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基于微棱镜结构的波导抬头显示关键技术的研究
| 论文题名： | 基于微棱镜结构的波导抬头显示关键技术的研究 |
| 关键词： | 波导抬头显示;车载设备;光学设计;微棱镜阵列;杂散光 |
| 摘要： | 近年来，随着人们对道路交通安全问题的重视，具有增强现实功能的车载抬头显示系统作为安全驾驶辅助装置受到了人们的广泛关注。然而目前的车载抬头显示系统主要基于自由曲面光学投影系统，整体体积较大，大多数车型难以提供足够的安装空间。此时波导显示技术凭借小型化、轻量化的特点，展现了其在车载领域的应用潜力，但是现有的波导显示技术在应用过程中仍旧存在着不足之处。在此情况下，本文针对波导显示技术在车载抬头显示领域的应用开展了以下工作： 1.介绍了车载抬头显示系统的工作原理以及三种主流的系统设计方案。首先介绍了不同设计方案下系统工作原理及性能参数，并指出现有设计方案在高度集成化要求下的局限性。然后阐述了波导显示技术在实现系统小型化、轻量化方面的优势，并详细介绍了传统的几何型光波导和衍射型光波导的工作原理及研究现状，最后分别指出两种方案目前在大批量加工制作及全彩成像显示等方面存在的不足之处。 2.完成了基于微棱镜结构的波导抬头显示系统设计。首先根据光束在波导内的传播规律推导得出了波导结构设计基础理论，可根据实际性能参数设计要求计算得出波导结构具体参数。然后详细分析了波导成像显示中存在的杂散光、图像缺失、能量分布不均匀等问题，并通过对波导结构参数进行限制及优化有效解决了这些问题。最后针对10°×5°视场角及130mm×50mm眼动范围的车载系统实际要求设计完成波导结构，并建立仿真模型对系统成像显示结果进行分析。仿真结果表明，系统各视场照度均匀度大于64%，有效消除观察范围内杂散光，能够实现全彩显示，验证了基于微棱镜结构的波导显示技术的可行性，同时系统体积小于11升。 3.完成了基于微棱镜结构的波导抬头显示系统的加工制作与验证实验。首先采用紫外固化纳米压印、硬接触曝光及金刚石车床车削三种加工方案分别完成了微棱镜结构的加工制作，并对加工所得微棱镜结构的结构尺寸、微结构一致性、表面粗糙度进行了测量分析。然后搭建实验平台对系统实际视场角、眼动范围、分辨率、亮度及全彩显示结果进行定量检测分析。实验结果表明，系统能够实现全彩成像显示，验证了基于微棱镜结构的波导抬头显示系统设计理论及仿真分析结果的正确性。 |
| 作者： | 李熠琳 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 尹韶云 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆邮电大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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