本實(shí)用新型涉及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，特別是一種基于薄膜陣列的光波導(dǎo)擴(kuò)展現(xiàn)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的交互頭戴顯示設(shè)備。

背景技術(shù)：

頭戴顯示器是集光電子、微電子、精密機(jī)械以及信號(hào)處理于一身的一種全新現(xiàn)代顯示技術(shù)。在軍事作戰(zhàn)、城市反恐、臨床醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)US6747611B1于2004年實(shí)用新型，使用棱鏡作為頭戴顯示光學(xué)裝置，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的。其缺點(diǎn)為棱鏡厚度很厚，單目視場角很小，不利于實(shí)際使用。

現(xiàn)有技術(shù)PCT817033103822于2003年實(shí)用新型，使用LED與反射鏡進(jìn)行反射，可以實(shí)現(xiàn)照明。其缺點(diǎn)在于裝置復(fù)雜、無法將入射光全部偏振化，能量利用率很低。

現(xiàn)有技術(shù)US20080285140A1與2008年實(shí)用新型，使用波導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行光線傳輸控制。其缺點(diǎn)在于使用雙目結(jié)構(gòu)需要兩套顯示裝置、光照裝置，導(dǎo)致頭戴顯示裝置較重

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的交互頭戴顯示設(shè)備，該裝置具有雙目顯示、大視場、光照效率高、顯示效果清晰等特點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的交互頭戴顯示設(shè)備包括:圖像采集裝置、微處理器、照明裝置、圖形顯示裝置、擴(kuò)束裝置、偏振分光裝置、雙目波導(dǎo)顯示裝置；

圖像采集裝置包括左眼攝像頭、右眼攝像頭；

雙目波導(dǎo)顯示裝置包括左眼視覺導(dǎo)光面；右眼視覺導(dǎo)光面；左眼薄膜陣列；右眼薄膜陣列；雙目波導(dǎo)；左眼吸光片；右眼吸光片；

優(yōu)選的、所述雙目波導(dǎo)顯示裝置外部設(shè)置有連接結(jié)構(gòu)用于安裝圖像顯示裝置；所述圖像采集裝置通過視頻線路連接到微處理器；所述微處理器連接圖形顯示裝置；所述圖形顯示裝置的圖像出光面前方設(shè)置有偏振分光裝置；所述照明裝置的光線射入偏振分光裝置，所述偏振分光裝置一端設(shè)置有擴(kuò)束裝置；所述擴(kuò)束裝置的出光面前設(shè)置有雙目波導(dǎo)顯示裝置，并將矯正后的光影像經(jīng)左眼視覺導(dǎo)光面；右眼視覺導(dǎo)光面，分別向雙目波導(dǎo)顯示裝置兩端傳送；所述照明裝置實(shí)現(xiàn)出射全偏振的s偏振光；所述圖形顯示裝置為LCOS顯示屏，LCOS顯示屏上顯示經(jīng)微處理器分為等面積兩部分顯示，顯示內(nèi)容完全一致；所述雙目波導(dǎo)顯示裝置延中軸線對(duì)稱設(shè)置有左、右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)；其左眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為左眼視覺導(dǎo)光面、雙目波導(dǎo)、左眼薄膜陣列、雙目波導(dǎo)、左眼吸光片；其右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為右眼視覺導(dǎo)光面、雙目波導(dǎo)、右眼薄膜陣列、雙目波導(dǎo)、右眼吸光片；所述雙目波導(dǎo)顯示裝置兩底端分別設(shè)置有左眼吸光片,右眼吸光片。

優(yōu)選的、所述左眼視覺導(dǎo)光面為基于全反射原理的反射鏡或者基于全息光學(xué)的全息光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)；所述左眼視覺導(dǎo)光面設(shè)置在雙目波導(dǎo)顯示裝置內(nèi)，左眼視覺導(dǎo)光面與經(jīng)擴(kuò)束裝置內(nèi)的光影圖像傳播方向設(shè)置有一定夾角，其夾角的大小與光影圖像的傳播路徑相關(guān)聯(lián)；所述右眼視覺導(dǎo)光面與左眼視覺導(dǎo)光面材料相一致；所述右眼視覺導(dǎo)光面與左眼視覺導(dǎo)光面延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置。

