CN112987277A - 全息瞄准系统、其显示元件的光路制备装置与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全息瞄准系统，包括波导、光源、全息光栅和显示元件，全息光栅和显示元件设置在波导中，全息光栅包括耦合输入全息光栅和折叠全息光栅；光源发出的光线通过耦合输入全息光栅、波导、折叠全息光栅和显示元件实现二维扩瞳；显示元件为记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。本发明将全息光栅、显示元件集成在波导上，通过全息光栅、波导和显示元件实现二维扩瞳，使全息瞄准系统具备小直径光源输入、大面积照明特性，显示元件处的光线为大面积照明光线，与现有的全息瞄准镜相比，无需长焦距的凹面反射镜即可实现显示元件的全息图信息显示，结构紧凑、体积小、光程缩短、能量损耗少、重量轻、光学元件少、造价低、可靠性高。

Description

全息瞄准系统、其显示元件的光路制备装置与使用方法

技术领域

本发明涉及全息瞄准技术领域，具体而言，涉及全息瞄准系统、其显示元件的光路制备装置与使用方法。

背景技术

轻武器上使用的瞄准镜包括机械式瞄准镜、白光光学瞄准镜、光电瞄准镜和全息瞄准镜等。其中，全息瞄准镜是基于全息术原理的一种新型瞄准镜，是全息术在轻武器上的应用，与机械式瞄准镜、白光光学瞄准镜、光电瞄准镜等相比，全息瞄准镜具备平视显示窗口扩大视野，可快速获取目标；全息照片上显示分划板虚像，具有很好的隐蔽性；全息照片破裂后，碎裂的部分仍可呈现分划板图案，可靠性强等特点，因此得到了广泛的使用。

现有全息瞄准镜的光学部分通常包括激光二极管、透镜、反射镜、凹面反射镜、全息光栅和全息照片，光学元件较多，体积偏大，在实际应用时不方便且成本高。为了减小全息瞄准镜的占用体积，达到实用效果，需要将整个光路系统设计的非常紧凑且稳定；为了增加可靠性，降低成本，光学元件应越少越好。为此，技术人员利用激光二极管发射有角度的发散光线，省略透镜，以期达到减少光学元件的目的，然而，在整个光路系统中，仍需要通过凹面反射镜将激光二极管发出的激光准直并投向全息光栅，经过全息光栅的衍射，将大部分光强衍射至全息照片上，人眼才能在全息照片合适的角度看到分划板图案。在该光路系统中，为了获得截面比较大的准直光，凹面反射镜的焦距就要足够大，从而使得光路比较长，全息瞄准镜的体积无法做到很小且其成本仍然较高。

发明内容

本发明提供了一种全息瞄准系统、其显示元件的光路制备装置与使用方法，以解决现有全息瞄准镜体积大、光学元件多、成本高、可靠性低等问题。

一方面，本发明提供了一种全息瞄准系统，所述全息瞄准系统包括波导、光源、全息光栅和显示元件，所述全息光栅和显示元件设置在所述波导中，所述全息光栅包括耦合输入全息光栅和折叠全息光栅；所述光源发出的光线通过耦合输入全息光栅、波导、折叠全息光栅和显示元件实现二维扩瞳；其中，所述显示元件为记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明将全息光栅、显示元件集成在波导上，通过全息光栅、波导和显示元件实现二维扩瞳，使全息瞄准系统具备小直径光源输入、大面积照明特性，显示元件处的光线为大面积照明光线，使用二维扩瞳的方式和显示元件的全息图信息结合的方式实现大面积全息图信息显示，代替了长焦距的凹面反射镜，即，与现有的全息瞄准镜相比，无需长焦距的凹面反射镜即可实现显示元件的全息图信息显示，本发明的全息瞄准系统体积得到了显著地缩减，结构紧凑、光程缩短、能量损耗少、重量轻、光学元件少、造价低、可靠性高。另外，本发明波导上的全息光栅与显示元件可以避免光源发出光线波长漂移时带来的瞄准系统精度下降的问题。

