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

dannie

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；

请留言评论获取镜头文件代码

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。