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在這個聯合方案中，將介紹一個仿真工作流程來分析單色AR(增強現實)系統的光學性能，用Zemax OpticStudio設計的光學透鏡系統和用 Lumerical設計光柵結構，到Speos進行系統級分析。

概覽 增強現實(AR)是一種將屏幕上的虛擬世界與現實場景相結合的技術，使用Ansys的完整光學解決方案來設計和分析瞳孔擴展器EPE衍射光柵構成的AR系統，將Zemax OpticStudio的光學透鏡系統信息和Lumerical的光柵信息導入到Speos中，對這些系統進行系統級性能分析，使用Speos在3D環境中模擬整個AR光學系統時，這個互操作性工作流捕獲了光柵微結構和透鏡的宏觀結構之間的相互作用

繞射光學元件（DOE）和超表面/超穎透鏡在光學系統設計中越來越受歡迎，其應用範圍從手機鏡頭到AR / VR耳機，從3D傳感到照明。但是，對於包含 DOE 或超穎透鏡的系統進行模擬和設計總是很棘手的。沒有通用的方法可以處理所有情況。設計人員需要根據具體情況決定其系統的策略。

要了解有關如何對基本系統，邁克森干涉儀進行建模並演示實現深度掃描的相干門效應的更多信息，Zemax客戶可以在MyZemax.com上取得此知識庫文章的全部內容以及整個系列文章。 或請聯繫Zemax銷售團隊以了解有關OpticStudio的更多訊息。

Ansys光學仿真套件構建了Zemax OpticStudio+Lumerical +Speos一體化設計仿工作流，覆蓋投影鏡頭設計、亞波長光柵建模、系統級光學集成分析全流程。其中Ansys Speos作為系統級仿真核心工具，可實現多軟件數據無縫對接、三維環境光學仿真、人眼視覺感知評估，為車載AR HUD光學性能優化、成像質量校驗、雜散光抑制提供專業仿真支撐。

波前的計算當我們說波前時，事實上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預設使用出瞳作為波前差的計算參考。因此，當我們要計算一條光線的OPD時，此光線會從物面出發後一路追跡穿過光學系統，最終到達像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點，半徑是主光線與像面交點到主光線與出瞳面的焦點。

如果厚度從t到t'發生變化，則可以透過修改K∥計算出新的光柵向量，如方程式（4）。圖 4. 當全像材料收縮時，厚度從t 減少到 t'。我們現在已經介紹了體積全像圖模型的基礎知識。要了解有關如何在 OpticStudio 中應用該理論、如何設置序列和非序列系統以及下載範例系統的更多信息，您可以在此處取得本知識庫文章的全部內容。

Ansys 旗下三款主要的光學產品是 Lumerical 負責微納波動光學，Zemax 主要是幾何光學也有涉及到衍射和物理光學等等。另外就是 Speos，它可以承擔后端的非序列追跡任務和環境渲染，人眼響應的系統級仿真。這三款軟件跟 Ansys 的 OptiSLang 的聯動非常頻繁，在我們的 work flow 里邊，我們有不同的流程都可以涉及到 OptiSLang。

物平面通常是設定在無限遠，雖然一個近的物平面可以用來達成不同的鏡片設計。下面的例子展示了設計的原則。無窮遠的光線經過一個-3.00D的透鏡後發散，並在半徑1/3公尺遠點球上形成一個虛像，此時遠點球的球心在透鏡後表面的頂點上。我們可以發現任何角度入射的光線，最後都能順利的經過瞳孔。在範例檔案中我們以視場角15°和30°進行印證，但要注意的是其實許多眼鏡的設計允許配戴者能有50°以上的視角。

Alvarez變焦是一個了不起的光學系統，其中光學變焦是由自由曲面鏡頭的橫向位移提供的。這篇解釋了 Alvarez 變焦鏡頭的主要原理，並包括在 Zemax OpticStudio 中對 Alvarez 變焦鏡頭計算和建模的演示。Luis Walter Alvarez（生於1911 年 6 月 13 日 – 卒於1988 年 9 月 1 日）是美國實驗物理學家、發明家和教授。

然后，這些結果被導出為LSWM JSON格式，該文件適合使用腳本文件導入到Speos或Zemax中。要查看如何在Speos中使用此JSON文件的范例，請參閱Zemax Lumerical Speos 聯合實現衍射光波導AR系統設計仿真。參考文獻：[1] Jonathan S. Maikisch and Thomas K.

這種設計極大的優化了系統結構，使得AR光學成像系統體積急劇縮小，引起產業矚目。基于此，Ansys將于8月20日推出「衍射光波導的HUD聯合工作流」主題網絡研討會。本次研討會將討論如何通過Ansys光學產品進行HUD的設計和仿真，并重點介紹如何結合 Ansys Zemax與Lumerical的動態連接工作流程進行衍射光波導系統的設計與優化，助力AR-HUD的產品研發，加速上市流程。

Speos 傳感器系統SSS導出器，用于組合 Speos 和 Lumerical 結果，并生成傳感器捕獲的電子地圖由于此示例需要 Lumerical、Zemax OpticStudio 和 Speos 仿真，因此我們主要將自己限制為 Speos 仿真，如以下步驟所述：第 1 步：使用 Zemax OpticStudio 進行鏡頭系統設計在此步驟中，我們在Zemax OpticStudio

仿真流程是：在Lumerical 對具有平面疊層和/或周期圖案的納米尺度結構建模并求解后，將結果輸出作為光學表面屬性，用于幾何光學模型中仿真。這些結構的典型例子是涂層和衍射光柵，其特征尺寸與光的波長相當或更小。描述表面散射的數據以JSON文件格式儲存，并作為表面屬性加載到Speos或Zemax OpticStudio中。

一旦確定了由這些解決方案中的任何一個定義的光束的輸入分佈，就會使用 POP 將光束傳播通過感興趣的光學系統。博文作者:Kerry Herbert歐洲市場經理Zemax知識庫文章作者:Sanjay Gangadhara首席技術官Zemax參考文獻 Siegman, A. E. 1986. Lasers.

在鏡頭數據編輯器(LDE)和非序列元件編輯器(Non-Sequential components editor)，我們可以在Jones Matrix後方的欄位輸入各元素的實數及虛數部分，以定義不同的Jones Matrix。有一點必須要特別注意的，Jones Matrix並不會因為Ez的變化產生改變 (系統預設入射光垂直入射偏振片)。

Ansys Lumerical套件、Ansys Speos軟件和Ansys Zemax OpticStudio軟件都可以對衍射光學元件進行仿真。在Lumerical套件中，可以使用FDTD和RCWA求解器對單個組件進行設計，而在OpticStudio軟件中，可以對DOE的性能進行分析。這些軟件包使您能夠同時對單個透鏡或多個透鏡進行仿真。

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主題4：SPEOS在VR/AR的視覺仿真應用 簡介：介紹SPEOS在VR/AR領域中的應用，并透過其強大的光學整合能力，匯入Zemax與Lumerical的數據進行可視化的仿真分析，也會分享其環境場景與雙眼視差融合的應用，更接近真實人眼的效果。

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