| 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 W@R$' r,@O
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近来，波导与衍射光栅在近眼显示方面得到了极大的应用，利用全息波导完成图像传输和显示，极大的压缩了光学结构的复杂性，使得器件向质轻，小型化方向发展，使得穿戴设备更方便、轻巧，是未来智能光学发展的一大应用趋势。此类光学研究的核心技术聚焦在波导及全息光栅的研究上，如果要产品化，也必须要考虑加工及公差的影响。 p.6$w:eV
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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。 6ON
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一：波导模型，核心要点 DLwC5I ir
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 hNu>s
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 F'$9en2I:
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） x!Z:K5%O
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 eO|^Lu]+
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 '6Pu[^x
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 -D.B J(
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 ]be 0I)
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） @lb=-oR!~
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 ;o~+2Fir
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] 8GF[)z&|P:
（Lumus的LOER波导分束镜方案） 3B!&ow<rt
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[attachment=81443] *IMF4 x5M
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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 /-G qG)PX
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） DK#65H'
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 =jk-s*g
`Yo -5h
[attachment=81444] [attachment=81447] +O.&64 (
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） } K+Q9<~u
S<2CG)K[
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 _{2Fx[m%
a. 理想闪耀型 L.I}-n
b. 正弦位相型 <{-(\>f!9
c. 方波位相型 $v?! 6:
d. 表面全息型 Ww CK K
e. 二元位相型 u~naVX\3b
[attachment=81446] &kXGWp
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) Oo3qiw
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[attachment=81448] {"gyX DE1
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） O3 <Y _I^
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三：体全息（布拉格）光栅，支持透射型及反射型，支持衍射效率计算及公差分析，支持多种物光，参考光输入模式（用于构建干涉条纹，形成光栅周期分布） }] n>A
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[attachment=81449] XEgx#F ;F
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 dc\u$'F@S
=Nv= Q mO
[attachment=81450] ga 2Q3mV
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 U4^p({\|-
[#P`_hx
[attachment=81451] jr#g >7yM
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 #<WyId(
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&[W3e3Asra
实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） :>er^\
_/z)&0DO
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： sJHy=z0m
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax '7O{*=`oj
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye TW-zh~|F
~\@<8@N2a6
[attachment=81452] [attachment=81453] tmY-m,U
)kY _"= d
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非序列模式：光斑点查看 dx?njR
[attachment=81454] D?*sdm9r`
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） t \|K"
[attachment=81455] H>X>5_{}
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实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 jFPE>F7-M
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[attachment=81456] 2
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点列图 Y9co?!J 5M
[attachment=81457] ]\9B?W(#
衍射PSF ncw?;
[attachment=81458] ixJ20A 7
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几何MTF SU#P.y18%
[attachment=81459] !>kv.`|7~
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衍射MTF :86luLFm
[attachment=81460] VqO<+~M,E
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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）。 @#ho(_U8
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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