| 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 j nkR}wAA
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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。 f&N gS+<K$
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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。 P>y@kPi
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一：波导模型，核心要点 QGMV}y
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 NlA,'`,
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 8 ` v-<J
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） paA(C|%{
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 KaLzg5is
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 HDz5& 7* .
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 +r�
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 rX U
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） F x] WCQo
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 BwN0!lsF3
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] CQc+#nRe
（Lumus的LOER波导分束镜方案） y B81f
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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 #z'
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） k`cfG\;r
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 ~V:\ _{mE
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[attachment=81444] [attachment=81447] {Ea
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（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） [DYQ"A= )d
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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 8:q1~`?5"b
a. 理想闪耀型 K$ z2YJ%
b. 正弦位相型 #]-SJWf3
c. 方波位相型 e_^26^{q
d. 表面全息型 Yz9owe8}[
e. 二元位相型 mwO6g~@ `
[attachment=81446] qRu~$K
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) RV1coC.g4x
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[attachment=81448] `T1
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） V~qNyOtA]
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三：体全息（布拉格）光栅，支持透射型及反射型，支持衍射效率计算及公差分析，支持多种物光，参考光输入模式（用于构建干涉条纹，形成光栅周期分布） gZVc 5u<
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[attachment=81449] x KbXt;l 2
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 v<k?Vu
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[attachment=81450] j<u pRS,$
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 -$\y_?}
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[attachment=81451] }ZYd4h|g\z
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 @ 8(q$
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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） rD tY[
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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： :S]%6gb8G
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax D#aDv0b
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye W@ >% {eE
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[attachment=81452] [attachment=81453] EZgwF =lO
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非序列模式：光斑点查看 _!#@@O0p/h
[attachment=81454] 'JtBZFq
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） 3F" lXguS
[attachment=81455] &md`$ a/
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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 kb%;= t2
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[attachment=81456] T}Tp$.gB
点列图 rE7G{WII
[attachment=81457] alJ)^OSIe
衍射PSF
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[attachment=81458] $V;i
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几何MTF Gf6p'(\zun
[attachment=81459] ]2A^1Del
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衍射MTF ejKucEgD
[attachment=81460] _`$qBw.Nx
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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）。 1y &\5kB
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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