ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
EmG':K( 3EkCM_] 近来,波导与衍射光栅在近眼显示方面得到了极大的应用,利用全息波导完成图像传输和显示,极大的压缩了
光学结构的复杂性,使得器件向质轻,小型化方向发展,使得穿戴设备更方便、轻巧,是未来智能光学发展的一大应用趋势。此类光学研究的核心技术聚焦在波导及全息光栅的研究上,如果要产品化,也必须要考虑加工及公差的影响。
ad)jw:n v'RpsCov 因此选择合适的
光学设计软件,进行仿真,
优化及公差分析,将为您的工作助力,事半功倍。本文通过定制化的模块,利用ZEMAXR对此类
光学系统进行了细致的研究。ZEMAXR作为光学行业的标杆性软件,得到了业内广泛的认可,不仅在传统光学,几何光学领域应用广泛,通过此文我们可以看到,对前沿类光学研究诸如衍射光学等也是一款利器。我们利用ZEMAXR结合定制化的模块,为您提供系统级的解决方案,涵盖显示系统,成像
镜头,波导,衍射光栅,人眼模型,支持衍射效率计算,优化,公差分析及杂散光分析。
Aqy y\G; #z6[8B 一:波导模型,核心要点
<$z6:4uN_ 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
3-~* 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
aQ.QkMZ 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
pKZRgA#kN 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
9[2qgw\D 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
T3wQ Rn 6. 此波导可以方便的定义分束镜片的反射率/透射率,来保证光瞳扩展区域多出射光束的能量均匀性
)_C+\K* 7. 此波导可以“一键”检验入射光束是否满足全反射条件,并过滤掉不满足全反射条件的光束
ZNDn! Sj 8. 此波导可以搭配全息光栅、体光栅(光栅支持衍射效率计算,支持优化及公差分析)
`D-P}hDm! u}r> ?/V! 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
b!p]\B! S4 j5- (Lumus的LOER波导分束镜方案)
DplS\}='s atiyQuT6Wh lQl!TW"aO =Gv*yR*]t 左图:4个分束镜片具有相同的反射/透射比,但会导致出射的4束光能量上分布不均匀
~7=eHU.@ 右图:合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比,来使得输出的4束光能量分布均匀(扩展光瞳上的能量分布均匀)
zsM2R"[X ThvgYv--B /
f5q9sp8 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
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<k LUs)"ZAi| &2,3R}B/ (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
O*7vmPy 6,;dU-A + 二:位相型全息光栅,支持衍射效率及公差分析,支持如下全息光栅
~U r a. 理想闪耀型
~] &yHzp2 b. 正弦位相型
"hmLe(jo} c. 方波位相型
]-j.\+(* d. 表面全息型
]4ib^R~Z e. 二元位相型
$-)T `5Bv2wlIV a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
>^6|^rc ;~-ZN?8
a,|Hn @cr/& b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
I A%ZCdA; %*zV&H 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布)
?6Wv["% v<@3&bot 3+l8VX&u! 2YDD`:R
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
pwH*&YU =Vm3f^ 6:~<L!`& b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
)1f%kp#] htT9Hrx
J8-K c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
O3V.4tp 5X>K#N BG6.,'~7o 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
AGl#f\_^ [_eT{v2B4 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想
透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考:
hg%iv%1B' http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax l 88n*O http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye ]=o1to- ;Fo7 -kK D<hX%VJ%M /lC,5y ?)ct@,Ek$ 非序列模式:光斑点查看
2n+ud ?|l 3:O|p[2)L 2$o#b. 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
R$!]z( (*M0'5 h3bQ<?m 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
,)uW`7 r$v\ \^?2 /!J xiGn 点列图
_&(L{cFx6 k')H5h+Q= 衍射PSF
%K+hG=3O 9@ 4]t6h[ ,SPgop' 几何MTF
*s#6e} k`o8(zPb tU$n3Bg 衍射MTF
,RDWx rb}fP
#j ^rs{1S 由于人眼是大像差系统,衍射效应一般不明显,从速度上考虑可以优先使用几何的光斑尺寸及几何MTF进行优化及公差分析(此时也考虑光栅的衍射效率)。
ZeY|JH1 ,na}' A@a` 详情请咨询:
sales@ueotek.com 027-87878386