發(fā)布時(shí)間：2020-06-09 00:28

【摘要】：作為現(xiàn)代顯示技術(shù)中的一種全新技術(shù),頭盔顯示器的誕生之初多用于軍事領(lǐng)域,隨著技術(shù)的發(fā)展,其不斷得到完善,現(xiàn)已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的頭盔顯示技術(shù),全息波導(dǎo)頭盔顯示技術(shù)更能順應(yīng)頭戴系統(tǒng)輕型化、小型化的發(fā)展需求。目前,由于相關(guān)技術(shù)不成熟,彩色全息波導(dǎo)顯示亮度低。為提高彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的亮度,本文設(shè)計(jì)了三種彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng):基于傾斜角偏差型雙側(cè)體光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)、基于波長(zhǎng)偏差型雙側(cè)體光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)以及基于單側(cè)雙層體光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)。本文首先分析了三種結(jié)構(gòu)的基本原理,然后深入分析耦合光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)波導(dǎo)顯示系統(tǒng)性能的影響,最后分析了三種結(jié)構(gòu)波導(dǎo)顯示系統(tǒng)的顯示性能。本文首先優(yōu)化了傾斜角偏差型的紅、綠、藍(lán)單色雙側(cè)體光柵結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)單色雙側(cè)體光柵結(jié)構(gòu)全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)總的亮度耦合效率相對(duì)傳統(tǒng)單側(cè)體光柵結(jié)構(gòu)的增量分別為16.1%、10.9%、6.1%。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于傾斜角偏差型雙側(cè)體光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明,該彩色系統(tǒng)不僅可提高亮度,而且雜散光和顏色串?dāng)_被有效抑制,色域與傳統(tǒng)全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)相同。最后,基于傾斜角偏差型雙側(cè)體光柵結(jié)構(gòu),提出了一種基于波長(zhǎng)偏差型雙側(cè)體光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng),結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)性能與傾斜角偏差型相似。為進(jìn)一步提高全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)對(duì)光能的利用率,在雙側(cè)耦合體光柵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了基于單側(cè)雙層體全息光柵的彩色全息波導(dǎo)顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)的出/入耦合器均采用雙層體全息光柵結(jié)構(gòu),其中雙層體光柵結(jié)構(gòu)既可以是傾斜角偏差型,也可以是波長(zhǎng)偏差型結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明,該彩色系統(tǒng)可以在雙側(cè)體光柵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升顯示亮度,同時(shí)雜散光和顏色串?dāng)_亦得到有效抑制。
【圖文】：

（a） （b）圖 1.1（a）頭盔綜合槍；（b）頭盔顯示器示器的發(fā)展很大程度上是由軍事目的推動(dòng)的。到了八十年代，得益示技術(shù)的迫切需求，頭盔顯示技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。隨著美國(guó)家先后投入大量資源，頭盔顯示器更新迭代速度加快，到目前，頭盔顯示器已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，在諸多領(lǐng)域扮演舉足輕重的角然頭盔顯示器的發(fā)展主要是由軍事目的推動(dòng)的，但因其具有豐富與者有良好的臨場(chǎng)感以及與眾不同的想象性，頭盔顯示器不僅在軍教育、工業(yè)、娛樂(lè)等領(lǐng)域嶄露頭角。事應(yīng)用[10-11]示器可以將飛行員所需的各種信息直接呈現(xiàn)在眼前，隨著頭部的轉(zhuǎn)在頭盔顯示器的護(hù)目鏡上看到所需的信息，解決了飛行員作戰(zhàn)時(shí)需戰(zhàn)術(shù)信息的矛盾，減少了飛行員的反應(yīng)時(shí)間、有效提高了戰(zhàn)機(jī)作戰(zhàn)盔顯示器還可以提供寬闊的視場(chǎng)，減少發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的時(shí)間。此外，單頭盔顯示器，提高單兵作戰(zhàn)單元的綜合作戰(zhàn)能力；把頭盔顯示器應(yīng)

