CN106909047A - 多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统 - Google Patents
多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统，其中的方法包括控制微型显示器发射的各物光分量以不同的角度经光波导照射在对应的全息图面上；各平面参考光分别与对应的物光分量在对应的全息图面发生干涉，得到输入耦合全息光栅；控制微型显示器以预设角度照射输入耦合全息光栅；出射平行光在光波导中以全反射的形式传播，使得各物光分量分别进入光波导中的输出耦合全息光栅中；输出耦合全息光栅输出用于色像差消除及视度纠正的出射全息图像。本发明结构简单、应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差，同时能够输出不同形状的出射光，使得输出的图像适合不同视力水平的使用者观看，达到视度纠正的目的。
Description
技术领域
本发明涉及全息波导显示技术领域，具体涉及一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统。
背景技术
全息波导显示方法结合了全息技术和波导技术，通过计算全息光栅的衍射效应，对光波进行振幅或者相位调制，利用波导对光波进行定向传播，从而实现将虚拟图像以投影的方式和外部场景图像叠加在一起的目的。该方法有效解决了光路离轴传输的问题，并具有体积小，重量轻等优点。在全息波导显示技术里面，全息技术充当着光学透镜的作用，与普通玻璃透镜相比，全息光学元件提供“薄膜光学系统”，也就是说这种元件具有比较轻的质量，并且全息光学元件的功能与底板的形状基本没有关系，易于批量制造，并且生产成本低。最主要的多个全息光学元件可以同时记录在一个全息底板上。而波导所充当的作用是对光进行定向引导，能够使光按照规定的路线传播，和光纤技术一样都是利用了光的全反射定律。
传统全息波导显示方法如图1所示，彩色(或者单色)光线通过准直系统进行光线准直之后，耦合进入全息光波导组件，经过输入耦合光栅的衍射作用后，在波导中传播进入输出耦合光栅，经过调制后进入人眼，但传统全息波导显示方法需要添加准直系统来对输入的成像光束进行准直，这样增加了系统的体积和重量，而且增加了系统的成本和复杂程度，应用准直系统无法很好地对不同颜色的光同时进行平行校正，这样会导致色差和像差的产生。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统，其结构简单、应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差，同时能够输出不同形状的出射光，使得输出的图像适合不同视力水平的使用者观看，达到视度纠正的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法，所述方法包括：
控制微型显示器发射的各物光分量以不同的角度经光波导照射在对应的所述全息图面上，其中，所述物光分量包括物光红色分量、物光绿色分量和物光蓝色分量；
将各平面参考光分别以不同的角度照射在对应的全息图面上，使得各平面参考光分别与对应的物光分量在对应的全息图面发生干涉，并得到输入耦合全息光栅，其中，所述平面参考光包括红色参考光、绿参色考光和蓝色参考光；
控制所述微型显示器以预设角度照射所述输入耦合全息光栅，使得所述输入耦合全息光栅衍射产生不同颜色的出射平行光；
所述出射平行光在所述光波导中以全反射的形式传播，使得各物光分量分别进入光波导中的输出耦合全息光栅中；
以及，所述输出耦合全息光栅输出用于色像差消除及视度纠正的出射全息图像。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H1r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H1g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H1b。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H2r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H2g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H2b。
一方面，本发明提供了一种反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统，所述系统包括：板条状的光波导、分别设置在所述光波导的水平方向上的两个侧面处的计算全息光栅单元和微型显示器；
所述计算全息光栅单元有两个，且两个所述计算全息光栅单元分别固定设置所述光波导的同一个侧面上的两端；
