大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)包括微型顯示部分，準(zhǔn)直透鏡部分以及全息波導(dǎo)光柵部分，所述微型顯示部分為微型顯示器，所述準(zhǔn)直透鏡部分為準(zhǔn)直透鏡組，準(zhǔn)直透鏡組由多個(gè)透鏡組成，所述全息波導(dǎo)光柵部分由耦合輸入光柵和耦合輸出光柵構(gòu)成。本發(fā)明對(duì)通過(guò)對(duì)微型顯示器、準(zhǔn)直透鏡組和全息波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)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(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)固定，可獲得簡(jiǎn)易的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全息波導(dǎo)眼鏡，尤其涉及一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，屬于全 息波導(dǎo)顯示成像領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)初，為了空軍在戰(zhàn)斗中瞄準(zhǔn)的需要，在飛機(jī)上安裝一個(gè)用于瞄準(zhǔn)的帶準(zhǔn)星 的瞄準(zhǔn)環(huán)，類(lèi)似于早期步槍上簡(jiǎn)單的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，三點(diǎn)成一線就是這種最早期的準(zhǔn)平視顯示 器的工作原理。后來(lái)為了減輕飛行員的瞄準(zhǔn)負(fù)單，就在飛機(jī)上安裝了其他的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，包括 奧爾蒂斯瞄準(zhǔn)具，實(shí)際上是使手持單筒望遠(yuǎn)鏡安裝在飛機(jī)上，可以使飛行員瞄準(zhǔn)使用。第二 次世界大戰(zhàn)初期，陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)視準(zhǔn)反射式瞄準(zhǔn)和伺服光環(huán)陀螺瞄準(zhǔn)具，主要由環(huán)板機(jī)構(gòu) 光環(huán)偏轉(zhuǎn)部分，光學(xué)組件和一塊組合玻璃組成。到了 20世紀(jì)60年代，開(kāi)始使用電子管和 模擬信息處理方法顯示和產(chǎn)生信號(hào)，使用陰極射線管（CRT)和數(shù)字計(jì)算機(jī)的電子式平視顯 示器作為圖像源，利用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行顯示。傳統(tǒng)的頭盔顯示系統(tǒng)都是由復(fù)雜的光學(xué)折反射 透鏡，半透明玻璃組成的，將CRT或者LED產(chǎn)生的圖像投射到眼前的顯示裝置，實(shí)現(xiàn)人眼觀 看。這種顯示系統(tǒng)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(xué)元件被應(yīng)用于頭盔顯示系統(tǒng)，極大的集成性使得裝置小型，輕便但可以實(shí)現(xiàn)全部功 能。1989年開(kāi)始，以色列的Yamitai教授等人提出了全息衍射光學(xué)元件應(yīng)用在頭盔顯示系 統(tǒng)的思想。2000年，Yamitai教授成立LUMUS公司，致力于研究全息波導(dǎo)眼鏡，并和美國(guó)軍 方有過(guò)合作。2006年，Yamitai等人利用微型的準(zhǔn)直透鏡和全息光柵的裝置實(shí)現(xiàn)了圖像在 波導(dǎo)中的傳播及投射。2007年，法國(guó)的Optinvent公司成立，致力于研究平板波導(dǎo)顯示眼 鏡。2008年，索尼公司研制出全息波導(dǎo)顯示眼鏡。2009年，英國(guó)的BAE Systems公司開(kāi)始 研制全息波導(dǎo)顯示眼鏡，計(jì)劃在2012年，裝備給F-35戰(zhàn)斗機(jī)。2012年，Google公司宣布產(chǎn) 品Google眼鏡有忘將在年底上市。
[0003] 雖然全息波導(dǎo)顯示眼鏡經(jīng)歷了 20多年的發(fā)展，各大高校和研究所對(duì)此展開(kāi)了很 多研究，但仍然存在著很多局限性，阻礙著全息波導(dǎo)顯示眼鏡的實(shí)際應(yīng)用。例如，全息波導(dǎo) 顯不眼鏡中的光柵對(duì)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(shí)，都會(huì)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(gè)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡 系統(tǒng)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的 大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)包括微型顯示部分，準(zhǔn)直透鏡部分以及全息波導(dǎo)光柵部分，所述 微型顯示部分為微型顯示器，所述準(zhǔn)直透鏡部分為準(zhǔn)直透鏡組，準(zhǔn)直透鏡組由多個(gè)透鏡組 成，所述全息波導(dǎo)光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構(gòu)成。
[0006] 本發(fā)明還要求保護(hù)一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，包括微型顯示部分，準(zhǔn)直透鏡 部分以及全息波導(dǎo)光柵部分，所述大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)還包括電腦；所述全息波導(dǎo)光 柵部分與準(zhǔn)直透鏡部分連接，所述準(zhǔn)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(guò)調(diào)整顯 示輸出的分辨率800X600,實(shí)現(xiàn)電腦中影像在0LED的顯示，通過(guò)在電腦中通過(guò)軟件來(lái)調(diào)節(jié) 0LED的色彩和對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)0LED對(duì)全息波導(dǎo)色散的部分補(bǔ)償；