波導(dǎo)型頭盔顯示器主要包括全息波導(dǎo)型和幾何波導(dǎo)型頭盔顯示器[16]。其中，幾何波導(dǎo)型頭盔顯示器可以分為很多類型[17]。在幾何波導(dǎo)型頭盔顯示器中，傳統(tǒng)的顯示信息的折疊光學(xué)結(jié)構(gòu)[18]，如圖 1.2（a）。顯示器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡的折反射，變?yōu)闇?zhǔn)直光線照射到波導(dǎo)上。光線經(jīng)過(guò)第一個(gè)反射面以后，變?yōu)槠叫杏诓▽?dǎo)表面的光線在波導(dǎo)中傳播，然后經(jīng)第二個(gè)反射面反射，從波導(dǎo)中垂直出射，進(jìn)入人眼。該結(jié)構(gòu)所顯示的視場(chǎng)角與波導(dǎo)厚度有關(guān)，為獲得較大的視場(chǎng)角，波導(dǎo)的厚度越大，這不符合頭盔顯示小型化、輕型化的要求趨勢(shì)。為增加大視場(chǎng)角和出瞳，對(duì)傳統(tǒng)的折疊式光學(xué)光束直接傳輸和單次反射輸出的方式進(jìn)行了改造，，采用了波導(dǎo)全反射傳輸和多次反射輸出的方式[19]，其結(jié)構(gòu)如圖 1.2（b）。利用半透膜陣列代替原有結(jié)構(gòu)在出瞳處的第二反射面，光線可以在多個(gè)位置上進(jìn)行反射耦合輸出，增加了出瞳直徑；通過(guò)全反射傳輸，反射面的傾斜角可以變得更小，消除了直接傳輸方式視場(chǎng)角與波導(dǎo)厚度之間的限制，增加了視場(chǎng)角。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的工作過(guò)程為：準(zhǔn)直平行光垂直進(jìn)入波導(dǎo)后，經(jīng)過(guò)第一反射，光線在波導(dǎo)中以全反射的形式進(jìn)行傳播，在到達(dá)半透膜陣列區(qū)域后，經(jīng)過(guò)多次反射耦合輸出至人眼。日本愛(ài)普生（Epson）公司生產(chǎn)的 Moverio 系列產(chǎn)品則是利用半透膜陣列波導(dǎo)技術(shù)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN27;O43

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王宇明;用準(zhǔn)對(duì)稱波導(dǎo)法測(cè)量薄膜參數(shù)[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1988年07期

2 田柏強(qiáng),時(shí)振棟;邊緣周期加載Groove波導(dǎo)分析[J];通信學(xué)報(bào);1988年06期

3 郭長(zhǎng)志,黃永箴;非線性增益和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體激光器的譜線寬度的作用[J];物理學(xué)報(bào);1989年05期

4 呂善偉,李陟,張超峰;對(duì)接波導(dǎo)的縫隙耦合特性[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1989年03期

5 馮正和;用網(wǎng)絡(luò)-邊界元法求解波導(dǎo)內(nèi)任意不連續(xù)性問(wèn)題[J];中國(guó)科學(xué)(A輯 數(shù)學(xué) 物理學(xué) 天文學(xué) 技術(shù)科學(xué));1989年01期

6 李志全;安東陽(yáng);沙曉鵬;李文超;童凱;王志斌;;新型金屬-多層絕緣介質(zhì)-金屬表面等離子波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2014年09期

7 楊敏;環(huán)行器波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J];火控雷達(dá)技術(shù);2005年03期

8 潘中偉，劉成國(guó)，郭麗;東南沿海波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的預(yù)報(bào)方法[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);1996年03期

9 邢啟江,徐萬(wàn)勁;由WNi金屬薄膜形成光彈波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的研究[J];量子電子學(xué)報(bào);2000年05期

10 馬自龍;褚慶昕;;基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的緊湊型電介質(zhì)加載雙極化天線研究[J];南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 逯貴禎;洪楚雨;方超;;金屬條帶縫隙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特性研究[A];2014年全國(guó)電磁兼容與防護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2014年

2 蔣藝;陳洪斌;馬國(guó)武;雷文強(qiáng);;共焦波導(dǎo)結(jié)構(gòu)回旋行波管的設(shè)計(jì)與仿真[A];2011年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2011年

