VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理

点阵投影仪是启用Apple Face ID的关键组件。该系统通常由发光单元阵列,透镜和分束光栅组成。透镜系统与光栅一起投射,并复制阵列光源图案。在此示例中,我们构建了这种点阵投影仪系统并演示了其工作原理。为进行系统分析,我们使用VirtualLab Fusion进行光线追迹和场追迹。

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图1

建模任务

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图2

*文档中的非球面镜片是使用ZemaxOpticStudio®设计的

光源建模

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图3

轴上VCSEL单元的仿真

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图4

离轴VCSEL单元的仿真

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图5

-对于离轴VCSEL单元,镜头对输入光进行准直,准直角度与光源模式的位置相关。

-因准直角度的关系,光斑图案相对于轴上情况有所偏移。

完整VCSEL阵列的仿真

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图6

VirtualLab Fusion一瞥

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图7

VirtualLab Fusion中的工作流程

•设置多模信号源

−基本光源模型[教程视频]

•设置组件的位置和方向

− LPD II:位置和方向[教程视频]

•在光学系统内配置光栅组件

•参数运行的配置

−参数运行文档的使用[使用案例]

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图8

VirtualLab Fusion技术

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图9

大角度点阵投影仪

角度点阵投影仪是Apple Face ID中的关键光学元件,它可以将结构化的点阵图案投射到面部上,从而创建3D面部图。点阵投影系统通常采用VCSEL单元阵列。来自VCSEL阵列的光首先由透镜系统准直,然后由二维光栅复制到大角度范围内。对这种系统的模拟将需要建立正确的VCSEL源模型、可靠的透镜系统处理方式以及具有相对小周期光栅的严格计算方法。在VirtualLab Fusion中,不同场求解器之间的这种关联是很常见的; 我们在下面的演示中展示了点阵投影仪的工作原理。

点阵投影仪工作原理的物理光学建模演示

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图10

作为演示,该案例展示了典型的点阵投影光学系统的工作原理,包括VCSEL阵列光源、透镜和分束器的物理光学建模。

非傍轴衍射分束器的设计与严格分析

VirtualLab Fusion用物理光学建模演示点阵投影仪的工作原理的图11

傅立叶模态法(FMM)用于严格评估非傍轴衍射分束器,最初使用IFTA和薄元近似设计。

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