[实用新型]全息光波导头盔显示器光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学系统，具体是一种头盔显示器光学系统。

背景技术

头盔显示器作为一种重要的光电显示设备，起着为飞机或坦克驾驶员、单兵、航天员等提供关键测控信息，提高势态感知度的关键作用。头盔显示器，在满足功能和可靠性的前提下，对其重量和结构形式不断提出新的要求，减轻重量可以降低佩戴人员的负荷，良好的结构形式可保证头部质心位置，从而延缓佩戴者的疲劳程度，防止冲击引起颈部扭伤等。

传统的头盔显示器光学系统为了适应头盔安装，保证实现良好的显示功能，对于护目镜的曲率公差较要求紧，中继透镜组镜片需要离轴和倾斜，使得中继镜装配公差紧，光学畸变、离轴残余像差较大，系统的出瞳和视场较小，导致整体设计难度大，加工和装调周期长，成本高，光学透镜组结构复杂，质量、体积较大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种有效解决光路离轴传输问题、系统成像清晰、小畸变、系统的重量和体积小，并且易制造的全息光波导头盔显示器光学系统。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种全息光波导头盔显示器光学系统，由中继准直光学系统、全息光波导组件、显示像源构成，显示像源的光线经中继准直光学系统准直，之后，耦合进入全息光波导组件，光波在经过全息光波导组件传输时，光波部分衍射出全息光波导，同时，外部场景的光线透过全息光波导组件，用户看到耦合出全息光波导的图像以投影方式叠加在外部场景上。

本实用新型可进一步优化为：全息光波导组件由两个平板光波导组成：水平全息光波导以及垂直全息光波导，水平全息光波导远离入射光的一面的两端分别制作一个全息反射元件：第一全息反射面、第二全息反射面，垂直全息光波导远离入射光的一面的两端也分别制作一个全息反射元件：第三全息反射面、第四全息反射面，水平全息光波导以及垂直全息光波导的板面相互垂直，且第二全息反射面平行于第三全息反射面。

第一全息反射面将中继准直光学系统准直后的光线耦合进入水平全息光波导，光波在水平方向传输，传输到第二全息反射面时，部分光被衍射出水平全息光波导，而零级光保持在水平全息光波导内向前传输，每次遇到第二全息反射面则耦合出部分能量，水平全息光波导衍射耦合出的光能，被垂直全息光波导的第三全息反射面接收，耦合进入垂直全息光波导，光波在垂直方向传输，当传输到第四全息反射面时，部分光被衍射出垂直全息光波导，剩余零级光保持在垂直全息光波导向前传输。

本实用新型可进一步优化为：所述中继准直光学系统选用三片透镜结构，中间透镜为双胶合透镜，优选的为一平凸透镜与一平凹透镜胶合，两侧的第一片透镜和第三片透镜均为平凸透镜，且优选的，三片透镜的凸面均为偶次非球面，且凸面均朝向水平全息光波导。

更具体的，所述第一全息反射面和第三全息反射面使用一级衍射，第二全息反射面和第四全息反射面上，每次零级和一级衍射效率保持不变，对其零级和一级衍射效率按公式（1）分配；

η=ρl(1-ρ0k1-ρ0)---(1)]]>

其中：η——全息光波导耦出效率；ρ₀——为零级衍射效率；ρ_l——一级衍射效率；k——衍射次数；

衍射次数取整： k=【L/Δ】     （2）

其中：L——全息面宽度；Δ——光束的间隔；

光束的间隔：Δ=2t·tanθ      （3）

其中：Δ——光束的间隔；t——平板波导厚度；θ——衍射角；