| 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 RZLq]8 pM
jcOcWB|
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。 [, Gg^*umS
';CNGv -
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。 K+eM
L *wYx|
一：波导模型，核心要点 t Q)qCk07
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 [txE .7p
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 t.<i:#rj>l
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） X ?O[r3<
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 .v
K-LHs
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 /uc>@!F
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 7!1S)dup
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 {: /}NpA$
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） ?,z}%p
oH@78D 0A
实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 IGl9 g_1 8
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] }j Xfb@`K
（Lumus的LOER波导分束镜方案） :#Wd~~d
5pX6t
[attachment=81443] _BufO7 `.
`5*}p#G
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 dysS9a,
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） 00(\ZUj
)0`C@um
\bXa&Lq
实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 &oNAv-m^GD
:OT&
[attachment=81444] [attachment=81447] j 7B!h|
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅）
mh%VrA q
6tZI["\
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 $4\j]RE!
a. 理想闪耀型 in L(X;@yo
b. 正弦位相型 ".%k6W<n
c. 方波位相型 iZmcI;?u
d. 表面全息型 }>\C{ClI
e. 二元位相型 [),ige
[attachment=81446] h[ ZN+M
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) &{:-]g\
gGYKEq{j(
JF]JOI6.e
[attachment=81448] (Ld i|jL
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） kZ~~/?B
(FV >m
三：体全息（布拉格）光栅，支持透射型及反射型，支持衍射效率计算及公差分析，支持多种物光，参考光输入模式（用于构建干涉条纹，形成光栅周期分布） rv;3~'V
y =@N|f!
sW$XH1Uf#
[attachment=81449] XW/o<[91
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 / Oono6j
z:O8Ls^\T
[attachment=81450] 4- w{BZuS
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 ! -bB559Nv
okXl8&mi
[attachment=81451] ]:;&1h3'7
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 xw%0>K[
kfNWI#'9
2oW"'43X
实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） d9ihhqq3}
M5B# TAybC
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： reVgqYp{{-
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax :k"]5>(^
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye yZ:qU({KhD
CLSK'+ l
[attachment=81452] [attachment=81453] Ac6=(B
& kIFcd@
1M-pr 8:6s
非序列模式：光斑点查看 Rcv9mj]l
[attachment=81454] $>gFf}#C
z Dp 2g)
非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） ^.tg 7%dJ
[attachment=81455] mOSv9w#,
dx]>(e@(t{
实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 TC. ,V_
3 $w65=
[attachment=81456] VQ I 3G
点列图 NI5``BwpO
[attachment=81457] Ru XC(qcq
衍射PSF g0
[w-?f
[attachment=81458] l%ZhA=TKQ
@o^Ww
几何MTF o
K@"f9
[attachment=81459] -M2yw
4 :=]<sc,
衍射MTF ' yth'[
[attachment=81460] j|n R "!
kT?J5u _o
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）。 8fb'yjIC
pp 2~Meg
详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
|
|
