大出瞳全息波導眼鏡系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種大出瞳全息波導眼鏡系統，大出瞳全息波導眼鏡系統包括微型顯示部分，準直透鏡部分以及全息波導光柵部分，所述微型顯示部分為微型顯示器，所述準直透鏡部分為準直透鏡組，準直透鏡組由多個透鏡組成，所述全息波導光柵部分由耦合輸入光柵和耦合輸出光柵構成。本發明對通過對微型顯示器、準直透鏡組和全息波導的結構設計，可以實現高均勻性的大出瞳成像，出瞳范圍為耦合輸出光柵的面積。將三部分通過機械結構固定，可獲得簡易的大出瞳全息波導眼鏡系統。
【專利說明】大出瞳全息波導眼鏡系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種全息波導眼鏡，尤其涉及一種大出瞳全息波導眼鏡系統，屬于全 息波導顯示成像領域。
【背景技術】
[0002] 20世紀初，為了空軍在戰斗中瞄準的需要，在飛機上安裝一個用于瞄準的帶準星 的瞄準環，類似于早期步槍上簡單的瞄準系統，三點成一線就是這種最早期的準平視顯示 器的工作原理。后來為了減輕飛行員的瞄準負單，就在飛機上安裝了其他的瞄準系統，包括 奧爾蒂斯瞄準具，實際上是使手持單筒望遠鏡安裝在飛機上，可以使飛行員瞄準使用。第二 次世界大戰初期，陸續開始出現視準反射式瞄準和伺服光環陀螺瞄準具，主要由環板機構 光環偏轉部分，光學組件和一塊組合玻璃組成。到了 20世紀60年代，開始使用電子管和 模擬信息處理方法顯示和產生信號，使用陰極射線管（CRT)和數字計算機的電子式平視顯 示器作為圖像源，利用光學系統進行顯示。傳統的頭盔顯示系統都是由復雜的光學折反射 透鏡，半透明玻璃組成的，將CRT或者LED產生的圖像投射到眼前的顯示裝置，實現人眼觀 看。這種顯示系統體積大，重量重，包含元件多，非常不利于佩戴。最近，高度集成的全息衍 射光學元件被應用于頭盔顯示系統，極大的集成性使得裝置小型，輕便但可以實現全部功 能。1989年開始，以色列的Yamitai教授等人提出了全息衍射光學元件應用在頭盔顯示系 統的思想。2000年，Yamitai教授成立LUMUS公司，致力于研究全息波導眼鏡，并和美國軍 方有過合作。2006年，Yamitai等人利用微型的準直透鏡和全息光柵的裝置實現了圖像在 波導中的傳播及投射。2007年，法國的Optinvent公司成立，致力于研究平板波導顯示眼 鏡。2008年，索尼公司研制出全息波導顯示眼鏡。2009年，英國的BAE Systems公司開始 研制全息波導顯示眼鏡，計劃在2012年，裝備給F-35戰斗機。2012年，Google公司宣布產 品Google眼鏡有忘將在年底上市。
[0003] 雖然全息波導顯示眼鏡經歷了 20多年的發展，各大高校和研究所對此展開了很 多研究，但仍然存在著很多局限性，阻礙著全息波導顯示眼鏡的實際應用。例如，全息波導 顯不眼鏡中的光柵對光能的利用率，由于全息光柵的衍射效率較低，而稱合輸入和稱合輸 出光波時，都會伴隨著能量損失。因此，如何提高全息光柵的衍射效率，使得能量得到合理 利用，成為一個問題。
【發明內容】
[0004] 鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種大出瞳全息波導眼鏡 系統。
[0005] 為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：相較于現有技術，本發明提供的 大出瞳全息波導眼鏡系統包括微型顯示部分，準直透鏡部分以及全息波導光柵部分，所述 微型顯示部分為微型顯示器，所述準直透鏡部分為準直透鏡組，準直透鏡組由多個透鏡組 成，所述全息波導光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構成。
[0006] 本發明還要求保護一種大出瞳全息波導眼鏡系統，包括微型顯示部分，準直透鏡 部分以及全息波導光柵部分，所述大出瞳全息波導眼鏡系統還包括電腦；所述全息波導光 柵部分與準直透鏡部分連接，所述準直透鏡部分與微型顯示部分連接，所述微型顯示部分 連接所述電腦；
[0007] 所述微型顯示部分為微型0LED顯示器，將微型0LED顯示器連接電腦，通過調整顯 示輸出的分辨率800X600,實現電腦中影像在0LED的顯示，通過在電腦中通過軟件來調節 0LED的色彩和對比度，實現0LED對全息波導色散的部分補償；
