ansys 測量曲率半徑
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 測量曲率半徑的實例教程
曲率半徑是透鏡設計與制造的一個重要參數，在生產制造過程中常使用菲索型激光干涉儀通過測試干涉條紋，判定“貓眼”和共焦位置，并通過光柵尺或激光干涉（測距）儀，對位移變化記錄即可獲得透鏡的曲率半徑。
菲索型激光干涉儀測量透鏡曲率半徑的原理：
曲率半徑等于，“貓眼”至共焦位置（或者共焦至“貓眼”位置）的位移，加上干涉儀在兩個位置，根據干涉條紋測得精確位置補償，即R(曲率半徑)=Z(位移讀數)+Z(貓眼位置補償)+Z(共焦位置補償)。
注：當球面標準鏡產生的激光波前，正好匯聚于球面上時，會產生特殊類似“貓眼”的條紋，所以稱這一位置為“貓眼”位置。
在實際測量過程中，傳統方法使用光柵尺來記錄位移變化，光柵尺的位移分辨率為0.1um，曲率半徑測量精度不高。
如今越來越多透鏡生產企業使用SJ6000激光干涉儀來測量位移。SJ6000激光干涉儀以氦氖激光器為光源發射出穩定頻率的波長為長度基準，激光穩頻精度0.05ppm；以邁克爾遜干涉原理測量位移距離，測量分辨率1nm，遠遠高于光柵尺分辨率。
菲索型激光干涉儀測量曲率半徑過程中，SJ6000激光干涉儀反射鏡安裝在穩定夾具上，高度與光源圓心等高，精準記錄位移數據同時降低阿貝誤差，測得的曲率半徑值準確度和一致性大幅提升。
隨著產業快速發展，對透鏡質量要求越來越高，SJ6000激光干涉儀助力透鏡企業高質量發展，在激烈競爭的市場中搶占先機，拔得頭籌！
展開 案例設置與操作
參數設置及系統構建
本案例借助 OAS 光學軟件搭建牛頓環模擬系統，核心參數與系統結構設計如下：光源選擇單色高斯光束，設定束腰半徑為 0.7mm，確保光束能量集中且滿足干涉現象所需的相干性要求。
光學系統核心為平凸透鏡與平玻璃板組合，其中平凸透鏡凸面與平玻璃板上表面形成厚度從中心向外逐漸增加的空氣薄膜；檢測模塊采用高分辨率探測器，用于捕捉干涉后的牛頓環條紋圖像，同時軟件支持實時調整光源波長、透鏡曲率等參數，實現多條件下的模擬對比。
仿真過程
啟動 OAS 軟件后，系統自動完成光束追跡：首先單色光束垂直入射至平凸透鏡上表面，部分光線經凸面反射，另一部分光線透過凸面進入空氣薄膜，在平玻璃板上表面發生反射；兩束反射光攜帶空氣薄膜厚度信息，在探測器平面相遇并產生干涉。
仿真結果
模擬結果顯示，探測器成功捕捉到清晰的牛頓環條紋，條紋以平凸透鏡與平玻璃板的接觸點為圓心，呈現明暗交替的同心圓分布，且從中心向外，條紋間距逐漸減小，與理論推導結果完全一致。通過軟件數據讀取功能，可精確測量條紋半徑，代入公式計算得出的透鏡曲率半徑，與預設參數誤差小于 0.5%，驗證了模擬的準確性。
牛頓環的三維追跡圖
牛頓環的干涉條紋圖
總結
該案例充分體現了 OAS 光學軟件在光學現象模擬中的優勢，基于 OAS 軟件的牛頓環模擬方案，還可拓展至非球面元件檢測、薄膜厚度測量等領域，為光學工程應用提供可靠的技術支撐。
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5.1 AR HUD原生成像效果分析
調取Inverse_PGU仿真結果，可清晰觀測兩大成像缺陷：一是車載弧形風擋導致的圖像畸變問題；二是風擋雙層玻璃表面互反射引發的重影現象，為風擋曲率優化、鍍膜方案改進提供仿真依據。
