一種消色差光柵、消色差方法及近眼顯示系統(tǒng)與流程
本發(fā)明涉及近眼顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消色差光柵、消色差方法及近眼顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在全息波導(dǎo)近眼顯示系統(tǒng)中，成像光束在被全息光學(xué)元件耦合輸入輸出光波導(dǎo)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的色差，導(dǎo)致人眼處觀察得到的圖像色彩模糊和顏色失真。
現(xiàn)有技術(shù)中解決全息近眼波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的色差問(wèn)題的方法主要有全敏材料曝光記錄，三次曝光消色差以及組合光柵。
基于全敏材料曝光記錄的體全息光學(xué)元件，是通過(guò)在全敏材料薄膜上分別用紅光、綠光和藍(lán)光三色曝光，然后經(jīng)過(guò)顯影和定影等后續(xù)處理，形成具有消色差功能的體全息光柵。紅光曝光時(shí)的參考光角度、信號(hào)光角度，均與藍(lán)光、綠光曝光時(shí)的參考光角度，信號(hào)光角度相同。
基于三次曝光消色差的體全息光學(xué)元件，是在單色敏感的材料上通過(guò)三次改變記錄時(shí)的參考光角度和信號(hào)光角度曝光，形成具有消色差功能的體全息復(fù)用光柵。每次曝光時(shí)的參考角度和信號(hào)光分別針對(duì)一種波長(zhǎng)。
基于組合光柵方法的耦合輸入輸出元件，是通過(guò)三層全息光學(xué)元件重疊，每一層體全息光學(xué)元件分別調(diào)制一種單色光，形成具有消色差功能的耦合輸入輸出元件。
基于全敏材料曝光記錄的體全息光學(xué)元件在制造過(guò)程中常用的全敏銀鹽材料的在漂白之后光透過(guò)率不高，最高衍射效率也不高，不能滿足近眼波導(dǎo)顯示的要求。
基于三次曝光消色差的體全息光學(xué)元件采用三次曝光的方式使得系統(tǒng)衍射效率較低。
基于組合光柵的方法通過(guò)三層全息光學(xué)元件重疊，形成具有消色差功能的體全息光柵。但是組合光柵的制造工藝復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的是提供一種消色差光柵、消色差方法及近眼顯示系統(tǒng)。用于解決在近眼顯示系統(tǒng)中，成像光束在被耦合輸入、輸出光波導(dǎo)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生色差，導(dǎo)致人眼處觀察得到的圖像色彩模糊和顏色失真的問(wèn)題。
(二)技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，一方面，本發(fā)明提供一種消色差光柵，包括：
針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵；
所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面。
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的周期與所述紅光的波長(zhǎng)的比值、所述第二浮雕光柵的周期與所述綠光的波長(zhǎng)的比值和所述第三浮雕光柵的周期與所述藍(lán)光的波長(zhǎng)的比值均小于2。
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的占空比、所述第二浮雕光柵的占空比和所述第三浮雕光柵的占空比均小于0.5。
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的深寬比、所述第二浮雕光柵的深寬比和所述第三浮雕光柵的深寬比均小于0.5。
另一方面，本發(fā)明提供一種消色差方法，包括：
確定分別針對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光的第一浮雕光柵、第二浮雕光柵和第三浮雕光柵的光柵參數(shù)，分析各個(gè)光柵參數(shù)之間的關(guān)系，得出光柵效率最高的一組光柵參數(shù)組合；
計(jì)算所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的共同周期，根據(jù)所述共同周期建立模型進(jìn)行數(shù)值仿真，分析并判斷所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材導(dǎo)表面后形成的消色差光柵的串?dāng)_是否滿足人眼的觀看要求；其中，所述消色差光柵為上述消色差光柵；
若判斷獲知不滿足人眼的觀看要求，則修改所述光柵參數(shù)和所述模型，再次進(jìn)行數(shù)值仿真，直到串?dāng)_小于人眼的觀看要求。
進(jìn)一步地，所述各個(gè)光柵參數(shù)之間的關(guān)系具體為：
其中，ηteri為te光衍射的第i個(gè)反射級(jí)次的衍射效率，ηtmri為tm光衍射的第i個(gè)反射級(jí)次的衍射效率，ηteti為te光衍射的第i個(gè)透射級(jí)次的衍射效率，ηtmti為tm光衍射的第i個(gè)透射級(jí)次的衍射效率，ri為第i級(jí)次反射光的振幅，
再一方面，本發(fā)明提供一種近眼顯示系統(tǒng)，包括：
微顯示器，用于發(fā)出輸入信號(hào)光；
輸入光柵，用于將所述輸入信號(hào)光調(diào)制輸入到光波導(dǎo)，形成調(diào)制信號(hào)光；
光波導(dǎo)，用于傳輸所述調(diào)制信號(hào)光；
輸出光柵，用于將所述調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)中調(diào)制輸出；
其中，所述輸入光柵和所述輸出光柵均為上所述消色差光柵，所述輸入光柵和所述輸出光柵的結(jié)構(gòu)相同。
進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括：
