增強現實頭戴式顯示器的案例
Ansys Zemax | 建立增強現實頭戴式顯示器
增強現實(AR)系統為多道光路的架構和自由曲面(free-from optics)的使用提供了良好的示范。這篇文章說明了如何在序列模式中，使用楔形棱鏡(wedge-shaped prism)和自由曲面建立頭戴式顯示器(HMD)。我們將以三個范例檔案演示不同階段的模型建立。(聯系我們獲取文章附件)
簡介
在設計一個增強現實(augmented reality, AR)透視頭戴式顯示器(OST-HMD)時，我們會針對兩道光路進行優化：微顯示器的投影路徑以及供用戶看見外界的透視路徑。為了達到最佳的AR效果，光學設計者必須確保虛擬圖像和現實景物能正確結合。此技術可被廣泛應用在軍事和醫療輔助等方面。
考慮到實際用途，設計者必須將整個光學系統設計成一個精巧且非侵入式的裝置，同時具備大視角(FOV)和小f-number等優點。這篇文章說明如何使用楔形自由曲面棱鏡和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)建立上述的光學系統。
參考專利
本文的范例參考了專利Patent US 2014/0009845 A1的設計。
在范例檔案中，我們針對各表面大量的運用了傾斜(tilt)和偏心(decenter)技巧。在下方的示意圖中，我們可以看到系統使用自由曲面棱鏡(FFS prism)和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens, 圖中黃色部分)這兩個光學組件改變入射光的行進方向。FFS的使用增加了設計的自由度，使系統可使用較少的光學組件達成目的，大幅減少裝置的重量。另一方面，膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)可有效修正畸變，改善透視影像的質量。
下圖參考自專利并稍加修改。
設計方針
OST-HMD包含了兩個光學組件：1)楔形FFS棱鏡 和 2) 膠合輔助鏡頭。
展開 在 Zemax OpticStudio 中建立增強現實頭戴式顯示器
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增強現實(AR)系統為多道光路的架構和自由曲面(free-from optics)的使用提供了良好的示范。這篇文章說明了如何在序列模式中，使用楔形棱鏡(wedge-shaped prism)和自由曲面建立頭戴式顯示器(HMD)。我們將以三個范例檔案演示不同階段的模型建立。
簡介
在設計一個增強現實(augmented reality, AR)透視頭戴式顯示器(OST-HMD)時，我們會針對兩道光路進行優化：微顯示器的投影路徑以及供用戶看見外界的透視路徑。為了達到最佳的AR效果，光學設計者必須確保虛擬圖像和現實景物能正確結合。此技術可被廣泛應用在軍事和醫療輔助等方面。
考慮到實際用途，設計者必須將整個光學系統設計成一個精巧且非侵入式的裝置，同時具備大視角(FOV)和小f-number等優點。這篇文章說明如何使用楔形自由曲面棱鏡和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)建立上述的光學系統。
參考專利
本文的范例參考了專利Patent US 2014/0009845 A1的設計（https://patents.google.com/patent/US20140009845）。
在范例檔案中，我們針對各表面大量的運用了傾斜(tilt)和偏心(decenter)技巧。
展開 通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率增強
摘要 ：整體效率和圖像均勻性是增強現實顯示的重要評判標準。傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
[VirtualLab論文] 通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率
摘要：整體效率和圖像均勻性是增強現實顯示的重要評判標準。傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
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它還顯示了兩只眼睛所看到的視差。
整個視場的平均值為：
像散的范圍從80減少到11 waves。下圖使用的是相對比例(顯示設置)，從絕對值中減去平均值。它可以更好地了解整個視場的像差變化：
畸變：略高于2%
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展開 如何利用 Zemax OpticStudio 模擬 AR 系統中的全息光波導
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AR系統通常使用全息圖將光耦合到波導中，從而將光從顯示引擎傳輸到佩戴者的眼睛。本文演示了如何在OpticStudio中使用全息圖表面作為平面波導結構內的耦合器，以及展示了如何繼續改進第一部分中建模的初步設計。
作者：Ansys Sean Lin and Michael Cheng
簡介
增強現實 (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現實世界的場景結合并交互的技術。本文演示了如何利用全息技術在序列模式下建立一個用于增強現實的光學系統。
增強現實系統和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統的使用中存在兩個不同的階段：構造階段和重構階段，分別適用于全息圖的構建和作為光學元件的使用。有關該主題的詳細內容，請參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖”。https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005577722
在普通的AR系統中，光通過全息圖耦合到波導中，從而將相關信息從顯示器傳輸到眼睛。波導的優點是它很大程度上是透明的，不會阻擋來自現實世界的光。在這篇文章中，我們將指導您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個簡單的AR設計。
規格和設計策略
我們將從一個簡單的設計開始，然后進一步完善系統。
展開 如何在OpticStudio中建模和設計真實波片
: https://community.zemax.com/got-a-question-7/what-does-selecting-a-mode-flag-on-a-birefringent-in-surface-do-655
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