ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
82mKI+9&" hcQky/c\#b 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。
p5 !B -Fl;;jeX 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。
3,Dc}$t ZS@ Gt 一:波导模型,核心要点
7RH1,k 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
@U~i<kt 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
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3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
5)IJ|"]y 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
( !K?^si 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
^xBF$ua37) 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
YlF<S49loC 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
:n@j"-HA 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)
`^mPq?f =\t%U5 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
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L<GF1I) (Lumus的LOER波导分束镜方案)
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qUZm6)p6[a eM3-S=R?<g 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
88K=jo))b 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)
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k 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
`cz%(Ry, `PV+.V}
P|:*OM
p (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
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Cb[1r lur$?_gt 二:位相型全息光栅,支持衍射效率及公差分析,支持如下全息光栅
xK8n~.T(' a. 理想闪耀型
U}6FB = b. 正弦位相型
2
/rDi c. 方波位相型
5tSR2gG#K, d. 表面全息型
AGH7z e. 二元位相型
d]kP@flOV
>z(AQ a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
)]\?Yyg] 5|4=uoA< # 1S*}Q<k
c*5y8k b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
8 |@WuD ,>: 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布)
0v~Eu>Rg j.'Rm%@u oj8_e xx
L\:f#b~W a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
B@:11,.7 YTQom!O
~miRnW*x b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
%(9BWO SP&Y|I$:
X_j=u1*5 c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
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:a@) r]C`# d )}@0Q 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
AK#`&)0i isdEs k#A. 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:
fP6]zy^* http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax RpAtd^I http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye EB/.M+~a CdTyUl
|o:[*2- np>RxiB^ Ar+<n 2;[ 非序列模式:光斑点查看
HjX!a29Wf
_l i\b- E^RPK{zO 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
liYR8 D
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;w^-3 U7: zF&>1y.$ 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
7c:5Ey L5"|RI}
=<_ei|ME 点列图
";)SA,Z
G)I lkA@ 衍射PSF
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+2}aCoL\
Tl.%7) 几何MTF
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Ku2X
DwQaj"1<% [vIHYp 衍射MTF
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<lx~/3<m \X'{ e e 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)。
9Q!X~L|\S hb6UyN 详情请咨询:
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