所述微型显示器平行设置在所述光波导的外部，且所述微型显示器与其中一个计算全息光栅单元相对设置，使得所述微型显示器发出的光线经所述光波导发射至该计算全息光栅单元。
进一步的，与所述微型显示器相对设置的一个计算全息光栅单元为反射型输入耦合光栅单元；
所述反射型输入耦合光栅单元用于调制所述微型显示器经所述光波导发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导中进行光传播；
远离所述微型显示器的另一个所述计算全息光栅单元为反射型输出耦合光栅单元；
所述反射型输出耦合光栅单元用于接收所述光波导传输的光线，以及，将所述光线经所述光波导耦合至所述光波导的外部，使得人眼在所述光波导的外部自所述反射型输出耦合光栅单元看见由所述微型显示器发出的光线构成的虚拟图像。
进一步的，各所述计算全息光栅单元均包括多层依次连接的计算全息光栅；
所述计算全息光栅的数量等于所述微型显示器发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅对应彩色发散光中的各波长的光线。
另一方面，本发明还提供了一种透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统，所述系统包括：板条状的光波导、设置在所述光波导的水平方向上的同一侧面处的计算全息光栅单元和微型显示器；
所述计算全息光栅单元有两个，且两个所述计算全息光栅单元分别固定设置所述光波导的同一侧面上的两端；
所述微型显示器平行设置在其中一个计算全息光栅单元的外部，使得所述微型显示器发出的光线经该计算全息光栅单元透射至所述光波导内。
进一步的，与所述微型显示器平行设置的一个计算全息光栅单元为透射型输入耦合光栅单元；
所述透射型输入耦合光栅单元用于调制所述微型显示器发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导中进行光传播；
远离所述微型显示器的另一个所述计算全息光栅单元为透射型输出耦合光栅单元；
所述透射型输出耦合光栅单元用于接收所述光波导传输的光线，以及，将所述光线耦合至所述光波导的外部，使得人眼自所述透射型输出耦合光栅单元看见由所述微型显示器发出的光线构成的虚拟图像。
进一步的，各所述计算全息光栅单元均包括多层依次连接的计算全息光栅；
所述计算全息光栅的数量等于所述微型显示器发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅对应彩色发散光中的各波长的光线。
进一步的，所述光波导上设有凸透镜，且所述凸透的凸面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元的中心点，所述凸透镜的凸面设置在所述光波导的外部；
或者，所述光波导上设有凹透镜，且所述凹透的凹面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元的中心点，所述凹透镜的凹面设置在所述光波导的内部。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法和系统，其中的方法包括控制微型显示器发射的各物光分量以不同的角度经光波导照射在对应的全息图面上；各平面参考光分别与对应的物光分量在对应的全息图面发生干涉，得到输入耦合全息光栅；控制微型显示器以预设角度照射输入耦合全息光栅；出射平行光在光波导中以全反射的形式传播，使得各物光分量分别进入光波导中的输出耦合全息光栅中；输出耦合全息光栅输出用于色像差消除及视度纠正的出射全息图像。本发明的系统结构简单、应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差，同时能够输出不同形状的出射光，使得输出的图像适合不同视力水平的使用者观看，达到视度纠正的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的传统全息波导显示方法的应用流程示意图。
图2是本发明的一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法的流程示意图。
图3是本发明的一种反射性多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的结构示意图。
图4是本发明的反射性多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中计算全息光栅单元2的结构示意图。
图5是本发明的反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的系统结构及光线传输的结构示意图。
图6是本发明的反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中系统的结构俯视图。
