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。 a@J/[$5
tW
a '[2L
一、AR/VR光学模组开发的技术挑战 Gu@C* .jj!
9c%CCZ
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： A{e>7Z72
!C h1q
光学系统微型化 \B ^NdG5Y
o".,JnbX l
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。 KaX*) P
na|sKE;{
复杂光路耦合 U>OAtiq JX
cg o
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。 8+J>jZ
}LeS3\+UHl
多物理场耦合 IJt'[&D
[ :(/cKo
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。 y$9! rbL
>c Lh $;l
人眼感知适配 Q6wa-Y,
{o 2 qY|S
光学模组需匹配人眼瞳距（IPD）及调节能力，避免视觉疲劳。例如，某AR眼镜支持60-70mm瞳距调节，并通过动态聚焦透镜缓解辐辏调节冲突（VAC）。 "}wO<O6[
,<Z,- 0S
二、CodeV的核心功能：赋能AR/VR光学设计 M9""(`U
hO&_VCk
CodeV通过以下功能模块，系统性解决AR/VR光学模组开发中的技术难题： CmV &+C$V%
/&<V5?1|
1.复杂表面建模与优化
rlGv6)vb
>:4`y"0
自由曲面设计 SZyORN
a +cDH
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%。 EZN!3y| m
% 1$#fxR
衍射光学元件（DOE）建模 7~F~ 'V
Sb> &m
软件内置衍射光学属性建模工具，可模拟光栅的衍射效率与级次分布。例如，在SRG波导设计中，通过调整光栅参数，可将RGB光的耦出效率优化至85%以上，同时抑制彩虹效应。 -- FzRO{D
co3\1[q"b
2.全局优化与多目标约束 s5rD+g]E`
wMj #.Jh
GlobalSynthesis®算法 s'oNW
/aMOZ=,q}
该算法可同时优化多个设计参数（如曲率半径、厚度、材料折射率），并满足视场角、MTF、畸变等多目标约束。例如，在VR饼干镜头设计中，全局优化算法将系统MTF在50lp/mm处提升至0.4以上，同时将模组厚度压缩至15mm。 SJ<v< B
TYb$+uY
玻璃优化与局部色散控制 B~7!v${
0#Lmajs
CodeV支持基于玻璃库的全局优化，可自动筛选最佳材料组合。例如，在侦察镜头设计中，通过玻璃优化将二级光谱色差降低至0.005mm以内。 o{! :N> (
]gg(Z!|iQ
3.多物理场耦合分析 vXRY/Zzj1
pA8As
热-机械-光学耦合仿真 `d$@ 1
(S?Y3l |
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。 YcX\t6VK
P!E2.K,
偏振控制与杂散光分析 F -,chp
u\L}B!
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。 XC)9aC@s
,!b<SQ5M
4.成像质量评估与公差分析 pITF%J@_]
~bx ev/$d
2D/3D成像质量评估 [#q]B=JB
I](a 5i
软件提供点列图、波前图、MTF曲线及2D影像模拟工具，可全面评估系统性能。例如，在AR眼镜设计中，通过2D影像模拟预测虚拟图像与真实场景的叠加效果，确保视场均匀性。 4$[o; t>
Wz s=BNm9
TOR公差分析算法 O"+0 b|
$q)YC.5$
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。 UJSI bb5
-]HZ?@
三、行业应用：从消费电子到工业制造 sHc-xnd
Lr D@QBT
1.消费级AR眼镜 j t on \9
{V2"Pym?
波导式AR设计 @)uV Fw"\
?n Gi if
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。 8zD>t~N2C
fDf[:A,8
自由曲面棱镜AR gK`w|kh`
1wKXOy=v0
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。 dY S(}U
e))L&s
2.VR头显光学系统 hc[ K
VLpS
Qk:Lo*!
菲涅尔透镜与折叠光路 [jzsB:;XB&
1 4B',]`
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。 p@su:B2Rl
pWGR #x'
Pancake光学模组 Z|uvrFa
#BUq;5
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。 *uhQP47B
I[Lg0H8
3.工业级AR/VR设备 q[a\a7U z
G XVx/) H
医疗内窥镜AR *y?HaU
8m ?(* [[
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。 A~bSB
n: '
P3&s<mh
军事头盔显示器（HMD） D4!;*2t
0% rDDB
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。 }} =n]_f
7 H
四、典型案例：技术落地的实践验证 T,pr&1]Lw
FfJp::|ddr
1.AR眼镜波导模组优化 B>^6tdz
'K ?h6?#
某AR眼镜厂商采用CodeV设计SRG波导模组，面临以下挑战： 0\tac/
5-|!mSd
需求：实现50°视场角、85%透光率，并抑制彩虹效应。 bE
!SW2:M
Fvl\.
解决方案： z4:!*:.Asu
j%Au0k
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。 X3:z=X&Zd
1_] X
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。 9&eY<'MgP
;{sZDjev>
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。 i-OD"5a`
4H-eFs%5
2.VR头显Pancake光学模组设计 .*-8rOcc
T UcFx_
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： L7C ;l,ot
2<EV
iP9
需求：实现100°视场角、15mm眼动范围，并将模组厚度压缩至20mm。 :2? g_
V ke<; k-
解决方案： Z@0tZ^V{
M*zpl}
通过自由曲面设计优化反射镜曲率，平衡视场角与体积。 `q*[fd1u.
k<< x}=
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。 !c yrt<
9Y:I)^ek
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。 !/XNp QP
@Ln v
3.工业AR内窥镜成像系统开发 b w P=f.
PlkZ)S7C
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： p3=Py7iz
M}\h?s
需求：实现4K分辨率、±0.01mm工作距离误差，并支持屈光度调节。 O+}py{ st
|U|>YA1[ b
解决方案： u9hd%}9Qd?
{v|!];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。 Njc@5*rJ &
xS,24{-HJ
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。 y8k8 Hd1<f
*:n ~j9V-
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。 [Yt{h9
>O-KJZ'GV
五、未来展望：技术演进与生态构建 z\]Z/Bz:6
|4df)
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： PILpWhjL$9
:V'99Esv`
AI驱动的光学设计 "2cOS PpQL
q?}C`5%D
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。 #r'M fTr
YRu@;
`
跨软件协同设计 ojd0um6I{
Z 2g'&,uc#
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。 f{P1 .?a
ZxF`i>/h
云原生与并行计算 !Km[Qw
k-
s;VW
% e
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。 )5}<@Q l
N p" p*O
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。 |MwV4^
u} ot-!}Q
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！
=^4Z ]d
+RooU?Aq
联系人：光研科技南京有限公司徐保平 N:lfKI
XY"b 90
手机号：13627124798
