ARtrix光学设计软件

 ARtrix光学设计软件简介：

智能光学是将来人工智能发展的一大领域，其发展也是科技不断进步的标志，尤其是近来AR/VR，HUD/HMD的扩展应用不断深入，从我们日常用的华为、苹果手机，到高端的车用智能显示，都离开不了这些智能光学的影子。

针对上述行业应用背景，我们自主研发了光学设计软件：ARtrix；其针对目前流行的虚拟现实（Virtual Reality:VR）,增强现实（Augmented Reality:AR）以及车载平视显示器（Head Up Display:HUD）,头戴显示器（Head Mount Display:HMD）中的核心智能光学模组进行仿真建模，可进行设计、优化、公差分析，并为加工生产提供可行性指导意见。

虚拟现实/增强现实(VR/AR)中常用的菲涅耳透镜，光波导，衍射光栅，体布拉格光栅，级联光栅、自由曲面等都可以采用ARtrix进行建模，仿真并进行优化设计。

另外：可以与ZEMAXR光学软件进行无缝对接！七大核心模块，共享价值的体现：

ARtrix核心模块：

1.       菲涅耳透镜模块

2.       光波导模块

3.       体光栅模块

4.       位相光栅模块

5.       级联光栅模块

6.       自由曲面优化模块

7.       自由曲面公差分析模块

1.       菲涅耳透镜模块

*序列模式下可以直接建模锯齿结构

*可以是等宽度锯齿或者等深度锯齿

*基底面可以是平面、柱面、球面、非球面

*面型可以是光滑曲面或者小平面近似

*可以直接进行优化，摒除掉杂散光影响

*可以考虑工艺上拔模角的建模

*可以进行公差分析：考虑面型公差及斜率公差

应用：* VR/MR光学设计，如OculusR,HTCR VR眼镜

      *投影光学系统

      *太阳能聚光系统

      * 航海灯塔等

平面基底（左）与弧面基底（右）

ARtrix精细的菲涅耳锯齿结构

VR设计1：96度视场的菲涅耳透镜             VR设计2：120度视场的菲涅耳透镜

2.       光波导模块

*可以分区域对光波导建模

*可以灵活设置分光镜片数量及倾斜角度（Lumus公司方案）

*可以灵活设置分光镜片反射率（Lumus公司方案）

*可以方便的一键虑除杂散光

*可以方便的与衍射光栅、体光栅联用

ARtrix光波导模型（Lumus LightGuideRAR眼镜仿真）

3.       体光栅模块

*基于耦合波理论

*支持序列及非序列光线追迹

*支持透射型及反射型体光栅建模

*支持衍射效率计算

*支持几何及物理场追迹

*支持非理想体光栅模型（带像差）

*支持蒙特卡洛公差分析

*支持与光波导搭配联用建模（AR眼镜需求）

索尼 Eye GlassR AR眼镜体光栅原理示意图ARtrix反射型体光栅与光波导联用

4.       位相衍射光栅模块

*支持的位相光栅类型：

理想闪耀型

正弦位相型

方波位相型

表面浮雕型

二元位相型

倾斜光栅（微软HoloLensR方案）

*支持衍射效率计算

基于标量衍射理论：速度快

基于傅里叶模态理论：严格耦合波理论

*支持亚微米结构光栅

*支持光栅偏振特性分析

*支持序列模式及非序列模式追迹

*支持灵活的杂散光处理

*支持几何及物理场追迹

*支持蒙特卡洛公差分析

5.       级联光栅模块

*支持序列模式与非序列光线追迹模式

*序列模式下，一块基底上最多支持10块光栅级联

*非序列模式下，一块基底上最多支持5块光栅级联

*每块子光栅，可以有不同的光栅类型，刻线密度，刻槽深度，区域大小等光栅参数

*支持二维扩瞳

一块基底上蚀刻出3块级联光栅            ARtrix仿真微软的HoloLensR示意图

6.       自由曲面优化模块

我们在ARtrix里，通过引入变迹切趾、内约束来实现自由曲面面型的平滑可控，而且全局优化效率也有极大的提升，设计者不需要过多的干预，大大的节省设计周期，保证可加工性，并且可以直接选择是X对称，还是Y对称、XY对称、非对称等，并可以与后面的公差分析模块直接无缝对接。因此可广泛应用于HUD/HMD等系统设计。

优化方案比较：

扩展多项式方案切比雪夫方案              ARtrix优化方案

方案	最后的优化函数值	优化表现	可加工性表现
扩展多项式方案	619	不好	不好
切比雪夫方案	246	一般	一般
ARtrix优化方案	11.7	很好	很好

ARtrix头盔显示器（HMD）设计实例

7.       自由曲面公差分析模块

自由曲面对于光学设计仍然是一个系统级的工程，不仅需要考虑优化的高效收敛性，还要考虑公差特性及可加工特性等。成像光学应用层次上，自由曲面的公差特性是一个颇为严格的指标，对像质影响极大，极大的关乎产品的良率。然而目前几乎所有的光学软件都没有很好的评价工具对自由曲面进行公差分析。而我们自主开发的ARtrix采用独有的一些算法对自由曲面公差分析给出了一套完整的解决方案。

*支持的公差类型：

A. 面型精度（Irregularity）：PV及RMS值

B. 斜率公差（Slope Error）: PV及RMS值

*支持的面型：

A.      平面、球面

B.      圆锥曲面

C.      偶次非球面

D.      扩展多项式面型（Extended Polynomial）

E.       以及以上离轴的情形，如离轴抛物面，椭球面等

F.       可对圆域或者矩形区域进行公差分析

*支持蒙特卡洛公差分析

图片来自百度

                   ARtrix对部分区域进行公差分析