光學成像分析的案例
培訓招生 |《 SYNOPSYS 成像設計》內容升級，帶你一次掌握 SYNOPSYS 光學設計！
以下是該培訓的大綱介紹：
培訓大綱
第一天
? 光學和光學系統介紹
? 光學基礎知識
? 像差理論在當今光學設計中的作用
? 光學像差的產生原因與影響
? 不同類型光學像差的校正
? 光線追跡與近軸光學
? 幾何光學與物理光學
? 光學設計的目的和整體流程
? 光學設計指標的明確
? SYNOPSYS軟件界面介紹
? 鏡頭的建模和優化
? 五片式透鏡的設計和優化
第二天
? SYNOPSYS初始結構搜索指令詳解
? 從零開始設計五片式透鏡
? 光學成像質量分析
? MTF與空間頻率
? 對比度和分辨率
? SYNOPSYS中MTF的優化
? FFB反射式自由曲面系統設計
? HUD汽車抬頭顯示系統設計
? 紅外輻射基礎理論
? 紅外材料的選擇
? SYNOPSYS紅外鏡頭初始結構自動搜索
? 玻璃搜索優化功能
? SYNOPSYS無熱化分析
? 變焦鏡頭介紹
? ZSEARCH 變焦鏡頭初始結構搜索
? 8倍和45倍變焦鏡頭設計實例
? 變焦鏡頭凸輪曲線
第三天
? 光學膜層的定義、設計和優化
? SYNOPSYS鬼像分析和優化
? 紅外冷反射分析
? 特殊面型的介紹和實例
? SYNOPSYS設計和優化實例：
非球面手機鏡頭
投影物鏡
無焦目鏡
DOE 光束整形器
光柵光譜儀
廣角車載鏡頭
車載激光雷達物鏡
紫外光刻物鏡
復眼勻光照明系統
日夜共焦的變焦鏡頭
VR pancake鏡頭設計
? 光學鏡頭的公差分析簡介
? SYNOPSYS公差分析
? 公差參數和變量設置
? 公差分析結果詳解
? 產生鏡頭表面公差敏感的原因
展開 《Ansys光學解決方案-成像模組設計與分析》現已開放領取
光學產品介紹
1.1 lumerica光子學產品集合
1.2 Zemax光學設計產品集合
1.3 Speos光學仿真產品集合
1.4 Ansys解決方案
2. 成像解決方案工作流
2.1 攝像機系統仿真工作流程
2.2 新型攝像機鏈路級仿真解決方案
2.2.1 Ansys解決方案
2.2.2 透鏡系統設計：Ansys Zemax OpticStudio
2.2.3 系統層面模擬 Ansys Speos
3. 成像分析、雜光分析、多物理分析
3.1 Ansys整體解決方案—成像模擬結果
3.1.1 CMOS像素設計以及系統成像模擬
3.1.2 不同場景設置下的成像結果模擬
3.1.3 不同照明和環境下的成像結果模擬
3.1.4 不同材料屬性設置的成像結果模擬
3.1.5 動態模糊
3.2 Ansys整體解決方案—雜散光分析
3.2.1 雜散光分析
3.2.2 雜散光分析—示例：花型耀斑模擬
3.2.3 場景化雜散光分析解決方案
3.3 Ansys整體解決方案—多物理態模擬分析
3.3.1 多物理態模擬分析1—精確模擬受到結構和熱效應影響下的光學系統性能變化情況
3.3.2 多物理態模擬分析-2
3.3.3 多物理態模擬分析-3
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展開 懸浮成像技術與VR，Ansys Speos光學在手機背殼立體成像中的應用
為了實現手機外觀設計的差異化，各家廠商開始在手機背殼上越來越多地應用新型光學成像技術。當前，使用集成成像技術的懸浮成像技術開始被多家手機廠商應用于其高端型號的背板設計上。
懸浮成像技術，又稱空中成像技術，是一種通過特殊的光學裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術。作為一種全新的顯示和交互技術，懸浮成像技術的獨特魅力體現在其能夠在無實體接觸的情況下實現立體、真實的空中成像，并支持直觀的人機交互體驗。
近年來，在相關企業的積極推動下，搭載這一先進技術的產品正在逐步從實驗室走向市場，實現商業化落地。例如，部分智能座艙、懸浮精靈以及車載顯示產品已成功實現了規?；慨a。但由于懸浮成像技術的設計和仿真難度，供應商通常要耗費比通常設計更多的時間成本和打樣次數來獲得理想的產品效果。因此，供應商們需要通過光學仿真軟件來實現最優的產品解決方案。