在本发明的一些实施方式中，所述光源包括激光二极管、以及控制激光二极管发出的激光强度的控制单元。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，激光二极管为耦合输入全息光栅、波导、折叠全息光栅和显示元件提供光线，控制单元控制激光二极管的激光强度以适应外界环境。

在本发明的一些实施方式中，所述耦合输入全息光栅和折叠全息光栅位于所述波导的长度方向，所述显示元件位于所述波导的宽度方向。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，波导的长度方向与宽度方向指的是相对位置关系，即耦合输入全息光栅和折叠全息光栅所在的方向认定为波导的长度方向，显示元件所在的方向则认定为波导的宽度方向，耦合输入全息光栅、折叠全息光栅和显示元件在波导上的位置可以结合实际情况灵活设置；耦合输入全息光栅和折叠全息光栅位于波导的一个方向，显示元件位于波导的另一方向，方便二维扩瞳的实现。

在本发明的一些实施方式中，所述光源发出的光线经由所述耦合输入全息光栅、波导，传输到所述折叠全息光栅后在折叠全息光栅处实现一维方向扩瞳；光线经由所述折叠全息光栅、波导传输到所述显示元件后在显示元件处实现二维方向扩瞳。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，耦合输入全息光栅将光线衍射入波导，经波导的全反射传输到折叠全息光栅，光线一部分继续传播实现一维方向扩瞳，赋予全息瞄准系统较大面积照明特性。传输到折叠全息光栅的另一部分光线经波导的全反射传输到显示元件，光线在显示元件中继续传播实现二维方向扩瞳，赋予全息瞄准系统大面积照明特性，平行光进入人眼，人眼可以观察到无穷远处的显示元件的全息图信息虚像。

在本发明的一些实施方式中，所述耦合输入全息光栅和折叠全息光栅由两束平行相干光曝光产生，经耦合输入全息光栅和折叠全息光栅衍射的光束为平行光。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，耦合输入全息光栅和折叠全息光栅由两束平行相干光曝光产生，经两者衍射的光束为平行光，可以保证耦合进波导中的光线传播角度不会发生变化，确保光线以特定的角度打到显示元件上。

在本发明的一些实施方式中，所述全息瞄准系统满足条件：

其中θ为光源发出的光线在波导内的反射角，n为波导的折射率，d为光源发出的光线直径，h为波导厚度。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，满足以上条件的全息瞄准系统，可实现以较小的光束照射实现大面积全息图信息显示。

另一方面，本发明还提供了一种上述任一项所述的全息瞄准系统的所述显示元件的制备装置，所述制备装置包括激光器、分光棱镜、第一光束路径、第二光束路径和全息材料，所述激光器向分光棱镜提供激光以由分光棱镜分出第一光束和第二光束；所述第一光束路径包括依次设置的第一物镜、第一准直透镜和第一反射镜；所述第二光束路径包括依次设置的第二反射镜、第二物镜、毛玻璃、设有全息图信息的分划板和第二准直镜；所述制备装置还包括导光棱镜，所述导光棱镜位于所述第一光束路径、第二光束路径与全息材料之间；所述第一光束和第二光束分别通过第一光束路径和第二光束路径后，通过导光棱镜照射到全息材料，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：激光器用于发出激光，分光棱镜用于将激光分成第一和第二光束，第一和第二光束路径为第一和第二光束的通过路径，通过导光棱镜照射到全息材料后形成本发明的全息瞄准系统的显示元件(即，记录有全息图信息的耦合输出全息光栅)。在本发明的制备装置中，导光棱镜可以保证全息瞄准系统使用时光源发出的光线导进波导后能够在显示元件处进行干涉，保证光线在波导中以大于临界角的角度发生全反射传播，为二维扩瞳和显示元件的全息图信息的结合打下基础。另外，毛玻璃作为散射面源，保证打出的光均匀，使最终形成的全息图光场亮度更均匀。

在本发明的一些实施方式中，所述分划板紧贴毛玻璃，所述分划板位于第二准直镜的焦平面处。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，分划板紧贴毛玻璃，位于第二准直镜的焦平面处，可以保证从第二准直镜传输出的光为平行光。

