随着增强现实（AR）与虚拟现实（VR）技术的快速发展，光学模组作为实现沉浸式体验的核心组件，其设计复杂度与性能要求持续提升。CodeV作为全球领先的光学设计软件，凭借其精准的仿真能力、全局优化算法及多物理场耦合分析能力，已成为AR/VR光学模组开发的核心工具。本文将从技术挑战、CodeV核心功能、行业应用及典型案例等维度，深入探讨其在该领域的创新实践。 :Jsz"vCg&s
xa% ktn
一、AR/VR光学模组开发的技术挑战 Al-%j- j@-
- T>wi J
AR/VR光学模组需在有限体积内实现高分辨率、大视场角（FOV）、低畸变及轻量化设计，其技术难点主要体现在以下方面： {1-CfQ0
8
Q1>Op$>h
光学系统微型化 i +
&lMgh
>i#_)th"U!
AR眼镜需将光学元件厚度压缩至毫米级，同时保持成像质量。例如，某厂商AR眼镜的自由曲面波导模组厚度仅为3mm，但需实现50°视场角与90%以上亮度均匀性。 tV}ajs
bZ@5 3
复杂光路耦合 "'p +qbT8
(Q
p] 0
波导式AR系统需通过光栅实现光线的高效耦入与耦出，同时控制衍射效率与彩虹效应。例如，表面浮雕光栅（SRG）需优化周期、占空比及深度参数，以实现RGB三色光的均匀衍射。 7<C~D,x6
Lq8Z!AIw>
多物理场耦合 ; hRpAN
/>j+7ts
光学元件在热应力、机械振动等环境下的形变需精确模拟。例如，硅基光波导在封装过程中可能因应力产生微米级形变，需通过多物理场耦合分析优化设计。 W;AWO 0+
AB|VO4-?
人眼感知适配 A%2M]];%X
fylA 0{
光学模组需匹配人眼瞳距（IPD）及调节能力，避免视觉疲劳。例如，某AR眼镜支持60-70mm瞳距调节，并通过动态聚焦透镜缓解辐辏调节冲突（VAC）。 2KNKdV3NK
*U^\Mwp
二、CodeV的核心功能：赋能AR/VR光学设计 `] dx%
OTjryJ ^
CodeV通过以下功能模块，系统性解决AR/VR光学模组开发中的技术难题： YPJx/@Z`
tH|Q4C
1.复杂表面建模与优化 CFrH NU
Tk|;5^#H
自由曲面设计 JU,RO oz(
vg bj vyfN
CodeV支持基于Forbes2D-Q多项式的自由曲面建模，可精确控制表面形貌。例如，在ARBirdbath光学系统中，自由曲面棱镜通过非对称设计实现视场角与体积的平衡，畸变率低于10%。 ~b<4>"7y.
1AEVZ@(j7
衍射光学元件（DOE）建模 a D3F!Sn
VNEZBy"F
软件内置衍射光学属性建模工具，可模拟光栅的衍射效率与级次分布。例如，在SRG波导设计中，通过调整光栅参数，可将RGB光的耦出效率优化至85%以上，同时抑制彩虹效应。 a KFA&Xnsl
*/dsMa
2.全局优化与多目标约束 3ij I2Zy
'L+BkE6+%
GlobalSynthesis®算法 :W<,iqSCm
"Ohpb!J9
该算法可同时优化多个设计参数（如曲率半径、厚度、材料折射率），并满足视场角、MTF、畸变等多目标约束。例如，在VR饼干镜头设计中，全局优化算法将系统MTF在50lp/mm处提升至0.4以上，同时将模组厚度压缩至15mm。 ;7=J U^@D@
+mW $D@Pf
玻璃优化与局部色散控制 H5MAN,`
r^t Xr[}
CodeV支持基于玻璃库的全局优化，可自动筛选最佳材料组合。例如，在侦察镜头设计中，通过玻璃优化将二级光谱色差降低至0.005mm以内。 JhXN8Bq33
y t#;3
3.多物理场耦合分析 =4\~M"[p
lJ1xx }k{U
热-机械-光学耦合仿真 (<~ R[sT|
bFx J|
软件支持将封装应力形变数据导入光学模型，实现多物理场耦合分析。例如，在硅光芯片耦合器设计中，通过耦合分析将耦合损耗优化至0.5dB以下。 v^I %Wm
] Sx= y<
偏振控制与杂散光分析 F?AfB[PM
6f9<&dCK
CodeV可模拟偏振光在光学系统中的传播，并优化镀膜工艺。例如，在车载激光雷达接收端设计中，通过偏振控制将杂散光抑制至-60dB以下，提升信噪比20dB。 1?$ !y
Dj&bHC5%
4.成像质量评估与公差分析 csA.3|rv
dX}dO)%m{
2D/3D成像质量评估 b2kbuk]
v?=VZ~`O(
软件提供点列图、波前图、MTF曲线及2D影像模拟工具，可全面评估系统性能。例如，在AR眼镜设计中，通过2D影像模拟预测虚拟图像与真实场景的叠加效果，确保视场均匀性。 q@Yt`$VTN
}uj'BO2?
