摘要

在為增強和混合現實（AR&MR）應用設計光波導設備的過程中，所提供的視場（FOV）等參數是主要的興趣所在。為了突破可實現的最大視場的極限，人們研究了各種方法，例如在從入射耦合到出射耦合的傳播過程中分割視場的系統。一個非常流行的方法是所謂的 "蝴蝶出瞳擴展"，即在FOV的正負部分使用兩個獨立的EPE光柵區域，這也被應用于微軟的Hololens2。在這份文件中，我們展示了在VirtualLab Fusion中實現這樣一個EPE概念，它基于微軟的US9791703B1專利。

 

建模任務：基于專利US9791703B1的方法

任務描述

 

光導元件

 

有了光導組件，可以很容易地定義具有復雜形狀的區域的系統。此外，這些區域可以配備理想化的或真實的光柵結構，作為入射器、出射器和擴瞳器發揮作用。

 

輸入耦合和輸出耦合的光柵區域

 

為了簡單起見，我們在圓形區域使用了兩個一維周期性入射耦合光柵（一個在第一表面，一個在第二表面）。這將導致FOV的左右部分的行為略微不對稱，但可以通過將兩個光柵組合成一個單一的二維周期結構（位于第一或第二表面）來克服這個問題。

為了重新組合和耦合光線，一個一維周期性的出射耦合器被應用，有一個矩形的區域。這是一個特殊的配置，為了使設計有更大的靈活性，可以用一個二維周期的出射耦合器來代替它。

 

出瞳擴展器（EPE）區域

 

每個區域的形狀可以使用不同的方法和定義策略來非常靈活地定義。在這個例子中，兩個EPE都是由多邊形區域與兩個橢圓體結合起來定義的，以切割內部部分。這些光柵是一維周期性的，旋轉角度為±35°（分別為左側和右側）。更多關于區域定義的信息在下面：

 

設計&分析工具

VirtualLab Fusion提供了一系列的工具來幫助 光學工程師設計和分析光導系統的任務。分析光導系統的任務，包括。

- 光導布局設計工具：

設計一個具有1D-1D光瞳擴展的光導。它可以作為您系統的基礎。

- k域布局工具。

分析你的設計的耦合條件。

- 尺寸和光柵分析工具。

檢測您的系統中的足跡，以確定 你的區域的大小和形狀。

 

總結-元件

 

 

結果：系統中的光線

 

只有光線照射到 "眼盒"（攝像機探測器）上：

 所有在光導內傳播的光線：

 

FOV：0°×0°

 

FOV：?20°×0°

 

FOV：20°×0°

 

VirtualLab Fusion技術