[技术]基于微软专利的带蝴蝶出瞳扩展的光波导结构 [复制链接]

摘要 {/x["2a1  
+
a%Vp!y  
在为增强和混合现实（AR&MR）应用设计光波导设备的过程中，所提供的视场（FOV）等参数是主要的兴趣所在。为了突破可实现的最大视场的极限，人们研究了各种方法，例如在从入射耦合到出射耦合的传播过程中分割视场的系统。一个非常流行的方法是所谓的 "蝴蝶出瞳扩展"，即在FOV的正负部分使用两个独立的EPE光栅区域，这也被应用于微软的Hololens2。在这份文件中，我们展示了在VirtualLab Fusion中实现这样一个EPE概念，它基于微软的US9791703B1专利。 R~$W  
}?pY~f  
k{op,n#  
2sJj -
3J  
建模任务：基于专利US9791703B1的方法 IQFt4{aK3  
pm-SDp>s  
e7<//~W7W  
\k{UqU+s  
任务描述 s:j"8ZH  
p=Nord  
S?W!bkfn  
*;~*S4/P   
光导元件 H*DWDJxmV  
s^X(G!V{c  
ic}M)S FD;  
H1(Zzn1  
有了光导组件，可以很容易地定义具有复杂形状的区域的系统。此外，这些区域可以配备理想化的或真实的光栅结构，作为入射器、出射器和扩瞳器发挥作用。 GT[,[l  
5YlY=J  
qYHAXc}$  
&^C<J  
输入耦合和输出耦合的光栅区域 NzmVQ-4  
s}]qlg  
ps#+i  
gHLBtl/  
为了简单起见，我们在圆形区域使用了两个一维周期性入射耦合光栅（一个在第一表面，一个在第二表面）。这将导致FOV的左右部分的行为略微不对称，但可以通过将两个光栅组合成一个单一的二维周期结构（位于第一或第二表面）来克服这个问题。 }U=|{@%  
为了重新组合和耦合光线，一个一维周期性的出射耦合器被应用，有一个矩形的区域。这是一个特殊的配置，为了使设计有更大的灵活性，可以用一个二维周期的出射耦合器来代替它。 JfmNI~%  
0W|}5(C  
X]J]7\4tF\  
xS) njuq4  
出瞳扩展器（EPE）区域 -S]yXZ  
(~~*PT-  
=_%i5]89P  
"p43#  
每个区域的形状可以使用不同的方法和定义策略来非常灵活地定义。在这个例子中，两个EPE都是由多边形区域与两个椭圆体结合起来定义的，以切割内部部分。这些光栅是一维周期性的，旋转角度为±35°（分别为左侧和右侧）。更多关于区域定义的信息在下面： mJ=3faM  
bwjjwu&  
78v4cQ Y  
PQ`p:=~>:i  
设计&分析工具 6~KtT{MYQ  
VirtualLab Fusion提供了一系列的工具来帮助 光学工程师设计和分析光导系统的任务。分析光导系统的任务，包括。 B
/S~Jn  
- 光导布局设计工具： N;XaK+_2F  
设计一个具有1D-1D光瞳扩展的光导。它可以作为您系统的基础。 ({#9gTP2b  
- k域布局工具。 6N}>@Y5  
分析你的设计的耦合条件。 +~O0e-d  
- 尺寸和光栅分析工具。 &TqY\l  
检测您的系统中的足迹，以确定 你的区域的大小和形状。 $EjM)  
~c~$2Xo  
o2 =UUD&  
~429sT(  
总结-元件 rO]7g  
|=C&JA  
3/P#2&jt  
?dJ-g~  
EP.nVvuL  
9o<}*L  
结果：系统中的光线 ~$1Zw
&X  
NZ(c>r6  
只有光线照射到 "眼盒"（摄像机探测器）上： ;b=3iT-2"  
2s{PE  
bT|NZ!V  
9$&+0  
所有在光导内传播的光线： xtef18i>  
MHN?ZHC)  
XeD9RMT  
\\80c65-  
FOV：0°×0° HZBU?{  
! 6kLL  
7\sJ=*  
t:tT Zh  
FOV：−20°×0° t?NB#/#%x  
(VYY-%N`  
vkdU6CZO  
!r:X`~\a  
FOV：20°×0° x!klnpGp  
__p\`3(,'  
]C|Zs=5  
uJz<:/rwZ-  
VirtualLab Fusion技术 N zY}-:{  
c}iVBN6~.<