ZEMAXR近眼显示应用(AR/VR/MR)—全息波导头盔显示解决方案
%^$7z,>; 3KW4 ]qo~ 近来,波导与衍射光栅在近眼显示方面得到了极大的应用,利用全息波导完成图像传输和显示,极大的压缩了
光学结构的复杂性,使得器件向质轻,小型化方向发展,使得穿戴设备更方便、轻巧,是未来智能光学发展的一大应用趋势。此类光学研究的核心技术聚焦在波导及全息光栅的研究上,如果要产品化,也必须要考虑加工及公差的影响。
N8^AH8l X)peY 因此选择合适的
光学设计软件,进行仿真,
优化及公差分析,将为您的工作助力,事半功倍。本文通过定制化的模块,利用ZEMAXR对此类
光学系统进行了细致的研究。ZEMAXR作为光学行业的标杆性软件,得到了业内广泛的认可,不仅在传统光学,几何光学领域应用广泛,通过此文我们可以看到,对前沿类光学研究诸如衍射光学等也是一款利器。我们利用ZEMAXR结合定制化的模块,为您提供系统级的解决方案,涵盖显示系统,成像
镜头,波导,衍射光栅,人眼模型,支持衍射效率计算,优化,公差分析及杂散光分析。
%nfaU~IqK ]V K%6PQ0 一:波导模型,核心要点
i#Y[I"' 1. 此波导可分别定义覆盖层,衬底层及导波层折射率
8=U0\<wT 2. 此波导可以定义入射窗,出射窗的位置及大小
yy%'9E ldc 3. 此波导支持扩展光瞳(分束镜片,Lumus公司产品LOER方案)
AsW!GdIN 4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量
tmJ-2 5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度
x2bKFJ>e@ 6. 此波导可以方便的定义分束镜片的反射率/透射率,来保证光瞳扩展区域多出射光束的能量均匀性
&6`h%;a/& 7. 此波导可以“一键”检验入射光束是否满足全反射条件,并过滤掉不满足全反射条件的光束
IE|$mUabm 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)
-6OgM} * Jy'3o 实例1:Lumus的LOER波导分束镜方案
k_hV.CV `'Af`u\R (Lumus的LOER波导分束镜方案)
j r<`@ OIMsxXF\J D 1Q@4
g vO#=]J8` 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
NM;0@ o 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)
.MzVc42< '*~_!lE5 5DEK`#* 实例2:波导与衍射光栅搭配耦合
69{BJ]q 1@)kNg)*$ #MyR:V*a (两块透射位相型光栅) (两块反射型全息布拉格体光栅)
Mbua!m(0 .I"Qu:`` 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
o&GS;{Rs a. 理想闪耀型
ur,!-t(~t b. 正弦位相型
vjcG
F'- c. 方波位相型
*,:>EcDr d. 表面全息型
Sd!!1as e. 二元位相型
h2SVDKj
\~]HfDu a.衍射效率随
波长的变化曲线(正弦型)
K\7\ avmuI^LLs f.%mp$~T !y&uK&1 b.衍射效率随入射角的变化曲线(正弦型)
K/,y"DUN& gkJL=, 三:体全息(布拉格)光栅,支持透射型及反射型,支持衍射效率计算及公差分析,支持多种物光,参考光输入模式(用于构建干涉条纹,形成光栅周期分布)
a5/6DK> Li jisE #E?T E 4;]<#u a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系
Ua>lf8w< 0UJ%tPS J|9kWjOf+i b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系
KxZO.>, 4&}V3"lg IMKyFp]h- c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系
PJq;OM| Fgf5OHX tai=2,' 实例3:波导搭配两个反射型体全息光栅(非序列模式)
h%9>js^~ _6b?3[Xz 显示屏经过投影成像镜头,通过体光栅将光束耦合到波导,然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼,此处人眼用一块理想
透镜模拟。更精确的人眼模型,请参考:
i'w8Li http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax hV(>}hb http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye ?s=O6D&
cBZKt 7,MDFO{n Wchu-] 'MM%Sm, 非序列模式:光斑点查看
o$*aAgS+ D5o[z:V7" P=.yXirm? 非序列模式:几何MTF(新的OpticStudio版本支持)
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Q YP^=b} :bh#,]' 实例4:序列模式下查看衍射PSF,MTF等,简单的系统搭建如下
0rt@4"~~w _JVFn= SdOa#U) 点列图
{X85 @/MI
Oxg[ 衍射PSF
y&ZyThqg Vs[A RcZg/{[{ 几何MTF
aG"j9A~ & pyvH [ WH>= *\ 衍射MTF
BBV"nm_(/ }V:B,: 5r&bk` 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)。
Frn<~ L}~"R/iWCT 详情请咨询:
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