ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
aTHf+; (`Y;U(n 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。
yWc%z6dXC 7{"F%`7L 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。
b't6ekkN }n^}%GB 一:波导模型,核心要点
o|84yT!~ 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
5't9/8i 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
^|U5@u_ 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
pIm ]WNX( 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
WzdlrkD 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
vcy(!r 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
9l&G2 o 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
v7+|G'8M` 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)
$WE_aNfja \Ym$to 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
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Uq%|v (Lumus的LOER波导分束镜方案)
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+<Y.*6 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
#s}tH$MT# 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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@T / 4uVyf^f\]f 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
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brn>FFAwO (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
KA`)dMWL !\&4,l( 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
r7)iNTQ1 a. 理想闪耀型
/#xYy^` b. 正弦位相型
8wS9%+ c. 方波位相型
okW'}@jD d. 表面全息型
*41WZ E e. 二元位相型
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m)<N:| a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
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#+3I$ k b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
Fg^zz*e 3j$,x(ua9 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布)
jM(!!AjpC rg+3pX\{ `JG7Pl/ih
),I7+rY a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
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j(=zc6m b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
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6I\mhw!pQ c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
5'O.l$)y 15~+Ga4 i(>v~T,( 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
nnO@$T &($Zs'X 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:
bYH! P/ http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax O/R>&8R$ http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye q&wXs