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    [分享]Code V光学软件在AR/VR光学模组开发中的应用 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2025-05-13
    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。 IIUTo  
    *$9Rb2}kK  
        一、AR/VR光学模组开发的技术挑战 =aCd,4B}  
    =fcRH:B:  
        AR/VR光学模组需在有限体积内实现高分辨率、大视场角(FOV)、低畸变及轻量化设计,其技术难点主要体现在以下方面: ^#&PTq>  
    Oz4yUR  
        光学系统微型化 17S<6j#H5  
    ~5 e 1&  
        AR眼镜需将光学元件厚度压缩至毫米级,同时保持成像质量。例如,某厂商AR眼镜的自由曲面波导模组厚度仅为3mm,但需实现50°视场角与90%以上亮度均匀性。 G[s/M\l  
    *#c^.4$'  
        复杂光路耦合 =e|  
    ](SqLTB+?  
        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。 )mE67{YJh~  
    0s%]%2O N  
        多物理场耦合 Q0(3ps~H  
    jGFDj"Y  
        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。 ?jH u,  
    C0-,<X  
        人眼感知适配 v\Edf;(  
    Dt Ry%fA_  
        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)。 \5R>+[n!  
    v0,&wdi  
        二、CodeV的核心功能:赋能AR/VR光学设计 *@[N~:z/  
    ({9P, D~2  
        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: 7&*d]#&~j  
    w_9[y  
        1.复杂表面建模与优化 {!37w[s~  
    rj-Q+rgup  
        自由曲面设计 &OP =O*B  
    L; 'C5#GN  
        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%。 %nT&  
    z:p9&mi  
        衍射光学元件(DOE)建模 @+(a{%~7y  
    <:I]0|[  
        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。 B+2Jea,N  
    5gH'CzU?  
        2.全局优化与多目标约束 mFJb9 ,  
    nCPIpw,]M  
        GlobalSynthesis®算法 /*hS0xN*  
    zJT,Hv .  
        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。 k{ibD5B  
    sT+\ z  
        玻璃优化与局部色散控制 ^5 ~)m6=2  
    15wwu} X  
        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。 kf2e-)uUs  
    K])| V  
        3.多物理场耦合分析 _Rey~]iJJ8  
    sZYTpZgW4L  
        热-机械-光学耦合仿真 jWJ/gv~ $  
    "7_qB8\  
        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。 +e( (!  
    un(fr7NW  
        偏振控制与杂散光分析 .9KW| (uW  
    vp..>BMJ  
        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。 q.69<Rs  
    w"?E=RS  
        4.成像质量评估与公差分析 8,YxCm ie  
    5H |<h  
        2D/3D成像质量评估 (]*!`(_b  
    \X0wr%I  
        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。 dxF/]>t  
    :j( D&?ao  
        TOR公差分析算法 v9+1[Y";  
    2mVLR;s{_  
        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。 d&5GkD.P  
    0q:g Dc6z  
        三、行业应用:从消费电子到工业制造 R; Gf3K  
    j aq/]I7  
        1.消费级AR眼镜  =[G)  
    Ehf3L |9   
        波导式AR设计 N6*v!M+  
    ]#Q'~X W  
        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。 |q*s)8  
    M}W};~V2ng  
        自由曲面棱镜AR t4CI+fqy  
    9G=ZB^  
        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。 LTt| "D  
    1[r;  
        2.VR头显光学系统 >Gyg`L\  
    _HkB+D0v  
        菲涅尔透镜与折叠光路  gC}D0l[  
    m1(cN%DBd  
        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。 6 &)fZt  
    ^7&0P m  
        Pancake光学模组 4<QS ot  
    t(F] -[  
        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。 kN,WB  
    13:0%IO  
        3.工业级AR/VR设备 MX#MDA-4  
    $>mTPNF  
        医疗内窥镜AR ;Z(~;D  
    4yu ^cix(  
        CodeV支持消热差设计与高分辨率成像。例如,在医用AR内窥镜中,通过优化将工作距离误差控制在±0.01mm以内,并实现4K分辨率成像。 hV4\#K[  
    a,U@ !}K  
        军事头盔显示器(HMD) 9QryW\6.@z  
    xr\wOQ*`  
        在夜视与热成像融合系统中,CodeV通过多光谱优化提升目标识别能力。例如,某军用HMD支持可见光、近红外与热成像三模融合,视场角达60°,分辨率达1920×1080。 M:OJL\0  
    C6`<SW  
        四、典型案例:技术落地的实践验证 7,N>u8cTh  
    Fl^}tC  
        1.AR眼镜波导模组优化 h f1f  
    "x$RTuWA9  
        某AR眼镜厂商采用CodeV设计SRG波导模组,面临以下挑战: Kzd`|+?'`M  
    -j 6U{l  
        需求:实现50°视场角、85%透光率,并抑制彩虹效应。 >@o}l:*  
    I=3e@aTZ,  
        解决方案: ii :h E=  
    #815h,nP+  
        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。 Z 7M%}V%  
    Oy!j`  
        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。 hA81(JWG  
    L('G1J}  
        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。 >r"~t70C~]  
    (]mh}=:KDg  
        2.VR头显Pancake光学模组设计 $*{$90 Q  
    c=T^)~$$  
        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: Sr`gQ#b@r}  
    3=r8kh7,  
        需求:实现100°视场角、15mm眼动范围,并将模组厚度压缩至20mm。 sgn,]3AUq  
    J0U9zI4  
        解决方案: b:}`O!UBw  
    C||A[JOS  
        通过自由曲面设计优化反射镜曲率,平衡视场角与体积。 @:~O  
    <(Wa8PY2(  
        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。 ~OXC6z  
    y^gazr"  
        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。 !(hP{k ^g  
    {da Nw>TH  
        3.工业AR内窥镜成像系统开发 Ha\q}~_  
    J(\"\Z  
        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: }V3p <  
    O\ T  
        需求:实现4K分辨率、±0.01mm工作距离误差,并支持屈光度调节。 q)ygSOtj  
    In0kP"  
        解决方案: JqO#W1h~R|  
    b+NF: -fO  
        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。 %3i/PIN  
    byv(:xk|'e  
        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。 7"r7F#D=G  
    dyjzF`H  
        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。 8Us5Oi  
    PiZt?r?5w|  
        五、未来展望:技术演进与生态构建 Jr18faEZw  
    KLXv?4!  
        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: <v"C`cga  
    ~u&3Ki*x  
        AI驱动的光学设计 )Xa`LG =|  
    !UD62yw~  
        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。 Fz16m7.  
    DFs J}` $  
        跨软件协同设计 r6Z&i^cMe  
    `OnN12`  
        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。 ^6+P&MxM  
    _y)#N<  
        云原生与并行计算 I<.3"F1}  
    *&B*/HAN  
        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。 w?.0r6j  
    !>/U6h,_  
        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。 $6:j3ZTXrt  
    uG3t%CmN  
        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! w&v_#\T  
    f& (u[W  
        联系人:光研科技南京有限公司徐保平 b^PYA_k-Xn  
    E`>-+~ZUsk  
        手机号:13627124798
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2025-05-13
    谢谢,了解一下。