AR / MR 用ライトガイドのフットプリント解析｜VirtualLab技術情報

拡張／複合現実のためのライトガイド光学系の設計プロセスの大部分は、入射結合格子および出射結合格子、瞳拡張格子領域の配置決定です。このためには、ビームの伝搬とその中で発生する回折格子との相互作用を素早く概観することが非常に有用です。フットプリントの解析には、VirtualLab が備えているFootprint and Grating Analysis Tool を使用することで、このプロセスにあたる光学設計者は強力なサポートを得ることができます。ここでは、この汎用ツールのオプションと機能を紹介します。

Footprint and Grating Analysis Tool

• Footprint and Grating Analysis ツールは、Light Guide Toolbox Gold で使用可能なツールです。
• メインウィンドウのStart リボンにあるLight Guides 箇所から開きます。

ツール操作の基本的な流れ

手順 1：分析するOptical Setup を選択します。以下で説明しているように、Layout Design ツールを使用して生成することができます：
Light Guide Layout Design Tool

Footprint and Grating Analysis ツールは特定のレイアウトにあらかじめ紐づいているわけではないことに注意してください。ファイルを読み込むか、すでに開いているドキュメントからファイルを直接選択します。

手順 2：ツールが考慮すべき視野角（FOVFOV）を定義します。

手順 3：Analyze ボタンをクリックします。解析の進行状況の詳細は、ボタンの下のパネルに表示されます。

理想形状／実形状の回折格子での結果

Footprint and Grating Analysis ツールの結果は、2 つの領域に分けることができます：

• 左側の3 つの項目、View（of footprintsfootprints）、HeatmapおよびRaw Data では、ビームと回折格子の相互作用の位置に基づいた結果を求めることができます。
• そのため、回折格子が理想形状であるか実形状であるかの指定による差はありません。
• ビームの主方向とその直径のみ考慮されます。
  
  
• 右端の項目Vary では、設定された実形状の回折格子を詳細に調べることができます。
• このために、格子構造の周期を除いた全てのパラメーターを変化させることができます（同時に2 つ）。
• ツールの回折格子の部分は、以下で詳細を示しています：
  Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides

Interactive Footprint Data

Interactive Footprint Data ドキュメントでは、設定された視野角（FOV）のさまざまなモードの異なる色に対して、所定の格子領域に当たるすべてのビームのフットプリントを色分けし図示します。ユーザーは、どの視野角（FOV）のモードを図に表示するかを選択できます。

注意）

• 部分的に当たるビームがVirtualLab Fusion で記録されるかは、ベースとなるOptical Setup のChannel Resolution Accuracy での設定に依存します。
• ビーム部分がどれほど小さく、あるいは変調されていても、格子領域に当たった場合、図では区別せず、常に同じ大きさのフットプリントの円を描出することになります。

中心FOV のデータ

傾斜FOV モードでのデータ

Heatmapドキュメント

これらのヒートマップでは、特定の領域で重複しているフットプリントがカウントされます（ピクセルにビームが当たると、関連する値が1 ずつ増加します）。

注意）
途中の部分的なビームの相互作用によるアパチャー効果は考慮していません。

Footprint Raw Data ドキュメント

• Raw Data の結果は各視野角（FOV）モードのフットプリントの中心位置を描写します。
• この情報は、相互作用の回数を決定するために使用することができ、変調関数のあるOptical Setup を作成する必要がある場合には、適切な数の支持点を考慮する基礎にもなるかもしれません。後者については、以下に詳細を説明しています：
  Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides

ドキュメント情報

タイトル	AR / MR 用ライトガイドのフットプリント解析
ドキュメント番号	LIG.0008
バージョン	1.0
Edition / Toolbox	VirtualLab Fusion Advanced Edition、Light Guide Toolbox Gold
使用したVirtualLabのバージョン	2021.1(Build 1.180)
カテゴリー	Feature Use Case
参考資料	Grating Analysis and Smoothly Modulated Grating Parameters on Lightguides Construction of a Light Guide Modeling of a “HoloLens 1”-Type Layout with Light Guide Component Light Guide Layout Design Tool k-Domain Layout Visualization Simulation of Lightguide with 1D-1D Pupil Expander and Real Gratings