從中間焦點到鏡子的厚度等于鏡子的曲率半徑以確保正入射。
最后，在網格矢高凹面鏡周圍使用一對坐標中斷，并將 Tilt About Z 參數設置為 180 度，以考慮表面的正確方向。此時，通過干涉測量法對凹面進行測量的雙通道系統應如下所示。
我們可以根據表面矢高圖驗證反射鏡的形狀。
為了最好地可視化較小的制造誤差，請將 Remove 選項設置為 Base Radius，以從當前矢高中減去基礎曲率半徑，并僅報告差異。正如預期的那樣，根據測量結果，表面矢高圖在表面中心顯示一個峰值。這意味著從定性的角度來看，Zygo 測量和 OpticStudio 模擬方法之間的數據匹配。
</p><p><strong>公差參數設置</strong>：結合行業標準，在Zemax公差分析模塊設置核心參數：曲率半徑2個光圈、厚度誤差0.01mm、偏心0.01mm、傾斜0.005°等，覆蓋主要誤差來源。
工具鏈：CAxWorks.PreSys 2026R1（前處理 + 后處理） + Ansys Mechanical（求解器）
操作工程師：李工，CAE仿真工程師，3年工作經驗
本文記錄李工使用PreSys完成從CAD模型導入、幾何清理、網格劃分、材料屬性定義、邊界條件設置、Ansys求解器提交，到結果后處理與報告生成的全過程。
可視化分析： 非均勻敏感度先驗在中心區與結構邊界附近呈現與夾雜/肺形態更一致的敏感分布，相比同質敏感度能更好地保留輪廓曲率與邊界銳度，從而帶來更清晰的重建圖。
為了使耦合高效，重要的是設計一個具有最佳曲率的微透鏡，同時考慮到與光纖的距離。OpticStudio 提供了優化系統的工具，或者通過簡單的掃描一個或兩個參數來可視化對耦合效率的影響。我們在下面顯示了鏡頭曲率和光纖在 x 方向上橫向偏移對耦合效率的影響。
上面的掃描表明，對于微透鏡中心和光纖之間 300μm 的給定距離，曲率半徑約為 500μm 時達到最大耦合效率。
仿真結果顯示，所有結構的激光發散角均＜0.05°，準直性能優異，可滿足遠距離激光傳輸需求
4.公差穩定性：加工誤差影響極小
通過Zemax蒙特卡羅模擬進行公差分析：
公差設置：曲率半徑、厚度、XY傾斜公差均為±0.01mm，刪除3、6面（平面）的傾斜公差（直接貼合機械結構，無楔形誤差）；模擬方法：采樣數=4，RMS波前標準，20次正態分布模擬；結果：所有結構在公差范圍內的波前差＜0.04
優化后，物方遠心系統艾里斑半徑9.605μm，RMS半徑5.104μm；像方遠心系統艾里斑半徑6.405μm，RMS半徑2.343μm，均滿足設計要求。雙遠心系統集成優化：將物方與像方遠心系統組合，以鏡片曲率半徑、厚度、空氣間隔為優化變量，在Zemax中對遠心度、調制傳遞函數（MTF）、場曲、畸變等指標進行綜合優化。最終形成的雙遠心系統由8片透鏡組成，如圖3所示。
一期一會 | 什么是信號完整性？4個月前
TDR測量傳輸線中的反射。
通過眼圖分析實現信號完整性的可視化
眼圖分析是探測信號完整性的最常用手段之一。眼圖也叫眼模式圖，是一種查看數字電路隨時間變化的響應的方法。將重復信號輸入分析電路，并隨時間變化測量輸出信號。每比特的數據都疊加在另一個比特位之上，X軸是時間，Y軸是振幅。