在本发明的一些实施方式中，所述导光棱镜包括面向第一光束路径的斜面和面向第二光束路径的平面；通过所述第一光束路径传输的第一光束与所述斜面垂直，通过所述第二光束路径传输的第二光束与所述平面垂直。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，导光棱镜包括面向第一光束路径的斜面和面向第二光束路径的平面，通过第一光束路径传输的第一光束与斜面垂直，通过第二光束路径传输的第二光束与平面垂直，使应用本发明的制备装置制备光路时方便光路制作。

在本发明的一些实施方式中，所述导光棱镜与全息材料之间设有折射率匹配液，折射率匹配液包括透明的二甲苯、甘油、水中的一种或多种。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，折射率匹配液的添加可以保证光能够进入波导参与全息光栅的曝光。

另一方面，本发明还提供了上述任一项所述的显示元件的制备装置的使用方法，包括：激光器发射激光并通过分光棱镜分出第一光束和第二光束；第一光束进入第一光束路径通过第一物镜和第一准直透镜扩束后，通过第一反射镜反射向导光棱镜，再照射到全息材料；第二光束进入第二光束路径通过第二反射镜反射向第二物镜，第二物镜扩束后的第二光束依次通过毛玻璃、分划板、第二准直镜、导光棱镜后照射到全息材料，将分划板的全息图信息记录到全息材料；照射到全息材料的第一光束和第二光束干涉，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的显示元件制备装置的使用方法，通过激光器发出激光，激光由分光棱镜分成第一和第二光束，第一和第二光束分别通过第一和第二光束路径，通过导光棱镜照射到全息材料后形成本发明的全息瞄准系统的显示元件(即，记录有全息图信息的耦合输出全息光栅)，导光棱镜保证全息瞄准系统使用时光源发出的光线导进波导后能够在显示元件处进行干涉，保证光线在波导中以大于临界角的角度发生全反射传播，为二维扩瞳和显示元件的全息图信息的结合打下基础，使得由本发明的显示元件制备装置制备的显示元件能够作为本发明的全息瞄准系统二维方向扩瞳的元件，同时包含全息图信息，从而实现二维扩瞳和显示元件的全息图信息的结合，省略长焦距的凹面反射镜，达到缩小全息瞄准系统体积、使其结构紧凑、光程缩短、能量损耗少、重量轻、光学元件少、造价低、可靠性高的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图进行说明。

图1为本发明的一种实施例的全息瞄准系统的结构示意图；

图2为本发明的一种实施例的全息瞄准系统的显示元件的制备装置的结构示意图；

图3为本发明的一种实施例的全息瞄准系统的波导、全息光栅和显示元件部分的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合具体实施例对本发明涉及的各个方面进行详细说明，但这些具体实施例仅用于举例说明本发明，并不对本发明的保护范围和实质内容构成任何限定。

本实施例提供一种全息瞄准系统。图1示出了本实施例的全息瞄准系统的结构示意图，图2示出了本实施例的全息瞄准系统的显示元件的制备装置的结构示意图，图3示出了本实施例的全息瞄准系统的波导、全息光栅和显示元件部分的结构示意图。

如图1所示，本实施例的全息瞄准系统包括波导1、光源、全息光栅2和显示元件3。全息光栅2和显示元件3设置在波导1中，全息光栅2包括耦合输入全息光栅21和折叠全息光栅22，光源发出的光线通过耦合输入全息光栅21、波导1、折叠全息光栅22和显示元件3实现二维扩瞳，其中，显示元件3为记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

在本实施例中，波导1可以是玻璃、树脂等透明硬质材料。

在本实施例中，全息瞄准系统还包括全息瞄准系统外壳(图中未示出)。

在本实施例中，光源包括激光二极管4、以及控制激光二极管4发出的激光强度的控制单元5。在面对不同的外界环境光线强度时，可通过控制单元5调整激光二极管4发出的激光强度以区别于外界环境光线。

