optics1210 |
2018-01-11 14:59 |
ZEMAX 近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案 ;+3XDz
v N7l`-y 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。 RO!em~{D* ]K!NLvz 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(t`$mC \\d!z-NOk? 一:波导模型,核心要点 =g3o@WD/G 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率 pj9*$.{ 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小 ,3P@5Ef 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案) QMQ\y8E 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 0vjlSHS;`. 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 lq_(au. 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 AL{r/h 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 5oTj^W8M( 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) vP @\" b uOpHQn 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案 !V O^oD7 [attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] P
?A:0a (Lumus的LOER波导分束镜方案) (Z |Nz *< 3vC"Q!J& [attachment=81443] @ i*It Hk ?qJt4Om 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 , #nYH D 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) #e*jP&1S 3bBCA9^se 0Bn35.K 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合 {Q~HMe`, jM5w<T-2/ [attachment=81444] [attachment=81447] IZSJ+KO (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅) &$NYZ3?9 |)[I$]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 ,~nrNkhp a. 理想闪耀型 u5O`|I@R b. 正弦位相型 =pnMV"'9 c. 方波位相型 =~P)7D6 d. 表面全息型 $VNj0i. Pr e. 二元位相型 e jh0Wfl [attachment=81446] A?+cdbxJw a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) pybE0] ttd
^jT &G$K.q [attachment=81448] k}hTSL b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型) ]rS:#LK cUj^aT pm 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) }l<:^lX 12o6KVV^x r~YxtBZH+ [attachment=81449] ep)O|_= a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 &[W53Lqa G/N 1[) [attachment=81450] =OamN7V= b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 Y_=
]w1 )F'r-I%Hi [attachment=81451] ;2}wrX c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 " 7g\X$ 7fXta|eP0 pB:/oHV 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式) <^(>o %?m_;iv 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: :y1,OR/k http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax k@|Go)~ http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye d=eIsP'h sH51 .JG [attachment=81452] [attachment=81453] C+%6N@ *X\J[$! cq"#[y$r 非序列模式:光斑点查看 U28frRa [attachment=81454] :YCB23368" -8Q}*Z 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持) 1b,MJ~g$ [attachment=81455] ]{ir^[A6 `5
Iaz 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下 C;I:?4 L>&9+<-B [attachment=81456] Mhu|S)hn 点列图 LV@tt&|N
[attachment=81457] {F ',e~}s 衍射PSF r!;wKO [attachment=81458] ^l{q{O7U$ &3f^]n!@ 几何MTF _6.Y3+7I [attachment=81459] 9xOTR#B:_V zuS4N?t`p 衍射MTF `Sal-|[Cv[ [attachment=81460] )x3p7t)# |f3 :9(p 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)。 :B~m^5 \:Q)X$6 详情请咨询: sales@ueotek.com 027-87878386
|
|