光学学报, 2013, 33 (9): 0909001, 网络出版: 2013-08-08   

基于棱镜光栅结构的全息波导头盔显示系统设计 下载: 561次

Holographic Waveguide Head-Mounted Display System Design Based on Prisms-Grating Structure
作者单位
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
摘要
为了提高全息光学系统的光学效率,提出用分光棱镜和光栅对图像进行出瞳扩展,并通过双光栅设计改善光学系统的成像质量。通过光学系统建模,分析了光学系统成像质量并进行仿真。光学系统的视场为20°×20°,出瞳大小为20 mm×20 mm,剩余波像差为0.075λ,畸变小于0.01%,调制传递函数(MTF)接近衍射限。对于零视场光学系统的出瞳具有完全均匀辐照度分布,光能利用率约5%~6%。而对于20°视场系统出瞳辐照度均匀性略有下降,光能利用率为3%~4%。结果表明,该全息波导系统显著提高了全息波导头盔显示系统的光能利用率。并且棱镜波导系统具有高度可行性,可以应用于新一代头盔显示技术。
Abstract
In order to enhance the optical efficiency, splitting prisms and holographic gratings are used to expand the exit pupil. And double-grating design is used to enhance the image quality. By modeling the system with optical design software, the optical quality is analyzed and simulated. The system has a field of view (FOV) of 20°×20°and an exit pupil of 20 mm×20 mm. The residual wave aberration is less than 0.075λ, the distortion is less than 0.01%, and the modulation transfer function close to the diffraction limit. For the zero FOV, the exit pupil has uniform irradiance distribution with an optical efficiency of 5%~6%. For the FOV of 20°, the irradiance uniformity drops down slightly, and the optical efficiency is 3%~4%. The simulated results show that the holographic waveguide system dramatically improves the optical efficiency of the holographic waveguide head-mounted display (HMD) system. Also the prisms waveguide optical system is highly practical and can be applied to the new generation HMD technology.

曾飞, 张新, 张建萍, 史广维, 曲贺盟, 张继真. 基于棱镜光栅结构的全息波导头盔显示系统设计[J]. 光学学报, 2013, 33(9): 0909001. Zeng Fei, Zhang Xin, Zhang Jianping, Shi Guangwei, Qu Hemeng, Zhang Jizhen. Holographic Waveguide Head-Mounted Display System Design Based on Prisms-Grating Structure[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(9): 0909001.

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