如图1所示，在本实施例中，耦合输入全息光栅21和折叠全息光栅22位于波导1的长度方向，显示元件3位于波导1的宽度方向。需要注意的是，波导1的长度方向与宽度方向指的是相对位置关系，即如果耦合输入全息光栅21和折叠全息光栅22所在的方向认定为波导1的长度方向，则显示元件3所在的方向认定为波导1的宽度方向。在本实施例中，光源发出的光线经由耦合输入全息光栅21、波导1，传输到折叠全息光栅22后在折叠全息光栅22处实现一维方向扩瞳，光线经由折叠全息光栅22、波导1传输到显示元件3后在显示元件3处实现二维方向扩瞳。具体地，控制单元5控制激光二极管4发出的激光强度，激光二极管4发出激光，照射在耦合输入全息光栅21上，耦合输入全息光栅21将激光衍射进入波导1中，衍射角度大于波导1的全反射角，光线在波导1中发生全反射，传输到折叠全息光栅22上，激光一部分在折叠全息光栅22上继续传播实现一维方向扩瞳(即波导1长度方向的扩瞳)，一部分转折方向衍射进入波导1中，光线在波导1中发生全反射，传输到显示元件3上，光线在显示元件3上继续传播实现二维方向扩瞳(即波导1宽度方向的扩瞳)，实现二维扩瞳，赋予全息瞄准系统大面积照明特性，显示元件3记录有全息图信息，平行光进入人眼6，人眼6在显示元件3前方可以观察到无穷远处的显示元件3的全息图信息虚像7。如图3所示，本实施例的全息瞄准系统输入的是激光光斑41，照射在耦合输入全息光栅21上，经过折叠全息光栅22和显示元件3的扩瞳后，均匀照射在显示元件3上，显示元件3记录的全息图信息得以显示，即本实施例的全息瞄准系统输入一个激光点，输出全息图信息图像。

在本实施例中，耦合输入全息光栅21和折叠全息光栅22由两束平行相干光曝光产生，经耦合输入全息光栅21和折叠全息光栅22衍射的光束为平行光。

在本实施例中，全息瞄准系统满足条件：

其中θ为光源发出的光线在波导1内的反射角，n为波导1的折射率，d为光源发出的光线直径，h为波导1的厚度。

本实施例还提供本实施例的全息瞄准系统的显示元件3的制备装置。如图2所示，制备装置100包括激光器101、分光棱镜102、第一光束路径103、第二光束路径104和全息材料105。本实施例的激光器101为单纵模激光器，其发出的激光的波长与激光二极管4波长相同。激光器101向分光棱镜102提供激光以由分光棱镜102分出第一光束和第二光束。第一光束路径103包括依次设置的第一物镜1031、第一准直透镜1032和第一反射镜1033，第二光束路径104包括依次设置的第二反射镜1041、第二物镜1042、毛玻璃1043、设有全息图信息的分划板1044和第二准直镜1045。制备装置100还包括导光棱镜106，导光棱镜106位于第一光束路径103、第二光束路径104与全息材料105之间。第一光束和第二光束分别通过第一光束路径103和第二光束路径104后，通过导光棱镜106照射到全息材料105，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅(即显示元件3)。

在本实施例中，如图2所示，分划板1044紧贴毛玻璃1043，分划板1044位于第二准直镜1045的焦平面处。导光棱镜106包括面向第一光束路径103的斜面1061和面向第二光束路径104的平面1062，通过第一光束路径103传输的第一光束与斜面1061垂直，通过第二光束路径104传输的第二光束与平面1062垂直。

在本实施例中，导光棱镜106与全息材料105之间设有折射率匹配液，折射率匹配液包括透明的二甲苯、甘油、水中的一种或多种。

本实施例还提供本实施例的全息瞄准系统的显示元件的制备装置的使用方法，包括：激光器101发射激光并通过分光棱镜102分出第一光束和第二光束；第一光束进入第一光束路径103通过第一物镜1031和第一准直透镜1032扩束后，通过第一反射镜1033反射向导光棱镜106的斜面1061上，再照射到全息材料105；第二光束进入第二光束路径104通过第二反射镜1041反射向第二物镜1042，第二物镜1042将平行的第二光束扩散成一个较大的光斑照射在毛玻璃1043上，扩束后的第二光束依次通过毛玻璃1043、紧贴毛玻璃1043且位于第二准直镜1045焦平面处的分划板1044、第二准直镜1045，准直照射到导光棱镜106的平面1062上后，再照射到全息材料105，将分划板1044的全息图信息记录到全息材料105；照射到全息材料105的第一光束和第二光束干涉，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅(即显示元件3)。

