1第一次经过全息干板20时，第一光束l1与第二光束l2在全息干板20的第二区域上相干形成耦入光栅，第一光束l1经平板玻璃30全反射至全息干板20的
区域与耦入光栅所在的第二区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域；第五光束l5第一次经过全息干板20时，第五光束l5与第六光束l6在全息干板20的第三区域上相干形成耦出光栅，第五光束l5经平板玻璃30全反射至全息干板20的区域与耦出光栅所在的第三区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域。
65.通过以上方式，在曝光完成后，全息干板20即可转变形成具有耦入光栅、耦出光栅和转折光栅的二维扩瞳体全息光波导。耦入光栅曝光时仅有第一光束l1和第二光束l2一次干涉形成，第一光束l1和第二光束l2干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，同时，耦出光栅曝光时仅有第五光束l5和第六光束l6一次干涉形成，第五光束l5和第六光束l6干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，这样，可以避免复合光栅的记录，从而提高视场角大小与视场亮度均匀性。
66.其中，耦入光栅用于将带有图像信息的图像光线耦入至体全息光波导内，并使所述图像光线朝向转折光栅进行全反射传播；转折光栅用于接收并衍射经耦入光栅耦入的图像光线，使部分图像光线转向朝耦出光栅全反射传播、部分图像光线继续朝原方向进行传播；耦出光栅用于将图像光线从体全息光波导中耦出，最后传至人眼。
67.可见，该制作方法可以在全息干板20上同时曝光三个区域，使全息干板20具有三个区域的光栅结构，操作简单、制作效率高、成本低且良率高。并且制得的体全息光波导衍射效率高，应用于近眼显示设备中，可以实现显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积。另外，三个区域的光栅结构仅由两束光干涉得到，不会记录到其他的复合光栅，从而可以提高视场角大小和视场亮度均匀性。
68.为了保证光线经过各介质时不发生明显偏转，在其中一些实施例中，棱镜、全息干板、平板玻璃和折射率匹配液的折射率误差小于或等于第一阈值。其中，第一阈值可以为0、2%或者其他一切合适的误差范围，实际应用中可以根据需要进行设置，在此不做限定。
69.在其中一些实施例中，所述制作方法还包括：对曝光后的全息干板进行切割。
70.具体的，以银盐干板为例，当全息干板的尺寸较大时，通过上述方法进行曝光的全息干板，经过显影、漂白等冲洗后会在全息干板上形成7个光栅区域。请结合参阅图7和图9，其中，s1为第三光束l3和第四光束l4干涉形成的转折光栅；s2为第一光束l1和第二光束l2干涉形成的耦入光栅；s3为第五光束l5和第六光束l6干涉形成的耦出光栅；s2'为第一光束l1被平板玻璃30全反射至全息干板20时、在全息干板上曝光的区域；s3'为第五光束l5被平板玻璃30全反射至全息干板20时、在全息干板上曝光的区域；s1'为第三光束l3第一次透过全息干板20时、在全息干板20上曝光的区域；s1"为第四光束l4被平板玻璃30反射后、经过全息干板20时，在全息干板20上曝光的区域。可以理解的是，s1、s1'和s1"之间的面积相等，s2和s2'之间的面积相等，s3和s3'之间的面积相等，为了保证光栅之间互相不受重叠干扰，需要在光路搭建时，保持其相互的中心之间的距离一致，即s1的中心至s1'的中心的距离、s1的中心至s1"的中心的距离、s2的中心至s2'的中心的距离、以及s3的中心和s3'的中心的距离相等；最后，如图9所示，将全息干板沿虚像框裁剪开，即可得到完整的二维扩瞳体全息光波导。
71.第二方面，本发明实施例还提供一种体全息光波导，所述体全息光波导通过如上述第一方面任意一项所述的制作方法制作得到。该体全息光波导中的耦入光栅、耦出光栅和转折光栅均为反射式全息光栅，能够提高体全息光波导显示时的视场角和视场均匀性。
72.第三方面，本发明实施例还提供一种彩色体全息光波导，包括自下而上依次层叠设置的第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导，所述第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导中的至少一个体全息光波导为第二方面所述的体全息光波导。该彩色体全息光波导中至少有一个体全息光波导中的耦入光栅、耦出光栅和转折光栅均为反射式全息光栅，能够提高体全息光波导显示时的视场角和视场均匀性。
