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 uui3jZ: )G@/E^ySM 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。 &T\,kq>) K)9+3(? 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。 7q'T,'[ vJ0Zv>
n- 一:波导模型,核心要点 L~e{Vv8UR 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率 Fps:6~gD 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小 FP9FE `x 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案) XcM.<Dn3 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 Gc{s?rB_ 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 +l(lpp>, 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 {=<m^
5b9 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 n
?+dX^j 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) _X]S`e1F ^4[|&E: 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案 U$^$7g 3 [attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] Geyj`t (Lumus的LOER波导分束镜方案) hO0g3^ tW}At [attachment=81443] OzS/J;[PO[ Z^r?
MX/ 左图:4个分束镜片具有相同的反射/透射比,但会导致出射的4束光能量上分布不均匀 (?lKedA>2 右图:合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比,来使得输出的4束光能量分布均匀(扩展光瞳上的能量分布均匀) hvOl9W> f'%Pkk ^>m"j6`h, 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合 ZCz#B2Sf8 &M*f4PeXb [attachment=81444] [attachment=81447] eD?f|bif (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅) :XeRc"m< )|j?aVqZ 二:位相型全息光栅,支持衍射效率及公差分析,支持如下全息光栅 q@Oe} a. 理想闪耀型 ayh=@7* b. 正弦位相型 DBk]2W|i c. 方波位相型 J3,m{%EtNM d. 表面全息型 2^4OaHY88 e. 二元位相型 eGj[%pk [attachment=81446] v5dLjy5 a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) H?tX^HO:q <_~e/+_. j-9Zzgr [attachment=81448] h#(J6ht b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型) D2MWrX 7j8Ou3 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布) K| '`w. T1WH D'<'"kUd [attachment=81449] Ucd~-D a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 55Ag<\7 eq,`T; [attachment=81450] aDZ]{; b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 @"__2\ 0 (fcJp)D [attachment=81451] !"<~n-$B c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 w'7=CzfYn _BHEK 8ib%CYR 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式) ki'CW4x 4rrR;V"} 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: ]3]=RuQK2 http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax Zgt(zh_l http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye Js/QL=, Aqo90(jffx [attachment=81452] [attachment=81453]
e"&QQ-q 3oBR |(3"_ 非序列模式:光斑点查看 uS7kkzt-x [attachment=81454] yoG*c%3V? x4-_K% 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持) qrufnu5cC [attachment=81455] t[o_!fmxZ ($'5xPb 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下 .JX9(#Uk FA!!S`{\ [attachment=81456] tR(nD UHV5 点列图 ~DP_1V? [attachment=81457] AL;4-(KH 衍射PSF -;*lcY* [attachment=81458] #jM-XK 7>
8L%(7 几何MTF y_r(06"z1 [attachment=81459] b)@rp bXk(wXX 衍射MTF CaR-Yk
[attachment=81460] 4d\V=_);r N5.B"l 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)。 CD[}|N VhN6
oI 详情请咨询: sales@ueotek.com 027-87878386
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