以上结合具体实施方式对本发明进行了说明，这些具体实施方式仅仅是示例性的，不能以此限定本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明实质的前提下可以进行各种修改、变化或替换。因此，根据本发明所作的各种等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种全息瞄准系统，其特征在于，所述全息瞄准系统包括波导、光源、全息光栅和显示元件，

所述全息光栅和显示元件设置在所述波导中，所述全息光栅包括耦合输入全息光栅和折叠全息光栅；

所述光源发出的光线通过耦合输入全息光栅、波导、折叠全息光栅和显示元件实现二维扩瞳；

其中，所述显示元件为记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

2.如权利要求1所述的全息瞄准系统，其特征在于，所述光源包括激光二极管、以及控制激光二极管发出的激光强度的控制单元。

3.如权利要求1所述的全息瞄准系统，其特征在于，所述耦合输入全息光栅和折叠全息光栅位于所述波导的长度方向，所述显示元件位于所述波导的宽度方向。

4.如权利要求3所述的全息瞄准系统，其特征在于，所述光源发出的光线经由所述耦合输入全息光栅、波导，传输到所述折叠全息光栅后在折叠全息光栅处实现一维方向扩瞳；

光线经由所述折叠全息光栅、波导传输到所述显示元件后在显示元件处实现二维方向扩瞳。

5.如权利要求1所述的全息瞄准系统，其特征在于，所述全息瞄准系统满足条件：

其中θ为光源发出的光线在波导内的反射角，n为波导的折射率，d为光源发出的光线直径，h为波导厚度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的全息瞄准系统的所述显示元件的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括激光器、分光棱镜、第一光束路径、第二光束路径和全息材料，

所述激光器向分光棱镜提供激光以由分光棱镜分出第一光束和第二光束；

所述第一光束路径包括依次设置的第一物镜、第一准直透镜和第一反射镜；

所述第二光束路径包括依次设置的第二反射镜、第二物镜、毛玻璃、设有全息图信息的分划板和第二准直镜；

所述制备装置还包括导光棱镜，所述导光棱镜位于所述第一光束路径、第二光束路径与全息材料之间；

所述第一光束和第二光束分别通过第一光束路径和第二光束路径后，通过导光棱镜照射到全息材料，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

7.如权利要求6所述的显示元件的制备装置，其特征在于，所述分划板紧贴毛玻璃，所述分划板位于第二准直镜的焦平面处。

8.如权利要求6所述的显示元件的制备装置，其特征在于，所述导光棱镜包括面向第一光束路径的斜面和面向第二光束路径的平面；

通过所述第一光束路径传输的第一光束与所述斜面垂直，通过所述第二光束路径传输的第二光束与所述平面垂直。

9.如权利要求6所述的显示元件的制备装置，其特征在于，所述导光棱镜与全息材料之间设有折射率匹配液，折射率匹配液包括透明的二甲苯、甘油、水中的一种或多种。

10.如权利要求6至9中任一项所述的显示元件的制备装置的使用方法，其特征在于，包括：

激光器发射激光并通过分光棱镜分出第一光束和第二光束；

第一光束进入第一光束路径通过第一物镜和第一准直透镜扩束后，通过第一反射镜反射向导光棱镜，再照射到全息材料；

第二光束进入第二光束路径通过第二反射镜反射向第二物镜，第二物镜扩束后的第二光束依次通过毛玻璃、分划板、第二准直镜、导光棱镜后照射到全息材料，将分划板的全息图信息记录到全息材料；

照射到全息材料的第一光束和第二光束干涉，形成记录有全息图信息的耦合输出全息光栅。

Images