SYNOPSYS 光学设计软件课程六十五:VR 眼镜 pancake 光学设计

本文中,介绍的就是如何利用 SYNOPSYS 软件建模设计一个三片式 pancake 折叠式光学系统。

以下是初始结构参数,如下表所示:

光学系统的结构图,如下图所示:


这个三片式的 Pancake 系统沿光轴由人眼侧至显示屏侧依序包括:光源、第一片透镜、PBS、四分之一波片 QWP、第二片透镜、第三片透镜。

其中 PBS 可以反射某种偏振方向的光,并且透射与该反射偏振光垂直正交的偏振光;四分之一波片 QWP 可以改变偏振光的状态,可以将线偏振光与圆偏振光相互转化;第三片透镜右侧S6镀有半透半反膜层。第二片透镜右侧S2镀有S反P透膜层。

实际应用中,从显示屏发出的圆偏振光(假设为左旋)通过半透半反镜(第三片透镜)进入光学系统。当穿过第二片透镜和 Half Mirror 时,透射50%的光并保持左旋圆偏振光(LCP)。然后,通过 QWP 将其转化为S偏振光。PBS 反射S偏振光,重新通过 QWP ,转化成为左旋圆偏振光(LCP),穿过第二片透镜,到达半透半反镜(第三片透镜)右侧S6时反射当前50%的光,变成右旋圆偏振光(RCP),重新穿过第二片透镜和第三片透镜,经过 QWP 变为P偏振光,在 PBS 发生透射,最终达到出瞳。因为  Half Mirror 的存在,理论上系统的效率为25%。

设计流程:

先按照设计参数建模。

SYNOPSYS 支持多种基本及复杂面型:

1.先定义好系统物方参数等信息

设定系统单位为mm,镜头表面数设定为16,其他选项保持为默认情况

 

波长在默认的可见光波段中添加0.5461波段,权重设定为1,并设定为短波长


物方参数部分设定,

选择有限远物模式,距离为-1000,视场角设定为47.5°;

光阑固定为1表面;

选择用户定义的孔径,孔径类型为圆形,尺寸为5;

光瞳 YMP1 输入为5

 

2.根据光线到达的序列,选择面型并按照序列设置面型参数;

【评论留言获取镜头文件代码】

3.定义孔径及空间位置;


查看实体模型图:

 


进行像质分析:

 

网格畸变

 


RMS 光斑半径


基本 PSF


镜头基本参数


至此,一个初步的 VR pancake 的基本模型就已经搭建完毕,各位读者可以尝试对此案例进行搭建,也可以在本文的基础上对此文件做进一步像差优化、结构调整或杂散光分析等操作,感谢阅读。

相关软件
SYNOPSYS™ 光学设计软件是目前世界上功能强大的光学设计软件之一。58年的发展更新和Windows界面使得新手很容易上手使用;能轻松面对更高的专业需求。其开发者OSD公司是世界领先的光学设计软件的开发者之一, 同时提供光学设计服务,O