【摘要】：隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展,頭盔顯示技術(shù)在軍事、娛樂、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域展示了巨大的發(fā)展?jié)摿Α，F(xiàn)有的頭盔顯示器多是基于護(hù)目鏡成像,但是在實(shí)際的穿戴過程中,由于其內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)龐大笨重,會(huì)導(dǎo)致頭部嚴(yán)重不適。為了克服這些缺點(diǎn),許多新型的頭盔顯示技術(shù)被提出,它們相比于傳統(tǒng)的頭盔顯示器具有重量輕、體積小等優(yōu)勢(shì),其中全息波導(dǎo)顯示技術(shù)正是最新的頭盔顯示技術(shù)。但是因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)積累欠缺,全息波導(dǎo)顯示技術(shù)目前還存在光能利用率低、無(wú)法實(shí)現(xiàn)彩色顯示等問題。本文針對(duì)光能利用率低的問題,設(shè)計(jì)了一種光柵結(jié)構(gòu),可以以較低的制備成本提高光柵的衍射效率,更大程度地提高系統(tǒng)光效、節(jié)約成本。文中首先闡述了全息波導(dǎo)顯示技術(shù)和衍射理論的相關(guān)原理,分析了全息光柵空間頻率、波長(zhǎng)、波導(dǎo)折射率、入射角等參數(shù)之間的關(guān)系。然后,采用標(biāo)量衍射理論的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)得到光柵的表面微結(jié)構(gòu)形貌,并利用矢量衍射理論對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真。針對(duì)仿真結(jié)果,對(duì)光柵的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。之后采用標(biāo)量理論分析了該光柵結(jié)構(gòu)的寬容度。最后,根據(jù)最終的設(shè)計(jì)結(jié)果,采用無(wú)掩膜直寫光刻的方法制備出相應(yīng)的光柵,對(duì)光柵以及全息波導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明:光柵正入射時(shí)-1級(jí)衍射效率達(dá)到50%,傾斜56°角入射時(shí)-1級(jí)衍射效率達(dá)到40%,相比于一般的全息波導(dǎo)系統(tǒng),整體光能利用率提升了4倍左右,滿足最初的設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

器自誕生之日起就一直面臨著種種技術(shù)問題，直到今盔顯示器的發(fā)展。傳統(tǒng)頭盔顯示器的缺點(diǎn)主要包括體積部分過厚，這影響了用戶的體驗(yàn)。為了克服傳統(tǒng)頭盔顯新型頭盔技術(shù)被適時(shí)提出，這些技術(shù)從不同角度上一定節(jié)主要介紹三種運(yùn)用新型顯示技術(shù)的頭盔顯示器：自由型頭盔顯示器以及本文研究的全息波導(dǎo)型頭盔顯示器。式頭盔顯示器，顧名思義，其引入了自由曲面光學(xué)元件一個(gè)典型的自由曲面式光學(xué)系統(tǒng)如圖 1.1 所示，該系統(tǒng)由曲面透鏡組成[11]。自由曲面透鏡通過一定的折反射人眼當(dāng)中。從圖 1.1 中可以看出，相比于傳統(tǒng)的頭盔顯器只需要一個(gè)光學(xué)鏡片就可以完成圖像的傳輸，，有效，在一定程度上解決了傳統(tǒng)技術(shù)所帶來(lái)的體積大、重量的設(shè)計(jì)同樣導(dǎo)致制備難度與成本過高，并且難以保證地呈現(xiàn)在人眼中。

圖 1. 2 幾何波導(dǎo)型光學(xué)系統(tǒng)的工作原理Fig 1.2 The principle of geometry waveguide optical system全息波導(dǎo)顯示技術(shù)與之前所介紹的頭盔顯示技術(shù)在原理上有很大不同。息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的示意圖，全息波導(dǎo)顯示通過準(zhǔn)直透鏡組合將光線準(zhǔn)直地利用衍射將圖像耦合進(jìn)滿足全反射條件的波導(dǎo)里傳播，在出射光柵處衍射破壞全反射條件后由波導(dǎo)中耦出，成像于人眼中[12-19]。因?yàn)闊o(wú)需折返中的中繼透鏡，整個(gè)頭盔顯示系統(tǒng)從重量到尺寸都大大降低，切實(shí)滿足了中對(duì)頭盔顯示器小型化、輕型化的需求，是下一代頭盔顯示技術(shù)的重要研
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN27

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684457