優(yōu)選的、所述左眼薄膜陣列由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄膜平行疊加而成的層疊的薄膜組；所述薄膜為多層納米級(jí)膜系加工制作，其工藝在于一個(gè)薄膜在加工時(shí)對(duì)每一層薄膜的厚度和折射率進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，將前面沉積的薄膜所產(chǎn)生的誤差通過膜厚監(jiān)控系統(tǒng)控制即將要沉積的薄膜的厚度來進(jìn)行修正，通過物理沉積、化學(xué)沉積工藝將薄膜制備薄膜；所述左眼薄膜陣列按照一定角度鍍?cè)趦A斜放置的透明介質(zhì)基板上，以保證在設(shè)計(jì)視場角內(nèi)形成連續(xù)無間斷無重影的光影像成像區(qū)域；所述左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列的材料相一致；所述左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置。

優(yōu)選的、所述擴(kuò)束裝置由第一透鏡組和第二透鏡組組成，第一透鏡組和第二透鏡組由單透鏡或者膠合透鏡組加工。

優(yōu)選的、所述偏振分光裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有偏振敏感的膜系；經(jīng)照明裝置入射s偏振光投影到圖形顯示裝置，再經(jīng)圖形顯示裝置反射后出射p偏振光，透射偏振分光裝置進(jìn)入擴(kuò)束裝置。

優(yōu)選的、所述照明裝置包括光源、第一反射裝置、第二反射裝置、全偏正器；所述第一反射裝置設(shè)置在光源出光面的正前端；所述第二反射裝置設(shè)置在光源出光面的后端；第二反射裝置為中心開口的自由曲面結(jié)構(gòu)；開口位置與光源的出光面一致；所述光源發(fā)出的光經(jīng)過第一反射裝置將光線反射后在經(jīng)第二反射裝置將光線反射進(jìn)入全偏正器，其目的在于將光源發(fā)射的光準(zhǔn)直并均勻的射入進(jìn)入全偏正器，減少由于光強(qiáng)與光弱所產(chǎn)生的光斑或光暈。

優(yōu)選的、所述全偏正器內(nèi)設(shè)置有第一折衍棱鏡、介質(zhì)空氣片堆、第二折衍棱鏡；所述第一折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；所述第二折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；所述介質(zhì)空氣片堆結(jié)構(gòu)在于由多層透明材料與空氣層的交替結(jié)構(gòu)疊加組成；其交替結(jié)構(gòu)與光線的覆蓋面積相一致。

附圖說明

圖1為本技術(shù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本技術(shù)產(chǎn)品的流程示意圖；

圖3為本技術(shù)產(chǎn)品的雙目波導(dǎo)顯示裝置結(jié)構(gòu)俯視示意圖；

圖4為本技術(shù)產(chǎn)品的雙目波導(dǎo)顯示裝置結(jié)構(gòu)正視示意圖；

圖5為本技術(shù)產(chǎn)品的擴(kuò)束裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本技術(shù)產(chǎn)品的圖像顯示裝置顯示效果圖；

圖7為本技術(shù)產(chǎn)品的照明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本技術(shù)產(chǎn)品的全偏正器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本技術(shù)產(chǎn)品的折衍棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本技術(shù)產(chǎn)品的折衍棱鏡光路效果圖1；

圖11對(duì)比技術(shù)產(chǎn)品的折射棱鏡光路效果圖；

圖12為本技術(shù)產(chǎn)品的介質(zhì)空氣堆結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本技術(shù)產(chǎn)品的折衍棱鏡光路效果圖2；

