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 U)+Yh ;Zc(qA 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。 #tdI;x3 H{`S/>)[ 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。
grnlJ= Z@ *^4Ve 一:波导模型,核心要点 {KE858 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率 /WB^h6qg 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小 gz-}nCSi 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案) vVmoV0kGt 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 p0UR5A>p 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 @%fNB,H` 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 ,D3?N2mB 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 KE`}P<K& 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) ^N _kiSr <l(LQmM; 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案 &%}6&PWi [attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] 3@*J=LGhKc (Lumus的LOER波导分束镜方案) r:2G 11[ 6SIk?]u [attachment=81443] 8TZNvN4u v{"$:Z
ow 左图:4个分束镜片具有相同的反射/透射比,但会导致出射的4束光能量上分布不均匀 r1yz ?Y_P 右图:合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比,来使得输出的4束光能量分布均匀(扩展光瞳上的能量分布均匀) D$+9` $+!/=8R) x}$SB%9/ 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合 5fMVjd A'HFpsa [attachment=81444] [attachment=81447] A}v!vVg (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅) eme7y zgXg-cr 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 mZQW>A]iE a. 理想闪耀型 1t
wC-rC b. 正弦位相型
_GS_R%b c. 方波位相型 jR[VPm= d. 表面全息型 Oo^kV:.) e. 二元位相型 Ut.%=o;&[ [attachment=81446] #@FMH*?xX6 a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) KT$Za L/\s~*:M (7Su{tq [attachment=81448] .aS`l~6 b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型) *\Z9=8yK T_iX1blrgh 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) FM$$0}X NxY B)`~ )oqNQ'yZ [attachment=81449] )
uM*`% a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 KU$:p^0l;* zF:
:?L~ [attachment=81450] Qa`+-Wu8 b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 Me;XG?` (\8IgQ{ [attachment=81451] ;|qbz]t2( c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 R+sv? 4k jk(tw-B <JUumrEo 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式) %f)%FN.S !NqLBrcv 0 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考: @LSfP http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax oU l0w~Xn http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye O0l1AX" [n]C [attachment=81452] [attachment=81453] v[~~q M{z&h> w`GjQIA 非序列模式:光斑点查看 9y'To JZ6 [attachment=81454] ilRPV'S^ B#]:1:Qn 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持) Skl:~'W.&| [attachment=81455] I*z|_}$ 42f\]R, 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下 7aS%;EU BN&eU'Dl] [attachment=81456] Ip< | |