| wavelab86 |
2025-05-13 11:00 |
Code V光学软件在AR/VR光学模组开发中的应用
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。 eQn[ uZ>q$
F 一、AR/VR光学模组开发的技术挑战 %f1IV(3Qc bw7g L\* 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: WXDo`_{R -!li,&,A1 光学系统微型化 IXR'JZ?fH \+l_H4\`K 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。 de.f?y M7 kWJ 复杂光路耦合 s@y;b0$gk GU/-L<g 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。 oayu*a. ki/Cpfq40* 多物理场耦合 8c_X`0jy Cg`lQYU 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。 !"Q%I#8uh o90g;Vog 人眼感知适配 tm2lxt V|}9bNF 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)。 4gNN " U,61 3G 二、CodeV的核心功能:赋能AR/VR光学设计 dga4|7-MY ) jvI Nb 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: ~UNha/nt X!'C'3 X 1.复杂表面建模与优化 1sonDBd0@; 84WcaH 自由曲面设计 XuHR Q.h.d)) 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%。 [6_.Y*}N $?]`2*i 衍射光学元件(DOE)建模 KZVdW@DY q5'G]j{,Z 软件内置衍射光学属性建模工具,可模拟光栅的衍射效率与级次分布。例如,在SRG波导设计中,通过调整光栅参数,可将RGB光的耦出效率优化至85%以上,同时抑制彩虹效应。 *n7=m=%) X# ud5h 2.全局优化与多目标约束 HuU$x;~ 748:*
(O GlobalSynthesis®算法 pL`Q+}c} J[hmY= , 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。 W83PMiN"T- }Bsh!3D<. 玻璃优化与局部色散控制 &NoA, `|7 j u"?b2f 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。 oSkQ/5hg. bM:4i1Z 3.多物理场耦合分析 -o`K/f}d @U1|?~M%s 热-机械-光学耦合仿真 [6JDS;MIN [)GRP 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。 y %61xA`# D M+MBK
偏振控制与杂散光分析 e!gNd>b { Fw{@RQf8 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。 SG|AJ9 pUF JQ* 4.成像质量评估与公差分析 ~OPBZ# Y;huTZ 2D/3D成像质量评估 8#Z)qQWi_t t&=bW<6 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。 Tj_K5uccU} S#B%[3@ TOR公差分析算法 +_cigxpTc HR8YPU5
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。 a3\~AO H% c$2kR: 三、行业应用:从消费电子到工业制造 <PuY"-`/Oc V4ePYud;^ 1.消费级AR眼镜 etiUt~W gT$WG$^i 波导式AR设计 lnyq%T[^ 3'` &D/n CodeV支持几何光波导与衍射光波导的全流程设计。例如,在SRG波导AR眼镜中,通过优化光栅参数实现50°视场角与85%透光率,同时将彩虹效应控制在可接受范围内。 T&>65`L Q[K$f %> 自由曲面棱镜AR ol/@)k^s> W,Q>3y* 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。 'iZwM>l\ hp(MKfh H 2.VR头显光学系统 iv6G9e{cx U+ik& R# 菲涅尔透镜与折叠光路 MZ-;'w&Z 5CN=a2& 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。 |gP) lR _BJ:GDz> Pancake光学模组 $p0D9mF mhhc}dS(H 在超短焦Pancake设计中,CodeV通过全局优化算法平衡视场角、眼动范围(EyeBox)与体积。例如,某VR设备采用Pancake光学模组,实现100°视场角与15mm眼动范围,同时将模组厚度压缩至20mm。