图7是本发明的反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的人眼与计算全息光栅单元2的位置关系示意图。
图8是本发明的反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的适用于远视人群使用的光线路径示意图。
图9是本发明的反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的适用于近视人群使用的光线路径示意图。
图10是本发明的一种透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的结构示意图。
图11是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中计算全息光栅单元2的结构示意图。
图12是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中光波导1的一种结构示意图。
图13是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中光波导1的另一种结构示意图。
图14是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的系统结构及光线传输的结构示意图。
图15是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的系统的结构俯视图。
图16是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的人眼与计算全息光栅单元2的位置关系示意图。
图17是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的适用于远视人群使用的光线路径示意图。
图18是本发明的透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例中的适用于近视人群使用的光线路径示意图。
其中，1-光波导；11-凸透镜；12-凹透镜；2-计算全息光栅单元；21-反射型输入耦合光栅单元；22-反射型输出耦合光栅单元；23-计算全息光栅；24-透射型输入耦合光栅单元；25-透射型输出耦合光栅单元；3-微型显示器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例一提供了一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法的具体实施方式，参见图2，该一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法具体包括如下内容：
步骤100：控制微型显示器发射的各物光分量以不同的角度经光波导照射在对应的所述全息图面上。
在步骤100中，所述物光分量包括物光红色分量、物光绿色分量和物光蓝色分量。
步骤200：将各平面参考光分别以不同的角度照射在对应的全息图面上，使得各平面参考光分别与对应的物光分量在对应的全息图面发生干涉，并得到输入耦合全息光栅。
在步骤200中：所述平面参考光包括红色参考光、绿参色考光和蓝色参考光。
步骤300：控制所述微型显示器以预设角度照射所述输入耦合全息光栅，使得所述输入耦合全息光栅衍射产生不同颜色的出射平行光。
在步骤300中，所述输入耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H1r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H1g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H1b。
步骤400：所述出射平行光在所述光波导中以全反射的形式传播，使得各物光分量分别进入光波导中的输出耦合全息光栅中。
在步骤400中，所述输出耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H2r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H2g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H2b。
步骤500：所述输出耦合全息光栅输出用于色像差消除及视度纠正的出射全息图像。
