隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)與虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的快速發(fā)展,
光學(xué)模組作為實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)的核心組件,其設(shè)計(jì)復(fù)雜度與性能要求持續(xù)提升。CodeV作為全球領(lǐng)先的
光學(xué)設(shè)計(jì)軟件,憑借其精準(zhǔn)的仿真能力、全局
優(yōu)化算法及多物理場(chǎng)耦合分析能力,已成為AR/VR光學(xué)模組開(kāi)發(fā)的核心工具。本文將從技術(shù)挑戰(zhàn)、CodeV核心功能、行業(yè)應(yīng)用及典型案例等維度,深入探討其在該領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐。
|CStw"Fog B5J=q("P 一、AR/VR光學(xué)模組開(kāi)發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)
F-UY~i8 ~;Xdz/ AR/VR光學(xué)模組需在有限體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率、大視場(chǎng)角(FOV)、低畸變及輕量化設(shè)計(jì),其技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面:
pA1Tod |/YT.c% 光學(xué)系統(tǒng)微型化
qo$<&'r <=^YIp AR眼鏡需將光學(xué)元件厚度壓縮至毫米級(jí),同時(shí)保持
成像質(zhì)量。例如,某廠商AR眼鏡的自由曲面波導(dǎo)模組厚度僅為3mm,但需實(shí)現(xiàn)50°視場(chǎng)角與90%以上亮度均勻性。
WElB,a-RCp 83)2c a
復(fù)雜光路耦合
jNrGsIY$ eX;"kO 波導(dǎo)式AR系統(tǒng)需通過(guò)光柵實(shí)現(xiàn)光線的高效耦入與耦出,同時(shí)控制衍射效率與彩虹效應(yīng)。例如,表面浮雕光柵(SRG)需優(yōu)化周期、占空比及深度參數(shù),以實(shí)現(xiàn)RGB三色光的均勻衍射。
z`f1|Ok m:X;dcq'3 多物理場(chǎng)耦合
6M259*ME 2l8jw:=H 光學(xué)元件在熱應(yīng)力、機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境下的形變需精確模擬。例如,硅基光波導(dǎo)在封裝過(guò)程中可能因應(yīng)力產(chǎn)生微米級(jí)形變,需通過(guò)多物理場(chǎng)耦合分析優(yōu)化設(shè)計(jì)。
E]_sl/`{od Tx],-
U 人眼感知適配
^om(6JL2 /1o~x~g(b 光學(xué)模組需匹配人眼瞳距(IPD)及調(diào)節(jié)能力,避免視覺(jué)疲勞。例如,某AR眼鏡支持60-70mm瞳距調(diào)節(jié),并通過(guò)動(dòng)態(tài)聚焦
透鏡緩解輻輳調(diào)節(jié)沖突(VAC)。
Gi ZyC q$>At}4 二、CodeV的核心功能:賦能AR/VR光學(xué)設(shè)計(jì)
/':kJOk<[ I9k o*f CodeV通過(guò)以下功能模塊,系統(tǒng)性解決AR/VR光學(xué)模組開(kāi)發(fā)中的技術(shù)難題:
GP`_R #Z (B4YO 1.復(fù)雜表面建模與優(yōu)化
k((_~<$2K :|N5fkhN 自由曲面設(shè)計(jì)
</qXKEu`_ &YqgMC CodeV支持基于Forbes2D-Q多項(xiàng)式的自由曲面建模,可精確控制表面形貌。例如,在ARBirdbath光學(xué)系統(tǒng)中,自由曲面棱鏡通過(guò)非對(duì)稱設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)角與體積的平衡,畸變率低于10%。
L[Tr"BW uK3,V0 yz 衍射光學(xué)元件(DOE)建模
0j_`7<,: oy#Qj3M8= 軟件內(nèi)置衍射光學(xué)屬性建模工具,可模擬光柵的衍射效率與級(jí)次分布。例如,在SRG波導(dǎo)設(shè)計(jì)中,通過(guò)調(diào)整光柵參數(shù),可將RGB光的耦出效率優(yōu)化至85%以上,同時(shí)抑制彩虹效應(yīng)。
NfDg=[FN[ U6n%rdXJ= 2.全局優(yōu)化與多目標(biāo)約束
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GlobalSynthesis®算法
%k5^n0|* 3QU<vdtr 該算法可同時(shí)優(yōu)化多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)(如曲率半徑、厚度、材料折射率),并滿足視場(chǎng)角、MTF、畸變等多目標(biāo)約束。例如,在VR餅干
鏡頭設(shè)計(jì)中,全局優(yōu)化算法將系統(tǒng)MTF在50lp/mm處提升至0.4以上,同時(shí)將模組厚度壓縮至15mm。
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