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2023-04-07 12:25 |
Ansys Zemax | 模擬AR系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第一部分
AR系統(tǒng)通常使用全息圖將光耦合到波導(dǎo)中，從而將光從顯示引擎?zhèn)鬏數(shù)脚宕髡叩难劬Α１疚难菔玖巳绾卧?OpticStudio 中使用全息圖表面作為平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)內(nèi)的耦合器。(聯(lián)系我們獲取文章附件) K g6hy S b
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推薦閱讀第二部分：ZEMAX | 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第二部分 b~$ 8<\
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簡介 e5AZU7% .
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增強現(xiàn)實 (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現(xiàn)實世界的場景結(jié)合并交互的技術(shù)。本文演示了如何利用全息技術(shù)在序列模式下建立一個用于增強現(xiàn)實的光學系統(tǒng)。 o|G'vMph
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增強現(xiàn)實系統(tǒng)和全息圖 +Y ?) ?
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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(tǒng)的使用中存在兩個不同的階段：構(gòu)造階段和重構(gòu)階段，分別適用于全息圖的構(gòu)建和作為光學元件的使用。有關(guān)該主題的詳細內(nèi)容，請參考文章：“如何在OpticStudio中建模全息圖” 。 _D 9/,n$
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在普通的AR系統(tǒng)中，光通過全息圖耦合到波導(dǎo)中，從而將相關(guān)信息從顯示器傳輸?shù)窖劬�。波�?dǎo)的優(yōu)點是它很大程度上是透明的，不會阻擋來自現(xiàn)實世界的光。在這篇文章中，我們將指導(dǎo)您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個簡單的AR設(shè)計。 2Tp @;[!3
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規(guī)格和設(shè)計策略 ~P7zg!p/q
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我們將從一個簡單的設(shè)計開始，然后進一步完善系統(tǒng)。初始規(guī)格是： s hgZru
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出瞳距離= 15mm n\ 'PN B
瞳孔直徑= 3mm sU(<L0
FOV = 10度 ARUzEo
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波導(dǎo)厚度= 10mm _Z>n y&
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光線將通過全息圖耦合到波導(dǎo)中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會傾斜45度。根據(jù)程序的實際工作方式，系統(tǒng)會被“反向”建�！，F(xiàn)實中（物理系統(tǒng)中），AR系統(tǒng)的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網(wǎng)膜（AR系統(tǒng)的出瞳和人眼系統(tǒng)的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準確建模且有效優(yōu)化系統(tǒng)，物理系統(tǒng)的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統(tǒng)的入瞳，而微顯示器被視為系統(tǒng)的“像平面”。因此，本文中任何光線都是按照在OpticStudio中建模的方式來描述的。 6E@TcN~ ,!
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初始設(shè)計 jl>jy6T
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初始設(shè)計初始條件設(shè)置包括： 6t\0Ui
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入瞳直徑 = 3.0 mm M3U?\g
視場點位于 Y 軸 0 度，5 度和 -5 度處 ' hDs.Wnu
波長 = 0.55 µm ~|G`f\Ln"
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首先在光闌后添加兩個表面，設(shè)置如下圖所示。然后使用傾斜/偏心工具將全息圖表面圍繞 X 軸旋轉(zhuǎn)45度。 DHg)] FQ/
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接下來我們將設(shè)置全息圖，所以需要定義兩個構(gòu)造光束。為了從全息圖中獲得衍射光的方向，構(gòu)造光束必須經(jīng)過準直，光束2必須匯聚成一個虛擬焦點。我們需要使用全息圖進行反射，所以它的材質(zhì)必須設(shè)置為“ 鏡面 (Mirror) ”。這明確地表明OpticStudio光線在到達全息圖表面后將以相反的方向傳播。 8d?%9# p-)
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根據(jù)這個思路，我們將構(gòu)造光源點的坐標 (x, y, z) 設(shè)置如下。光束1是準直光束 (0, -∞, -∞) 。光束 2 的構(gòu)造點設(shè)置在 (0, 0, -100) ，這樣會使光束聚焦在離全息圖100 mm的地方。 &^`[$LtYd
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我們假設(shè)全息圖由波長為0.55µm 的光構(gòu)造，并且全息圖在構(gòu)建的過程中會被嵌入到PMMA材料內(nèi)。由于全息圖將被嵌入非空氣材料中，我們將需要在輸入?yún)?shù)“ 構(gòu)造波 ”時對波長進行縮放。PMMA材料在0.55µm 的光通過時的折射率為1.49358，因此構(gòu)造光波長為0.55/1.49358 = 0.3682 µm。 C|V5@O?;&
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