ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
`(sb jb-kg</A 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。
AQg|lKv ~vF a\7sf 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。
u]};QR AO$AT_s 一:波导模型,核心要点
K"H\gmV_g 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
6t6Z&0$h~ 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
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X!, 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
i(^U<DW$ 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
^taN?5 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
x8PT+KC 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
3KkfQ{ 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
jC9us>b 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)
7{L4a\JzT CwA_jOp 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
*h!fqT%9 (~=.[Y (Lumus的LOER波导分束镜方案)
/Vn>(;lo HYmC3 4^tSg#!V{ rp||#v0l!w 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
i#]e&Bru5 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)
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?pTX4a&> CJBf5I3 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
q8v[u_(yD _h~ksNm5u (+>
2&@@< (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
~2w&+@dV% 8Xotly 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
G%<}TI1} a. 理想闪耀型
Az`Aa0h]7 b. 正弦位相型
dAh.I3 c. 方波位相型
s[yWBew d. 表面全息型
F4EAC|Y e. 二元位相型
hmO2s/~ 9\?OV@ a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
n/+X3JJ jT{T#_ .f\LzZ-I: \G" S7 b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
OSgJj MQ \<4N'|: 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)
4G c
M 1i76u!{U ,=:K&5mCv ]gk1q{Ql< a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
~VGnE: m&UP@hUV- m[9.'@ye b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
-@W9+Zf5 Jl
Do_} ?+yr7_f3* c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
(#Y~z',I 0#,a#P hi7_jl6 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
-+#%]P8l b_0THy.Z 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:
CRb8WD6. http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax 4T@:_G2b http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye M";qo6 Jh26!%<Bl fE#(M +(< /WrB>w L:R4&|E/t 非序列模式:光斑点查看
NB-dlv1 "g{q=[U} qpjY &3SI 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
1^~&"s U #@XBHJD\# p=8Qv 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
1|bXIY.J* LD$5KaOW 88g3<& 点列图
^|Ap_!t$; h [TwaR 衍射PSF
V>@[\N[ *$tXm4
O[ L.Y3/H_ 几何MTF
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TBj 2(Z 衍射MTF
vB:\ZX4 Y0LZbT3 P"YdB|I 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)。
Dd3f@b[WX =~D? K9o 详情请咨询:
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