| 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 !@*Ac$J>$
^iTjr$hQ;
近来，波导与衍射光栅在近眼显示方面得到了极大的应用，利用全息波导完成图像传输和显示，极大的压缩了光学结构的复杂性，使得器件向质轻，小型化方向发展，使得穿戴设备更方便、轻巧，是未来智能光学发展的一大应用趋势。此类光学研究的核心技术聚焦在波导及全息光栅的研究上，如果要产品化，也必须要考虑加工及公差的影响。 dq|z;, `
G]5'U"c j3
因此选择合适的光学设计软件，进行仿真，优化及公差分析，将为您的工作助力，事半功倍。本文通过定制化的模块，利用ZEMAXR对此类光学系统进行了细致的研究。ZEMAXR作为光学行业的标杆性软件，得到了业内广泛的认可，不仅在传统光学，几何光学领域应用广泛，通过此文我们可以看到，对前沿类光学研究诸如衍射光学等也是一款利器。我们利用ZEMAXR结合定制化的模块，为您提供系统级的解决方案，涵盖显示系统，成像镜头，波导，衍射光栅，人眼模型，支持衍射效率计算，优化，公差分析及杂散光分析。 xT =|Uc0
<4( rY9
一：波导模型，核心要点 b ]*9![_
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 bC E[oi6hb
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 !@ bN
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） qY0GeE>N
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 S
W
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 Pm;"Y!S<
6. 此波导可以方便的定义分束镜片的反射率/透射率，来保证光瞳扩展区域多出射光束的能量均匀性 =" >O;L.xj
7. 此波导可以“一键”检验入射光束是否满足全反射条件，并过滤掉不满足全反射条件的光束 @gs
Kb* ,
8. 此波导可以搭配全息光栅、体光栅（光栅支持衍射效率计算，支持优化及公差分析） 59ro-nA9v
+B*ygv:
实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 a"hlPJlG
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] 2:2rwH }e
（Lumus的LOER波导分束镜方案） w{Dk,9 >w)
c< \ :lhl
[attachment=81443] >mh:OJH45
#nn2odR
左图：4个分束镜片具有相同的反射/透射比，但会导致出射的4束光能量上分布不均匀 OGh b H a
右图：合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比，来使得输出的4束光能量分布均匀（扩展光瞳上的能量分布均匀） S{ J$ [!F
]36 R _Dp
%.[GR
实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 !XgkK k
9I9J}&4
[attachment=81444] [attachment=81447] knF *~O :y
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） I[&z#foN=w
,R*ru*
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 qTiX;e\W
a. 理想闪耀型 WvNX%se]3
b. 正弦位相型 /[_>U{~P#
c. 方波位相型 <W\~A$
d. 表面全息型 b6oPnP_3P
e. 二元位相型 0 $* z
[attachment=81446] %n!s{5 :F
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) }%_x T
O^oFH
OpFh
g4%x7#vz0
[attachment=81448] 'du:Bxl`d4
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） }GQ8|fg`U
d) G7U$z~
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） Z\O ,9
R}Z"Y xx
aI+:rk^
[attachment=81449] I@ }:} 8t
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 Z]oa+W+
0(-'L\<>x
[attachment=81450] ^|a s]x!sv
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 To DN^qE+
Q)H Vh[4
[attachment=81451] n5oB#>tI0
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 H6rW b6i
.U9NQwd
[-1Nn}
实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） :uhvDYp(-
luLm:NWUM
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： #Rjm3# gc
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax fd*=`+P
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye ZK3?"|vhC
A$fd6+{
[attachment=81452] [attachment=81453] NfS0yQPx
f{WJM>$:
&l{y EWA}g
非序列模式：光斑点查看 L=4?vs
[attachment=81454] 18V*Cu
#y}@F G
非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） LDr!d1A
[attachment=81455] h'w9=Pk~6y
9?bfZF4A=
实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 C6CX{IA]
GAtK1%nPD
[attachment=81456] U -X
点列图 m'oVqA&
[attachment=81457] 3 +BPqhzf
衍射PSF 9j$
OU@N
8
[attachment=81458] Z(*n ZT,
a%Cq?HZ7
几何MTF ?GB($D=Y'&
[attachment=81459] (Qq! u
M+)%gnq`u
衍射MTF +5? s Yp\
[attachment=81460] ?2_ u/ x
NQ@ EZo J
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）。 ^*%p]r
w&`gx6?-na
详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
|
|
