[實(shí)用新型]全息光波導(dǎo)頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220600218.7
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN202975475U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田永明;張濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中航華東光電有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00;G02B6/122;G02B5/32
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務(wù)所 34116
• 代理人: 丁瑞瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，具體是一種頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

頭盔顯示器作為一種重要的光電顯示設(shè)備，起著為飛機(jī)或坦克駕駛員、單兵、航天員等提供關(guān)鍵測控信息，提高勢態(tài)感知度的關(guān)鍵作用。頭盔顯示器，在滿足功能和可靠性的前提下，對其重量和結(jié)構(gòu)形式不斷提出新的要求，減輕重量可以降低佩戴人員的負(fù)荷，良好的結(jié)構(gòu)形式可保證頭部質(zhì)心位置，從而延緩佩戴者的疲勞程度，防止沖擊引起頸部扭傷等。

傳統(tǒng)的頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)為了適應(yīng)頭盔安裝，保證實(shí)現(xiàn)良好的顯示功能，對于護(hù)目鏡的曲率公差較要求緊，中繼透鏡組鏡片需要離軸和傾斜，使得中繼鏡裝配公差緊，光學(xué)畸變、離軸殘余像差較大，系統(tǒng)的出瞳和視場較小，導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)難度大，加工和裝調(diào)周期長，成本高，光學(xué)透鏡組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量、體積較大。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種有效解決光路離軸傳輸問題、系統(tǒng)成像清晰、小畸變、系統(tǒng)的重量和體積小，并且易制造的全息光波導(dǎo)頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種全息光波導(dǎo)頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)，由中繼準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、全息光波導(dǎo)組件、顯示像源構(gòu)成，顯示像源的光線經(jīng)中繼準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直，之后，耦合進(jìn)入全息光波導(dǎo)組件，光波在經(jīng)過全息光波導(dǎo)組件傳輸時(shí)，光波部分衍射出全息光波導(dǎo)，同時(shí)，外部場景的光線透過全息光波導(dǎo)組件，用戶看到耦合出全息光波導(dǎo)的圖像以投影方式疊加在外部場景上。

本實(shí)用新型可進(jìn)一步優(yōu)化為：全息光波導(dǎo)組件由兩個(gè)平板光波導(dǎo)組成：水平全息光波導(dǎo)以及垂直全息光波導(dǎo)，水平全息光波導(dǎo)遠(yuǎn)離入射光的一面的兩端分別制作一個(gè)全息反射元件：第一全息反射面、第二全息反射面，垂直全息光波導(dǎo)遠(yuǎn)離入射光的一面的兩端也分別制作一個(gè)全息反射元件：第三全息反射面、第四全息反射面，水平全息光波導(dǎo)以及垂直全息光波導(dǎo)的板面相互垂直，且第二全息反射面平行于第三全息反射面。

第一全息反射面將中繼準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后的光線耦合進(jìn)入水平全息光波導(dǎo)，光波在水平方向傳輸，傳輸?shù)降诙⒎瓷涿鏁r(shí)，部分光被衍射出水平全息光波導(dǎo)，而零級光保持在水平全息光波導(dǎo)內(nèi)向前傳輸，每次遇到第二全息反射面則耦合出部分能量，水平全息光波導(dǎo)衍射耦合出的光能，被垂直全息光波導(dǎo)的第三全息反射面接收，耦合進(jìn)入垂直全息光波導(dǎo)，光波在垂直方向傳輸，當(dāng)傳輸?shù)降谒娜⒎瓷涿鏁r(shí)，部分光被衍射出垂直全息光波導(dǎo)，剩余零級光保持在垂直全息光波導(dǎo)向前傳輸。

本實(shí)用新型可進(jìn)一步優(yōu)化為：所述中繼準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)選用三片透鏡結(jié)構(gòu)，中間透鏡為雙膠合透鏡，優(yōu)選的為一平凸透鏡與一平凹透鏡膠合，兩側(cè)的第一片透鏡和第三片透鏡均為平凸透鏡，且優(yōu)選的，三片透鏡的凸面均為偶次非球面，且凸面均朝向水平全息光波導(dǎo)。

更具體的，所述第一全息反射面和第三全息反射面使用一級衍射，第二全息反射面和第四全息反射面上，每次零級和一級衍射效率保持不變，對其零級和一級衍射效率按公式（1）分配；

η=ρl(1-ρ0k1-ρ0)---(1)]]>

其中：η——全息光波導(dǎo)耦出效率；ρ₀——為零級衍射效率；ρ_l——一級衍射效率；k——衍射次數(shù)；

衍射次數(shù)取整：?k=【L/Δ】?????（2）

其中：L——全息面寬度；Δ——光束的間隔；

光束的間隔：Δ=2t·tanθ??????（3）

其中：Δ——光束的間隔；t——平板波導(dǎo)厚度；θ——衍射角；