| 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 { [r}gS%
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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。 E{IY7Xz^>
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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。 qXB5wDJg
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一：波导模型，核心要点 Y?JB%%WWI
1. 此波导可分别定义覆盖层，衬底层及导波层折射率 li%A?_/m<&
2. 此波导可以定义入射窗，出射窗的位置及大小 FLaj|Z~#)
3. 此波导支持扩展光瞳（分束镜片，Lumus公司产品LOER方案） '2ACZcjDSv
4. 此波导可以方便的定义分束镜片的数量 G,,f' >
5. 此波导可以随便定义分束镜片倾斜角度 8 >!-|VSn
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 G5!!^p ~
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 ~Da-|FKa>
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 tybF
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实例1：Lumus的LOER波导分束镜方案 88A,ll %
[attachment=81440] [attachment=81441] [attachment=81442] nF=[m; ~
（Lumus的LOER波导分束镜方案） Xrz pn&Y=#
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[attachment=81443] c=4z+_ K
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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 muIJeQ.C
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） LCok4N$o
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实例2：波导与衍射光栅搭配耦合 /O[ Z
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[attachment=81444] [attachment=81447] 4'H)h'#C
（两块透射位相型光栅） （两块反射型全息布拉格体光栅） C@@PL sMg
p+^K$w^Cs
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 ! +n'0{
a. 理想闪耀型 H.)J?3
b. 正弦位相型 D fVSG1g
c. 方波位相型 ;rt\
d. 表面全息型 3tCT"UvTD
e. 二元位相型 MN _1^T5
[attachment=81446] '2m"ocaf
a.衍射效率随波长的变化曲线(正弦型) sJm v{wM
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[attachment=81448] 8 FgF6ip
b.衍射效率随入射角的变化曲线（正弦型） =Kt!+^\")
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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） E{[>j'dwc
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[attachment=81449] ^[1Xl7)`
a.透射型体光栅衍射效率随波长的变化关系 MG3xX;
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[attachment=81450] PH=O>a`a_O
b.反射型体光栅衍射效率随入射角的变化关系 Y$FhV~m
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[attachment=81451] J|e3
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c. 反射型体光栅衍射效率随光敏层厚度的变化关系 /!W',9ua6
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实例3：波导搭配两个反射型体全息光栅（非序列模式） {hx=6"@
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显示屏经过投影成像镜头，通过体光栅将光束耦合到波导，然后通过另外一块体光栅将光束耦合导出至人眼，此处人眼用一块理想透镜模拟。更精确的人眼模型，请参考： U
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http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/how-to-model-the-human-eye-in-zemax , UneS
http://zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye QMwV6cA
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[attachment=81452] [attachment=81453] -9$.&D|
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非序列模式：光斑点查看 %wIb@km
[attachment=81454] hu:x,;`9H
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非序列模式：几何MTF（新的OpticStudio版本支持） 2jyxP6t
[attachment=81455] }Hb_8P
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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 i[PksT#p
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[attachment=81456] y@dTdR2Wc
点列图 yH.Z%*=xQa
[attachment=81457] &H?Vlx Ix
衍射PSF b %e7rY2
[attachment=81458] ;%O>= m'4
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几何MTF qino:_g
[attachment=81459] N0UZ%,h\
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衍射MTF Tnb5tHjnh
[attachment=81460] i/F ]. Sag
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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）。 nLnzl
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详情请咨询： sales@ueotek.com 027-87878386
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