| 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 hYT 0l$Ng
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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。 J{p1|+h%
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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。 UqFO|r"M
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一：波导模型，核心要点 JgKO|VO
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 -LoZs
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2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 U3ADsdn
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） uB]7G0g:
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 | C;=-|
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 0U(@ = 7V
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 G\/zkrxmv
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 o]J{{M'E
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） F'={q{2wH
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 Gv!2f
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] NR 5gj-B[
（Lumus的LOER波导分束镜方案） ~9a<0Mc?
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[attachment=81443] n Mq,F#`3N
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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
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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） ="1Ind@w!
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 rKe2/4>0X
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[attachment=81444] [attachment=81447] Go`vfm"S
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） )al]*[lY
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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 -/wtI
a. 理想闪耀型 [N-Di"
b. 正弦位相型 O40?{v'
c. 方波位相型 #`qx<y*S
d. 表面全息型 .9/ hHCp
e. 二元位相型 rT=rrvV3g
[attachment=81446] j"t(0 m
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) n*R])=F@c
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4qb/da E:Z
[attachment=81448] gDQ^)1k
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） B?eCe}*f;B
xeg/ A}yE
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） =J]&c?I
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[attachment=81449] ]g#: KAqz
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 JinUV6cr
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[attachment=81450] fF!Yp iI "
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 Q 4#.X=.d
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[attachment=81451] z 4e7PW|
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 vz@A;t
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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） o@_q]/Mh
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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： PF0_8,@U
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax >1X|^
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye ^7`BP%6
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[attachment=81452] [attachment=81453] d UD[e, ?
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非序列模式：光斑点查看 [DYQ"A= )d
[attachment=81454] mn'A9er
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） !K#qe Y}
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DVO.FTV^`
实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 lPe&h]@ >
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[attachment=81456] !@5 9)
点列图 ^23~ZHu
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衍射PSF i}(LqcYU
[attachment=81458] b8H{8{wi|
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几何MTF }czrj%6
[attachment=81459] XjB W9a
C;v.S5x
衍射MTF xnjf
[attachment=81460] h y9\57_#
#j;^\rSv-
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）。 SA:Zc^aV
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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