基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统，包括输入耦合器、波导、输出耦合器，彩色光线通过准直透镜后照射到作为输入耦合器的透射式平面光栅时，平面光栅发挥色散特性，将光色散成不同颜色的光波按照不同的角度进入到波导中，然后光继续在波导中传播，当光传播到作为输出耦合器的反射式体积光栅时，光波又被体积光栅调制，使发生色散的光波以同一方向反射出波导，进入到人的眼睛，使得人眼可以看到彩色的图像，从而达到消除色差的目的。与此同时，本发明的一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统不会带来衍射效率降低、系统的体积和重量增加等负面影响。可以广泛应用到显示系统领域。
【专利说明】基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种波导显示系统，尤其涉及一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统。
【背景技术】
[0002]传统的头盔显示系统采用折反射透镜，重量大、体积大，不利于随身佩戴；相比之下，衍射光学元件重量小、体积小、简单易加工、可复制、价格便宜。因此，将全息衍射光学元件应用到波导显示系统中，在很大程度上减少了显示系统的尺寸和重量问题。但是全息衍射光学元件有色差，在将全息衍射光学元件应用到波导显示系统中时会产生色差，这将直接影响所成像的真实色彩的再现。
[0003]史瑞等人在Applied Optics 中发表文章 “Chromatic dispersion correction inplaner waveguide using one-layer holograms based on three-step exposure，，,提出一种较为简单的方法解决基于全息衍射光学元件的波导显示系统的色差消除方法，通过三次曝光的方式在一层介质上记录下三种不同的光栅结构，达到了消除色差彩色成像的目的。但是由于记录介质本身的局限以及在记录材料上多次曝光导致的显示系统衍射效率严重降低，不利于人眼观察。
[0004]吴正明等人在Optics Communications 中发表文章 “The recording methodof planar holographic grating with variable diffraction efficiency by phasemodulations”，提出了一种嵌入式三棱镜和光栅结合的平板波导显示系统，其中嵌入式的棱镜作为耦合输入元件，全息光栅作为耦合输出元件，该耦合输出衍射光学元件同样是通过三次曝光的方式在全息记录材料上记录三个线性的体积全息光栅，每一个光栅有一个敏感波长。与史瑞等人提出的全息光学元件对称分布的平板波导显示系统相比，该系统减少了一个全息光学元件，提高了系统的耦合效率，并且由于特殊的设定，嵌入式的光学棱镜和波分复用光栅都实现了消色差，并未给最终的成像质量带来影响，这在一定程度上解决了全息光学元件的技术障碍。但是嵌入光学棱镜，这大大增加了全息波导系统的体积和重量，不便于人们佩戴使用。
[0005]基于上述，现有技术中存在的问题是如何在保证不降低基于全息衍射光学元件的波导显示系统的衍射效率，且不增加基于全息衍射光学元件的波导显示系统的体积和重量的前提下，消除其色差。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题就是如何更可靠的消除基于全息衍射光学元件的波导显示系统的色差。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统，包括输入耦合器、波导、输出耦合器，其特征在于，所述输入耦合器为平面全息光栅，所述输出耦合器为体积全息光栅，所述平面全息光栅和所述体积全息光栅作为成像元件，位于波导的两端，通过所述两个光栅的衍射实现对观察目标物的成像。
[0010]优选地，所述平面全息光栅为透射式平面光栅，所述体积光栅为通过三次曝光技术在一层全息材料上得到的三层反射式体积光栅。
[0011](三)有益效果
[0012]本发明的一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统，包括输入耦合器、波导、输出耦合器，彩色光线通过准直透镜后照射到输入耦合器的平面光栅时，平面光栅发挥色散特性，将光色散成不同颜色的光波按照不同的角度进入到波导中，然后光继续在波导中传播，当光传播到输出稱合器的体积光栅时，光波又被体积光栅调制，使发生色散的光波以同一方向反射出波导，进入到人的眼睛，使得人眼可以看到彩色的图像，在保证不降低基于全息衍射光学元件的波导显示系统的衍射效率，且不增加基于全息衍射光学元件的波导显示系统的体积和重量的前提下，达到消除色差的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1:基于全息衍射光学元件的消除色差的波导显示系统的工作原理示意图；【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0016]本实施例提供一种基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统，包括输入耦合器、波导、输出耦合器，其中所述输入耦合器为透射式平面全息光栅，所述输出耦合器为体积全息光栅，如图1所示。
[0017]本实施例中，透射式平面全息光栅通过两束平面波干涉的方法得到。根据光栅的基本理论，在记录过程中，得到的全息光栅的周期可以用公式(I)表示:
【权利要求】
1.一种基于全息衍射光学兀件的消色差的波导显不系统，包括输入稱合器、波导、输出耦合器，其特征在于，所述输入耦合器为平面全息光栅，所述输出耦合器为体积全息光栅，所述平面全息光栅和所述体积全息光栅位于波导的两端。
2.根据权利要求1所述的基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统，其特征在于，所述平面全息光栅为透射式平面光栅，所述体积光栅为通过三次曝光技术在一层全息材料上得到的三层反射式体积光栅。
【文档编号】G02B27/01GK103995354SQ201410210221
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】刘娟, 张楠楠, 王涌天 申请人:北京理工大学