73.示例性的，请参阅图10，为了实现彩色显示，可使用第一方面实施例所述的体全息波导的制作方法，分别采用红色激光曝光制作得到第一体全息光波导、采用绿色激光曝光制作得到第二体全息光波导、以及采用蓝色激光曝光制作得到第三体全息光波导，然后，将第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导进行层叠得到彩色体全息光波导，该彩色体全息光波导为彩色二维扩瞳体全息光波导，可以用于彩色显示。实际应用中，可以根据实际需要选取合适波长的激光进行曝光制作体全息光波导，在此不需拘泥于本实施例中的限定。
74.第四方面，本发明实施例还提供一种体全息光波导的制作方法，请参阅图11，该制作方法包括如下步骤s21至s24。
75.步骤s21：提供一全息干板和一棱镜，所述棱镜内设有一空腔。
76.步骤s22：将所述全息干板置于所述空腔。
77.步骤s23：通过折射率匹配液对所述空腔进行填充。
78.步骤s24：通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。
79.全息干板、棱镜的具体设置及作用同本发明第一方面的实施例所述，在此不再赘述。
80.与本发明第一方面的实施例不同的是，本实施例提供的棱镜中内设有一空腔，如可将异形棱镜11的其中一部分凿空，如图12中的竖条纹阴影所示。然后，将全息干板20置于该空腔50中，并通过折射率匹配液将该空腔50填充，使全息干板20的第二侧贴设于空腔50中靠近异形棱镜11的第一面的一侧；最后，对该全息干板20进行曝光。
81.通过上述方式，一方面可以通过设计光路的走向对全息干板20的三个区域同时曝光，从而可以制得耦入光栅、转折光栅和耦出光栅均为反射式全息光栅的二维扩瞳体全息光波导；并且多束激光在对全息干板20曝光时，可以通过异形棱镜11的第一面后全反射回全息干板20处的区域与所需的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅的区域互相分离，能够保证所需光栅与其他反射光不重叠，使制得的二维扩瞳体全息光波导在进行显示时，提高视场大小和视场亮度均匀性，从而提高体全息光波导的显示效果。
82.在其中一些实施例中，所述步骤s23之后，所述制作方法还可包括步骤s231：将所述全息干板固定于靠近所述棱镜的第一面的一侧。
83.示例性的，利用磁条将所述全息干板固定于靠近所述棱镜的第一面的一侧；如此可使全息干板的第二侧贴设于空腔中靠近棱镜的第一面的一侧。
84.具体的，继续参阅图12，可在全息干板20的第一侧和异形棱镜11的第一面贴设磁条后，将贴设有磁条的全息干板20放置在该空腔50；然后，对该空腔50进行填充折射率匹配液；最后，在异形棱镜11的第一面处通过磁铁吸引磁条，最终可使全息干板20固定在空腔50中靠近异形棱镜11的第一面的一侧。
85.为了保证光线经过各介质时不发生明显偏转，在其中一些实施例中，棱镜、全息干
板和折射率匹配液的折射率误差小于或等于第一阈值。其中，第一阈值可以为0、2%或者其他一切合适的误差范围，实际应用中可以根据需要进行设置，在此不做限定。
86.在其中一些实施例中，请参阅图13，所述步骤s24包括如下步骤s241至s243。
87.步骤s241：提供第三光束和第四光束。
88.步骤s242：控制所述第三光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第三光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射。
89.步骤s243：控制所述第四光束入射至所述棱镜的第四面，使所述第四光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第五面出射；其中，在所述第四光束第一次经过所述全息干板时，所述第四光束与经所述棱镜的第一面反射后的所述第三光束在所述全息干板的第一区域上相干形成转折光栅，所述第四光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第一区域无重叠。
90.可以理解的是，第三光束l3和第四光束l4是由同一激光分束得到。
