北京耐德佳顯示技術(shù)有限公司暨未來(lái)顯示與交互技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院（籌），在北京市石景山區(qū)區(qū)政府、江蘇鎮(zhèn)江市高新區(qū)政府的指導(dǎo)下，聯(lián)合歐熠光電科技（上海）有限公司、訊技光電科技（上海）有限公司于2018年11月15日武漢光博會(huì)期間舉辦“AR頭戴顯示技術(shù)的未來(lái)與應(yīng)用”高峰論壇，誠(chéng)邀行業(yè)專(zhuān)家，合作伙伴及同仁參加指導(dǎo)。
次日，由歐熠光電科技（上海）有限公司、訊技光電科技（上海）有限公司資深技術(shù)專(zhuān)家進(jìn)行深入技術(shù)培訓(xùn)。
此次論壇匯集國(guó)際領(lǐng)先顯示技術(shù)專(zhuān)家及產(chǎn)業(yè)企業(yè)，涵蓋LCoS，MicroOLED，Micro
LED等前沿研究領(lǐng)域，并首次匯集國(guó)際兩大權(quán)威光學(xué)設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion及Code-V權(quán)威專(zhuān)家，為您全面分析及講解頭戴顯示技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，不可錯(cuò)過(guò)！
VirtualLab Fusion對(duì)頭戴式近眼顯示系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)：
頭戴式近眼顯示系統(tǒng)是當(dāng)今用于實(shí)現(xiàn)虛擬/混合現(xiàn)實(shí)概念的主流方案。在眾多近眼顯示光學(xué)結(jié)構(gòu)中，基于光波導(dǎo)和光柵的方案成為現(xiàn)代光學(xué)建模與仿真領(lǐng)域中的熱門(mén)研究方向。
近眼顯示系統(tǒng)有幾大結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（圖1）：
• 在傳統(tǒng)縱向顯示系統(tǒng)中插入光波導(dǎo)（平面或曲面）以實(shí)現(xiàn)光路的橫向延申，以此提供真實(shí)場(chǎng)景和虛擬圖像的同步顯示。
• 使用平面或曲面光波導(dǎo)構(gòu)成導(dǎo)光結(jié)構(gòu)。
• 利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)光耦合進(jìn)入光波導(dǎo)。
• 通過(guò)光波導(dǎo)表面上（以及內(nèi)部）光柵的獨(dú)特排列方式及光柵參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)內(nèi)光的路徑操控，達(dá)到出瞳擴(kuò)展的目的。
• 密集的多通道輸出結(jié)構(gòu)（出瞳擴(kuò)展）可將顯示信息導(dǎo)出至廣域出瞳范圍，進(jìn)而消減對(duì)系統(tǒng)頭戴位置的約束.
• 通過(guò)上述復(fù)雜光路實(shí)現(xiàn)的輸入-輸出顯示通道均需滿足給定的分辨率要求。
VirtualLab Fusion針對(duì)這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)成功克服其帶來(lái)的建模仿真難點(diǎn)，提供如下功能：
• VirtualLab Fusion是一個(gè)統(tǒng)一化的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)，內(nèi)建多種光學(xué)元件，包括光波導(dǎo)、衍射光柵、透鏡系統(tǒng)等。其中的光波導(dǎo)既可以是平面型也可以是曲面型，并可在其上任意位置設(shè)置自定義形狀的光柵區(qū)域。
• 對(duì)于上述光學(xué)系統(tǒng)的仿真，不僅需考慮波導(dǎo)平面之間的往復(fù)反射、光柵可能引入的多級(jí)衍射，而且需處理兩者結(jié)合后的復(fù)雜光學(xué)交互作用。這就需要使用非序列（non-sequential）的傳播概念。VirtualLab Fusion提供了序列（sequential）以及非序列（non-sequential）傳播，并可在兩種傳播方式中自由切換，如圖1,2。
• 不同于傳統(tǒng)鬼像分析中使用的非序列光線追跡，要正確處理光柵衍射效果必須考慮光的電磁場(chǎng)特性（如偏振），這要求以非序列光場(chǎng)追跡的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。而VirtualLab Fusion是當(dāng)前唯一滿足此要求的商用軟件。
• VirtualLab Fusion中的傅里葉模態(tài)法可用于精確求解光柵衍射問(wèn)題，它可高效處理周期接近波長(zhǎng)范圍的光柵的衍射效率計(jì)算，并且考慮偏振效應(yīng)。更值得注意的是，光場(chǎng)在不同光柵區(qū)域中往復(fù)反射，而VirtualLab Fusion可以利用非序列光場(chǎng)追跡對(duì)這種復(fù)雜光場(chǎng)傳播進(jìn)行高速精確地處理。
• 光柵往往產(chǎn)生多個(gè)衍射級(jí)，其中一個(gè)或多個(gè)衍射級(jí)為工作衍射級(jí)，其余為雜光衍射級(jí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，用戶可按需選擇開(kāi)啟或關(guān)閉雜光衍射級(jí)。比如在初始設(shè)計(jì)階段，通過(guò)關(guān)閉雜光衍射級(jí)可便捷地對(duì)光柵工作衍射級(jí)傳播方向以及傳播能量進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后開(kāi)啟雜光衍射級(jí)并對(duì)其進(jìn)行分析，如圖2。
• 當(dāng)上述光波導(dǎo)加光柵結(jié)構(gòu)設(shè)置完成，VirtualLab Fusion會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)能量閾值找到范圍內(nèi)所有可能的光束傳播路徑。每個(gè)傳播路徑對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的輸出通道，系統(tǒng)要求不同輸出通道的光信號(hào)能量達(dá)到均勻，并且需滿足人眼視覺(jué)分辨率要求。VirtualLab Fusion提供了大量智能探測(cè)器，不僅可以探測(cè)不同輸出通道的能量以及不同通道的能量均勻性，而且可在考慮相干性的前提下正確計(jì)算PSF&MTF，如圖3,4。
圖1.近眼顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：使用光波導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)光，使用光柵進(jìn)行光的耦合以及多通道擴(kuò)展。左圖為結(jié)構(gòu)展示；右圖為VirtualLab Fusion中的建模模型。
圖2.光線在近眼顯示系統(tǒng)中的非序列傳播以及光柵雜散光造成鬼像。
圖3.多通道輸出能量均勻化的建模以及結(jié)果圖。下圖左為結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的輸出場(chǎng)，下圖右為結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的輸出場(chǎng)。
圖 4 多通道輸出情況下傳播到人眼瞳孔的通道光強(qiáng)分布，以及考慮不同光場(chǎng)相干性情況下的PSF&MTF的二維分布
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