一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)的制作方法
【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BAESystems公司開 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眼鏡有望將在年底上市。
[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] 所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)中，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0LED顯示器，將微型0LED顯示器連接電腦，通過調(diào)整顯示 輸出的分辨率800X600,實(shí)現(xiàn)電腦中影像在0LED顯示器的顯示，通過在電腦中調(diào)節(jié)微型 0LED顯示器的色彩和對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)微型0LED顯示器對(duì)全息波導(dǎo)色散的部分補(bǔ)償。
[0007] 所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)中，所述透鏡為孔徑大小是20mm，焦距是30mm 或40mm的透鏡。
[0008] 所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)中，所述稱合輸入光柵大小為20mmX20mm，f禹合 輸出光柵大小為20mmX50mm，f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵距離為30mm，整個(gè)玻璃波導(dǎo)的 尺寸為40mmX110mm,厚度為2. 5mm。
[0009] 所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)中，在平面調(diào)制出在不同區(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f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵。
[0010] 所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)中，耦合輸出光柵在不同區(qū)域有不同的衍射效 率，通過公式（1)計(jì)算得到在第M個(gè)區(qū)域的衍射效率nM為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大出瞳全息波導(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)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，通過調(diào)整顯示 輸出的分辨率800X600,實(shí)現(xiàn)電腦中影像在OLED顯示器的顯示，通過在電腦中調(diào)節(jié)微型 OLED顯示器的色彩和對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)微型OLED顯示器對(duì)全息波導(dǎo)色散的部分補(bǔ)償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡為孔徑大 小是20mm，焦距是30mm或40mm的透鏡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合輸入光柵 大小為20mmX20mm，f禹合輸出光柵大小為20mmX50mm，f禹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40mmX110mm,厚度為2. 5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，在平面調(diào)制出在不 同區(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f禹合輸入光柵和f禹合輸出光柵。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，稱合輸出光柵在不 同區(qū)域有不同的衍射效率，通過公式（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)，L為第一個(gè)區(qū)域的衍射效率，若在傳輸中沒有損耗 以及在最后一個(gè)區(qū)域完全耦合輸出，得到（2 )
其中Mtot為總的耦合輸出區(qū)域的個(gè)數(shù)； 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)，得到公式（3)
其中nm。為折射率調(diào)制度，d為全息記錄材料的厚度，A為波長(zhǎng)，CK，(：，分別為兩束入 射光對(duì)光柵周期的傾斜度；通過公式（1)，（2)，（3)計(jì)算獲得折射率調(diào)制度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大出瞳全息波導(dǎo)眼鏡系統(tǒng)，其特征在于，光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為純相位 板計(jì)算折射率調(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
，是指求幅角，根據(jù)解析得到的資和奶得到, 將光強(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)。
【專利摘要】本發(fā)明提供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)。
【IPC分類】G02B27-01
【公開號(hào)】CN104614857
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510029661
【發(fā)明人】趙曉東
【申請(qǐng)人】佛山市智海星空科技有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日