中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，用于將所述輸入信號(hào)光放大準(zhǔn)直。
進(jìn)一步地，所述輸入光柵為透射式光柵或反射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵或反射式光柵。
(三)有益效果
本發(fā)明提供的消色差光柵、消色差方法及近眼顯示系統(tǒng)，基于嚴(yán)格耦合波理論分析和數(shù)值模擬，確定消色差光柵的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。將針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面形成所述消色差光柵，所述近眼顯示系統(tǒng)采用所述消色差光柵作為輸入、輸出耦合光學(xué)元件，通過(guò)輸入、輸出耦合光學(xué)元件的調(diào)制和波導(dǎo)全反射傳輸，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的無(wú)色差顯示，同時(shí)減低了光柵制作工藝的復(fù)雜度，降低了光波導(dǎo)的重量，縮小了近眼顯示系統(tǒng)的體積。
附圖說(shuō)明
圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差光柵的仿真結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差光柵仿真結(jié)構(gòu)的局部放大圖；
圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差方法流程圖；
圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例的紅光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例的綠光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例的藍(lán)光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例的紅光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖8為依照本發(fā)明實(shí)施例的綠光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖9為依照本發(fā)明實(shí)施例的藍(lán)光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布；
圖10為依照本發(fā)明實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為依照本發(fā)明再一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖13為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖15為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖16為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖17為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1：
圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差光柵的仿真結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種消色差光柵，包括：
針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵；
所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面。
具體的，所述消色差光柵包括針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵，是通過(guò)光刻技術(shù)在同一光波導(dǎo)表面直接刻蝕而成，首先，在光波導(dǎo)表面刻蝕針對(duì)紅光的第一浮雕光柵，接著刻蝕針對(duì)綠光的第二浮雕光柵，然后再刻蝕針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵，所以所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵、所述第三浮雕光柵和所述光波導(dǎo)的材料相同。其中，圖中的箭頭方向?yàn)楣獠ㄈ肷浞较颉?/p>
需要說(shuō)明的是，上述示例性方法中首先，在光波導(dǎo)表面刻蝕針對(duì)紅光的第一浮雕光柵，接著刻蝕針對(duì)綠光的第二浮雕光柵，然后再刻蝕針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵，而在實(shí)際應(yīng)用中不限于此，先后順序可以視情況而定。
另外需要說(shuō)明的是，上述示例性方法中是在同一光波導(dǎo)表面直接刻蝕三個(gè)浮雕光柵，而在實(shí)際應(yīng)用中不限于此，可以首先在所述光波導(dǎo)表面涂一層基材，然后在所述基材上再刻蝕三個(gè)浮雕光柵。具體采取上述兩種方案中的哪一種，可以視情況而定。
圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差光柵仿真結(jié)構(gòu)的局部放大圖；如圖2所示，首先，在光波導(dǎo)5表面刻蝕針對(duì)紅光的第一浮雕光柵1，接著刻蝕針對(duì)綠光的第二浮雕光柵2，然后再刻蝕針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵3，形成所述消色差光柵，其中，所述消色差光柵外部為氣體介質(zhì)4。