圖14為本技術(shù)產(chǎn)品的介質(zhì)空氣堆光路效果圖；

圖15為本技術(shù)產(chǎn)品的薄膜陣列入射角透射率曲線；

圖16為本技術(shù)產(chǎn)品的光波導(dǎo)光照?qǐng)D；

圖17為本技術(shù)產(chǎn)品的光波導(dǎo)畸變圖；

圖18為本技術(shù)產(chǎn)品的光波導(dǎo)能量曲線；

圖19為本技術(shù)產(chǎn)品的光波導(dǎo)MTF曲線；

圖20為本技術(shù)產(chǎn)品的光波導(dǎo)點(diǎn)列圖。

附圖中標(biāo)記：

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

請(qǐng)參照附圖1-14，本技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的交互頭戴顯示設(shè)備包括:圖像采集裝置、微處理器、照明裝置、圖形顯示裝置、擴(kuò)束裝置、偏振分光裝置、雙目波導(dǎo)顯示裝置；

圖像采集裝置包括左眼攝像頭、右眼攝像頭；

雙目波導(dǎo)顯示裝置包括左眼視覺導(dǎo)光面；右眼視覺導(dǎo)光面；左眼薄膜陣列；右眼薄膜陣列；雙目波導(dǎo)；左眼吸光片；右眼吸光片；

優(yōu)選的、所述雙目波導(dǎo)顯示裝置外部設(shè)置有連接結(jié)構(gòu)用于安裝圖像顯示裝置；所述圖像采集裝置通過視頻線路連接到微處理器；所述微處理器連接圖形顯示裝置；所述圖形顯示裝置的圖像出光面前方設(shè)置有偏振分光裝置；所述照明裝置的光線射入偏振分光裝置，所述偏振分光裝置一端設(shè)置有擴(kuò)束裝置；所述擴(kuò)束裝置的出光面前設(shè)置有雙目波導(dǎo)顯示裝置，并將矯正后的光影像經(jīng)左眼視覺導(dǎo)光面；右眼視覺導(dǎo)光面，分別向雙目波導(dǎo)顯示裝置兩端傳送；所述照明裝置實(shí)現(xiàn)出射全偏振的s偏振光；所述圖形顯示裝置為LCOS顯示屏，如圖7所示LCOS顯示屏上顯示經(jīng)微處理器分為等面積兩部分顯示，顯示內(nèi)容完全一致；微處理器將接收處理左眼右眼攝像頭視覺信號(hào)并驅(qū)動(dòng)LCOS顯示屏(3-1)，搭載微處理器控制LCOS顯示屏(3-1)上呈現(xiàn)左眼與右眼部分的顯示內(nèi)容，處理左右眼攝像頭視頻流信息，并通過人眼立體視覺原理獲得攝像頭所指向空間范圍內(nèi)的深度信息，微處理器控制LCOS顯示屏(3-1)進(jìn)行顯示，通過穿透式的光機(jī)，疊加在真實(shí)物體之上，LCOS顯示屏(3-1)所顯示的虛擬物體的位置信息，通過左右攝像頭獲得的深度信息與二維彩色信息，又經(jīng)微處理器處理得到。

優(yōu)選的、所述雙目波導(dǎo)顯示裝置延中軸線對(duì)稱設(shè)置有左、右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)；其左眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為左眼視覺導(dǎo)光面、雙目波導(dǎo)、左眼薄膜陣列、雙目波導(dǎo)、左眼吸光片；其右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為右眼視覺導(dǎo)光面、雙目波導(dǎo)、右眼薄膜陣列、雙目波導(dǎo)、右眼吸光片；所述雙目波導(dǎo)顯示裝置兩底端分別設(shè)置有左眼吸光片,右眼吸光片。

優(yōu)選的、所述左眼視覺導(dǎo)光面為基于全反射原理的反射鏡或者基于全息光學(xué)的全息光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)；所述左眼視覺導(dǎo)光面設(shè)置在雙目波導(dǎo)顯示裝置內(nèi)，左眼視覺導(dǎo)光面與經(jīng)擴(kuò)束裝置內(nèi)的光影圖像傳播方向設(shè)置有一定夾角，其夾角的大小與光影圖像的傳播路徑相關(guān)聯(lián)；所述右眼視覺導(dǎo)光面與左眼視覺導(dǎo)光面材料相一致；所述右眼視覺導(dǎo)光面與左眼視覺導(dǎo)光面延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置。

