ASAP人眼模擬的案例
ASAP人眼模擬
ASAP人眼模擬
Ansys Zemax | 如何在 OpticStudio 中模擬人眼
本文是人眼模型的一個(gè)案例研究，并提供了更高級(jí)的序列模式建模技術(shù)的演示。我們將在OpticStudio中使用Liou & Brennan 1997眼睛模型創(chuàng)建人眼模型。在OpticStudio中成功生成這個(gè)眼睛模型后，我們將使用它來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)自由形式的漸進(jìn)眼鏡鏡片。
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簡(jiǎn)介
準(zhǔn)確的人眼模擬和建模是一個(gè)難題；這是一個(gè)不斷激發(fā)新的發(fā)展的課題。在本研究中，我們將使用在《Optics of the Human Eye》一書(shū)中展示的Liou & Brennan 1997模型在OpticStudio中創(chuàng)建人眼模型1。這是一個(gè)相當(dāng)全面的眼睛模型。它考慮了許多其他模型沒(méi)有考慮到的現(xiàn)實(shí)因素，如偏置瞳孔、彎曲的視網(wǎng)膜表面、向內(nèi)的眼球和前后半部分具有兩種不同梯度折射率剖面的晶狀體。
在OpticStudio中成功生成這個(gè)眼睛模型后，我們將使用它來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)自由形式的漸進(jìn)眼鏡鏡片。
人眼模型
我們將從建立人眼模型開(kāi)始。你可以使用附件中的“Human_Eye_Model.ZMX”，以跳過(guò)手工輸入所有的表面。該文件在本文的“附件下載”一節(jié)中的ZIP壓縮文件中可用。
如果你要手動(dòng)輸入而不是加載附件，你要先把OpticStudio設(shè)置為序列模式，然后設(shè)置System...General...Units...Lens Units為“毫米”。接下來(lái)，你要設(shè)置波長(zhǎng)(在系統(tǒng)部分找到)為“F, d, C(可見(jiàn))”，如下所示:
接下來(lái)，進(jìn)入System Explorer...Aperture，設(shè)置光圈類(lèi)型為Float By Stop Size，然后進(jìn)入System Explorer...Glass Catalogs并添加目錄MISC到您的玻璃目錄。
展開(kāi) ASAP 中人眼模擬的亮點(diǎn)
在ASAP中，利用生物工具包模擬人眼。與ASAP一起使用的先進(jìn)的人眼模型(AHEM)演示，包括眼表成像、人工晶狀體建模、像差仿真、GRIN晶狀體建模、視網(wǎng)膜假體建模、雙目眼模型、眼鏡和接觸鏡建模、視覺(jué)系統(tǒng)優(yōu)化等。
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ASAP 模擬變焦系統(tǒng)中鬼像的研究
非成像光束在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)表面的多次折射反射容易在像面附近形成光暈或鬼像,變焦系 統(tǒng)由于鏡片多,機(jī)構(gòu)復(fù)雜等往往難以進(jìn)行全面的分析模擬。
我們可以利用ASAP軟件模擬每個(gè)透射面作為部分透射、部分反射的表面,對(duì)變焦光學(xué)系統(tǒng)非軸上光進(jìn)行分析,模擬出變焦系統(tǒng)的光學(xué)元件表面和光機(jī)內(nèi)壁, 實(shí)行實(shí)際光線追跡,然后以像面為研究對(duì)象,進(jìn)一步實(shí)施實(shí)際光線追跡, 模擬出全部散射光在像面上的能量分布,找出鬼像形成的原因, 并在此基礎(chǔ)上通過(guò)改變二次反射所在面的曲率或改變所在面的折射率兩種方法對(duì)變焦光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,減小鬼點(diǎn)數(shù)目, 以提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
變焦鏡頭作為一種較為復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng),由于鏡片數(shù)量較多,機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并存在運(yùn)動(dòng)部件,其雜散光及鬼像分析手段較為匱乏。
但通過(guò)ASAP的光線仿真分析可以為這些部件的結(jié)構(gòu)調(diào)整提出詳盡的數(shù)據(jù)和直觀的圖像參考,這也為通過(guò)修改有關(guān)透鏡的幾何參數(shù)、 材料等對(duì)不合理的光路設(shè)計(jì)進(jìn)行修正,或?yàn)橄到y(tǒng)引入消雜光結(jié)構(gòu)如遮光罩、表面涂層等手段做出有益的預(yù)判。