作為一款專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件，Ansys Speos提供完美的可視化光學系統和直觀的人機交互平臺?；谌S模型CAD數據，Ansys Speos進行人眼視覺分析和人因環境評估，在產品設計階段對方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，實現最優的產品解決方案。
基于此，7月18日，Ansys 系列網絡研討會將推出「Ansys 光學在手機背殼立體成像中的應用」主題。在本次研討會中，將介紹通過Ansys Speos搭建和仿真懸浮成像技術的方法，幫助設計者預測產品成像效果，定位設計錯誤，降低打樣次數從而降低設計成本。另外Ansys Speos 支持在VR頭顯中直接觀察懸浮成像效果，相比于普通屏幕，通過VR頭顯，設計者可以直接觀察到產品的懸浮效果，實現對設計更加高效的評估。
展開 第十二屆“宇瞳杯”光學設計大賽--中波紅外成像光學系統設計
目錄
1.設計指標要求
2.初始參數計算及分析
3.設計思路
4.設計結果及性能分析
5.可行性分析
設計指標要求
表1.
南京大學蔣錫群-甄敘團隊系統評述：半導體共軛聚合物光學探針的設計及在自發光成像和光聲成像中的應用
分子成像技術能夠為疾病的早期診斷和治療提供重要的信息。分子成像技術可以通過外源性成像探針或內源性信號在細胞和分子水平對生物體內生理病理學變化過程進行可視化、可量化的表征。相比于傳統的分子成像技術，光學成像技術是一種非侵入性的、高時空分辨率、高靈敏度的非電離輻射成像技術。為了增強光學成像的信噪比和穿透深度，自發光成像(self-luminescence imaging)和光聲成像(photoacoustic imaging, PAI)最近引起越來越多的關注。
自發光成像不需要實時光激發，避免了實時光激發所造成的組織自發熒光，可以提高光學成像的靈敏度和信噪比；光聲成像是一種結合了光學激發和超聲傳播檢測的新型成像技術，其利用脈沖激光激發吸收體，吸收體將吸收的光能轉化成熱量引起局部溫度升高，導致熱膨脹繼而轉化成超聲波，通過超聲傳感器接收產生的超聲波信號，并將信號處理圖像重建形成光聲圖像。聲信號在組織中的散射遠低于光在組織中的散射，因此光聲成像突破了光學成像的穿透深度限制，可以實現更深組織的成像。
由半導體共軛聚合物(semiconducting polymer, SP)組成的半導體共軛聚合物納米材料(semiconducting polymer nanoparticles, SPNs)是一類新興的有機光學探針。電子離域的π共軛體系是SPs 的結構特征，SPNs 的光學性質大多由SPs 的化學結構決定，因此可以通過對SPs的結構進行合理設計來調節其光學性能。迄今為止，SPNs已經被用于開發一系列的光學應用上，例如熒光成像、化學發光成像、長余輝成像、光聲成像、光動力治療和光熱治療。
展開 OpTaliX | 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 光學成像系統中的像差
球形波在焦點的像差效應
通過快速的物理光學軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應。在本周的通訊中，我們選擇了兩個與像差有關的例子：第一個是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個是高功率激光二極管的散光如何影響焦點區域的性能。使用自由空間傳播場解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射、偏振和矢量這些可能會降低圖像的質量的效應都可以包括在研究中，。
