ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
-V=arm\#z *T4ge|zUc 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。
lO2k< f5?hnt`m 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。
|R~;&x: c!D> {N
一:波导模型,核心要点
>eo8 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
;D&wh 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
V_]-`?S 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
@,vv\M0)p 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
|Ow$n 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
7.|S>+Q 6. 此波导可以方便的定义分束镜片的反射率/透射率,来保证光瞳扩展区域多出射光束的能量均匀性
LW?2}`+ 7. 此波导可以“一键”检验入射光束是否满足全反射条件,并过滤掉不满足全反射条件的光束
\>[gl!B_Rr 8. 此波导可以搭配全息光栅、体光栅(光栅支持衍射效率计算,支持优化及公差分析)
IMR$x(g=
F J~2CD*v 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
`q1}6U/k
=+Tsknq (Lumus的LOER波导分束镜方案)
*lq7t2 ]Hj`2\KD.d
YD+QX@ _^3@PM> 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
4+,*sn 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)
B2"+Hwbk :O#gJob-%s -CZ-l;5 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
+{bh .=aMjrME
/^WE@r[: (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
,|>nF;.Y ri;r7Y9V9` 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
4t(QvIydA a. 理想闪耀型
$o::PDQ? b. 正弦位相型
.;}pU!S~R c. 方波位相型
D`5:
JR-{ d. 表面全息型
?##y`.+O e. 二元位相型
$M%}Oz3*
sd7Y6?_C a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
(jt*u (C&Y P}b Dn; <4S F~i
ZlUFJ*pk b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
047*gn.b [ )B@ 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)
$4&8U ~Zs P[r}(@0rJ t/_\U=i$
vQE` c@^{ a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
sT@u3^> 7UY('Q[
)I^)*(} b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
~r7DEy|+ 5QCw5N
)[F46?$vrk c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
OsDp88Bc |rG8E;> ci#Zvhtkr 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
ixoMccU0 $u(M 4(} 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想
透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考:
T(t
<Ay?c http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax +sV# Z, http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye vUA)#z< T=iZ9w
W,L>'$#pM Z &ua,:5 Iltg0`
非序列模式:光斑点查看
6jQ&dN{=qB
^loF#d=s wjw<@A9 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
TWD|1
di0
>8.v.;` ".Q!8j"@f 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
A$$R_3ne 6kmZ!9w0|
%^)Ja EUC 点列图
qJAv=D
a v|6r# 衍射PSF
LgD{!
8M(|{~~3: 0wa!pE" 几何MTF
Ke;X3j ]`
~*Sbn~U Ty,)mx){) 衍射MTF
Jr*S2z<*
JWm^RQ e8ig[:B>+ 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)。
O+UV\ ^:rNoo 详情请咨询:
sales@ueotek.com 027-87878386