基于平板光波導(dǎo)的微投影光學(xué)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(jié)合的目視光學(xué)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(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。頭戴顯示器最初多應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著時(shí)代發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)已擴(kuò)展到社會(huì)生活的方方面面。為了適應(yīng)頭戴顯示系統(tǒng)輕型化、小型化的發(fā)展要求，同時(shí)提高系統(tǒng)效率以及出瞳處視場(chǎng)均勻性，本文以全息光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及半透膜陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)原型，提出了全息半透膜混合平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及基于表面微結(jié)構(gòu)平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

2、　　本文首先對(duì)兩種結(jié)構(gòu)基本原理以及系統(tǒng)光路進(jìn)行闡述，深入分析系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)之間的約束關(guān)系，綜合目鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及仿真，章節(jié)最后分別對(duì)兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)成像效果。為了解決傳統(tǒng)三級(jí)光柵結(jié)構(gòu)系統(tǒng)衍射效率低的問(wèn)題，提出以半透膜陣列為入耦合結(jié)構(gòu)，以全息光柵為出耦合結(jié)構(gòu)的新型平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)角為15??20?，出瞳區(qū)域?yàn)?mm20mm?20的大視場(chǎng)、大出瞳顯示效果。通過(guò)仿真計(jì)算，系統(tǒng)系統(tǒng)出瞳處視場(chǎng)均勻性

3、良好，光能利用率可達(dá)到17％，相對(duì)于三級(jí)光柵結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)效率顯著提升。依照導(dǎo)光板設(shè)計(jì)原理，以半透膜陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為原型，設(shè)計(jì)了基于表面微結(jié)構(gòu)的平板光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)半透膜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)可消除半透膜結(jié)構(gòu)中多次反射引入的鬼像問(wèn)題。設(shè)計(jì)了三角形微結(jié)構(gòu)平板波導(dǎo)，并針對(duì)三角形微結(jié)構(gòu)平板波導(dǎo)系統(tǒng)問(wèn)題，提出改進(jìn)型微結(jié)構(gòu)平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。改進(jìn)型微結(jié)構(gòu)平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以三角形微結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直方向出瞳擴(kuò)展，以梯形微結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平方向出瞳擴(kuò)展，系統(tǒng)視場(chǎng)角為30°，