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的周期與所述紅光的波長(zhǎng)的比值、所述第二浮雕光柵的周期與所述綠光的波長(zhǎng)的比值和所述第三浮雕光柵的周期與所述藍(lán)光的波長(zhǎng)的比值均小于2。
具體為，表1為te偏振入射情況下紅、綠、藍(lán)三色光最大衍射效率理論值，表中的r代表紅光，g代表綠光，b代表藍(lán)光，從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，所述第一浮雕光柵的周期與所述紅光的波長(zhǎng)的比值為0.948，所述第二浮雕光柵的周期與所述綠光的波長(zhǎng)的比值為0.951，所述第三浮雕光柵的周期與所述藍(lán)光的波長(zhǎng)的比值為0.948。當(dāng)所述第一浮雕光柵的周期與所述紅光的波長(zhǎng)的比值、所述第二浮雕光柵的周期與所述綠光的波長(zhǎng)的比值和所述第三浮雕光柵的周期與所述藍(lán)光的波長(zhǎng)的比值均為0.94-0.96，并且所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的其他參數(shù)滿足表1中的數(shù)據(jù)時(shí)，紅、綠、藍(lán)三色光的±1級(jí)的衍射效率都高于47％，且其0級(jí)衍射效率基本為0。
表1te偏振入射情況下紅、綠、藍(lán)三色光最大衍射效率理論值
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的占空比、所述第二浮雕光柵的占空比和所述第三浮雕光柵的占空比均小于0.5。
具體的，從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，所述第一浮雕光柵的占空比為0.312203，所述第二浮雕光柵的占空比為0.313658，所述第三浮雕光柵的占空比為0.266726。當(dāng)所述第一浮雕光柵的占空比、所述第二浮雕光柵的占空比和所述第三浮雕光柵的占空比均為0.26-0.32，并且所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的其他參數(shù)滿足表1中的數(shù)據(jù)時(shí)，紅、綠、藍(lán)三色光的±1級(jí)的衍射效率都高于47％，且其0級(jí)衍射效率基本為0。
進(jìn)一步地，所述第一浮雕光柵的深寬比、所述第二浮雕光柵的深寬比和所述第三浮雕光柵的深寬比均小于0.5。
具體的，光柵的深寬比的計(jì)算公式為：
深寬比＝脊高/占空比*周期
從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，所述第一浮雕光柵的深寬比為0.158，所述第二浮雕光柵的深寬比為0.149，所述第三浮雕光柵的深寬比為0.131。當(dāng)所述第一浮雕光柵的深寬比、所述第二浮雕光柵的深寬比和所述第三浮雕光柵的深寬比均為0.13-0.16，并且所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的其他參數(shù)滿足表1中的數(shù)據(jù)時(shí)，紅、綠、藍(lán)三色光的±1級(jí)的衍射效率都高于47％，且其0級(jí)衍射效率基本為0。
進(jìn)一步地，所述光波導(dǎo)的材料為鑭系玻璃，其臨界角小于35度。
具體的，經(jīng)過(guò)消色差光柵調(diào)制后的紅光、綠光和藍(lán)光的光線都以35度的衍射角進(jìn)入光波導(dǎo)，并在光波導(dǎo)基板內(nèi)形成全內(nèi)反射傳輸，傳播角度與光波導(dǎo)材料的臨界角需滿足：
式中的
需要說(shuō)明的是，上述示例性方法中的光波導(dǎo)材料為一種鑭系玻璃，其臨界角小于35度，而在實(shí)際應(yīng)用中不限于此，也可以選用k9玻璃或光學(xué)塑料，具體選用何種材料，可以視情況而定。
本發(fā)明提供的消色差光柵，通過(guò)將針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面形成所述消色差光柵，采用所述消色差光柵作為輸入、輸出耦合光學(xué)元件，通過(guò)輸入、輸出耦合光學(xué)元件的調(diào)制和波導(dǎo)全反射傳輸，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的無(wú)色差顯示，同時(shí)減低了光柵制作工藝的復(fù)雜度，降低了光波導(dǎo)的重量，縮小了近眼顯示系統(tǒng)的體積。
實(shí)施例2：
圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的消色差方法流程圖，如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種消色差光柵，包括：
步驟s10、確定分別針對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光的第一浮雕光柵、第二浮雕光柵和第三浮雕光柵的光柵參數(shù)，分析各個(gè)光柵參數(shù)之間的關(guān)系，得出光柵效率最高的一組光柵參數(shù)組合；
步驟s20、計(jì)算所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的共同周期，根據(jù)所述共同周期建立模型進(jìn)行數(shù)值仿真，分析并判斷所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材導(dǎo)表面后形成的消色差光柵的串?dāng)_是否滿足人眼的觀看要求；其中，所述消色差光柵為上述實(shí)施例中所述消色差光柵；
步驟s30、若判斷獲知不滿足人眼的觀看要求，則修改所述光柵參數(shù)和所述模型，再次進(jìn)行數(shù)值仿真，直到串?dāng)_小于人眼的觀看要求。
具體為，由于衍射光學(xué)元件的特性，需要采用三個(gè)不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行配色實(shí)現(xiàn)無(wú)色差顯示。而現(xiàn)有技術(shù)中的的衍射光學(xué)元件又對(duì)不同波長(zhǎng)的光波長(zhǎng)有著較大的色散，因此需要采用上述實(shí)施例中所述的消色差光柵的衍射光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)色差配色。
