AR/VR光學(xué)器件的案例
Ansys在AR-VR產(chǎn)業(yè)的光學(xué)應(yīng)用
兩者都改變了光學(xué)性能。就像其他人感知的雜散光一樣，這有可能導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)格的變化。
AR/VR行業(yè)生態(tài)鏈
Ansys完整工作流
Ansys衍射方案工作流
典型案例
客戶痛點(diǎn)
? 模擬人眼看到的圖像，并優(yōu)化其在整個(gè)眼盒的均勻性（擴(kuò)大的出瞳）。
? 分析雜散光和對(duì)系統(tǒng)的容忍度。
解決方案
? RCWA: 該插件可以實(shí)時(shí)模擬整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際光柵。表面浮雕光柵是這種類型的系統(tǒng)中最重要的組成部分。
? 圖像仿真: 使用位圖或整個(gè)鏡頭系統(tǒng)作為圖像源。人眼探測(cè)器從系統(tǒng)中接收?qǐng)D像.
? 優(yōu)化：優(yōu)化任何東西，包括圖像的均勻性。
效益分析
? 動(dòng)態(tài)鏈接：在RCWA算法和光線追跡引擎之間，將微觀和宏觀光學(xué)聯(lián)系起來，進(jìn)行全面的系統(tǒng)模擬和優(yōu)化。
? 獨(dú)特的緩存和插值技術(shù)、隨機(jī)模式和階次濾波器極大地提高了仿真速度。
? 參數(shù)化光柵模型允許對(duì)梯形光柵的斜角和填充系數(shù)等因素進(jìn)行優(yōu)化。
Lumerical和Zemax數(shù)據(jù)傳播
客戶痛點(diǎn)
? 在較大的光線追蹤系統(tǒng)中進(jìn)行精確的光柵模擬。
? 優(yōu)化光柵參數(shù)以獲得更好的性能
解決方案
? FDTD: 對(duì)2D光柵進(jìn)行精確模擬。
? Dynamic link : 該插件允許ZOS調(diào)用Lumerical計(jì)算所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并改變光柵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
? 圖像仿真: 使用位圖或整個(gè)鏡頭系統(tǒng)作為圖像源。人眼探測(cè)器從系統(tǒng)中接收?qǐng)D像.
? 優(yōu)化：優(yōu)化任何東西，包括圖像的均勻性。
效益分析
? Lumerical和Zemax之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系可以為全面的系統(tǒng)仿真和優(yōu)化服務(wù)。
? 獨(dú)特的緩存和插值技術(shù)、隨機(jī)模式和階次濾波器極大地提高了仿真速度。
展開 AR/VR光學(xué)設(shè)計(jì)仿真解決方案【8月29日直播】
近年來隨著Pancake鏡頭技術(shù)和用于二維擴(kuò)瞳的衍射光波導(dǎo)技術(shù)的成熟和商業(yè)化，AR和VR顯示設(shè)備迎來了新一輪的發(fā)展。同時(shí)通過先進(jìn)傳感器技術(shù)和先進(jìn)融合算法技術(shù)實(shí)現(xiàn)的MR顯示技術(shù)也為元宇宙顯示設(shè)備提供了新的發(fā)展思路。
光學(xué)設(shè)計(jì)與仿真軟件是幫助實(shí)現(xiàn)上述XR顯示技術(shù)的必要工具。XR顯示技術(shù)從微觀結(jié)構(gòu)和膜層設(shè)計(jì)到宏觀顯示效果的跨物理尺度的設(shè)計(jì)需求也為光學(xué)仿真軟件提出了更高的技術(shù)要求。
Ansys全鏈路光學(xué)設(shè)計(jì)與仿真工具可以幫助XR設(shè)備設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)從微光柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，膜層設(shè)計(jì)到宏觀的光學(xué)鏡組設(shè)計(jì)和光學(xué)環(huán)境仿真的一站式光學(xué)仿真解決方案，幫助用戶設(shè)計(jì)和分析包括基于衍射光柵的AR顯示設(shè)備birdbath類AR設(shè)備，基于Pancake鏡頭的VR顯示設(shè)備，和頭顯光學(xué)傳感器等多種XR光學(xué)技術(shù)設(shè)備，助力先進(jìn)元宇宙顯示設(shè)備的開發(fā)。
基于此，8月29日，Ansys 2024 R1系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)將推出「A/VR光學(xué)設(shè)計(jì)仿真解決方案」主題內(nèi)容。歡迎感興趣的用戶免費(fèi)報(bào)名參會(huì)。
時(shí)間：8月29日，16:00-17:00
講師簡(jiǎn)介：
李宏宇 | Ansys 高級(jí)應(yīng)用工程師
華中科技大學(xué)，光電信息工程專業(yè)，法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)光學(xué)工程博士。2021年加入Ansys中國(guó)?，F(xiàn)負(fù)責(zé) Ansys Speos技術(shù)支持和相關(guān)業(yè)務(wù)開發(fā)工作。
