作者 劉瓊 

上海安世亞太光學工程師

2021年 8月 30日，Ansys公司正式發表聲明宣布收購光學軟件開發商Zemax公司，交易預計在2021年第四季度完成。

30多年前，還在Arizona大學念光學博士的Ken Moore，經歷數個熬夜之后寫出了一款用于經典鏡頭設計的光線追跡軟件Zemax。如今，它已成為首選的成像光學設計平臺，并為全球的學生、研究人員以及工程師提供無可替代的設計支持。 Zemax依靠高精度光線追跡和可靠的透鏡設計，幾乎涉及光學制造環節中的每一個光學元件。

無論是手機到照相機，太空望遠鏡到人工晶狀體，Zemax成功地幫助客戶進行光學產品的設計及研發。

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完整的光學解決方案

Ansys一直以來都在倡導提供全面的軟件仿真能力。相較于傳統的結構、流體、電磁，系統方向，光學領域對Ansys來說是陌生的。 然而這一切正在悄悄的發生改變...

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強大的光學和多物理場耦合能力

從這兩年Speos、Lumerical、Zemax之間的互動表現來看，這次的收購行為既是偶然也是必然。回顧過去熱門的光學解決方案方向不難發現，Ansys終于等到了Zemax。

方向一：車載攝像頭的光學仿真

Speos負責解決光學場景及傳感器部分的仿真，Lumerical負責解決微納光學的仿真，提供精確的表面材料特性。在這套流程中，由于Speos需要鏡頭系統的畸變函數，所以在當時Speos與Zemax共同開發了Lens System Importer，籍由Zemax黑盒子文件，得到可視化透鏡系統的關鍵光學參數，如：可變入射光瞳位置 ，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據進行設計，徹底實現成像與非成像的無縫連接。

 

方向二：汽車HUD的光學仿真

同樣是Speos與Lumerical的耦合，Lumerical負責解決微納光學的仿真，提供精確的表面材料特性。Speos的HOD&HOA提供HUD自由曲面的設計與仿真。

當時這套解決方案可能面臨的挑戰是，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實現模型的變更。而Zemax恰恰具備這方面的實力。 未來，Ansys在HUD方向的設計與仿真能力非常值得期待。

方向三：光機熱跨學科聯合仿真

在以往，成像光學鏡頭、光學傳感器、激光通信、顯微光刻等產品的研發中都有對光機熱跨學科仿真的需求，一旦收購后Zemax接入到Ansys Workbench當中，這種綜合全面的解決方案能夠簡化工作流程， 使光電、光學、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出最佳設計。 例如汽車頭燈的聯合仿真、光學鏡頭的溫漂對成像結果影響的仿真、光機系統的雜散光仿真都會到達一個前所未有的新高度。

 

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出色的優化能力

光學仿真中的優化是研發流程中削減成本、縮短設計周期非常關鍵的環節。在成像光學中大體的思路為通過改變系統參數值，使評價函數減小，從而提高系統性能。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、用戶友好型的專業優化軟件工具， Ansys optiSLang利用優秀的算法，配合最佳元模型(MOP)方法，可以幫助光學用戶有效解決具有挑戰性的RDO任務。

截至目前optiSLang與Speos、Lumerical、Zemax都有過產品優化的成功經驗。因此我們有理由相信，這一方式會得到廣泛的應用。

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機遇與挑戰

筆者認為，無論是Speos、Lumerical還是Zemax，在其單獨分領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快速整合，同時發揮每個產品的長處，增加用戶粘性，最終實現共贏。

正如Zemax創始人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，堅持卓越與創新。希望Ansys對Zemax的收購，能成功為更多行業及客戶提供有效解決方案。當然，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。