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光学 | 联合Ansys Zemax及Lumerical应对AR/VR市场挑战

发布日期:
2024-01-18

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当前的增强现实和虚拟现实(AR/VR)市场涵盖了广泛的应用趋势,设计人员和各企业在努力寻找非传统解决方案,以满足主流消费者不断变化的需求。


对于AR头戴设备等可穿戴解决方案,设计思路通常源于对小巧轻量化系统的需求,因此它们不仅佩戴舒适,甚至外观也很时尚。此外,这些解决方案还需要适应各种照明条件,例如需要在阳光明媚的天气下佩戴设备时,确保AR图像仍然清晰可见。而VR也涉及一些相同的考量因素,同时还特别强调实现高分辨率和景深,以及超越单眼单个图像位置的当前限制。


随着这些技术的不断成熟,设计人员需要采用功能强大、灵活的软件解决方案对光学系统的所有组件进行完整仿真,以便将新产品和功能推向市场。Ansys Zemax OpticStudio可提供光线追迹,用于仿真光线穿过复杂系统的路径,而Ansys Lumerical则可提供新型光子元件的完整仿真,例如AR/VR设备中所用的衍射组件。


Ansys持续对这两款产品进行改进,帮助它们比以往更好地协同工作。利用OpticStudio的动态链接插件,用户可以将有关Lumerical仿真的所有数据直接纳入OpticStudio系统设计,从而为团队提供强大的工作流程,帮助他们开发更出色的AR/VR产品,并加快产品上市进程。



纳米级与宏观级设计软件之间的互操作

 

首先,我们一起来了解一些背景信息。当在Lumerical中设计纳米级设备以适应OpticStudio中设计的大型系统时,将分析数据从一款软件转移到另一款软件是很有帮助的。一段时间以来,Ansys Zemax通过以下高级工作流程实现了Lumerical和OpticStudio之间的互操作性:

  • 使用Lumerical设计和分析1D或2D光栅

  • 定义光栅参数,以控制其设计的几何结构

  • 使用数据文件(.JSON)将光栅参数传递到OpticStudio,并开始进行光线追迹



光学 | 联合Ansys Zemax及Lumerical应对AR/VR市场挑战

图1:Ansys Lumerical和Lumerical FDTD可以分别分析2D和1D衍射光栅,并与Ansys Zemax OpticStudio协调参数数据以进行光线追迹计算

 

在端到端系统设计中,OpticStudio使用来自Lumerical的光栅参数,将衍射光栅的光学属性直接渲染到OpticStudio用户界面中。这些参数包括详细的电磁场响应。利用这些数据,用户可以在OpticStudio中对元件进行详细的光线追迹。您可以将更新的.JSON文件传输到包含最新纳米级设计参数的OpticStudio中,为Lumerical设计的每次迭代重复该流程。

 


OpticStudio与Lumerical之间的自动数据交换

 

因此,.JSON文件可以基于Lumerical分析高效地将数据导入OpticStudio。但是,如果您不希望手动添加将文件从一个应用传输到另一个应用的步骤,该怎么办呢?


只要Lumerical和OpticStudio在同一台计算机上,您现在就可以使用OpticStudio动态链接插件自动执行这些数据交换。基于动态链接库(DLL)API,此插件会告知OpticStudio在准备好计算其设计所需的光栅数据时调用Lumerical,然后根据它从Lumerical检索的参数执行光线追迹。如果您在任何时候更新OpticStudio侧的参数,OpticStudio都会自动将新设置发送到Lumerical,检索新数据,并使用动态链接相应地更新系统设计。



光学 | 联合Ansys Zemax及Lumerical应对AR/VR市场挑战

图2:动态链接插件(中间)可在OpticStudio和Lumerical之间调用、缓存和插入数据


该工作流程还可通过仅计算Lumerical数据集所需的数据,而无需多次计算相同的数据,从而节省时间。例如,如果Lumerical显示光线以30度角入射到光栅上,则OpticStudio仅计算30度角及其波长的光线。然后将计算结果与原始数据集一起存储在存储器中。这意味着,下次显示光线以相同角度入射到光栅时,OpticStudio可以通过插入现有计算结果来加速光线追迹。


通过动态链接插件实现的自动双向数据交换所带来的效率,可以为包含OpticStudio和Lumerical在内的设计工作流带来巨大的优势:

  • 自动输入参数可减少人工成本和人为错误

  • 减少应用之间的切换——除了创建或更新Lumerical设计,设计人员可以选择主要在OpticStudio中开展工作

  • 更快的开发周期以及更少的错误和延迟,为创新留出更多时间,并有助于产品更快地达到最佳制造标准点


如欲了解有关动态链接的更多信息,请查看此篇知识库文章。

https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/6367505128979-Dynamic-workflow-between-Lumerical-RCWA-and-Zemax-OpticStudio

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