在上述描述中，首先将微型显示器发出发散光波中红、绿、蓝三个分量作为物光，分别经空间自由传播到波导上各波长的对应全息图面；将红、绿、蓝三束平面参考光分别以不同的角度照射在各自对应的全息图面，分别与其对应的物光颜色分量在对应的全息面发生干涉，得到三张重叠放置的全息图，我们称之为输入耦合全息光栅，即红色参考光与物光红色分量发生干涉得到H1r，绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到H1g，蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到H1b。用微型显示器以记录时的角度照射第二步得到的输入耦合全息光栅，全息光栅衍射产生不同颜色的出射平行光，并在波导中以全反射的形式传播，最后各颜色的光作为物光分别进入波导上另外一处与各波长对应的全息图面。根据实际的需求，计算产生红、绿、蓝三种相应形状的光波作为参考光照射在第三步中所述的全息图面处。分别与其对应的物光颜色分量发生干涉，得到三张互相重叠放置的全息图，我们称之为输出耦合全息光栅，即红色参考光与物光红色分量发生干涉得到H2r，绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到H2g，蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到H2b。用微型显示器以记录时的角度照射输入耦合光栅，那么在出射耦合光栅处就可以得到消除色差-像差并且能够校正使用者视力的出射图像。
从上述描述可知，本发明的实施例应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差并实现视度纠正。
本发明的实施例二提供了一种反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的具体实施方式，参见图3，该反射型全息波导显示系统具体包括如下内容：
板条状的光波导1、分别设置在所述光波导1的水平方向上的两个侧面处的计算全息光栅单元2和微型显示器3。
在上述描述中，在该反射型全息波导显示系统中，光波导1的两个较长且相对的侧面处分别设有计算全息光栅单元2和微型显示器3，其中的光波导1(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，该反射型全息波导显示系统中的光波导1为集成光波导，包括平面(薄膜)介质光波导和板条状介质光波导；且光波导1采用透明的光学玻璃或光学塑料制成；计算全息光栅单元2由计算全息光栅组成，其中的计算全息光栅可以按照光刻来进行，也可以利用其他计算全息元件制作方法来进行制作，其实际分辨本领可达理论分辨本领的80％～100％，且其衍射效率较高且分辨率高；微型显示器3发射的光为包括多种不同波长光线的彩色散射光。
所述计算全息光栅单元2有两个，且两个所述计算全息光栅单元2分别固定设置所述光波导1的同一个侧面上的两端；所述微型显示器3平行设置在所述光波导1的外部，且所述微型显示器3与其中一个计算全息光栅单元2相对设置，使得所述微型显示器3发出的光线经所述光波导1发射至该计算全息光栅单元2。
在上述描述中，当微型显示器3发出的由三种波长构成的彩色发散光进入光波导1，由一个所述计算全息光栅单元2将对应波长的光调制成平行光，并耦合进入光波导1进行传播，各波长的光之间不互相平行。各种颜色的平行光在光波导1内经全反射至另一个所述计算全息光栅单元2，并再次被另一个所述计算全息光栅单元2进行调制后耦合输出，进而进入人眼，使得人眼在光波导1外部即可观看到外部景象的同时，能够看到一幅由微型显示器3发出的光线经反射后呈现出的对应的虚拟图像。
从上述描述可知，本发明的实施例的反射型全息波导显示系统的结构简单、应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差。
本发明的实施例三提供了上述反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中计算全息光栅单元2的具体实施方式，参见图4，该计算全息光栅单元2具体包括如下内容：
各所述计算全息光栅单元2均包括多层依次连接的计算全息光栅23；所述计算全息光栅23的数量等于所述微型显示器3发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅23对应彩色发散光中的各波长的光线；与所述微型显示器3相对设置的一个计算全息光栅单元2为反射型输入耦合光栅单元21；所述反射型输入耦合光栅单元21用于调制所述微型显示器3经所述光波导1发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导1中进行光传播。远离所述微型显示器3的另一个所述计算全息光栅单元2为反射型输出耦合光栅单元22；所述反射型输出耦合光栅单元22用于接收所述光波导1传输的光线，以及，将所述光线经所述光波导1耦合至所述光波导1的外部，使得人眼在所述光波导1的外部自所述反射型输出耦合光栅单元21看见由所述微型显示器3发出的光线构成的虚拟图像。
在上述描述中，反射型输入耦合光栅单元21及反射型输出耦合光栅单元22均由计算全息光栅组成，在用于近视眼或者远视眼的视度调节时，利用反射型输入耦合光栅单元21及反射型输出耦合光栅单元22输出的光线形状，是反射型输入耦合光栅单元21及反射型输出耦合光栅单元22根据预先获知的待使用者的视度进行计算机计算而得出并定制的。
