ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
m^GJuPLW .HkL2m 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。
cm&I* 0\ wPwXM! 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。
/.Ww6a~ 6~1|qEe6I 一:波导模型,核心要点
<gJU?$ 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
*Df,Ijh $ 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
)u/yF*:n 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
E )5E$ 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
(`sH3&Kl 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
Aq0S-HKF 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
Ahk8 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
1oN^HG6O 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)
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Z{+n 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
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Gx(w
ReM=eS (Lumus的LOER波导分束镜方案)
!+L/Khw/C ~~SwCXZ+b^
D"J!\_o rmE" rf 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
:yeq(oK, 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)
~:3QBMk:: 34d3g )FpZPdN+h 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
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Fl1;;F (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
/XhIx\40l /)4I|"}R0I 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
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tc8 a. 理想闪耀型
GQ9\'z#+ b. 正弦位相型
wYQ&C{D% c. 方波位相型
)w0AC"2O~ d. 表面全息型
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s4BpV1 e. 二元位相型
L(khAmm
s;64N'HH a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
FvJd8kV QoG cWJ `kU/NKq
U5He? b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
%5A+V0D0' hNd}Y'%V 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)
#3_*]8K.R AKRTBjG"
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;~\MZYs3m a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
qt;y2gf= LWHd~"eU
l"2OP6d b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
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c =Q[b'*o7
R8T]2?Q1 c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
k31I ysh 4=Krq6{ sRrzp=D 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
ea~:}!-P )I$q 5%q8 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想
透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考:
9$|Gfyv http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax m/qbRk68s http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye Ns[ym>x#2 ")!,ZD
Hx\H $Y ~I799Xi e&qh9mlE 非序列模式:光斑点查看
,i,q!M{-
Tp9-niW l+g9 5mjP 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
X0M1(BJgGo
A^2Uzmzl? ZJ 77[ 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
lME)?LOI hwIMn33
u*#ZXW 点列图
" $ew~;z
V]vc(rH 衍射PSF
!\,kZ|#>
yT#{UA^ N]<!j$pOz 几何MTF
W!"}E%zx
S9>0t0 zWb4([P; 衍射MTF
\C`~S7jC
?x0pe4^If ~35U]s@v 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)。
n]u<!.X !E-Pa5s 详情请咨询:
sales@ueotek.com 027-87878386