高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计

随着微型发光二极管(micro-light emitting diode, Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,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(field of view,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125 lp/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。