基于平板光波導的微投影光學系統(tǒng)研究.pdf

1、頭戴顯示系統(tǒng)是將微顯示器與傳像系統(tǒng)相結合的目視光學系統(tǒng)，可在觀察者眼瞳直接呈現(xiàn)微顯示器上的圖像信息，被廣泛應用于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以及增強現(xiàn)實系統(tǒng)。頭戴顯示器最初多應用于軍事領域，隨著時代發(fā)展以及技術進步，現(xiàn)已擴展到社會生活的方方面面。為了適應頭戴顯示系統(tǒng)輕型化、小型化的發(fā)展要求，同時提高系統(tǒng)效率以及出瞳處視場均勻性，本文以全息光波導結構以及半透膜陣列波導結構為設計原型，提出了全息半透膜混合平板波導結構以及基于表面微結構平板波導結構。

2、　　本文首先對兩種結構基本原理以及系統(tǒng)光路進行闡述，深入分析系統(tǒng)內各參數(shù)之間的約束關系，綜合目鏡準直系統(tǒng)對整體結構進行設計、優(yōu)化以及仿真，章節(jié)最后分別對兩種設計結構進行實驗驗證系統(tǒng)成像效果。為了解決傳統(tǒng)三級光柵結構系統(tǒng)衍射效率低的問題，提出以半透膜陣列為入耦合結構，以全息光柵為出耦合結構的新型平板波導結構。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)視場角為15??20?，出瞳區(qū)域為 mm20mm?20的大視場、大出瞳顯示效果。通過仿真計算，系統(tǒng)系統(tǒng)出瞳處視場均勻性

3、良好，光能利用率可達到17％，相對于三級光柵結構，系統(tǒng)效率顯著提升。依照導光板設計原理，以半透膜陣列波導結構設計為原型，設計了基于表面微結構的平板光波導結構。相比于傳統(tǒng)半透膜波導結構，該系統(tǒng)可消除半透膜結構中多次反射引入的鬼像問題。設計了三角形微結構平板波導，并針對三角形微結構平板波導系統(tǒng)問題，提出改進型微結構平板波導結構。改進型微結構平板波導結構以三角形微結構進行垂直方向出瞳擴展，以梯形微結構進行水平方向出瞳擴展，系統(tǒng)視場角為30°，