TOR公差分析算法 QN8Hz/}\
naCI5 5Wx
该算法可对MTF、波前误差等性能进行公差分析，并生成累积概率图。例如，在显微镜物镜设计中，通过公差分析将良品率提升至95%以上。 {% ~ Ec4r
;mKU>F<V
三、行业应用：从消费电子到工业制造 ew ,ed U
BU{ V,|10a
1.消费级AR眼镜 ]=VI"v<X
_q}%!#4
波导式AR设计 $ttr_4=
wyEgm:V t
CodeV支持几何光波导与衍射光波导的全流程设计。例如，在SRG波导AR眼镜中，通过优化光栅参数实现50°视场角与85%透光率，同时将彩虹效应控制在可接受范围内。 eZkz 1j~
-2Cf)>`v
自由曲面棱镜AR o5@P>\ u>
Jm,X~Si
在Birdbath架构中，CodeV通过自由曲面设计实现视场角与体积的平衡。例如，某AR眼镜采用自由曲面棱镜，将模组厚度压缩至8mm，同时保持40°视场角与90%亮度均匀性。 84\o7@$#
3 t6' 5{
2.VR头显光学系统 #{cp G2Rs
T>o# *{q n
菲涅尔透镜与折叠光路 {!bJ.O
l
{NqGWkGt*b
CodeV可优化菲涅尔透镜的齿形参数，减少杂散光与眩光。例如，在某VR头显中，通过优化将系统MTF在50lp/mm处提升至0.3以上，同时将模组厚度压缩至30mm。 ?
NK} q\$
2n:J7PGD
Pancake光学模组 l q9h Dn[p
Io X 9yGq
在超短焦Pancake设计中，CodeV通过全局优化算法平衡视场角、眼动范围（EyeBox）与体积。例如，某VR设备采用Pancake光学模组，实现100°视场角与15mm眼动范围，同时将模组厚度压缩至20mm。 \uI C<#o"N
lhODNWi
3.工业级AR/VR设备 ADUI@#vk
%K,,Sl_
医疗内窥镜AR p{PYUW"?^
3!UP>,!
CodeV支持消热差设计与高分辨率成像。例如，在医用AR内窥镜中，通过优化将工作距离误差控制在±0.01mm以内，并实现4K分辨率成像。 g o Z#
B\w` )c
军事头盔显示器（HMD） N Uml"
&< b7T $c
在夜视与热成像融合系统中，CodeV通过多光谱优化提升目标识别能力。例如，某军用HMD支持可见光、近红外与热成像三模融合，视场角达60°，分辨率达1920×1080。 Qt39H@c|z~
)q-! 5^ak
四、典型案例：技术落地的实践验证 IvSrJe[;
"7/YhLq7
1.AR眼镜波导模组优化 h"S/ D[
e@VRdh b
某AR眼镜厂商采用CodeV设计SRG波导模组，面临以下挑战： =
F<`-6
&N nMz9
需求：实现50°视场角、85%透光率，并抑制彩虹效应。 <a3XV
=Bx~'RYl1d
解决方案： }'-
)
=MLL-a1
通过CodeV的衍射光学建模工具优化光栅参数，将RGB光耦出效率提升至85%以上。 [!
