| 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 4,4S 5u[|
.hPk}B/KV
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。 $pr\"!|z
]
-iMo4H
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。 aQzx^%B1
:qy< G!o
一：波导模型，核心要点 THEpW{.E
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 | KY6IGcqV
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 lC|`DG-B
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） v P;
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 AAuH}W>n
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 rvfS[@>v
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 h9-^aB$8^
7. 此波导可以“一键”检验入射光束是否满足全反射条件，并过滤掉不满足全反射条件的光束 "Te[R%aP
8. 此波导可以搭配全息光栅、体光栅（光栅支持衍射效率计算，支持优化及公差分析） (q o
?e2 K
t}6QU
实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 &|MdBJ
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] > oh7f|
（Lumus的LOER波导分束镜方案） uC$!|I
Lp31Y . 4
[attachment=81443] = j)5kY`
u]0{#wu;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 bbNN$-S|
右图：合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比，来使得输出的4束光能量分布均匀（扩展光瞳上的能量分布均匀） &"l Sq2
c6-~PKJL
IX+!+XC"U
实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 c`,'[Q5(O
K4U_sC h#f
[attachment=81444] [attachment=81447] pz4lC=H%o
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） aoqG*qh}b
OKi}aQ2R*
二：位相型全息光栅，支持衍射效率及公差分析，支持如下全息光栅 !1m7^3l7j
a. 理想闪耀型 Oz{FM6
b. 正弦位相型 TF_wT28AU2
c. 方波位相型 9u?[{h.`B
d. 表面全息型 ?COLjk
e. 二元位相型 #|j8vmfn$e
[attachment=81446] ?*AhGza/
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) .o#A(3&n
>bR oQ 8
5FMe &
[attachment=81448] CXiDe)|<E
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） [b :0j-
_~Id~b
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） u7nTk' #r
.~ O-
<P#
]621Z1
[attachment=81449] 7?@ -|{
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 #W9{3JGUY
EQ [K
[attachment=81450] ls({{34NF
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 MX 7 Y1
l6T^e@*
[attachment=81451] J.(mg
D
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 )k o[_OJj
Xk] uXx:TN
[Smqe>U 1
实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） : @4+ }
y$8S+N?>
显示屏经过投影成像镜头，通过体光栅将光束耦合到波导，然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼，此处人眼用一块理想透镜模拟。更精确的人眼模型，请参考： tP1znJh>y
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax 719lfI&s
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye XwZR
Kh\>=
l J
Jn@A
[attachment=81452] [attachment=81453] V}h
<,E9
I ]ZksC
X=@bzL;eq
非序列模式：光斑点查看 @$fvhEkrT@
[attachment=81454] uCx6/ n6'
kO/YO)g
非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） zI= 9
[attachment=81455] Q_6v3no1
7Hg;SK6t0
实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 OUhlQq\
6 \?GY
[attachment=81456] eRm*+l|?
点列图 LEg ?/!LIT
[attachment=81457] {nMCU{*k
衍射PSF g;~$xXn
[attachment=81458] &})Zqc3Lqk
mtf><YU
几何MTF [(; . D
[attachment=81459] gI/ S A
p4uN+D `.U
衍射MTF kl|m @Nxp
[attachment=81460] d@? zCFD
vt#&YXu{A
由于人眼是大像差系统，衍射效应一般不明显，从速度上考虑可以优先使用几何的光斑尺寸及几何MTF进行优化及公差分析（此时也考虑光栅的衍射效率）。 JM fv|>=
gm$<U9L\v
详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
|
|