形式：線上
費(fèi)用：免費(fèi)
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技術(shù)鄰簡(jiǎn)介:
技術(shù)鄰專注于工科技術(shù)社區(qū)，從最早的CAE技術(shù)社區(qū)（中國(guó)CAE聯(lián)盟）發(fā)展而來，在CAE領(lǐng)域有20年的教學(xué)和咨詢服務(wù)經(jīng)驗(yàn)。
展開 AR/VR衍射光波導(dǎo)性能提升遇阻？OAS光學(xué)軟件有方法
衍射波導(dǎo)準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例
簡(jiǎn)介
在現(xiàn)代光學(xué)顯示技術(shù)中，衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)因其獨(dú)特的光學(xué)性能和緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。本案例聚焦于衍射波導(dǎo)準(zhǔn)直系統(tǒng)，旨在通過 OAS 光學(xué)軟件深入探究其光學(xué)性能，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。
OAS 軟件在案例中的應(yīng)用
光波導(dǎo)設(shè)計(jì)
利用OAS的布局設(shè)置，更改光波導(dǎo)的需求參數(shù)，OAS可以直接生成相應(yīng)初始光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包含光源、耦入光柵、耦出光柵、轉(zhuǎn)向光柵、眼盒等。設(shè)置好入射光的波長(zhǎng)，光線尺寸等光線信息，光源到光波導(dǎo)的距離、視場(chǎng)、入射光介質(zhì)、眼盒的尺寸、光波導(dǎo)材料，耦入耦出光柵的方向周期等等一系列參數(shù)，能夠通過內(nèi)部算法計(jì)算得出。后續(xù)還有K空間可視化、光柵足跡分析、結(jié)果查看、PSF/MTF分析等。
光線追跡分析
利用 OAS 光學(xué)軟件對(duì)該衍射光波導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡模擬。如圖所示，在完成光線追跡后，清晰展示了光線在整個(gè)系統(tǒng)中的傳播軌跡，包括從光源發(fā)出，經(jīng)過一系列光學(xué)組件，最終進(jìn)入衍射光波導(dǎo)部分的全過程。這一過程幫助研究人員準(zhǔn)確把握光線走向，為后續(xù)分析奠定基礎(chǔ)。
像面輻照度分布分析
OAS 軟件進(jìn)一步對(duì)像面的輻照度分布進(jìn)行分析，結(jié)果以對(duì)數(shù)（lg）形式呈現(xiàn)于圖中。輻照度分布反映了像面上不同位置接收到的光能量密度。通過對(duì)像面輻照度分布的分析，能夠清晰了解系統(tǒng)成像的均勻性以及能量分布情況。
案例結(jié)果分析
雜散光現(xiàn)象
在輻照度圖上，可觀察到存在少量雜散光。雜散光的出現(xiàn)會(huì)降低系統(tǒng)成像的對(duì)比度和清晰度，對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利影響。因此，準(zhǔn)確識(shí)別雜散光來源并加以解決是優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。
雜散光來源剖析
經(jīng)深入分析，這些雜散光主要來源于透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)。
展開 AR/VR | Raontech開發(fā)新的LCoS基全高清微顯示器光學(xué)模組
據(jù)介紹，這兩個(gè)光學(xué)模塊都具有內(nèi)置的微型顯示器。不同于傳統(tǒng)的液晶顯示器 (LCD)，這兩款光學(xué)模組都配備了硅基液晶 (LCoS)，這種器件可在硅晶片上構(gòu)建電子電路。使用這些光學(xué)模組，用戶可以體驗(yàn)到一塊100英寸大屏（視角47度）呈現(xiàn)在眼前。
另外，Raontech公司針對(duì)這兩款光學(xué)模塊還實(shí)施了小型化和輕量化技術(shù)。實(shí)際上，這些光學(xué)模塊的透鏡厚度為11mm，重量12g。考慮到目前市場(chǎng)上VR/AR眼鏡的重量通常在100g左右，他們這兩款光學(xué)模組鏡頭可以支持終端客戶開發(fā)出更輕薄的產(chǎn)品。最后，這兩款光學(xué)模塊還可以提升戴眼鏡的人的使用便利性，因?yàn)樗麄兺ㄟ^設(shè)計(jì)優(yōu)化，還提供用戶額外安裝矯正視力鏡片的選擇。
根據(jù)該公司的計(jì)劃，Raontech 公司還會(huì)在未來提供F2系列光學(xué)模塊的開發(fā)套件和相關(guān)的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，這些可以幫助客戶進(jìn)一步縮短VR/AR設(shè)備的生產(chǎn)周期。另外，該公司還會(huì)為客戶提供如何通過USB-C接口連接智能眼睛的示意圖。