(Z?f eUxp vnQFq 3.工业级AR/VR设备 OEjX(F3= U2<q dknB
医疗内窥镜AR 3?"gfw W [qRww]g;P| CodeV支持消热差设计与高分辨率成像。例如,在医用AR内窥镜中,通过优化将工作距离误差控制在±0.01mm以内,并实现4K分辨率成像。 @#t<!-8d nKr'cb 军事头盔显示器(HMD) ^"
g?m TsoxS/MI" 在夜视与热成像融合系统中,CodeV通过多光谱优化提升目标识别能力。例如,某军用HMD支持可见光、近红外与热成像三模融合,视场角达60°,分辨率达1920×1080。 yGt[Qvx# [|eIax xR, 四、典型案例:技术落地的实践验证 zc;kNkV#1Y 36+/MvIT 1.AR眼镜波导模组优化 lV^:2I/ 6c-'CW
某AR眼镜厂商采用CodeV设计SRG波导模组,面临以下挑战: =UK:83R( G`0{31us 需求:实现50°视场角、85%透光率,并抑制彩虹效应。 <|Lz#iV37 Aqf91
[c 解决方案: ';Nc;9 HP[B% 通过CodeV的衍射光学建模工具优化光栅参数,将RGB光耦出效率提升至85%以上。 wk8fa gsM$VaF( 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。 y< dBF[ l6w\E=K 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。 1<#D3CXK W?4:sLC#3 2.VR头显Pancake光学模组设计 z,m3U( `V V>AA5 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: J9NuqV3 v+Y^mV`| 需求:实现100°视场角、15mm眼动范围,并将模组厚度压缩至20mm。 ll$mRC R+uZi~ 解决方案: T|S-?X, 7ixG{yu 通过自由曲面设计优化反射镜曲率,平衡视场角与体积。 n5A|Zjk; jmv=rl>E* 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。 [3-u7Fx! dS 4/spNq 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。 ,WOCG2h P8dMfD*"E 3.工业AR内窥镜成像系统开发 ?_AX;z }#e=*8F7 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: 7lwI]/ZH* YiuV\al 需求:实现4K分辨率、±0.01mm工作距离误差,并支持屈光度调节。 ]Bf1p DPW^OgL; 解决方案: 2Q@na@s [O_5`X9| 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。 6<S-o|Xw `{Oqb 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。 420K6[ $X)|`$#pL# 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。 |#cqxr " |?0MRX0'g 五、未来展望:技术演进与生态构建 ~s'}_5;VY =*ErN 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: _$IWr)8f Hc\@{17 AI驱动的光学设计 B!quj!A yxpv;v:)= 未来版本将集成机器学习算法,实现设计参数的智能推荐与优化路径的自动规划。例如,通过深度学习模型预测光栅衍射效率,减少仿真迭代次数。 tk'&-v'h ET9tn1 跨软件协同设计 + XBF,<P L6nsVL& CodeV将加强与LightTools、RSoft等工具的互操作性,支持从光学设计到照明分析、杂散光抑制的全流程协同。例如,在AR眼镜设计中,通过联合仿真优化波导与显示模组的耦合效率。 p{GO-gE@ [>p!*%m 云原生与并行计算 ;2g.X(Ra pd: YR; 软件将支持基于云服务器的并行计算,大幅提升复杂光学系统的仿真效率。例如,在超表面透镜设计中,通过云平台实现百万级单元的快速优化。 Nes|4Z< 4x+[?fw 作为AR/VR光学模组开发的核心工具,CodeV通过复杂表面建模、全局优化算法、多物理场耦合分析及公差优化等功能,系统性解决了微型化、光路耦合与人眼感知适配等关键技术难题。从消费级AR眼镜到工业级医疗设备,其技术价值已渗透至产业链各环节。随着XR技术的持续演进,CodeV将继续推动光学设计范式的变革,为沉浸式体验的普及提供核心驱动力。 PuZzl%i
P3 AtHkz|sl 如果您有购买CODEV等光学软件的需求,请通过以下的方式进行咨询! ,Q Ge=Exn 85|u;Fxf 联系人:光研科技南京有限公司徐保平 u|$HA>F[ SFuSM/Pf 手机号:13627124798
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