[发明专利]大出瞳全息波导眼镜系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种全息波导眼镜，尤其涉及一种大出瞳全息波导眼镜系统，属于全息波导显示成像领域。

背景技术

20世纪初，为了空军在战斗中瞄准的需要，在飞机上安装一个用于瞄准的带准星的瞄准环，类似于早期步枪上简单的瞄准系统，三点成一线就是这种最早期的准平视显示器的工作原理。后来为了减轻飞行员的瞄准负单，就在飞机上安装了其他的瞄准系统，包括奥尔蒂斯瞄准具，实际上是使手持单筒望远镜安装在飞机上，可以使飞行员瞄准使用。第二次世界大战初期，陆续开始出现视准反射式瞄准和伺服光环陀螺瞄准具，主要由环板机构光环偏转部分，光学组件和一块组合玻璃组成。到了20世纪60年代，开始使用电子管和模拟信息处理方法显示和产生信号，使用阴极射线管(CRT)和数字计算机的电子式平视显示器作为图像源，利用光学系统进行显示。传统的头盔显示系统都是由复杂的光学折反射透镜，半透明玻璃组成的，将CRT或者LED产生的图像投射到眼前的显示装置，实现人眼观看。这种显示系统体积大，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学元件被应用于头盔显示系统，极大的集成性使得装置小型，轻便但可以实现全部功能。1989年开始，以色列的Yamitai教授等人提出了全息衍射光学元件应用在头盔显示系统的思想。2000年，Yamitai教授成立LUMUS公司，致力于研究全息波导眼镜，并和美国军方有过合作。2006年，Yamitai等人利用微型的准直透镜和全息光栅的装置实现了图像在波导中的传播及投射。2007年，法国的Optinvent公司成立，致力于研究平板波导显示眼镜。2008年，索尼公司研制出全息波导显示眼镜。2009年，英国的BAE Systems公司开始研制全息波导显示眼镜，计划在2012年，装备给F-35战斗机。2012年，Google公司宣布产品Google眼镜有忘将在年底上市。

虽然全息波导显示眼镜经历了20多年的发展，各大高校和研究所对此展开了很多研究，但仍然存在着很多局限性，阻碍着全息波导显示眼镜的实际应用。例如，全息波导显示眼镜中的光栅对光能的利用率，由于全息光栅的衍射效率较低，而耦合输入和耦合输出光波时，都会伴随着能量损失。因此，如何提高全息光栅的衍射效率，使得能量得到合理利用，成为一个问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种大出瞳全息波导眼镜系统。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：相较于现有技术，本发明提供的大出瞳全息波导眼镜系统包括微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分，所述微型显示部分为微型显示器，所述准直透镜部分为准直透镜组，准直透镜组由多个透镜组成，所述全息波导光栅部分由耦合输入光栅和耦合输出光栅构成。

本发明还要求保护一种大出瞳全息波导眼镜系统，包括微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分，所述大出瞳全息波导眼镜系统还包括电脑；所述全息波导光栅部分与准直透镜部分连接，所述准直透镜部分与微型显示部分连接，所述微型显示部分连接所述电脑；

所述微型显示部分为微型OLED显示器，将微型OLED显示器连接电脑，通过调整显示输出的分辨率800X600，实现电脑中影像在OLED的显示，通过在电脑中通过软件来调节OLED的色彩和对比度，实现OLED对全息波导色散的部分补偿；

所述准直透镜部分为准直透镜组，准直透镜组由多个透镜组成，直径为20mm，焦距为40mm；

所述全息波导光栅部分由耦合输入光栅和耦合输出光栅构成，耦合输入光栅大小为20mm×20mm，耦合输入光栅大小为20mm×50mm，耦合输入光栅和耦合输出光栅距离为30mm，整个玻璃波导的尺寸为40mm×110mm，厚度为2.5mm，在指定的平面调制出在不用区域有不同光强的光波，与另一束平面波干涉，实现同时制作衍射效率不同的同一块光栅，实现光波的均匀衍射出射，制作得到所述耦合输入光栅和耦合输出光栅；

从微型显示部分发出的光经过准直透镜部分后成为平行光，进而照射到耦合输入全息波导光栅部分，经过全息波导光栅部分衍射，平行光改变传播方向，耦合基础光波导，在光波导中通过全反射原理实现传播，并在耦合输出光栅衍射输出进入人眼。

其中，具体计算不同区域不同衍射效率的方法如下：

要想使光波均与出射，则需要使耦合输出光栅在不同区域有不同的衍射效率，通过公式(1)计算得到在第M个区域的衍射效率ηM为