根據(jù)嚴(yán)格耦合波光柵理論、數(shù)據(jù)分析確定分別針對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光的第一浮雕光柵、第二浮雕光柵和第三浮雕光柵的光柵參數(shù)，其中所述光柵參數(shù)包括，光柵的效率、級(jí)次、周期、占空比、脊高、深寬比、對(duì)應(yīng)光的波長(zhǎng)、對(duì)應(yīng)光波導(dǎo)的材料。并分析各個(gè)光柵參數(shù)之間的關(guān)系，獲得具有最高衍射效率的第一浮雕光柵、第二浮雕光柵和第三浮雕光柵的光柵參數(shù)組合。
作為近眼顯示系統(tǒng)中的消色差光柵，需要滿足以下條件：
1)對(duì)于耦合輸入消色差光柵，其入射光中心成像光束方向平行于所述耦合輸入消色差光柵法向，對(duì)于耦合輸出消色差光柵，其衍射光中心光束方向平行于所述耦合輸出消色差光柵法向。
2)耦合輸入消色差光柵和耦合輸出消色差光柵的結(jié)構(gòu)相同。
3)對(duì)于垂直入射的紅，綠，藍(lán)三波長(zhǎng)光束，經(jīng)過(guò)消色差光柵后以相同的衍射角度出射，且要大于波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)呐R界角。
然后采用疊刻的方法在同一基材表面制作三個(gè)浮雕光柵形成上述實(shí)施例中所述的消色差光柵。計(jì)算所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的共同周期，根據(jù)所述共同周期建立模型進(jìn)行數(shù)值仿真，分析并判斷所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面后形成的消色差光柵的串?dāng)_是否滿足人眼的觀看要求。
從表1中的數(shù)據(jù)可得出，所述第一浮雕光柵的周期為0.632微米，所述第二浮雕光柵的周期為0.546微米，所述第三浮雕光柵的共同周期為0.458微米，通過(guò)取近似值的方法，取所述第一浮雕光柵的周期為0.63微米，所述第二浮雕光柵的周期為0.54微米，所述第三浮雕光柵的共同周期為0.45微米，計(jì)算得出所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵的公共周期為18.9微米。
在所述公共周期內(nèi)，對(duì)所述消色差光柵進(jìn)行仿真，分析并判斷所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面后形成的復(fù)合光柵的串?dāng)_是否滿足人眼的觀看要求。
圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例的紅光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布；圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例的綠光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布；圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例的藍(lán)光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布。通過(guò)仿真可獲得紅光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布、綠光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布和藍(lán)光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布，然后，通過(guò)對(duì)紅光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布做傅立葉變換得到紅光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布，通過(guò)對(duì)綠光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布做傅立葉變換得到綠光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布，通過(guò)對(duì)藍(lán)光譜段的近場(chǎng)場(chǎng)分布做傅立葉變換得到藍(lán)光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布。
圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例的紅光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布；圖8為依照本發(fā)明實(shí)施例的綠光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布；圖9為依照本發(fā)明實(shí)施例的藍(lán)光譜段的遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)分布。如圖7-9所示，從圖中可以得出三個(gè)表面浮雕光柵進(jìn)行疊刻后形成的消色差光柵對(duì)于紅色和綠色波段基本沒(méi)有串?dāng)_，仍然只有35度衍射角的衍射光，而對(duì)于藍(lán)色波段則在11度和72.9度處有微弱的衍射串?dāng)_，但是主要的光強(qiáng)仍然集中于35度角處的衍射級(jí)次上，色串?dāng)_光的強(qiáng)度為信號(hào)光強(qiáng)度的2.3％，信噪比大于30db。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)信噪比大于30db時(shí)作為目視系統(tǒng)這一串?dāng)_不影響實(shí)際正常觀測(cè)。