BH3J!
|g+5rVbd
采用全局优化算法调整波导厚度与光栅周期，将彩虹效应强度降低至0.1%以下。 @h3)! #\ N
vBX r[XoC
成果：模组厚度压缩至3mm，视场角达50°，亮度均匀性超90%，彩虹效应不可见。 _s,svQ8#
P dnK@a
2.VR头显Pancake光学模组设计 C[ ,-1e?
I{bi3y0
某VR设备厂商采用CodeV开发超短焦Pancake光学模组，面临以下挑战： PS1~ 6f"D
YT8`Vz$ +
需求：实现100°视场角、15mm眼动范围，并将模组厚度压缩至20mm。 J6P
Tkm}^
Ca|;8ggf
解决方案： WRM}gWv*
t]XJ q
通过自由曲面设计优化反射镜曲率，平衡视场角与体积。 X9wi:
1jVcL)szU
采用全局优化算法调整透镜间距与材料折射率，将眼动范围提升至15mm。 .m51/X&*n
H0 t1& :
成果：模组厚度仅20mm，视场角达100°，眼动范围15mm，MTF在50lp/mm处达0.35。 u> Hx#R<*%
AR^Di`n!
3.工业AR内窥镜成像系统开发 [8#l~
|U
Bw[V K7
某医疗设备公司采用CodeV设计AR内窥镜成像系统，面临以下挑战： PN=yf@<V3F
4Rq"xYGXh
需求：实现4K分辨率、±0.01mm工作距离误差，并支持屈光度调节。 {\I \4 P
K6oLSr+EAK
解决方案： J$[ Vm%56
jRc#>;dN
通过消热差设计优化透镜组布局，将热漂移误差控制在±0.005mm以内。 ~ .-'pdz%
Gx($q;8
采用全局优化算法调整透镜曲率与间距，将工作距离误差优化至±0.01mm。 f 5Oh#
, 88}5)b[
成果：分辨率达4K，工作距离误差±0.01mm，支持-5D至+3D屈光度调节。 /8T{bJ5
rD g l@B3
五、未来展望：技术演进与生态构建 IZLX[y
uWE@7e4'I
随着AR/VR技术向高分辨率、轻量化及多模态交互方向发展，CodeV将持续迭代核心功能： `PfC:L
|.5d ^z
AI驱动的光学设计 IT|CfQ [D
X,~ C&#
未来版本将集成机器学习算法，实现设计参数的智能推荐与优化路径的自动规划。例如，通过深度学习模型预测光栅衍射效率，减少仿真迭代次数。 +,,~ <Vm
~7g6o^A>
跨软件协同设计 "^`AS"z'
PH.v3
3K
CodeV将加强与LightTools、RSoft等工具的互操作性，支持从光学设计到照明分析、杂散光抑制的全流程协同。例如，在AR眼镜设计中，通过联合仿真优化波导与显示模组的耦合效率。 Q>$v~v? 9
= 1C9lKm
云原生与并行计算 sXA =KD8
?fG Y,<c
软件将支持基于云服务器的并行计算，大幅提升复杂光学系统的仿真效率。例如，在超表面透镜设计中，通过云平台实现百万级单元的快速优化。 Zh*I0m
XOMWqQr|
作为AR/VR光学模组开发的核心工具，CodeV通过复杂表面建模、全局优化算法、多物理场耦合分析及公差优化等功能，系统性解决了微型化、光路耦合与人眼感知适配等关键技术难题。从消费级AR眼镜到工业级医疗设备，其技术价值已渗透至产业链各环节。随着XR技术的持续演进，CodeV将继续推动光学设计范式的变革，为沉浸式体验的普及提供核心驱动力。 vHmn)d1pl
LJ?7W,?
如果您有购买CODEV等光学软件的需求，请通过以下的方式进行咨询！ hE${eJQ| U
u}$3.]-.?T
联系人：光研科技南京有限公司徐保平 $1YnQgpT
S3w? X
手机号：13627124798
