[已解决]AR一维光机设计问题

dreamMXD

各位前辈好，假设要设计显示屏尺寸0.3英寸，长宽比4：3，视场角40°的一维阵列波导光机，目前我的思路和疑问：

思路：
1. 一维阵列波导光机，波导只有单方向扩瞳，光机进行另一方向扩瞳，建立多重结构，采取逆向设计，入瞳直径设定为5mm，结构1对应显示屏长边，视场角32°，入瞳距离设定为5mm，操作数约束对应长边像高，结构2对应显示屏短边，视场角24°，入瞳距离设定为30mm，操作数约束对应短边像高
2. 主要优化结构2，结构1控制CRA，负责决定最后透镜孔径尺寸，优化完成后采用矩形孔径设定透镜来实现切边操作。

疑问：
1. 一维光机必须用多重结构吗，如果不用多重结构的话是要怎么做呢？设定对角线像高和视场角，然后入瞳距离采用长的那个结构来设计？
2. 对这种因为eye relief 导致入瞳距离比较大的结构，初始结构一般选择什么结构比较好呢？
3. 设计中设定完视场角后约束焦距发现得到的像高与考虑畸变后计算的显示屏尺寸不匹配是因为什么呢？

4. 优化过程中发现CRA很大，两个结构不能同时压低，这个是因为什么呢？

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yxj123456

2023-11-28 14:36

dreamMXD 发表于 2023-11-28 11:41
感谢前辈指点，收获良多，出瞳距离不是定值和对角视场确实是我没考虑到的，关于初始怎么建设参数还有一些 ...

1.是这样的。
2.对角视场需设置额外的多重结构控制。
3.非中心对称是波导片造成，只是想表达，只控制水平和垂直视场，斜边其实是没控制到的（因为不是中心对称）。

看了你的文件，这样建模是可以的，但如上面所说考虑得还不够多。你可以把你设计的光机结合波导片放在lighttool里看一下效果。
结构2的Y视场建议放在X视场里，这样更直观，也方便后续对对角视场的畸变控制。
用玻璃非球面需要注意材料选择和成本。
我记得论坛分享过一个混合序列的模型；本质只是把那个模型用序列模式的逻辑建模出来，你可以对照着建模看还有哪些没有考虑到或者不合理的。

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Savitar

1、你这个思路不对啊，入瞳距离怎么还是变的？先不考虑扩瞳，按长短边视场设计不用多重结构，方形视场，XY分别设置视场就行。波导目镜必须要用多重结构，设置多个视场和对应的像高（具体我忘了）。
2、初始结构找专利，波导类的或枪瞄镜，或者光学手册里找目镜。
3、不知道你差了多少，这种计算方法是基于薄透镜这种理想情况的，算的再准跟实际也有差别，不要约束焦距，约束像高，像高才是确定的值，焦距大点小点都无所谓，可以通过控制畸变来间接限制焦距。
4、这个估计是多重结构设的不合理，最后一个面不要太凹，让光线折射角小一点

dreamMXD

Savitar 发表于 2023-11-27 18:57
1、你这个思路不对啊，入瞳距离怎么还是变的？先不考虑扩瞳，按长短边视场设计不用多重结构，方形视场，XY ...

感谢前辈指点，那个入瞳距离可能我说的不够清晰，因为在论文中看到一维光机出瞳匹配是要匹配两个，一个是波导的入瞳一个是人眼的入瞳，两者距离不同，因此在zemax中设定了不同的入瞳距离，论文相关图片和另一篇相关论文如附件；
关于这个设定问题我也一直有疑问：

1. 如果不用多重结构限制两个距离的话，后面要切边的口径如何确定呢？还是说方形视场设置自动就会约束透镜两个方向的口径？因为我看实际中的一维波导光机都是切成类似柱面镜的矩形透镜。