若判斷獲知色串?dāng)_不滿足人眼的觀看要求，則修改所述光柵參數(shù)和所述模型，再次進(jìn)行數(shù)值仿真，直到串?dāng)_小于人眼的觀看要求。
進(jìn)一步地，所述所述光柵的效率、級(jí)次和光柵參數(shù)之間的關(guān)系具體為：
其中，ηteri為te光衍射的第i個(gè)反射級(jí)次的衍射效率，ηtmri為tm光衍射的第i個(gè)反射級(jí)次的衍射效率，ηteti為te光衍射的第i個(gè)透射級(jí)次的衍射效率，ηtmti為tm光衍射的第i個(gè)透射級(jí)次的衍射效率，ri為第i級(jí)次反射光的振幅，
具體的，通過(guò)上述公式，調(diào)整光柵參數(shù)，是所述第一浮雕光柵、所述第二浮雕光柵和所述第三浮雕光柵均勻較高的衍射效率。
如表1中的光柵參數(shù)的數(shù)據(jù)，在滿足表1中光柵參數(shù)數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)上述公式計(jì)算，在te偏振入射的情況下，紅綠藍(lán)三波段的±1級(jí)的衍射效率都高于47％，且其0級(jí)衍射效率基本為0。具有較高的衍射效率。
本發(fā)明提供的消色差方法，通過(guò)將針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面形成所述消色差光柵，采用所述消色差光柵作為輸入、輸出耦合光學(xué)元件，經(jīng)過(guò)輸入、輸出耦合光學(xué)元件的調(diào)制和波導(dǎo)全反射傳輸，然后建立模型進(jìn)行數(shù)值仿真，通過(guò)調(diào)整光柵參數(shù)，使所述消色差光柵具有較高的衍射效率，消除了色差，而且只有較小的色串?dāng)_。
實(shí)施例3：
圖10為依照本發(fā)明實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖10所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種近眼顯示系統(tǒng)，包括：微顯示器1310、輸入光柵1321、光波導(dǎo)1330和輸出光柵1322，其中，微顯示器1310用于發(fā)出輸入信號(hào)光；輸入光柵1321用于將所述輸入信號(hào)光調(diào)制輸入到光波導(dǎo)，形成調(diào)制信號(hào)光；光波導(dǎo)1330用于傳輸所述調(diào)制信號(hào)光；輸出光柵1322用于將所述調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)中調(diào)制輸出；其中，所述輸入光柵和所述輸出光柵均為上述實(shí)施例1中所述消色差光柵，所述輸入光柵和所述輸出光柵的結(jié)構(gòu)相同。
進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括：
中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，用于將所述輸入信號(hào)光放大準(zhǔn)直。
進(jìn)一步地，所述輸入光柵為透射式光柵或反射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵或反射式光柵。
需要說(shuō)明的是，實(shí)際應(yīng)用中，用于將所述輸入信號(hào)光放大準(zhǔn)直的所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)是可選元件，具體選用與否可以視情況而定；所述輸入光柵具體為透射式光柵還是反射式光柵；所述輸出光柵具體為透射式光柵還是反射式光柵，可以視情況而定；輸入光柵和輸出光柵設(shè)置在光波導(dǎo)左右兩端，可以位于波導(dǎo)同一側(cè)表面上，也可為波導(dǎo)不同側(cè)表面上，具體為同一側(cè)還是不同側(cè)，可視情況而定。
本實(shí)施例僅以不選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為透射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1310發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，輸入信號(hào)信號(hào)光入射到光波導(dǎo)1330一端的輸入光柵1321上，所述輸入光柵1321為透射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1330內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1330的臨界角，在光波導(dǎo)1330內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1330另一端的輸出光柵1322上，所述輸出光柵1322為透射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1330中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1340，即可觀看到圖像。
