一种实现全息波导光栅大出瞳的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种实现全息波导光栅的方法，尤其涉及一种实现全息波导光栅大出 瞳的方法，属于全息波导光栅领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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BAESystems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眼镜有望将在年底上市。
[0005] 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 显不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，而稱合输入和稱合输 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】
[0006] 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实现全息波导光栅大 出瞳的方法。
[0007] 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 实现全息波导光栅大出瞳的方法，由微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分 来实现，利用干涉调制的方法，在指定的平面调制出在不同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，从而实现光波的均匀衍射出射， 进而实现全息波导光栅大出瞳。
[0008] 优选的，上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f禹合输入光栅和f禹合输出光栅构成。
[0009] 本发明还保护一种实现全息波导光栅大出瞳的方法，利用干涉调制的方法，在指 定的平面调制出在不同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，从而实现光波的均匀衍射出射，进而实现全息波导光栅大出瞳； 具体计算不同区域不同衍射效率的方法如下： 要使光波均与出射，则需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nM为
【主权项】
1. 一种实现全息波导光栅大出瞳的方法，其特征在于，所述实现全息波导光栅大出瞳 的方法通过微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分来实现，利用干涉调制的 方法，在指定的平面调制出在不同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，从而实现光波的均匀衍射出射，进而实现全息波导光栅 大出瞳。
2. 根据权利要求1所述的实现全息波导光栅大出瞳的方法，其特征在于，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f禹合输入光栅和f禹合输出光栅构成。
3. -种实现全息波导光栅大出瞳的方法，其特征在于，所述实现全息波导光栅大出瞳 的方法利用干涉调制的方法，在指定的平面调制出在不同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，从而实现光波的均匀衍射出射， 进而实现全息波导光栅大出瞳； 具体计算不同区域不同衍射效率的方法如下： 要使光波均与出射，则需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nM为
其中，M为衍射输出区域的个数，L为第一个区域的衍射效率，如果假设在传输中没 有损耗以及在最后一个区域完全耦合输出的话，得到（1)
具甲，思的耦合湔出凶域的个数； 根据耦合波理论，衍射效率的大小和全息记录材料的折射率调制大小有关，如公式 ⑶?
其中，nm。为折射率调制度，d为全息记录材料的厚度，A为波长，CK，(^分别为两束 入射光对光栅周期的倾斜度，通过公式可得到折射率调制度； 光强转化为纯相位板计算假设折射率调制度在其与曝光的光强成正比的区间，则根据 公式：
其中，亡= ，〇!哲(...）是指求幅角，根据解析得到的钥和供得到盧, 将欲实现的光强转变为两块加载到纯位相SLMs上的相位信息计算出来； 所述实现全息波导光栅大出瞳的方法通过微型显示部分，准直透镜部分、全息波导光 栅部分以及电脑来实现； 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f禹合输入光栅和f禹合输出光栅构成，f禹合输入光栅大小 为20mmX20mm，稱合输入光栅大小为20mmX50mm，稱合输入光栅和稱合输出光栅距离为 30mm，整个玻璃波导的尺寸为40mmX110mm，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。
【专利摘要】本发明公开了一种实现全息波导光栅大出瞳的方法，通过微型显示部分，准直透镜部分以及全息波导光栅部分来实现，利用干涉调制的方法，在指定的平面调制出在不同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，从而实现光波的均匀衍射出射，进而实现全息波导光栅大出瞳。本发明提出了设计任意结构的衍射光学元件的方法，并通过实验验证了该方法的可行性。将此方法应用到不同区域具有不同衍射效率的全息光栅的制作，从而实现了均匀出射的大出瞳全息波导成像。
【IPC分类】G02B27-44, G02B6-34, G03H1-02
【公开号】CN104614870
【申请号】CN201510029688
【发明人】赵晓东
【申请人】佛山市智海星空科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月21日