基于微软专利的带蝴蝶出瞳扩展的光波导结构

摘要

在为增强和混合现实（AR&MR）应用设计光波导设备的过程中，所提供的视场（FOV）等参数是主要的兴趣所在。为了突破可实现的最大视场的极限，人们研究了各种方法，例如在从入射耦合到出射耦合的传播过程中分割视场的系统。一个非常流行的方法是所谓的 "蝴蝶出瞳扩展"，即在FOV的正负部分使用两个独立的EPE光栅区域，这也被应用于微软的Hololens2。在这份文件中，我们展示了在VirtualLab Fusion中实现这样一个EPE概念，它基于微软的US9791703B1专利。

建模任务：基于专利US9791703B1的方法

任务描述

光导元件

有了光导组件，可以很容易地定义具有复杂形状的区域的系统。此外，这些区域可以配备理想化的或真实的光栅结构，作为入射器、出射器和扩瞳器发挥作用。

输入耦合和输出耦合的光栅区域

为了简单起见，我们在圆形区域使用了两个一维周期性入射耦合光栅（一个在第一表面，一个在第二表面）。这将导致FOV的左右部分的行为略微不对称，但可以通过将两个光栅组合成一个单一的二维周期结构（位于第一或第二表面）来克服这个问题。

为了重新组合和耦合光线，一个一维周期性的出射耦合器被应用，有一个矩形的区域。这是一个特殊的配置，为了使设计有更大的灵活性，可以用一个二维周期的出射耦合器来代替它。

出瞳扩展器（EPE）区域

每个区域的形状可以使用不同的方法和定义策略来非常灵活地定义。在这个例子中，两个EPE都是由多边形区域与两个椭圆体结合起来定义的，以切割内部部分。这些光栅是一维周期性的，旋转角度为±35°（分别为左侧和右侧）。更多关于区域定义的信息在下面：

设计&分析工具

VirtualLab Fusion提供了一系列的工具来帮助 光学工程师设计和分析光导系统的任务。分析光导系统的任务，包括。

- 光导布局设计工具：

设计一个具有1D-1D光瞳扩展的光导。它可以作为您系统的基础。

- k域布局工具。

分析你的设计的耦合条件。

- 尺寸和光栅分析工具。

检测您的系统中的足迹，以确定 你的区域的大小和形状。

总结-元件

结果：系统中的光线

只有光线照射到 "眼盒"（摄像机探测器）上：

所有在光导内传播的光线：

FOV：0°×0°

FOV：−20°×0°

FOV：20°×0°

VirtualLab Fusion技术