从上述描述可知，本发明的实施例能够输出不同形状的出射光，使得输出的图像适合不同视力水平的使用者观看，达到视度纠正的目的。
为进一步的说明本方案，本发明还提供了一种反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例，参见图5-7，该反射型全息波导显示系统具体包括如下内容：
微型显示器3发出的彩色光是由三种特定波长的光组成；两个计算全息光栅单元2均是反射型计算全息光栅，左侧的光栅一般被称为反射型输入耦合光栅单元21，右侧的光栅一般被称为反射型输出耦合光栅单元22，该部分是反射型全息波导显示系统的核心，每个反射型输入耦合光栅单元21均有三层，每一层只识别微型显示器3发出的光里面的一种波长的光；光波导1的外形为板条状。
当微型显示器3发出的由三种波长构成的彩色发散光进入光波导1，由三层的反射型输入耦合光栅单元21将对应波长的光调制成平行光，并耦合进入光波导1进行传播，各波长的光之间不互相平行。各种颜色的平行光在光波导1内经全反射来到耦合反射型输出耦合光栅单元22处，再次被对应的反射型输出耦合光栅单元22进行调制，并耦合输出，进而进入人眼，人眼即可观在看到外部景象的同时，看到一幅虚拟图像。
如图8所示，如果使用者的视度为正，即远视眼(老花眼)，那么为了匹配使用者的视度，可以通过计算机计算并改变反射型输入耦合光栅单元21和反射型输出耦合光栅单元22的特性，使得耦合出射的光为会聚光，并且使得会聚的光刚好能够使使用者看清虚拟图像场景。
如图9所示，如果使用者的视度为负，即近视眼，那么为了匹配使用者的视度，可以通过计算机计算并改变反射型输入耦合光栅单元21和反射型输出耦合光栅单元22的特性，使得耦合出射的光为会聚光，并且使得会聚的光刚好能够使使用者看清虚拟图像场景。
从上述描述可知，本发明的应用实例能进一步简化系统结构，减少系统重量和体积；利用计算全息光栅单元实现色差消除和像差消除，提高成像质量和效率；设计不同输出耦合光栅，耦合输出符合不同使用者视度要求的光线，达到视度纠正的目的；增强了全息波导显示系统的使用效果，提高了全息波导实际使用的舒适度和满意度，推广了其应用领域。
本发明的实施例四提供了一种透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的一种具体实施方式，参见图10，该透射型全息波导显示系统具体包括如下内容：
板条状的光波导1、设置在所述光波导1的水平方向上的同一侧面处的计算全息光栅单元2和微型显示器3；所述计算全息光栅单元2有两个，且两个所述计算全息光栅单元2分别固定设置所述光波导1的同一侧面上的两端；所述微型显示器3平行设置在其中一个计算全息光栅单元2的外部，使得所述微型显示器3发出的光线经该计算全息光栅单元2透射至所述光波导1内。
在上述描述中，在该透射型全息波导显示系统中，光波导1的其中一个侧面处分别设有计算全息光栅单元2和微型显示器3；当微型显示器3发出的由三种波长构成的彩色发散光进入一个计算全息光栅单元2，由该计算全息光栅单元2将对应波长的光调制成平行光，并耦合进入光波导1进行传播，各波长的光之间不互相平行。各种颜色的平行光在光波导1内经全反射至另一个所述计算全息光栅单元2，并再次被另一个所述计算全息光栅单元2进行调制后耦合输出，进而进入人眼，使得人眼在光波导1外部即可观看到外部景象的同时，能够看到一幅由微型显示器3发出的光线经透射后呈现出的对应的虚拟图像。
从上述描述可知，本发明的实施例的透射型全息波导显示系统的结构简单、应用灵活性强且可靠性高，能够有效消除色差和像差。
本发明的实施例五提供了上述透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中计算全息光栅单元2的具体实施方式，参见图11，该计算全息光栅单元2具体包括如下内容：
与所述微型显示器3平行设置的一个计算全息光栅单元2为透射型输入耦合光栅单元24；
所述透射型输入耦合光栅单元24用于调制所述微型显示器3发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导1中进行光传播；远离所述微型显示器3的另一个所述计算全息光栅单元2为透射型输出耦合光栅单元25；所述透射型输出耦合光栅单元25用于接收所述光波导1传输的光线。
以及，将所述光线耦合至所述光波导1的外部，使得人眼自所述透射型输出耦合光栅单元25看见由所述微型显示器3发出的光线构成的虚拟图像；各所述计算全息光栅单元2均包括多层依次连接的计算全息光栅23；所述计算全息光栅23的数量等于所述微型显示器3发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅23对应彩色发散光中的各波长的光线。