本發(fā)明提供的近眼顯示系統(tǒng)，通過(guò)將針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面形成所述消色差光柵，所述近眼顯示系統(tǒng)采用所述消色差光柵作為輸入、輸出耦合光學(xué)元件，通過(guò)輸入、輸出耦合光學(xué)元件的調(diào)制和波導(dǎo)全反射傳輸，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的無(wú)色差顯示，同時(shí)減低了光柵制作工藝的復(fù)雜度，降低了光波導(dǎo)的重量，縮小了近眼顯示系統(tǒng)的體積。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖11為依照本發(fā)明再一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，本實(shí)施例僅以不選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為反射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1410發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，輸入信號(hào)信號(hào)光入射到光波導(dǎo)1430一端的輸入光柵1421上，所述輸入光柵1421為反射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1430內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1430的臨界角，在光波導(dǎo)1430內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1430另一端的輸出光柵1422上，所述輸出光柵1422為透射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1430中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1440，即可觀看到圖像。
實(shí)施例5：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖12為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖12所示，本實(shí)施例僅以不選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為透射式光柵；所述輸出光柵為反射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1510發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，輸入信號(hào)信號(hào)光入射到光波導(dǎo)1530一端的輸入光柵1521上，所述輸入光柵1521為透射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1530內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1530的臨界角，在光波導(dǎo)1530內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1530另一端的輸出光柵1522上，所述輸出光柵1522為反射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1530中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1540，即可觀看到圖像。
實(shí)施例6：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖13為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖13所示，本實(shí)施例僅以不選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為反射式光柵；所述輸出光柵為反射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1610發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，輸入信號(hào)信號(hào)光入射到光波導(dǎo)1630一端的輸入光柵1621上，所述輸入光柵1621為反射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1630內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1630的臨界角，在光波導(dǎo)1630內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1630另一端的輸出光柵1622上，所述輸出光柵1622為反射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1630中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1640，即可觀看到圖像。
實(shí)施例7：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖14為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖14所示，本實(shí)施例僅以選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為透射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器910發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，進(jìn)過(guò)中繼器光學(xué)子系統(tǒng)920放大準(zhǔn)直后，輸入信號(hào)信號(hào)光以平行光入射到光波導(dǎo)940一端的輸入光柵931上，所述輸入光柵931為透射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)940內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)940的臨界角，在光波導(dǎo)940內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)940另一端的輸出光柵932上，所述輸出光柵932為透射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)940中耦合輸出，最終到達(dá)人眼950，即可觀看到圖像。
