如何利用CODE V+RSoft+LightTools实现Pancake头显光学系统设计

在“更轻、更薄、更高画质”的竞争下，Pancake 光学结构也是新一代 AR、VR 及混合设备的关键突破口。

但问题也随之而来：

•折返光路带来的设计复杂度激增

•偏振薄膜与曲面的耦合效应难以控制

•杂散光严重影响最终成像质量

如何在复杂系统中实现高质量成像 + 杂散光优化 + 真实视觉体验还原？

本文将通过一个完整的仿真流程，介绍如何利用CODE V + RSoft + LightTools实现 Pancake 头显光学系统的协同设计与全链路优化。

成像设计

Pancake 光学采用折叠光路设计，光线会在同一光学表面多次作用。在 CODE V 软件中，设计人员可通过参数拾取功能对参数分组，减少变量与约束条件，大幅提升优化效率。

借助 CODE V 的规格表与性能评估工具，每一轮迭代后都能快速核验系统表现，确保设计满足光学指标与机械结构要求。

完成镜头初始建模后，即可启动优化工作。CODE V 可将约束条件控制与成像质量优化分开处理：优先满足硬性设计约束，再精细调校光学成像效果。软件搭载的全局优化算法与公差弱化功能，能打造高稳定性方案，在符合设计规范的同时，降低产品对生产制造偏差的敏感度。

偏振薄膜与相位延迟膜设计

微结构薄膜设计需要考量电磁场传播特性，可使用RSoft DiffractMOD RCWA 或 FullWAVE FDTD进行仿真建模。多数场景下，薄膜被应用于平面结构：当平行入射光照射平面薄膜时，光线在表面不同位置的出射角度、相位偏移与光强分布均保持一致。

但将这类薄膜应用于 Pancake 光学的曲面透镜时，光线入射角度会随曲面位置发生变化，进而改变折射效果、相位状态与光能分布。若忽略这一特性，会引发严重的杂散光问题。

将 RSoft BSDF接口与 LightTools 联用，设计人员可针对曲面结构优化薄膜性能，在平衡偏振效果的同时有效抑制杂散光。

杂散光分析与优化

可将 CODE V 生成的镜头模型、RSoft 导出的 BSDF 文件一并导入 LightTools，开展全方位杂散光分析。软件能够精准定位杂散光传播路径，并计算对应照度数值。

通过优化偏振器件对应的 BSDF 文件，可大幅削弱杂散光带来的负面影响（详见对比图）。

•优化前杂散光状态

•优化后杂散光状态

实测数据：杂散光光强降低 99% 以上，主成像画面亮度提升约 11.5%。

可视化分析

LightTools 具备亮度分析功能，可模拟人眼实际视觉效果。软件结合人眼对焦特性，模拟景深变化，同时支持眩光仿真与人眼视场映射，还原不同使用场景下的真实视觉体验，让仿真结果贴近实际佩戴观感。

 

结论

结合使用 CODE V、RSoft、LightTools 三款软件，可搭建出一套完整的 Pancake 光学镜头设计流程，覆盖成像优化、偏振调控、杂散光抑制全环节。如上方案例所示，这套工具链可高效支撑 AR/VR Pancake 光学镜头的研发工作。

除此之外，AR/VR 设备中的显示屏、环境传感器、眼动追踪等其他光学部件，同样可借助以上三款软件完成设计与分析。搭配散射特性检测设备，还能进一步精准标定光学表面参数。如需了解更多细节，欢迎联系是德科技光学设计工程团队。