成像系統的主要功能是盡可能多地收集從每個物體點發出的光，并使這些光錐再次匯聚到像面，從而使每個物體點被統一映射到其在像面上的對應物。這類系統的性能通常是根據物點和像點之間的對應關系維持得如何來判斷的，眾所周知的理論限制是由衍射現象造成的：即使在一個光學系統中，根據幾何光學定律，將來自一個物點的所有光線準確地映射到一個單一的、數學上的像點，衍射也會導致該像點被抹成一個小的、但尺寸有限的斑點。這種衍射受限的情況是成像系統設計的典型目標，衍射受限的領域有一個球形波面。與球形波面的幾何偏差被稱為 "像差"，并使用不同的多項式基數來描述，以幫助量化其強度和形狀?；兊拇嬖跁黾訄D像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 [VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
模擬與設置：單平臺交互操作
建模技術的單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學測試的斐索干涉儀
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
幾何分析功能
網格畸變
通過光學系統成像顯示畸變的矩形對象網格，如圖：
足跡圖
相對照對圖像
相對照度圖顯示了畫面的明暗亮度的均勻性
光線扇形圖：
點可在視場中顯現出來，表現為各視場的像差關系，如圖：
二級光譜
即縱向位置近軸焦點的波長功能，這里顯示的是適合復消色差的折射鏡頭。
表面透過率
在設計系統中顯示了每個曲面在傳輸損耗中起到的作用。
展開 
成像光學設計學習過程及方法概要
光學設計，是一個理論與實踐結合的東西，成像光學設計的目的就是減小各種像差對成像的影響。
但是理論這個方面，極其簡單。一個是初級像差理論，也就是各個像差各自的關系、之間的關系、與視場與孔徑的關系。一個是一些計算公式，如焦距像高視場的關系、奈奎斯特頻率計算公式、定芯系數計算、半球率計算。一個就是與設計經驗相關的指標，什么是消色差、什么是半復消色差、什么是復消色差、什么是場鏡等等，當然這些東西可以邊做邊積累。
接下來從小白開始，某一天，你知道的光學設計并下定決心要去學好，那么你可以按一下步驟。
①打開微信，搜索“球差”，去了解什么是球差，然后怎么消除，然后自己去軟件里面試一試，是不是確如網上所說，然后搜索“慧差”、"像散"、“場曲”、“畸變”、“色差”....諸如此類。一周后，你知道了像差是一個什么樣的東西，并且知道了你應該如何去矯正這些像差，也可以參考前文。鏈接如下：
https://max.book118.com/html/2017/0102/79201913.shtm
②你了解了這些像差，并且你對光學設計有了一定的興趣或愛好，你就可以開始看一本書了，此書名為：《光學設計實用技術》，此書通俗易懂，你會慢慢的接觸到了比較簡單的像差理論，看完你就知道光學設計是一個什么東西了。
展開 CODEⅤ光學成像設計軟件
[圖片]
[VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
模擬與設置：單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學測試的斐索干涉儀
展開 光學相干層析成像的工作原理
因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
光在系統中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。由于系統的非序列性質,在傳播的不同點可能存在多個交互。對于系統的這些元件中的每一個，都需要在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
連接建模技術：光源
頻域方法
要對具有多光頻譜的光源進行建模，請將“功率頻譜類型”設置為“List of Wavelengths”,并通過“Load from Diagram”或“Load from File”包含所選頻譜。VirtualLabFusion提供了多種工具來快速構建各種類型的光譜，例如黑體光譜。
時域方法
另一方面，時域方法通過通用探測器進行控制。探測器中相干模式的總和需要設置為具有指定相干時間的部分相干。
相干時間和長度計算器可用于輕松確定具有給定帶寬的光源的相干時間。請注意,這種方法只使用一個波長進行傳播，不包括色散效應以及關于光譜實際形狀的信息。
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