在上述描述中，透射型输入耦合光栅单元24及透射型输出耦合光栅单元25均由计算全息光栅组成，在用于近视眼或者远视眼的视度调节时，利用透射型输入耦合光栅单元24及透射型输出耦合光栅单元25输出的光线形状，是透射型输入耦合光栅单元24及透射型输出耦合光栅单元25根据预先获知的待使用者的视度进行计算机计算而得出并定制的。
从上述描述可知，本发明的实施例能够输出不同形状的出射光，使得输出的图像适合不同视力水平的使用者观看，达到视度纠正的目的。
本发明的实施例六提供了上述透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统中光波导1的一种具体实施方式，参见图12，该光波导1具体包括如下内容：
所述光波导1上设有凸透镜11，且所述凸透的凸面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元25的中心点；所述凸透镜11的凸面设置在所述光波导1的外部。
从上述描述可知，本发明的实施例适用于使用者的视度为正的远视(老花眼)的人群，能够矫正由外界场景进入人眼的光，使得远视的使用者能够看清外界场景。
本发明的实施例六提供了上述透射型全息波导显示系统中光波导1的另一种具体实施方式，参见图12，该光波导1具体包括如下内容：
所述光波导1上设有凹透镜12，且所述凹透的凹面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元25的中心点；所述凹透镜12的凹面设置在所述光波导1的内部。
从上述描述可知，本发明的实施例适用于使用者的视度为负的近视眼的人群，能够矫正由外界场景进入人眼的光，使得近视的使用者能够看清外界场景。
为进一步的说明本方案，本发明还提供了一种透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统的应用实例，参见图14-16，该透射型全息波导显示系统具体包括如下内容：
微型显示器3发出的彩色光是由三种特定波长的光组成；两个计算全息光栅单元2均是透射型计算全息光栅，左侧的光栅一般被称为透射型输入耦合光栅单元24，右侧的光栅一般被称为透射型输出耦合光栅单元25，该部分是透射型全息波导显示系统的核心，每个透射型输入耦合光栅单元24均有三层，每一层只识别微型显示器3发出的光里面的一种波长的光；光波导1的外形为板条状。
当微型显示器3发出的由三种波长构成的彩色发散光进入光波导1，由三层的透射型输入耦合光栅单元24将对应波长的光调制成平行光，并耦合进入光波导1进行传播，各波长的光之间不互相平行。各种颜色的平行光在光波导1内经全反射来到耦合透射型输出耦合光栅单元25处，再次被对应的透射型输出耦合光栅单元25进行调制，并耦合输出，进而进入人眼，人眼即可观在看到外部景象的同时，看到一幅虚拟图像。
如图17所示，如果使用者的视度为正，即远视眼(老花眼)，那么为了匹配使用者的视度，可以通过计算机计算并改变透射型输入耦合光栅单元24和透射型输出耦合光栅单元25的特性，使得耦合出射的光为会聚光，并且使得会聚的光刚好能够使使用者看清虚拟图像场景。
如图18所示，如果使用者的视度为负，即近视眼，那么为了匹配使用者的视度，可以通过计算机计算并改变透射型输入耦合光栅单元24和透射型输出耦合光栅单元25的特性，使得耦合出射的光为会聚光，并且使得会聚的光刚好能够使使用者看清虚拟图像场景。
在上述描述中，光波导采用透明的光学玻璃或光学塑料，.微型显示器3发出的光的三种单色波长和光波导1两侧的计算全息光栅单元2的工作波长一一对应；微型显示器3发出的发散光的发散程度和计算全息光栅单元2对应，满足最佳耦合效果；经计算全息光栅单元2调制输出的光为平行光，并且三层计算全息光栅单元2发出的平行光互相之间不平行；在光波导1里面传播的三种颜色的光进入计算全息光栅单元2时满足最佳入射角度；计算全息光栅单元2所调制输出的三种波长的光应该互相重合，这样才不会发生色散；视度调节的时候，所使用的凹(凸)透镜匹配使用者的视度；在视度调节时，耦合输出的三种波长的光的发散(会聚)程度符合使用者的视度。
从上述描述可知，本发明的应用实例能进一步简化系统结构，减少系统重量和体积；利用计算全息光栅单元实现色差消除和像差消除，提高成像质量和效率；设计不同输出耦合光栅，耦合输出符合不同使用者视度要求的光线，达到视度纠正的目的；增强了全息波导显示系统的使用效果，提高了全息波导实际使用的舒适度和满意度，推广了其应用领域。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示方法，其特征在于，所述方法包括：
控制微型显示器发射的各物光分量以不同的角度经光波导照射在对应的所述全息图面上，其中，所述物光分量包括物光红色分量、物光绿色分量和物光蓝色分量；
将各平面参考光分别以不同的角度照射在对应的全息图面上，使得各平面参考光分别与对应的物光分量在对应的全息图面发生干涉，并得到输入耦合全息光栅，其中，所述平面参考光包括红色参考光、绿参色考光和蓝色参考光；