通過(guò)ASAP的模擬分析比較,我們發(fā)現(xiàn)改變2次反射所在面的曲率及對(duì)關(guān)鍵面加鍍寬帶多層減反膜等措施是消除或改善變焦鏡頭鬼像的較為有效的方法。
所以用 ASAP軟件進(jìn)行變焦系統(tǒng)的鬼像模擬分析,對(duì)于降低產(chǎn)品成本,達(dá)到較高的成像效果有一定的指導(dǎo)意義。
展開(kāi) 
ASAP模擬分析高亮度汽車(chē) LED 前照燈的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
最后，采用ASAP軟件實(shí)現(xiàn)了仿真，仿真結(jié)果表明此設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 我們 采用 5 顆單顆 1 瓦的 LED 芯片，直線形串聯(lián)封裝在一個(gè)基板上，成為一顆 LED。芯片封裝排列長(zhǎng)度 5.5mm。 所封裝的 LED 光源的光譜特性和輻射分布圖如圖 1、 2 所示。
LED 汽車(chē)前照燈的光學(xué)設(shè)計(jì): 遠(yuǎn)光燈設(shè)計(jì)、近光燈設(shè)計(jì)
ASAP模擬與分析結(jié)果:對(duì)設(shè)計(jì)采用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ASAP進(jìn)行了光學(xué)建模 和仿真，測(cè)試屏幕在車(chē)燈前方25米處，（0，0）點(diǎn)為 屏幕中心。遠(yuǎn)光燈等照度曲線如圖5所示，可見(jiàn)亮點(diǎn) 在（0，0）點(diǎn)右側(cè)，照度達(dá)到了遠(yuǎn)光燈的要求。近光燈等照度曲線如圖6所示，明暗截止線清晰可見(jiàn)，大 照度值為29勒克斯。
本文完成了 LED 汽車(chē)前照燈光學(xué)設(shè)計(jì)和模擬，研究了適合汽車(chē)用前照燈的 LED 封裝形式，采用多顆 LED 芯片直線型排列，以硅膠平面式封裝，實(shí)現(xiàn)朗伯體光源，達(dá)到較大照射范圍。同時(shí)采用 ASAP 軟件實(shí) 現(xiàn)了光學(xué)設(shè)計(jì)的仿真，仿真結(jié)果表明所進(jìn)行的設(shè)計(jì)滿 足國(guó)家對(duì)汽車(chē)前照燈標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于 LED 發(fā)光角度 大為 180 度，擋板只檔住了很少的一部分光線，傳 統(tǒng)源為 360 光源，需要檔板遮擋 50%的光線才能形成 明暗截止線，因此采用 LED 光源作為汽車(chē)前照燈近光 燈光源，不僅光源的效率要高于傳統(tǒng)光源，而且整燈的光利用率要高于傳統(tǒng)近光燈30%左右。
展開(kāi) 運(yùn)用 ASAP 光學(xué)軟件模擬單軸晶體的錐光干涉
一般的做法是需要將繁雜的干涉場(chǎng)理論計(jì)算付諸于自行編程才能得到模擬結(jié)果， 程序代碼復(fù)雜。但是， 如果借助于已經(jīng)經(jīng)過(guò)時(shí)間證實(shí)且成為工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的、可進(jìn)行散射效應(yīng)、衍射效應(yīng)、反射效應(yīng)、折射效應(yīng)、光吸收效應(yīng)、 偏振光效應(yīng)和高斯光束傳導(dǎo)等光學(xué)仿真分析的高級(jí)系統(tǒng)分析程序 (Advanced System Analysis Program ， ASAP)， 通過(guò)編寫(xiě)和運(yùn)行簡(jiǎn)單的 ASAP 命令腳本來(lái)模擬單軸晶體錐光干涉的方法，將更為快捷和準(zhǔn)確。
最新版本V7版本的主要特性之一：
通過(guò)ASAP能夠模擬出任意光軸取向及各種參數(shù)條件下的單軸晶體錐光干涉圖，這是一種程序易編、參數(shù)易調(diào)、結(jié)果即時(shí)呈現(xiàn)的行之有效的方法。 只需更改相應(yīng)命令語(yǔ)句中的數(shù)值，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體光軸方向、光束發(fā)散角、晶體厚度、入射波長(zhǎng)以及起、檢偏器夾角等參數(shù)的更改， 方便快捷地 (從運(yùn)行到給出結(jié)果，整個(gè)過(guò)程不足 10 s) 獲得不同參數(shù)條件下的各種錐光干涉圖，并據(jù)此分析錐光干涉圖樣的特征及其變化規(guī)律。
來(lái)自：ASAP 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件
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