| 
| 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。 p?0	a"5Q ]Ny.		gu
 一、AR/VR光学模组开发的技术挑战 lJ R",_
 /_o1b_1U
 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: r}D`15IHJ
 }	Yjic4?
 光学系统微型化 n&FN?"I/]
 N''9Bt+:
 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。 Kdik7jL/J
 :Oa|&.0l?
 复杂光路耦合 amlE5GK;
 QOy+T6en
 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。 JS!rZi
 ~iEH?J%i1r
 多物理场耦合 _2 }i8q:
 5c3)p^]g
 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。 19bP0y
 )Qp?N<&'
 人眼感知适配 \qNj?;B
 Y;xVB"
(
 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)。 {j ${i
 &0Wv+2l@
 二、CodeV的核心功能:赋能AR/VR光学设计 ran
Q_\
 <CzH'!FJN
 CodeV通过以下功能模块,系统性解决AR/VR光学模组开发中的技术难题: 2@uo2]o)
 ?J%$;"q
 1.复杂表面建模与优化 sW3-JA]
 MFiX8zwhx+
 自由曲面设计 Vyu 0OiGcR
 N/qr}-
3z
 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%。 `[VoW2CLH+
 g[q1P:I@W
 衍射光学元件(DOE)建模 D0lgKQ
 6$9n_AS
 软件内置衍射光学属性建模工具,可模拟光栅的衍射效率与级次分布。例如,在SRG波导设计中,通过调整光栅参数,可将RGB光的耦出效率优化至85%以上,同时抑制彩虹效应。 qyp"q{k0
 UT==x<
 2.全局优化与多目标约束 0Evmq3,9
 FL/@e$AK
 GlobalSynthesis®算法 bn~=d@'
 [0Z
r	z+q
 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。 .!l#z|/x
 |XLx6E2F
 玻璃优化与局部色散控制 5?kF'yksR
 "_}Hzpy5k
 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。 V78QV3
 ]wER&/v"
 3.多物理场耦合分析 Do=*bZ;A
 [ -{L@
 热-机械-光学耦合仿真 jxZR%D
 K /g\x0
 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。 CmY'[ rI
 `:}GE@]
 偏振控制与杂散光分析 Ip4CC'
 `k
a!`nfo
 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。 1Xu\Tm\Ux
 /V$[M
 4.成像质量评估与公差分析 	g$EjIHb
 f+Pu t
 2D/3D成像质量评估 _;G"{e.=
 CLdLO u"
 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。 ]uWx<aDB
 kzbgy)PK3
 TOR公差分析算法 [3]!*Cd
 =V/$&96Q
 该算法可对MTF、波前误差等性能进行公差分析,并生成累积概率图。例如,在显微镜物镜设计中,通过公差分析将良品率提升至95%以上。 {h7*a=
 *jCXH<?R
 三、行业应用:从消费电子到工业制造 !FA^~
 I}kx;!*b
 1.消费级AR眼镜  Y9'Bdm/
 dSS_^E[{
 波导式AR设计 vaxNF%^~yN
 zq8z#FN
 CodeV支持几何光波导与衍射光波导的全流程设计。例如,在SRG波导AR眼镜中,通过优化光栅参数实现50°视场角与85%透光率,同时将彩虹效应控制在可接受范围内。 4IG'Tm
 n-#?6`>a
 自由曲面棱镜AR ;B:'8$j$
 Hh(_sewo
 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。 (9*=d_=
 "qu%$L
 2.VR头显光学系统 )^|zuYzN
 dp&4G6Y<A
 菲涅尔透镜与折叠光路 Io|NL6[
 sc@v\J;k
 CodeV可优化菲涅尔透镜的齿形参数,减少杂散光与眩光。例如,在某VR头显中,通过优化将系统MTF在50lp/mm处提升至0.3以上,同时将模组厚度压缩至30mm。 Y@Lv>p
 H/|Mq#K
 Pancake光学模组 `2o/W]SSk
 !BIq>pO%Ui
 在超短焦Pancake设计中,CodeV通过全局优化算法平衡视场角、眼动范围(EyeBox)与体积。例如,某VR设备采用Pancake光学模组,实现100°视场角与15mm眼动范围,同时将模组厚度压缩至20mm。 (fUXJ$
 }e9E+2}Z\
 3.工业级AR/VR设备 S_y!4;]ox
 erdWGUfQOe
 医疗内窥镜AR HfFP4#C,
 Gm}ecW
 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。 smoz5~
 6w0/;8(_m
 军事头盔显示器(HMD) |p4F^!9
 ((SN	We
 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。 isLIfE>
 1,p7Sl^h
 四、典型案例:技术落地的实践验证 DDw H9*
 1ZJP.T`
 1.AR眼镜波导模组优化 Dr^#e
 f[6;)ZA
 某AR眼镜厂商采用CodeV设计SRG波导模组,面临以下挑战: /VgA}[%y
 Xjt/	G):L
 需求:实现50°视场角、85%透光率,并抑制彩虹效应。 ~]*P/'-{#
 l5b?
'L
 解决方案: c*'D
 +?),BRCce
 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。 ULIbVy7Y
 y[UTuFv~Q
 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。 k#_B^J&d
 C&^"]-t
 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。 <{Wsh#7 }.
 "~:o#~F6
 2.VR头显Pancake光学模组设计 VC:.ya|Z
 ZZL.&Ho
 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: zF[kb%o
 _ n,Ye&m
 需求:实现100°视场角、15mm眼动范围,并将模组厚度压缩至20mm。 6Z] * ce<r
 ;?"]S/16,
 解决方案: _Y4%Fv>@
 Vahfz8~w/
 通过自由曲面设计优化反射镜曲率,平衡视场角与体积。 *,.WI	 )@
 bF;g.-.2
 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。 ykrb/j|rK
 .S>:-j'u
 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。 GS_'&Yj
 &> tmzlww
 3.工业AR内窥镜成像系统开发 9XImgeAs
 rK;F]ei
 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: l`G .lM(
 .>%(bH8S
 需求:实现4K分辨率、±0.01mm工作距离误差,并支持屈光度调节。 9YS &RBJu
 :@a8>i1&
 解决方案: 4:GVZR|-
 sPuNwVX>}I
 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。 |_@	'_
 Oz<{B]pEul
 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。 vY&[=2=
 2fM*6CaS
 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。 FO#`}?	R`
 @iWql*K;m
 五、未来展望:技术演进与生态构建 }ac0}
 >0z(+}]3z
 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: RoCX*3 d
 B~K@o.%
 AI驱动的光学设计 &sleV5V
 I]t	",s/j
 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。 $Zf	hQ5bat
 \ws<W7
 跨软件协同设计 ;WxE0Q:!~
 `1aEV#;
 CodeV将加强与LightTools、RSoft等工具的互操作性,支持从光学设计到照明分析、杂散光抑制的全流程协同。例如,在AR眼镜设计中,通过联合仿真优化波导与显示模组的耦合效率。 D|lp3\`%
 oh
c/{D2
 云原生与并行计算 9aky+
 CBz$N) f
 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。 VX0q!Q
 ?UCK
 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。 <2@V$$Qg.~
 [9dW9[Z+!
 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! k`ulDQu
 }{/3yXk[G
 联系人:光研科技南京有限公司徐保平 J%]</J
 OIPJN8V
 手机号:13627124798
 |  |