[0008] 所述準直透鏡部分為準直透鏡組，準直透鏡組由多個透鏡組成，直徑為20mm，焦距 為 40mm ；
[0009] 所述全息波導光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構成，f禹合輸入光柵大小 為20mmX20mm，稱合輸入光柵大小為20mmX50mm，稱合輸入光柵和稱合輸出光柵距離為 30mm，整個玻璃波導的尺寸為40mmX 110mm，厚度為2. 5mm，在指定的平面調制出在不用區 域有不同光強的光波，與另一束平面波干涉，實現同時制作衍射效率不同的同一塊光柵，實 現光波的均勻衍射出射，制作得到所述耦合輸入光柵和耦合輸出光柵；
[0010] 從微型顯示部分發出的光經過準直透鏡部分后成為平行光，進而照射到耦合輸入 全息波導光柵部分，經過全息波導光柵部分衍射，平行光改變傳播方向，耦合基礎光波導， 在光波導中通過全反射原理實現傳播，并在耦合輸出光柵衍射輸出進入人眼。
[0011] 其中，具體計算不同區域不同衍射效率的方法如下：
[0012] 要想使光波均與出射，則需要使耦合輸出光柵在不同區域有不同的衍射效率，通 過公式（1)計算得到在第Μ個區域的衍射效率I1M為 _3]
【權利要求】
1. 一種大出瞳全息波導眼鏡系統，其特征在于：所述大出瞳全息波導眼鏡系統包括微 型顯示部分，準直透鏡部分以及全息波導光柵部分，所述微型顯示部分為微型顯示器，所述 準直透鏡部分為準直透鏡組，準直透鏡組由多個透鏡組成，所述全息波導光柵部分由耦合 輸入光柵和f禹合輸出光柵構成。
2. 一種大出瞳全息波導眼鏡系統，包括微型顯不部分，準直透鏡部分以及全息波導光 柵部分，其特征在于： 所述大出瞳全息波導眼鏡系統還包括電腦；所述全息波導光柵部分與準直透鏡部分連 接，所述準直透鏡部分與微型顯示部分連接，所述微型顯示部分連接所述電腦； 所述微型顯示部分為微型OLED顯示器，將微型OLED顯示器連接電腦，通過調整顯示輸 出的分辨率800X600,實現電腦中影像在OLED的顯示，通過在電腦中通過軟件來調節OLED 的色彩和對比度，實現OLED對全息波導色散的部分補償； 所述準直透鏡部分為準直透鏡組，準直透鏡組由多個透鏡組成，直徑為20mm，焦距為 40mm ； 所述全息波導光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構成，f禹合輸入光柵大小 為20mmX20mm，稱合輸入光柵大小為20mmX50mm，稱合輸入光柵和稱合輸出光柵距離為 30mm，整個玻璃波導的尺寸為40mmX 110mm，厚度為2. 5mm，在指定的平面調制出在不用區 域有不同光強的光波，與另一束平面波干涉，實現同時制作衍射效率不同的同一塊光柵，實 現光波的均勻衍射出射，制作得到所述耦合輸入光柵和耦合輸出光柵； 從微型顯示部分發出的光經過準直透鏡部分后成為平行光，進而照射到耦合輸入全息 波導光柵部分，經過全息波導光柵部分衍射，平行光改變傳播方向，耦合基礎光波導，在光 波導中通過全反射原理實現傳播，并在耦合輸出光柵衍射輸出進入人眼。
3. 如權利要求1或2的大出瞳全息波導眼鏡系統，其特征在于：具體計算不同區域不 同衍射效率的方法如下： 要想使光波均與出射，則需要使耦合輸出光柵在不同區域有不同的衍射效率，通過公 式（1)計算得到在第M個區域的衍射效率nM為
其中M為衍射輸出區域的個數，n 1為第一個區域的衍射效率，如果假設在傳輸中沒有 損耗以及在最后一個區域完全耦合輸出的話，得到（1)
其中Mtot為總的耦合輸出區域的個數； 根據耦合波理論，衍射效率的大小和全息記錄材料的折射率調制大小有關，如公式 (3)：
其中nmo為折射率調制度，d為全息記錄材料的厚度，入為波長，CR，CI分別為兩束入 射光對光柵周期的傾斜度。通過公式可得到折射率調制度； 光強轉化為純相位板計算假設折射率調制度在其與曝光的光強成正比的區間，則根據 公式
其中，€ = FrT-1 {Aela}，ang (? ? ?)是指求 幅角，根據解析得到的蝌湘釣;得到Aeia， 將欲實現的光強轉變為兩塊加載到純位相SLMs上的相位信息計算出來。
【文檔編號】G02B27/01GK104280885SQ201410539256
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】鄭敏 申請人:鄭敏