91.具体的，请结合参阅图12和图14，第三光束l3从异形棱镜11的第二面入射至异形棱镜11后，透过空腔50内的折射率匹配液和全息干板20到达异形棱镜11的第一面；然后，第三光束l3被异形棱镜11的第一面全反射至全息干板20，并通过全息干板20、空腔50内的折射率匹配液透射至异形棱镜11的第三面；最后，经异形棱镜11的第三面全反射至异形棱镜11的第二面出射。
92.同时，第四光束l4从异形棱镜11的第四面入射至异形棱镜11后，透过空腔50内的折射率匹配液和全息干板20到达异形棱镜11的第一面；然后，被异形棱镜11的第一面全反射后，透过全息干板20和异形棱镜11的第五面出射。
93.这样，在全息干板20的第一区域上，第四光束l4与经异形棱镜11的第一面反射后的第三光束l3相干形成转折光栅，并且保证第四光束l4经异形棱镜11的第一面全反射至全息干板20的区域与转折光栅所在的第一区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域。通过以上方式，采用单棱镜耦合曝光制作二维扩瞳体全息光波导时，能在全息干板20的第一区域上曝光形成反射式体全息光栅，使制得的体全息光波导的转折光栅为反射式体全息光栅；相比于转折光栅为透射式体全息光栅的体全息光波导，反射式体全息光栅通常具有更大的角度带宽，因此，本实施例制成的体全息光波导，能提高体全息光波导显示时的视场角。另外，通过以上方式，曝光转折光栅时仅有第三光束l3和第四光束l4一次干涉形成，第三光束l3和第四光束l4干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，从而可以避免复合光栅的记录，可提高视场角大小与视场亮度均匀性。
94.在其中一些实施例中，请参阅图15，所述步骤s24还包括如下步骤s244至s248。
95.步骤s244：提供第一光束、第二光束、第五光束和第六光束。
96.步骤s245：控制所述第一光束入射至所述棱镜的第五面，使所述第一光束经所述全息干板透射至所述棱镜的第一面，并经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板和所述棱镜的第四面出射。
97.步骤s246：控制所述第二光束入射至所述棱镜的第一面，使所述第二光束经所述全息干板和所述棱镜的第六面出射；其中，在所述第一光束第一次经过所述全息干板时，所
述第一光束与所述第二光束在所述全息干板的第二区域上相干形成耦入光栅，所述第一光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第二区域无重叠。
98.步骤s247：控制所述第六光束入射至所述棱镜的第一面，使所述第六光束经所述全息干板和所述棱镜的第六面出射。
99.步骤s248：控制所述第五光束入射至所述棱镜的第二面，使所述第五光束透过所述全息干板至所述棱镜的第一面，经所述棱镜的第一面全反射后，透过所述全息干板至所述棱镜的第三面，并经所述棱镜的第三面反射至所述棱镜的第二面出射；其中，在所述第五光束第一次经过所述全息干板时，所述第五光束与所述第六光束在所述全息干板的第三区域上相干形成耦出光栅，所述第五光束经所述棱镜的第一面全反射至所述全息干板的区域与所述第三区域无重叠。
100.可以理解的是，第三光束l1、第四光束l2、第一光束l3、第二光束l4、第五光束l5和第六光束l6是由同一激光分束得到。
101.具体的，请结合参阅图12和图14，第一光束l1通过异形棱镜11的第五面入射至异形棱镜11，然后，第一光束l1透过空腔50内的折射率匹配液和全息干板20到达异形棱镜11的第一面，最后被异形棱镜11的第一面全反射后、透过全息干板20、空腔50内的折射率匹配液和异形棱镜11的第四面出射。
102.第二光束l2通过异形棱镜11的第一面入射至全息干板20，并透过全息干板20、空腔50内的折射率匹配液和异形棱镜11的第六面出射。
103.第六光束l6通过异形棱镜11的第一面入射至全息干板20，并透过全息干板20、空腔50内的折射率匹配液和异形棱镜11的第六面出射。
104.第五光束l5通过异形棱镜11的第二面入射至异形棱镜11，然后，第五光束l5透过空腔50内的折射率匹配液和全息干板20到达异形棱镜11的第一面，然后被异形棱镜11的第一面全反射后、透过全息干板20、空腔50内的折射率匹配液到达异形棱镜11的第三面，最后被异形棱镜11的第三面反射至异形棱镜11的第二面出射。