優(yōu)選的、所述左眼薄膜陣列由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄膜平行疊加而成的層疊的薄膜組；所述薄膜為多層納米級(jí)膜系加工制作，其工藝在于一個(gè)薄膜在加工時(shí)對(duì)每一層薄膜的厚度和折射率進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，將前面沉積的薄膜所產(chǎn)生的誤差通過膜厚監(jiān)控系統(tǒng)控制即將要沉積的薄膜的厚度來進(jìn)行修正，通過物理沉積、化學(xué)沉積工藝將薄膜制備薄膜；所述左眼薄膜陣列按照一定角度鍍?cè)趦A斜放置的透明介質(zhì)基板上，以保證在設(shè)計(jì)視場角內(nèi)形成連續(xù)無間斷無重影的光影像成像區(qū)域；所述左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列的材料相一致；所述左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置。

如圖2-3所示，雙目波導(dǎo)顯示裝置包括：左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)；右眼視覺導(dǎo)光面(1-2)；左眼薄膜陣列(1-3)；右眼薄膜陣列(1-4)；雙目波導(dǎo)(1-5)；左眼吸光片(1-8)；右眼吸光片(1-9)；

雙目波導(dǎo)顯示裝置外部設(shè)置有連接結(jié)構(gòu)用于安裝圖像顯示裝置；

如圖1-2所示雙目波導(dǎo)顯示裝置延中軸線對(duì)稱設(shè)置有左、右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)；其左眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)、雙目波導(dǎo)(1-5)、左眼薄膜陣列(1-3)、雙目波導(dǎo)(1-5)、左眼吸光片(1-8)；其右眼傳送及顯示結(jié)構(gòu)排布為左眼視覺導(dǎo)光面(1-2)、雙目波導(dǎo)(1-5)、右眼薄膜陣列(1-4)、雙目波導(dǎo)(1-5)、右眼吸光片(1-9)；

雙目波導(dǎo)顯示裝置兩底端分別設(shè)置有吸光片，其功能在于吸收多余的雜光，抑制雜散光的反射從而減少雜光對(duì)影響觀察區(qū)域內(nèi)的圖像影響。

左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)為基于全反射原理的反射鏡或者基于全息光學(xué)的全息光學(xué)元件HOE實(shí)現(xiàn)；左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)設(shè)置在雙目波導(dǎo)顯示裝置內(nèi)，左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)與經(jīng)擴(kuò)束裝置內(nèi)的光影圖像傳播方向設(shè)置有一定夾角，其夾角的大小與光影圖像的傳播路徑相關(guān)聯(lián)。

右眼視覺導(dǎo)光面(1-2)與左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)材料相一致；

右眼視覺導(dǎo)光面(1-2)與左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置；

左眼薄膜陣列由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄膜平行疊加而成的層疊的薄膜組；所述薄膜為多層納米級(jí)膜系加工制作，其工藝在于一個(gè)薄膜在加工對(duì)每一層薄膜的厚度和折射率進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，將前面沉積的薄膜所產(chǎn)生的誤差通過膜厚監(jiān)控系統(tǒng)控制即將要沉積的薄膜的厚度來進(jìn)行修正。；

左眼薄膜陣列鍍?cè)趦A斜的界面上，且在傾斜放置區(qū)域內(nèi)形成光影像成像區(qū)域。

左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列的材料相一致；

左眼薄膜陣列與右眼薄膜陣列延雙目波導(dǎo)顯示裝置中心軸對(duì)稱設(shè)置；

本技術(shù)采用薄膜陣列對(duì)圖像進(jìn)行折射輸出可以使雙目波導(dǎo)顯示裝置結(jié)構(gòu)可以做成雙目超薄結(jié)構(gòu)；薄膜陣列可以實(shí)現(xiàn)降低波導(dǎo)厚度與擴(kuò)大視場角(FOV)的作用；現(xiàn)有技術(shù)很多都是采用棱鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖像的輸出作為載體,棱鏡結(jié)構(gòu)的厚度一般在10-12mm左右，而薄膜陣列可以做到厚度為2mm-4mm,因此可以大大降低產(chǎn)品波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的厚度同時(shí)擴(kuò)大視場角.