實(shí)施例8：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖15為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖15所示，本實(shí)施例僅以選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為反射式光柵；所述輸出光柵為透射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1010發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，進(jìn)過(guò)中繼器光學(xué)子系統(tǒng)1020放大準(zhǔn)直后，輸入信號(hào)信號(hào)光以平行光入射到光波導(dǎo)1040一端的輸入光柵1031上，所述輸入光柵1031為反射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1040內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1040的臨界角，在光波導(dǎo)1040內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1040另一端的輸出光柵1032上，所述輸出光柵1032為透射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1040中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1050，即可觀看到圖像。
實(shí)施例9：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖16為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖16所示，本實(shí)施例僅以選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為透射式光柵；所述輸出光柵為反射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1110發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，進(jìn)過(guò)中繼器光學(xué)子系統(tǒng)1120放大準(zhǔn)直后，輸入信號(hào)信號(hào)光以平行光入射到光波導(dǎo)1140一端的輸入光柵1131上，所述輸入光柵1131為透射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1140內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1140的臨界角，在光波導(dǎo)1140內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1140另一端的輸出光柵1132上，所述輸出光柵1132為反射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1140中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1150，即可觀看到圖像。
實(shí)施例10：
本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，為了描述的簡(jiǎn)要，在本實(shí)施例的描述過(guò)程中，不再描述與實(shí)施例3相同的技術(shù)特征，僅說(shuō)明本實(shí)施例與實(shí)施例3不同之處：
圖17為依照本發(fā)明又一實(shí)施例的近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖17所示，本實(shí)施例僅以選用所述中繼器光學(xué)子系統(tǒng)，所述輸入光柵為反射式光柵；所述輸出光柵為反射式光柵為例進(jìn)行說(shuō)明。
具體的，微顯示器1210發(fā)出輸入信號(hào)信號(hào)光，進(jìn)過(guò)中繼器光學(xué)子系統(tǒng)1220放大準(zhǔn)直后，輸入信號(hào)信號(hào)光以平行光入射到光波導(dǎo)1240一端的輸入光柵1231上，所述輸入光柵1231為反射式耦合輸入消色差光柵，將輸入信號(hào)光耦合進(jìn)入到光波導(dǎo)1240內(nèi)部，形成調(diào)制信號(hào)光，并以傳播角度大于光波導(dǎo)1240的臨界角，在光波導(dǎo)1240內(nèi)部做全反射傳輸，調(diào)制信號(hào)光到達(dá)光波導(dǎo)1240另一端的輸出光柵1232上，所述輸出光柵1232為反射式耦合輸入消色差光柵，將調(diào)制信號(hào)光從所述光波導(dǎo)1240中耦合輸出，最終到達(dá)人眼1250，即可觀看到圖像。
本發(fā)明提供的消色差光柵、消色差方法及近眼顯示系統(tǒng)，基于嚴(yán)格耦合波理論分析和數(shù)值模擬，確定消色差光柵的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。將針對(duì)紅光的第一浮雕光柵、針對(duì)綠光的第二浮雕光柵和針對(duì)藍(lán)光的第三浮雕光柵疊刻在同一基材表面形成所述消色差光柵，所述近眼顯示系統(tǒng)采用所述消色差光柵作為輸入、輸出耦合光學(xué)元件，通過(guò)輸入、輸出耦合光學(xué)元件的調(diào)制和波導(dǎo)全反射傳輸，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的無(wú)色差顯示，同時(shí)減低了光柵制作工藝的復(fù)雜度，降低了光波導(dǎo)的重量，縮小了近眼顯示系統(tǒng)的體積。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
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