[發明專利]基于全息衍射光學元件的消色差的波導顯示系統

有效

• 申請號: 201410210221.1
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103995354A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 劉娟;張楠楠;王涌天
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/44
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及一種波導顯示系統，尤其涉及一種基于全息衍射光學元件的消色差的波導顯示系統。

背景技術

傳統的頭盔顯示系統采用折反射透鏡，重量大、體積大，不利于隨身佩戴；相比之下，衍射光學元件重量小、體積小、簡單易加工、可復制、價格便宜。因此，將全息衍射光學元件應用到波導顯示系統中，在很大程度上減少了顯示系統的尺寸和重量問題。但是全息衍射光學元件有色差，在將全息衍射光學元件應用到波導顯示系統中時會產生色差，這將直接影響所成像的真實色彩的再現。

史瑞等人在Applied?Optics中發表文章“Chromatic?dispersion?correction?in?planer?waveguide?using?one-layer?holograms?based?on?three-step?exposure”，提出一種較為簡單的方法解決基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的色差消除方法，通過三次曝光的方式在一層介質上記錄下三種不同的光柵結構，達到了消除色差彩色成像的目的。但是由于記錄介質本身的局限以及在記錄材料上多次曝光導致的顯示系統衍射效率嚴重降低，不利于人眼觀察。

吳正明等人在Optics?Communications中發表文章“The?recording?method?of?planar?holographic?grating?with?variable?diffraction?efficiency?by?phase?modulations”，提出了一種嵌入式三棱鏡和光柵結合的平板波導顯示系統，其中嵌入式的棱鏡作為耦合輸入元件，全息光柵作為耦合輸出元件，該耦合輸出衍射光學元件同樣是通過三次曝光的方式在全息記錄材料上記錄三個線性的體積全息光柵，每一個光柵有一個敏感波長。與史瑞等人提出的全息光學元件對稱分布的平板波導顯示系統相比，該系統減少了一個全息光學元件，提高了系統的耦合效率，并且由于特殊的設定，嵌入式的光學棱鏡和波分復用光柵都實現了消色差，并未給最終的成像質量帶來影響，這在一定程度上解決了全息光學元件的技術障礙。但是嵌入光學棱鏡，這大大增加了全息波導系統的體積和重量，不便于人們佩戴使用。

基于上述，現有技術中存在的問題是如何在保證不降低基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的衍射效率，且不增加基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的體積和重量的前提下，消除其色差。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就是如何更可靠的消除基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的色差。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于全息衍射光學元件的消色差的波導顯示系統，包括輸入耦合器、波導、輸出耦合器，其特征在于，所述輸入耦合器為平面全息光柵，所述輸出耦合器為體積全息光柵，所述平面全息光柵和所述體積全息光柵作為成像元件，位于波導的兩端，通過所述兩個光柵的衍射實現對觀察目標物的成像。

優選地，所述平面全息光柵為透射式平面光柵，所述體積光柵為通過三次曝光技術在一層全息材料上得到的三層反射式體積光柵。

(三)有益效果

本發明的一種基于全息衍射光學元件的消色差的波導顯示系統，包括輸入耦合器、波導、輸出耦合器，彩色光線通過準直透鏡后照射到輸入耦合器的平面光柵時，平面光柵發揮色散特性，將光色散成不同顏色的光波按照不同的角度進入到波導中，然后光繼續在波導中傳播，當光傳播到輸出耦合器的體積光柵時，光波又被體積光柵調制，使發生色散的光波以同一方向反射出波導，進入到人的眼睛，使得人眼可以看到彩色的圖像，在保證不降低基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的衍射效率，且不增加基于全息衍射光學元件的波導顯示系統的體積和重量的前提下，達到消除色差的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1：基于全息衍射光學元件的消除色差的波導顯示系統的工作原理示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。