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 *lJxH8 \ 5SQ8}Or3 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。 ;722\y(Y j B{8u&kz) 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。 <wHP2|<l* Yx`n:0 一:波导模型,核心要点 b|(:[nB 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率 8H`[*|{' 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小 V0Hj8}l;M 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案) `XDl_E+>l 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 uhq8 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 w&.aQGR# 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 7a}k 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 "$vRMpW: 8. 此波导可以搭配全息光栅、体光栅(光栅支持衍射效率计算,支持优化及公差分析) x.4m|f0; tX~w{|k 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案 tpx2IE [attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] (^>J&[= (Lumus的LOER波导分束镜方案) =-Ck4e *T tO&^>&;5 [attachment=81443] pTuS*MYz q1ma%eiN 左图:4个分束镜片具有相同的反射/透射比,但会导致出射的4束光能量上分布不均匀 #lO Mm9 右图:合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比,来使得输出的4束光能量分布均匀(扩展光瞳上的能量分布均匀) iN.n8MN=I \
B%+fw "9807OME 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合 Pc]HP !dT4 [attachment=81444] [attachment=81447] 5IpDeJ$ (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅) A":T1s Ew$C
;&9 二:位相型全息光栅,支持衍射效率及公差分析,支持如下全息光栅 EiaW1Cs a. 理想闪耀型 Ni7nq8B< b. 正弦位相型 bhs
_9ivw c. 方波位相型 J9 I:Q<; d. 表面全息型 wKY_Bo/d e. 二元位相型 4 H&#q> [attachment=81446] U%/+B]6jP a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) ^kSqsT" O&hTNIfi &,)&%Sg[ [attachment=81448] 7x8
yxE b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型) o;RI*I Y\hBd$lQ~ 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) o,wUc"CE \^1E4C\": lr$zHI7_` [attachment=81449] /<BI46B\ a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 OB}Ib] /wlEe>i [attachment=81450] `qwBn= b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 .tr!(O],h 9Gz=lc[!7 [attachment=81451]
W!(LF7_! c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 7o}J%z 9o!Bzy+_ uvS)8-o&F 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式) ]}X ft
Wv~Eh 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: ,v}k{( 16{ http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax -D~%|).' http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye ]J]h#ZHx v(%*b,^
[attachment=81452] [attachment=81453] Jfl!#UAD|n (C)p9-, Uoix 非序列模式:光斑点查看 3irl
(;v [attachment=81454] 9(<@O%YU /2VJX@h 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持) g#E-pdY [attachment=81455] <QGXy= h!9ei6 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下 S`Rs82> kg\>k2h [attachment=81456] zp?`N; 点列图 I1&aM}y{G [attachment=81457] IO:G1;[/2L 衍射PSF -`6+UkOV[x [attachment=81458] *}W_+qo" bi;1s'Y<D 几何MTF "tpSg [attachment=81459] L9#g)tf
8T o#1 $q`Z 衍射MTF B4 }bVjs [attachment=81460] "@8li^ {H'Y `+ 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)。 lU8Hd|@- 7"D.L-H 详情请咨询: sales@ueotek.com 027-87878386
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