[0008] 所述準(zhǔn)直透鏡部分為準(zhǔn)直透鏡組，準(zhǔn)直透鏡組由多個(gè)透鏡組成，直徑為20mm，焦距 為 40mm ；
[0009] 所述全息波導(dǎo)光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構(gòu)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(gè)玻璃波導(dǎo)的尺寸為40mmX 110mm，厚度為2. 5mm，在指定的平面調(diào)制出在不用區(qū) 域有不同光強(qiáng)的光波，與另一束平面波干涉，實(shí)現(xiàn)同時(shí)制作衍射效率不同的同一塊光柵，實(shí) 現(xiàn)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(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡部分后成為平行光，進(jìn)而照射到耦合輸入 全息波導(dǎo)光柵部分，經(jīng)過(guò)全息波導(dǎo)光柵部分衍射，平行光改變傳播方向，耦合基礎(chǔ)光波導(dǎo)， 在光波導(dǎo)中通過(guò)全反射原理實(shí)現(xiàn)傳播，并在耦合輸出光柵衍射輸出進(jìn)入人眼。
[0011] 其中，具體計(jì)算不同區(qū)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(qū)域有不同的衍射效率，通 過(guò)公式（1)計(jì)算得到在第Μ個(gè)區(qū)域的衍射效率I1M為 _3]

【權(quán)利要求】
1. 一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于：所述大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)包括微 型顯示部分，準(zhǔn)直透鏡部分以及全息波導(dǎo)光柵部分，所述微型顯示部分為微型顯示器，所述 準(zhǔn)直透鏡部分為準(zhǔn)直透鏡組，準(zhǔn)直透鏡組由多個(gè)透鏡組成，所述全息波導(dǎo)光柵部分由耦合 輸入光柵和f禹合輸出光柵構(gòu)成。
2. 一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，包括微型顯不部分，準(zhǔn)直透鏡部分以及全息波導(dǎo)光 柵部分，其特征在于： 所述大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)還包括電腦；所述全息波導(dǎo)光柵部分與準(zhǔn)直透鏡部分連 接，所述準(zhǔn)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(guò)調(diào)整顯示輸 出的分辨率800X600,實(shí)現(xiàn)電腦中影像在OLED的顯示，通過(guò)在電腦中通過(guò)軟件來(lái)調(diào)節(jié)OLED 的色彩和對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)OLED對(duì)全息波導(dǎo)色散的部分補(bǔ)償； 所述準(zhǔn)直透鏡部分為準(zhǔn)直透鏡組，準(zhǔn)直透鏡組由多個(gè)透鏡組成，直徑為20mm，焦距為 40mm ； 所述全息波導(dǎo)光柵部分由f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵構(gòu)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(gè)玻璃波導(dǎo)的尺寸為40mmX 110mm，厚度為2. 5mm，在指定的平面調(diào)制出在不用區(qū) 域有不同光強(qiáng)的光波，與另一束平面波干涉，實(shí)現(xiàn)同時(shí)制作衍射效率不同的同一塊光柵，實(shí) 現(xiàn)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(fā)出的光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡部分后成為平行光，進(jìn)而照射到耦合輸入全息 波導(dǎo)光柵部分，經(jīng)過(guò)全息波導(dǎo)光柵部分衍射，平行光改變傳播方向，耦合基礎(chǔ)光波導(dǎo)，在光 波導(dǎo)中通過(guò)全反射原理實(shí)現(xiàn)傳播，并在耦合輸出光柵衍射輸出進(jìn)入人眼。
3. 如權(quán)利要求1或2的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于：具體計(jì)算不同區(qū)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(qū)域有不同的衍射效率，通過(guò)公 式（1)計(jì)算得到在第M個(gè)區(qū)域的衍射效率nM為
其中M為衍射輸出區(qū)域的個(gè)數(shù)，n 1為第一個(gè)區(qū)域的衍射效率，如果假設(shè)在傳輸中沒(méi)有 損耗以及在最后一個(gè)區(qū)域完全耦合輸出的話，得到（1)
其中Mtot為總的耦合輸出區(qū)域的個(gè)數(shù)； 根據(jù)耦合波理論，衍射效率的大小和全息記錄材料的折射率調(diào)制大小有關(guān)，如公式 (3)：
其中nmo為折射率調(diào)制度，d為全息記錄材料的厚度，入為波長(zhǎng)，CR，CI分別為兩束入 射光對(duì)光柵周期的傾斜度。通過(guò)公式可得到折射率調(diào)制度； 光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為純相位板計(jì)算假設(shè)折射率調(diào)制度在其與曝光的光強(qiáng)成正比的區(qū)間，則根據(jù) 公式
其中，€ = FrT-1 {Aela}，ang (? ? ?)是指求 幅角，根據(jù)解析得到的蝌湘釣;得到Aeia， 將欲實(shí)現(xiàn)的光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓧K加載到純位相SLMs上的相位信息計(jì)算出來(lái)。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK104280885SQ201410539256
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】鄭敏 申請(qǐng)人:鄭敏