2. 不同视场对应不同像高，这个设置有什么意义吗？不是很理解这么操作是要约束什么，或者说对什么指标有益

yxj123456

1.扩瞳方向入瞳是否太大了，按照1点多mm的波导厚度，5mm大部分光都进不去波导片里；入瞳距离5mm怎么得出的，还是按实际的来算吧，光机到波导片的拦光位置中间是有玻璃的，把这个考虑上去，再看一下第一个透镜到拦光位置多长，确定出瞳直径。
2.短边方向出瞳30mm考虑不全。光机到出瞳中间经过一大段玻璃，需要建模上去。出瞳距离不是一个定值，在eyebox的不同位置，光线经过波导片的路程是不一样的，因此出瞳距离是不一样的，需要考虑进去。
3.这不是中心对称系统，对角视场需要考虑进去，畸变也需要考虑进去，因为不是中心对称系统，对角的畸变不好用操作数控制，可直接光线追迹用定义控制TV畸变。

yxj123456

yxj123456 发表于 2023-11-28 11:21
1.扩瞳方向入瞳是否太大了，按照1点多mm的波导厚度，5mm大部分光都进不去波导片里；入瞳距离5mm怎么得出的 ...

出瞳入瞳说乱了，都是说的你描述的那个入瞳

dreamMXD

yxj123456 发表于 2023-11-28 11:21
1.扩瞳方向入瞳是否太大了，按照1点多mm的波导厚度，5mm大部分光都进不去波导片里；入瞳距离5mm怎么得出的 ...

感谢前辈指点，收获良多，出瞳距离不是定值和对角视场确实是我没考虑到的，关于初始怎么建设参数还有一些问题想向您请教一下：

1. 在设计中是否是按照我预想的那样设定多重结构来控制不同方向的出瞳距离呢？

2. 对角视场这个设置我还不太清楚，因为我预想的是视场也采用多重结构设置，长边结构对应一个+-16°的圆形视场，短边结构对应一个+-12°的圆形视场，现在提到对角视场的话，视场设置是不是不需要设定多重结构，直接设定矩形视场来设计？还是怎么设定呢？

3. 非中心对称系统这里我也不太清楚，因为我现在仿真的时候虽然采用多重结构，但是考虑的时候还是按照两个中心对称圆透镜组来考虑，只是两者口径不同，但是具有相同厚度和曲率

初次涉及相关设计，所以可能某些概念上认知有错误，恳请您不吝指教，之前照着论文仿真的一个一维光机的文件放在附件了，不知您是否有时间看下有没有什么问题？万分感谢

yxj123456

dreamMXD 发表于 2023-11-28 11:41
感谢前辈指点，收获良多，出瞳距离不是定值和对角视场确实是我没考虑到的，关于初始怎么建设参数还有一些 ...

1.是这样的。
2.对角视场需设置额外的多重结构控制。
3.非中心对称是波导片造成，只是想表达，只控制水平和垂直视场，斜边其实是没控制到的（因为不是中心对称）。

看了你的文件，这样建模是可以的，但如上面所说考虑得还不够多。你可以把你设计的光机结合波导片放在lighttool里看一下效果。
结构2的Y视场建议放在X视场里，这样更直观，也方便后续对对角视场的畸变控制。
用玻璃非球面需要注意材料选择和成本。
我记得论坛分享过一个混合序列的模型；本质只是把那个模型用序列模式的逻辑建模出来，你可以对照着建模看还有哪些没有考虑到或者不合理的。

dreamMXD

yxj123456 发表于 2023-11-28 14:36
1.是这样的。
2.对角视场需设置额外的多重结构控制。
3.非中心对称是波导片造成，只是想表达，只控制水 ...

感谢前辈之前关于光机和出瞳匹配以及今天一维光机设计的指导，AR光机设计感觉能搜索到的资料很少，自己摸索确实会少考虑很多东西，
对这种大出瞳距离，有时也会有大后工作距的系统，不知道前辈有没有推荐的资料或者相关的学习建议呢？

希望后续还有机会可以向前辈请教。

yxj123456

dreamMXD 发表于 2023-11-28 15:12
感谢前辈之前关于光机和出瞳匹配以及今天一维光机设计的指导，AR光机设计感觉能搜索到的资料很少，自己摸 ...

算是比较新的方向，资料基本都是各公司一个坑一个坑踩过来，都藏着掖着了。
几何波导基本都在搞二维了，一维迟早要淘汰的；有机会打样就赶紧打样积累一下经验。

wanglin

yxj123456 发表于 2023-11-28 16:17
算是比较新的方向，资料基本都是各公司一个坑一个坑踩过来，都藏着掖着了。
几何波导基本都在搞二维了， ...

前辈，借楼请教下，这种阵列波导光机的入眼亮度在光机模组中怎么提高，控制光机模组的CRA角度吗？