| 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 O KDBzl
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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。 Qg
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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。 4J lB\8rc
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一：波导模型，核心要点 aOWE\I c8
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 U p1&(
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 &p\fdR4e
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） fX)C8J^=G
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 k0;N D
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 &"bcI7 uGT
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 3EGQ $
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 I`%\ "bF@
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） &@E{0ZD
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 d
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[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] >Le L%$
（Lumus的LOER波导分束镜方案） R - Y |;
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[attachment=81443] -eKi}e
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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 xA;o3Or
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） L%,tc~)A
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 ,o(7z^1Pe;
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[attachment=81444] [attachment=81447] 57/9i>
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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） 3e UTV<!
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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 7. 4Q
a. 理想闪耀型 i~\fp ay
b. 正弦位相型 J[ 9yQ
c. 方波位相型 AJ-p|[wPz
d. 表面全息型 [jl'5l d
e. 二元位相型 Kg0Vbzvb
[attachment=81446] ~.qzQ_O/
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) a\an
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[attachment=81448] V>}@--$c-r
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） D`]Lm 24_]
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三：体全息（布拉格）光栅，支持透射型及反射型，支持衍射效率计算及公差分析，支持多种物光，参考光输入模式（用于构建干涉条纹，形成光栅周期分布） Ui6f>0?
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[attachment=81449] U k rqHHpy
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 l,Un7]*
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[attachment=81450] D*+uH;ws
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 XHu Y'\;-
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[attachment=81451] Z5juyzj
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 yoTbIQ
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实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） Xv 3u}nPMq
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显示屏经过投影成像镜头，通过体光栅将光束耦合到波导，然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼，此处人眼用一块理想透镜模拟。更精确的人眼模型，请参考： z'a#lA.$}
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax c;_GZ}8
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye Tj@}O:q7:
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[attachment=81452] [attachment=81453] 2SU G/-P#
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!}wJ+R ^2
非序列模式：光斑点查看 v0! >":
[attachment=81454] f !t2a//
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） M fUG@
[attachment=81455] xP 3 _
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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 }h<\qvCcU
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点列图 P<GY"W+r R
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衍射PSF ~/1kCZB
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几何MTF xdp!'1n."g
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衍射MTF 9 m&"x/k
[attachment=81460] o:#l r{
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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）。 Py\xN
Z@&_ T3M
详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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