作者：劉瓊，上海安世亞太光學(xué)工程師

 

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前言

2021年 8月 30日，Ansys公司正式發(fā)表聲明宣布收購光學(xué)軟件開發(fā)商Zemax公司，交易預(yù)計在2021年第四季度完成。

30多年前，還在Arizona大學(xué)念光學(xué)博士的Ken Moore，經(jīng)歷數(shù)個熬夜之后寫出了一款用于經(jīng)典鏡頭設(shè)計的光線追跡軟件Zemax。如今，它已成為首選的成像光學(xué)設(shè)計平臺，并為全球的學(xué)生、研究人員以及工程師提供無可替代的設(shè)計支持。Zemax依靠高精度光線追跡和可靠的透鏡設(shè)計，幾乎涉及光學(xué)制造環(huán)節(jié)中的每一個光學(xué)元件。

無論是手機到照相機，太空望遠(yuǎn)鏡到人工晶狀體，Zemax成功地幫助客戶進(jìn)行光學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計及研發(fā)。

 

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完整的光學(xué)解決方案

Ansys一直以來都在倡導(dǎo)提供全面的軟件仿真能力。相較于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、流體、電磁，系統(tǒng)方向，光學(xué)領(lǐng)域?qū)nsys來說是陌生的。然而這一切正在悄悄的發(fā)生改變...

 

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強大的光學(xué)和多物理場耦合能力

從這兩年Speos、Lumerical、Zemax之間的互動表現(xiàn)來看，這次的收購行為既是偶然也是必然?；仡欉^去熱門的光學(xué)解決方案方向不難發(fā)現(xiàn)，Ansys終于等到了Zemax。

方向一：車載攝像頭的光學(xué)仿真

Speos負(fù)責(zé)解決光學(xué)場景及傳感器部分的仿真，Lumerical負(fù)責(zé)解決微納光學(xué)的仿真，提供精確的表面材料特性。在這套流程中，由于Speos需要鏡頭系統(tǒng)的畸變函數(shù)，所以在當(dāng)時Speos與Zemax共同開發(fā)了Lens System Importer，籍由Zemax黑盒子文件，得到可視化透鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵光學(xué)參數(shù)，如：可變?nèi)肷涔馔恢?，二維畸變 ，二維可變效率，焦距和景深，自動裁剪（針對魚眼）等。

如今看來，通過Zemax的加持，Ansys在未來車載攝像頭方向不但具備仿真能力，而且可以對原始鏡頭數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，徹底實現(xiàn)成像與非成像的無縫連接。

方向二：汽車HUD的光學(xué)仿真

 同樣是Speos與Lumerical的耦合，Lumerical負(fù)責(zé)解決微納光學(xué)的仿真，提供精確的表面材料特性。Speos的HOD&HOA提供HUD自由曲面的設(shè)計與仿真。

當(dāng)時這套解決方案可能面臨的挑戰(zhàn)是，自由曲面雖然可以完美的生成，可是無法直接通過修改它自身的參數(shù)實現(xiàn)模型的變更。而Zemax恰恰具備這方面的實力。未來，Ansys在HUD方向的設(shè)計與仿真能力非常值得期待。

方向三：光機熱跨學(xué)科聯(lián)合仿真

在以往，成像光學(xué)鏡頭、光學(xué)傳感器、激光通信、顯微光刻等產(chǎn)品的研發(fā)中都有對光機熱跨學(xué)科仿真的需求，一旦收購后Zemax接入到Ansys Workbench當(dāng)中，這種綜合全面的解決方案能夠簡化工作流程，使光電、光學(xué)、機械和制造工程師之間的溝通更加順暢，從而幫助用戶更快地開發(fā)出最佳設(shè)計。例如汽車頭燈的聯(lián)合仿真、光學(xué)鏡頭的溫漂對成像結(jié)果影響的仿真、光機系統(tǒng)的雜散光仿真都會到達(dá)一個前所未有的新高度。

 

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出色的優(yōu)化能力

光學(xué)仿真中的優(yōu)化是研發(fā)流程中削減成本、縮短設(shè)計周期非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在成像光學(xué)中大體的思路為通過改變系統(tǒng)參數(shù)值，使評價函數(shù)減小，從而提高系統(tǒng)性能。但是無論采用哪種算法，例如 Damped Least Square（DLS）、Orthogonal Descent（OD）、還是Genetic Algorithm（GA）都有它自身的局限性。

作為一種靈活、用戶友好型的專業(yè)優(yōu)化軟件工具，Ansys optiSLang利用優(yōu)秀的算法，配合最佳元模型(MOP)方法，可以幫助光學(xué)用戶有效解決具有挑戰(zhàn)性的RDO任務(wù)。

截至目前optiSLang與Speos、Lumerical、Zemax都有過產(chǎn)品優(yōu)化的成功經(jīng)驗。因此我們有理由相信，這一方式會得到廣泛的應(yīng)用。

 

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機遇與挑戰(zhàn)

筆者認(rèn)為，無論是Speos、Lumerical還是Zemax，在其單獨分領(lǐng)域都有著非常輝煌的過去。Ansys需要思考的問題是，如何巧妙的把這些以往相對獨立的軟件在共同的平臺上實現(xiàn)快速整合，同時發(fā)揮每個產(chǎn)品的長處，增加用戶粘性，最終實現(xiàn)共贏。

正如Zemax創(chuàng)始人Ken Moore博士的愿景“ to offer a rock-solid physics architecture, to uphold a culture of excellence and innovation, and to always listen to our customers”所說的那樣，堅持傾聽客戶，堅持卓越與創(chuàng)新。希望Ansys對Zemax的收購，能成功為更多行業(yè)及客戶提供有效解決方案。當(dāng)然，Ansys用近些年來一次次的新購計劃，證明了它具備這樣的能力。