| 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 # M, 7
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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。 0X8t>#uF
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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。 ?,P3)&3g
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一：波导模型，核心要点 <F7kh[L_x
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 M6 9
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2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 }uHrto3M
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） S>G?Q_&}?D
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 : ,;K>l^U
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 zQ?! f#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 e<7.y#L
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 +=Jir1SLV
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） j | Wv7
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 1sE?YJP-
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] 6h?gs" [j
（Lumus的LOER波导分束镜方案） gXT9 r' k
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[attachment=81443] X5fmz%VK@
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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 -\ZcOXpMx=
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） +;BAV
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 wHZW `
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[attachment=81444] [attachment=81447] 8 a!Rb-Q:
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） I& ?Qq k
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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 6K
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a. 理想闪耀型 jdKO b
b. 正弦位相型 G)#$]diNuX
c. 方波位相型 65 z"
d. 表面全息型 Y^Nuz/
e. 二元位相型 J] W5[)L
[attachment=81446] OJT1d-5p
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) ELrsx{p:
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[attachment=81448] V$0dtvGvH
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） (npj_s!.C)
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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） Qjx?ri//
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[attachment=81449] (>J4^``x=
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 Yw _+`,W
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[attachment=81450] x@mL $
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 i's t w6*J
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[attachment=81451] % 1pYE Hn
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 ]# t6Jwk
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实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） Va Z!.#(P
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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： Y_`- 9'&
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax 9a'-Y
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye W \1i,ew>
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[attachment=81452] [attachment=81453] /iG*)6*^k
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非序列模式：光斑点查看 XdH \OJ
[attachment=81454] rt
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） tx?dI y;
[attachment=81455] No2b " G@
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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 rD>*j~_+P
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[attachment=81456] *<1r3!
点列图 $ d?.2Kg
[attachment=81457] M$f7sx
衍射PSF c8Z wr]DF
[attachment=81458] d1[ZHio2c?
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几何MTF 9Fn\FYUq
[attachment=81459] Jk,; JQ
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衍射MTF U]a*uF~h
[attachment=81460] 1CLL%\V
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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）。 F R| &^j6
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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