| 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 pz
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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。 89LD:+p/
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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。 hi[nUG(OI
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一：波导模型，核心要点 &" t~d }Rg
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率
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2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 v]V N'H s?
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） BI `)P+K2
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 2xLtJR4L
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 2L](4Q[M
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 5j `xSG
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 D!o[Sm}JO[
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） \ZLi Y
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 3
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[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] P?h1nxm`'
（Lumus的LOER波导分束镜方案） [LnPV2@e
QXZXj#`
[attachment=81443] WVa%<
l/G +Xj4M
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 S/`#6
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） ^w^e~0
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 Hx gC*-A$/
1jg* DQ7L
[attachment=81444] [attachment=81447] AZ3T#f![L@
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） 0DicrnH8
o`S``?`^)^
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 >
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a. 理想闪耀型 M~2Us{ `
b. 正弦位相型 dS6 $
c. 方波位相型 k9x[(
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d. 表面全息型 0zH -g
e. 二元位相型 =1Sny7G
[attachment=81446] z{W C w
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) X
hq ss),
e(8hSVcl4
2#.s{ Bv
[attachment=81448] WA (x]""
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） KH Ac!4lA
1cK'B<5">]
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） n2mO-ZXud
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s : tX3X
[attachment=81449] wo0j /4o
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 ,->K)Rs ;
Am F[#)90P
[attachment=81450] AO7[SHDZ
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 KmNn W1T
PB@IPnB-
[attachment=81451] L/ 7AGR|;C
c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 0>od1/`
&+#5gii1i
R&Lqaek&W
实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） c~ vhkRA
T<B}Z11R
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： C<D$Y,[w
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax eNd&47lJ
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye |}4\Gm
P2'N4?2
[attachment=81452] [attachment=81453] uY. Ns ?8
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kkjugm{D7
非序列模式：光斑点查看 tB 4mhX|\
[attachment=81454] >%t G[jb
F}}!e.> c
非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） ^m#tWb)f
[attachment=81455] q!c=f!U?\l
r? /Uu
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实例4：序列模式下查看衍射PSF,MTF等，简单的系统搭建如下 -P}A26qB
1Vu#:6%
[attachment=81456] xF[%R{Mn'
点列图 /JS_gr@DK
[attachment=81457] c& ;@i$X(
衍射PSF zr|DC] 3
[attachment=81458] Xfk
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几何MTF R;!,(l
[attachment=81459] {32m&a
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衍射MTF qnp}#BZ
[attachment=81460] &3t973=
>`AK'K8{M
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）。 (m R)o&Y%,
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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