在未來，Raontech公司還計(jì)劃通過更多樣化的產(chǎn)品尺寸和分辨率（0.37英寸全高清、0.5英寸高清）的推出來進(jìn)一步擴(kuò)展其產(chǎn)品陣容。Raontech公司的首席執(zhí)行官Bo-eun Kim表示：“為了讓智能眼鏡和智能顯示設(shè)備在虛擬時(shí)代擴(kuò)大其使用范圍，整個(gè)市場(chǎng)還需要大規(guī)模量產(chǎn)更多數(shù)量的光學(xué)組件和微型顯示器。Raontech公司將完成量產(chǎn)準(zhǔn)備，為VR/AR等設(shè)備的普及做出貢獻(xiàn)。”
圖2. Raontech AR智能眼鏡原型機(jī)
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高麗大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)全球最高效率的AR·VR顯示用衍射光學(xué)元件
研究團(tuán)隊(duì)證明了通過快速大面積形成可直接用于包括AR/VR顯示器等創(chuàng)新光學(xué)器件可直接應(yīng)用的光學(xué)結(jié)構(gòu)，可達(dá)到傳統(tǒng)制作方式無法達(dá)到的工程良率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。這些光學(xué)結(jié)構(gòu)不僅可以在平面上形成，還可以在曲面上實(shí)現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用范圍。
基于這項(xiàng)技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)還將為提升顯示效率的微透鏡陣列（MLA）和作為AR/VR核心元件的輸入/輸出耦合器(in/out coupler)光學(xué)結(jié)構(gòu)制作為晶圓級(jí)，并進(jìn)行了驗(yàn)證。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還成功在彎曲基板上形成傅里葉光學(xué)表面，進(jìn)一步拓寬了該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
展望未來，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的該方法能夠提高包括電視在內(nèi)的傳統(tǒng)顯示的光提取效率，并且能夠作為尖端光學(xué)設(shè)備的有效光學(xué)元件使用，有望對(duì)提高顯示行業(yè)的生產(chǎn)力做出重大貢獻(xiàn)。
展開 Ansys Zemax | 使用衍射光學(xué)器件模擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) （AR） 系統(tǒng)的出瞳擴(kuò)展器 （EPE）：第 1 部分
下一篇預(yù)告：Ansys Zemax | 使用衍射光學(xué)器件模擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）系統(tǒng)的出瞳擴(kuò)展器 （EPE）：第 2 部分
lexEnable開發(fā)柔性液晶薄膜：解決AR和VR設(shè)備中光學(xué)性能和穿戴舒適性問題
用例包括顯示器、可著色智能窗膜、用于AR/VR的可調(diào)諧透鏡以及用于AR設(shè)備的像素級(jí)環(huán)境光調(diào)制器件，所有這些都將受益于或需要雙軸彎曲以保形集成到現(xiàn)有表面上。
未來應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)讓
柔性液晶光學(xué)器件不僅可節(jié)省大量重量和厚度，還能讓有源光學(xué)薄膜完全貼合在雙軸曲面上，這能夠在極大節(jié)省體積容量的同時(shí)，提高光學(xué)性能。這里，我們盡管只就AR/VR光學(xué)中兩種使用情況進(jìn)行了介紹，但實(shí)際情況是，這種工藝和材料可以應(yīng)用于任何類型的液晶盒。柔性有機(jī)電子器件和液晶光學(xué)器件還有許多其他用途，F(xiàn)lexEnable目前正在將這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給四家亞洲顯示器制造商，并將于2023年開始生產(chǎn)。
雖然基礎(chǔ)OTFT平臺(tái)已經(jīng)開發(fā)并在工業(yè)上應(yīng)用了幾年，但在過去幾年中，將其應(yīng)用于液晶盒制造，再結(jié)合熱成型工藝的開發(fā)，這些將為功能性表面開辟一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。本文概述了液晶盒功能的兩個(gè)例子，但還有許多其他功能正在我們的探索中（例如，Pancharatnam–Berry透鏡、光束轉(zhuǎn)向、可切換波片），當(dāng)這些功都能構(gòu)建在只有幾十微米厚的塑料膜上時(shí)，我們將可以通過將其堆疊起來，為各種曲面帶來難以想象的新功能。
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