ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
soRv1) el 3SttHu0X 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。
p4!:]0c ^h' Sla 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。
/] ^#b @(g_<@Jz 一:波导模型,核心要点
saf&dd 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
KLW n?` 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
PNs~[ 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
W-Hoyn>?2 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
j=RRfFg) 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
NoE*/!Sr 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
kYzKU2T\W 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
H,unpZ( 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)
FzQTDu9 W,5Hx1z R 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
8,P-
7^ -a,-J]d0+ (Lumus的LOER波导分束镜方案)
Rhc-q|Lz8 Yb3mP!3q8Z t_^X$pL aT!'}GjL 左图:4个分束镜片具有相同的反射/透射比,但会导致出射的4束光能量上分布不均匀
OJ|r6 右图:合理的控制优化4个分束镜片反射/透射比,来使得输出的4束光能量分布均匀(扩展光瞳上的能量分布均匀)
1RcSTg H %JaZ?( ^&@w$ 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
?'86d_8 JxE53ev ~c^>54 (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
XR2~Q)@ MTg:dR_ 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
9vUO*D a. 理想闪耀型
'm1N/)F b. 正弦位相型
I-y#Ks1p+ c. 方波位相型
O/AaYA& d. 表面全息型
DI+]D~N e. 二元位相型
L37 Y+C// ]^':Bmq a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
* _a@z1 C2LL|jp* $vC1 K5sLk `ps)0!L
L` b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
{~!q`Dr3?q F<>!kK/c 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布)
r.3/F[. S5~VD?O, f` =CpO* ]8q3> a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
eSWLrryY eP*lI<NQ1 8Ac)'2t;U b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
i1H\#;`$ Eskb9^A m_?d=o
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
_ZY)M 3 "o"fl 6qcO?U 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
%K(<$! nKW*Y}VO 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想
透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考:
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}9=kZ http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax zSo)k~&[3 http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye 'cY` w n6s}ww) TXe$<4" Cmc3k,t M\yT).>z 非序列模式:光斑点查看
:0s]U_h bh^LIU ^i:`ZfA# 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
f B9;_z jqPkc28 8\{^|y9- 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
| WvU q h;6lK$!c E<yW\ 点列图
^Z:~91Tv-_ G:zua`u[ 衍射PSF
aN"DkUYZM 5 ~TdD6} jBegh9KHq 几何MTF
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{-5Etv ]('D^Ro 6/rFHY2q 衍射MTF
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`9r), a'z) Yo[;W
vu 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)。
=JJL[}a| )_U<7"~0l 详情请咨询:
sales@ueotek.com 027-87878386