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

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。

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

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。

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。

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