左眼薄膜陣列傾斜放置所形成的入射角有兩種情況，第一種在波導(dǎo)上下界面經(jīng)歷奇數(shù)次全反射后到達(dá)左眼薄膜陣列，一部分透射，一部分反射進(jìn)入人眼，其入射角為β₃；第二種在界面全部透射，其入射角為β₄，角度關(guān)系為

β₃＝β₁

β₄＝3β₁

觀察區(qū)域內(nèi)眼睛瞳孔大小為d_e，出瞳位置為D，光波導(dǎo)厚度T，所述結(jié)構(gòu)的視場角為

光波導(dǎo)厚度與視場角的關(guān)系為

T＝(DtanFOV+d_e)tanβ₁

圖像傳送可根據(jù)波導(dǎo)基底折射率為n₁，空氣折射率為n₀，在波導(dǎo)基底內(nèi)發(fā)生全反射的條件為

β₂＝2β₁

β₂＞β

經(jīng)過左\右眼視覺導(dǎo)光面發(fā)出的光影像再經(jīng)過設(shè)置在雙目波導(dǎo)(1-5)分別傳遞進(jìn)入到左眼薄膜陣列(1-3)及右眼薄膜陣列(1-4)折射后，對(duì)影像進(jìn)行輸出，并由人眼進(jìn)行觀察圖像顯示效果。

優(yōu)選的、所述擴(kuò)束裝置由第一透鏡組和第二透鏡組組成，第一透鏡組和第二透鏡組由單透鏡或者膠合透鏡組加工。擴(kuò)束裝置的設(shè)計(jì)可根據(jù)圖像顯示裝置的屏幕的尺寸進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，同時(shí)擴(kuò)束裝置還可以更具波導(dǎo)厚度及導(dǎo)光面傾斜角進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，均由第一透鏡組和第二透鏡組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

擴(kuò)束裝置(2-1)的光影像出射方向的前端設(shè)置有雙目波導(dǎo)顯示裝置，并將矯正后的光影像經(jīng)左眼視覺導(dǎo)光面(1-1)；右眼視覺導(dǎo)光面(1-2)，分別向雙目波導(dǎo)顯示裝置兩端傳送；

所述擴(kuò)束裝置的放大倍數(shù)M由左、右眼視覺導(dǎo)光面尺寸L_REＰLECT與LCOS顯示屏有效尺寸L_lcos決定，

優(yōu)選的、所述偏振分光裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有偏振敏感的膜系；經(jīng)照明裝置入射s偏振光投影到圖形顯示裝置，再經(jīng)圖形顯示裝置反射后出射p偏振光，透射偏振分光裝置進(jìn)入擴(kuò)束裝置。

偏振分光裝置為一個(gè)或多個(gè)棱鏡組結(jié)構(gòu)組成；其功能在于:經(jīng)照明裝置(3-3)入射s偏振光投影到LCOS顯示屏(3-1)，再經(jīng)LCOS顯示屏(3-1)反射后出射p偏振光，透射偏振分光裝置(3-2)進(jìn)入擴(kuò)束裝置(2-1)。其功能是對(duì)將偏振分光裝置(PBS)出射的光束進(jìn)行無畸變的擴(kuò)束；

優(yōu)選的、所述照明裝置包括光源、第一反射裝置、第二反射裝置、全偏正器；所述第一反射裝置設(shè)置在光源出光面的正前端；所述第二反射裝置設(shè)置在光源出光面的后端；第二反射裝置為中心開口的自由曲面結(jié)構(gòu)；開口位置與光源的出光面一致；所述光源發(fā)出的光經(jīng)過第一反射裝置將光線反射后在經(jīng)第二反射裝置將光線反射進(jìn)入全偏正器，其目的在于將光源發(fā)射的光準(zhǔn)直并均勻的射入進(jìn)入全偏正器，減少由于光強(qiáng)與光弱所產(chǎn)生的光斑或光暈。

第一反射裝置、第二反射裝置及光源的距離及自由曲面設(shè)計(jì)可參考現(xiàn)有技術(shù)：CN103912809B。

優(yōu)選的、所述全偏正器內(nèi)設(shè)置有第一折衍棱鏡、介質(zhì)空氣片堆、第二折衍棱鏡；所述第一折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；所述第二折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；所述介質(zhì)空氣片堆結(jié)構(gòu)在于由多層透明材料與空氣層的交替結(jié)構(gòu)疊加組成；其交替結(jié)構(gòu)與光線的覆蓋面積相一致。

