文章编号：1002-2082(2024)01-0054-09高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计黄战华1,2，高懿冰1，伍圆军1，潘成1,2，芦畅泰1,2，张尹馨1（1.天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津300072；2.天津大学四川创新研究院，四川成都610200）摘要：随着微型发光二极管(micro-lightemittingdiode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmentedreality，AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大，准直投影镜头要求体积小且像质高，其产生的渐晕现象也导致视场(fieldofview，FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀，这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题，该文基于增加计算得到的非球面场镜，设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析，从而确定焦距区间，最终求解其面型参数，设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°，F#为1.87，调制传递函数在125lp/mm处大于0.5。仿真结果表明，系统照度均匀性相对提高了14%，边缘FOV的光学效率相对提高了15%，具有良好的成像性能，该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。关键词：准直投影镜头；光学效率；衍射光栅波导；光学设计中图分类号：TN202文献标志码：ADOI：10.5768/JAO202445.0101008DesignofdiffractivewaveguidecollimatinglenswithhighopticalefficiencyinedgefieldHUANGZhanhua1,2，GAOYibing1，WUYuanjun1，PANCheng1,2，LUChangtai1,2，ZHANGYinxin1（1.KeyLaboratoryofOpto-ElectronicsInformationTechnology(MinistryofEducation),SchoolofPrecisionInstrumentandOpto-ElectronicEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China；2.SichuanInnovationResearchInstitute,TianjinUniversity,Chengdu610200,China）Abstract：Augmentedreality(AR)displaysystemsaredevelopingtowardsultra-miniaturizationwiththeuseofmicro-lightemittingdiodes(Micro-LED)asminiatureimagesourcesinARdisplaytechnology.However,theMicro-LEDwithalargeluminousangle,thecollimatinglenswithasmallsizeandhighimagequality,andthelowopticalefficiencyattheedgeofthefieldofview(FOV)andnonuniformilluminationbyvignettingofthecollimatinglensposechallengesforthedesignofARopticalsystems.Tosolvetheseproblems,acollima...