105.其中，在第一光束l1第一次经过全息干板20时，第一光束l1与第二光束l2在全息干板20的第二区域上相干形成耦入光栅，第一光束l1经异形棱镜11的第一面全反射至全息干板20的区域与耦入光栅所在的第二区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域；在第五光束l5第一次经过全息干板20时，第五光束l5与第六光束l6在全息干板20的第三区域上相干形成耦出光栅，第五光束l5经异形棱镜11的第一面全反射至全息干板20的区域与耦出光栅所在的第三区域在几何位置上互相分离，即没有重叠区域。
106.通过以上方式，在曝光完成后，全息干板20即可转变形成具有耦入光栅、耦出光栅和转折光栅的二维扩瞳体全息光波导。耦入光栅曝光时仅有第一光束l1和第二光束l2一次干涉形成，第一光束l1和第二光束l2干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，同时，耦出光栅曝光时仅有第五光束l5和第六光束l6一次干涉形成，第五光束l5和第六光束l6干涉完成后均从异形棱镜11出射，而不会再参与光栅的曝光，这样，可以避免复合光栅的记录，从而提高视场角大小与视场亮度均匀性。
107.可见，该制作方法可以在全息干板20上同时曝光三个区域，使全息光栅具有三个区域的光栅结构，操作简单、制作效率高、成本低且良率高。并且制得的体全息光波导应用于近眼显示设备中，可以实现显著提升视场角和眼动范围的同时缩小光机体积。另外，三个
区域的光栅结构仅由两束光干涉得到，不会记录到其他的复合光栅，从而可以提高视场角大小和视场亮度均匀性。
108.在其中一些实施例中，所述制作方法还包括：对曝光后的全息干板进行切割。该步骤同本发明第一方面的实施例所述，在此不再赘述。
109.第五方面，本发明实施例还提供一种体全息光波导，所述体全息光波导通过如第四方面任意一项所述的制作方法制作得到。该体全息光波导中的耦入光栅、转折光栅和耦出光栅均为单一的反射式全息光栅，能够提高体全息光波导显示时的视场角和视场均匀性。
110.第六方面，本发明实施例还提供一种彩色体全息光波导，包括自下而上依次层叠设置的第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导，所述第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导中的至少一个体全息光波导为第五方面所述的体全息光波导。该彩色体全息光波导中至少有一个体全息光波导中的耦入光栅、耦出光栅和转折光栅均为反射式全息光栅，能够提高体全息光波导显示时的视场角和视场均匀性。
111.示例性的，请参阅图10，为了实现彩色显示，可使用第四方面实施例所述的体全息波导的制作方法，分别采用红色激光曝光制作得到第一体全息光波导、采用绿色激光曝光制作得到第二体全息光波导、以及采用蓝色激光曝光制作得到第三体全息光波导，然后，将第一体全息光波导、第二体全息光波导和第三体全息光波导进行层叠得到彩色体全息光波导，该彩色体全息光波导为彩色二维扩瞳体全息光波导，可以用于彩色显示。实际应用中，可以根据实际需要选取合适波长的激光进行曝光制作体全息光波导，在此不需拘泥于本实施例中的限定。
112.综上，本发明实施例提供一种体全息光波导及其制作方法、彩色体全息光波导，该方法包括：提供一全息干板、一棱镜和一平板玻璃；将所述全息干板的第一侧设于所述棱镜的第一面；将所述全息干板的第二侧设于所述平板玻璃的第一面；通过折射率匹配液将所述棱镜的第一面、所述全息干板以及所述平板玻璃进行贴合设置，或者，通过折射率匹配液在所述棱镜的第一面、所述全息干板和所述平板玻璃之间进行填充；通过多束激光对所述全息干板进行一次曝光。该制作方法能在制作二维扩瞳体全息光波导时，通过多束激光对全息干板两两干涉，可以实现一次曝光制作二维扩瞳体全息光波导，且记录的光栅区域与其他反射光在全息干板上互相分离，彼此不发生混叠，避免由多束激光全反射造成的复合光栅在所需光栅区域记录，后续可通过几何切割的方式将需要的二维扩瞳体全息光波导切割分离，即可得到三个光栅区域均为单一光栅结构的二维扩瞳体全息光波导，且三个光栅均为反射式体全息光栅，简化了二维扩瞳体全息光波导制作工艺，同时增大视场角并提升视场亮度均匀性。
113.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
114.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；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没
有在细节中提供；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范围。