全偏正器內(nèi)設(shè)置有第一折衍棱鏡、介質(zhì)空氣片堆、第二折衍棱鏡；

第一折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；

第二折衍棱鏡由折射棱鏡及設(shè)置在折射棱鏡上的衍射面組成；

介質(zhì)空氣片堆結(jié)構(gòu)在于由多層透明材料與空氣層的交替結(jié)構(gòu)疊加組成；其交替結(jié)構(gòu)與光線的覆蓋面積想一致；

所述衍射面使用超精密加工的方法制作出衍射微結(jié)構(gòu)，利用衍射元件的負(fù)色散性質(zhì)與折射棱鏡的色散進(jìn)行抵消，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消色差。利用衍射元件的負(fù)色散性質(zhì)與折射棱鏡的色散性質(zhì)進(jìn)行抵消，從而實(shí)現(xiàn)消色差。相比于傳統(tǒng)折射棱鏡結(jié)構(gòu)，這種折衍混合棱鏡結(jié)構(gòu)在校正色差方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，減少透鏡使用數(shù)量，降低減輕系統(tǒng)重量，降低系統(tǒng)成本。使用超精密衍射面的加工方法，使得衍射面具有特定的相位分布函數(shù)。分布函數(shù)為

Z(x,y)＝C₀₀+C₀₁y+C₁₀x+C₁₁xy+C₂₀x²+…+C_i,k-ixⁱy^k-i+… (1)

折衍棱鏡的衍射面的微結(jié)構(gòu)并不固定，根據(jù)的衍射面形成的優(yōu)化結(jié)果是不同的，比如有的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本低一些，但是補(bǔ)償色散能力有限，加工方便；有的衍射面微結(jié)構(gòu)會(huì)很復(fù)雜，補(bǔ)償色散能力很好，其加工工藝及材料選擇上選擇性很廣，實(shí)施效果可根據(jù)技術(shù)要求做進(jìn)一步的優(yōu)化。

衍射面的數(shù)學(xué)理論如下：

波長為λ_middle的光線以入射角θ入射到d為周期的光柵上，m級(jí)衍射角為θ_dmiddle，那么θ_dmiddle與θ的關(guān)系為

d(sinθ_dmiddle-sinθ)＝mλ_middle (2)

可以得到θ_d表達(dá)式

那么λ_middle波長的光線m級(jí)衍射光的折射率為

同理，波長為λ的光以相同入射角入射到改光柵上，該級(jí)衍射光對(duì)應(yīng)的折射率為

由(4)、(5)可得

由(6)知對(duì)于衍射光學(xué)元件，其折射率隨著波長增大而增大，Abbe數(shù)為

由(7)可知，衍射光學(xué)元件的Abbe數(shù)為負(fù)值，折射光學(xué)元件為正值。為了校正折射棱鏡的色差，需要滿足消色差公式

滿足消色差公式的衍射面面型即為此處需要的面型。

所述衍射棱鏡的特性是補(bǔ)償折射棱鏡色散問題，衍射光學(xué)原件(DOE)阿貝數(shù)為負(fù)值，可以消除折射棱鏡的色差問題。若不使用衍射光學(xué)元件，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的色散問題，使用衍射光學(xué)元件，則可以彌補(bǔ)色差問題，而保證入射白色自然光，出射依然是白色自然光。

白色自然光水平入射第一折衍棱鏡，衍射面用于消色差，折射棱鏡用于對(duì)光線的偏折，折射棱鏡偏折的角度與折射棱鏡頂角角度、消色差中心波長對(duì)應(yīng)的折射率有關(guān)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

求解偏折角的過程，就是解上述三角函數(shù)非線性方程的過程。

只有當(dāng)入射到介質(zhì)空氣片堆的角度等于布儒斯特角時(shí)，才滿足反射光為s偏振光的結(jié)果，因此

n為玻璃層的折射率。γ為入射到玻璃界面時(shí)的入射角。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。