控制所述微型显示器以预设角度照射所述输入耦合全息光栅，使得所述输入耦合全息光栅衍射产生不同颜色的出射平行光；
所述出射平行光在所述光波导中以全反射的形式传播，使得各物光分量分别进入光波导中的输出耦合全息光栅中；
以及，所述输出耦合全息光栅输出用于色像差消除及视度纠正的出射全息图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H1r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H1g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H1b。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出耦合全息光栅为三张重叠放置的全息图，其中，所述三张重叠放置的全息图包括：所述红色参考光与物光红色分量发生干涉得到的全息图H2r、所述绿色参考光与物光绿色分量发生干涉得到的全息图H2g、以及，所述蓝色参考光与物光蓝色分量发生干涉得到的全息图H2b。
4.一种反射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统，其特征在于，所述系统包括：板条状的光波导、分别设置在所述光波导的水平方向上的两个侧面处的计算全息光栅单元和微型显示器；
所述计算全息光栅单元有两个，且两个所述计算全息光栅单元分别固定设置所述光波导的同一个侧面上的两端；
所述微型显示器平行设置在所述光波导的外部，且所述微型显示器与其中一个计算全息光栅单元相对设置，使得所述微型显示器发出的光线经所述光波导发射至该计算全息光栅单元。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，与所述微型显示器相对设置的一个计算全息光栅单元为反射型输入耦合光栅单元；
所述反射型输入耦合光栅单元用于调制所述微型显示器经所述光波导发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导中进行光传播；
远离所述微型显示器的另一个所述计算全息光栅单元为反射型输出耦合光栅单元；
所述反射型输出耦合光栅单元用于接收所述光波导传输的光线，以及，将所述光线经所述光波导耦合至所述光波导的外部，使得人眼在所述光波导的外部自所述反射型输出耦合光栅单元看见由所述微型显示器发出的光线构成的虚拟图像。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，各所述计算全息光栅单元均包括多层依次连接的计算全息光栅；
所述计算全息光栅的数量等于所述微型显示器发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅对应彩色发散光中的各波长的光线。
7.一种透射型多层计算全息色像差消除及视度纠正波导显示系统，其特征在于，所述系统包括：板条状的光波导、设置在所述光波导的水平方向上的同一侧面处的计算全息光栅单元和微型显示器；
所述计算全息光栅单元有两个，且两个所述计算全息光栅单元分别固定设置所述光波导的同一侧面上的两端；
所述微型显示器平行设置在其中一个计算全息光栅单元的外部，使得所述微型显示器发出的光线经该计算全息光栅单元透射至所述光波导内。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，与所述微型显示器平行设置的一个计算全息光栅单元为透射型输入耦合光栅单元；
所述透射型输入耦合光栅单元用于调制所述微型显示器发射的光线，以及，将经调制的光线耦合至所述光波导中进行光传播；
远离所述微型显示器的另一个所述计算全息光栅单元为透射型输出耦合光栅单元；
所述透射型输出耦合光栅单元用于接收所述光波导传输的光线，以及，将所述光线耦合至所述光波导的外部，使得人眼自所述透射型输出耦合光栅单元看见由所述微型显示器发出的光线构成的虚拟图像。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，各所述计算全息光栅单元均包括多层依次连接的计算全息光栅；
所述计算全息光栅的数量等于所述微型显示器发出的彩色发散光中的光波长的类型数，且各层所述计算全息光栅对应彩色发散光中的各波长的光线。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光波导上设有凸透镜，且所述凸透的凸面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元的中心点，所述凸透镜的凸面设置在所述光波导的外部；
或者，所述光波导上设有凹透镜，且所述凹透的凹面的圆心垂直于所述透射型输出耦合光栅单元的中心点，所述凹透镜的凹面设置在所述光波导的内部。
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