3 張新定;賴冬梅;翁寶龍;;波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的幾何光傳輸(英文)[A];第十五屆全國(guó)量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2012年

4 谷曉梁;金曉林;李斌;;波導(dǎo)結(jié)構(gòu)模式及色散特性的共形網(wǎng)格頻域有限差分研究[A];2016真空電子學(xué)分會(huì)第二十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下）[C];2016年

5 陳獻(xiàn);郝寅雷;楊建義;王明華;江曉清;;新型等離子波槽形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[A];全國(guó)第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

6 楊益林;張波;樊勇;;一種F波段寬頻帶波導(dǎo)魔T設(shè)計(jì)[A];2018年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(下冊(cè))[C];2018年

7 張超;閻守國(guó);張碧星;;三層板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中缺陷的拓?fù)涑上裱芯縖A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2017年全國(guó)聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2017年

8 何柳;陳正;鐘興建;屈德新;;一種微帶波導(dǎo)過(guò)渡結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用[A];2017年全國(guó)天線年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2017年

9 關(guān)曉通;傅文杰;楊同斌;魯鈍;黃瑛;鄢揚(yáng);;雙共焦波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的二次諧波太赫茲回旋管設(shè)計(jì)[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)真空電子學(xué)分會(huì)第二十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2018年

10 周太富;周磊;;基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的W波段功率合成技術(shù)研究[A];2015年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 杜鵑;創(chuàng)新要先行先試善行善試[N];山西日?qǐng)?bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 徐新標(biāo);新型集成光梯度力器件研究[D];華中科技大學(xué);2018年

2 姚獻(xiàn)坤;非厄密波導(dǎo)中的光波傳輸特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2017年

3 胡青;新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光傳輸[D];南京大學(xué);2012年

4 牛力勇;波導(dǎo)結(jié)構(gòu)表面等離子激光雙穩(wěn)態(tài)放大器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2014年

5 朱君;微納結(jié)構(gòu)中表面等離子體激元的放大與傳播研究[D];燕山大學(xué);2014年

6 劉濤;離子輻照光學(xué)材料制備可見(jiàn)光與紅外波導(dǎo)的特性研究[D];山東大學(xué);2014年

7 劉飛;波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的特征頻率法及其超聲導(dǎo)波聲彈性效應(yīng)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

8 郭英楠;基于表面等離子體激元的微納波導(dǎo)的光控研究[D];大連理工大學(xué);2014年

9 姚一村;新機(jī)制載能離子束制備的晶體激光波導(dǎo)[D];山東大學(xué);2014年

10 王柳;二維亞波長(zhǎng)缺陷型MIM波導(dǎo)的電磁傳輸特性研究[D];湖南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃子文;硅基混合波導(dǎo)中超連續(xù)譜及頻率梳產(chǎn)生的研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 陳丹;采用“過(guò)載”技術(shù)的諧振式波導(dǎo)縫隙陣列天線寬帶設(shè)計(jì)及解耦結(jié)構(gòu)探索[D];廈門大學(xué);2018年

3 吳昱;手性表面等離子波導(dǎo)模式及衍生器件特性[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

4 郭越;偏振態(tài)在鈮酸鋰波導(dǎo)中的測(cè)量[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 何國(guó)冰;聚合物波導(dǎo)三維集成光模式轉(zhuǎn)換器研究[D];吉林大學(xué);2018年

6 時(shí)楠楠;基于金屬等離激元波導(dǎo)耦合照明方式的光場(chǎng)聚焦[D];南京郵電大學(xué);2018年

7 吳輝;基于表面等離極化激元的金屬—介質(zhì)—金屬結(jié)構(gòu)波導(dǎo)透射特性的研究[D];安徽師范大學(xué);2018年

8 黃麗芳;基于近零介電常數(shù)材料的特殊波導(dǎo)模式及其激發(fā)研究[D];華中科技大學(xué);2017年

9 沈亞西;聲波在波導(dǎo)陣列中的傳輸特性研究[D];華中科技大學(xué);2017年

10 劉嘉玲;基于泄漏模波導(dǎo)的模式分辨器[D];華中科技大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2703891