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Ansys Zemax | 如何建模混合模式系統(tǒng)
順序 (Order):順序參數(shù)代表元件進(jìn)行傾斜、偏心的順序,它的工作原理與坐標(biāo)斷點(diǎn)面的順序參數(shù)相同,詳情請查看《Ansys Zemax | 如何傾斜和偏心序列光學(xué)元件》
光線反向 (Reverse Rays):這一參數(shù)表示光線離開輸出口后的傳播方向,如果該參數(shù)為0,則OpticStudio將非序列組視作折射鏡,輸出口傳播方向與輸入口一致。參數(shù)為1,則光線與入射方向相反。
因?yàn)檩敵隹诘奈恢檬菂⒖糔SC表面本身定義的,所以鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中,NSC表面之后的面將位于輸出口的位置,也正是這個(gè)面定義了輸出口的尺寸和形狀。注意:輸出口的半徑必須由用戶定義,OpticStudio不能自動(dòng)計(jì)算。
我們同樣可以將輸出口的孔徑設(shè)置為非圓形。當(dāng)光線到達(dá)輸出口時(shí),OpticStudio將計(jì)算輸出口坐標(biāo)系中光線的坐標(biāo)和方向余弦,而后在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中后續(xù)的序列表面中繼續(xù)追跡。如果后續(xù)表面也是一個(gè)NSC表面,那么上述全部過程將再次開始,也就是說,我們可以定義多個(gè)NSC組,每個(gè)組都有自己的輸入口和輸出口。
定義每個(gè)NSC組中的物體
到目前為止,我們已經(jīng)討論了如何定義非序列元件組的輸出口和輸出口,那么我們該如何定義這些非序列物體本身呢?
我們可以從OpticStudio編輯器 (Editors) 菜單中的非序列模式 (Non-Sequential)中定義每個(gè)非序列元件組中的物體。
與純非序列元件系統(tǒng)類似,混合模式中的非序列部分中,物體參考特定的物體來確定位置,物體允許嵌套,支持梯度折射率介質(zhì),表面可以鍍膜等等。特別注意:此時(shí)非序列元件編輯器的全局坐標(biāo) (0,0,0) 代表輸入口的位置,所以這個(gè)組內(nèi)的所有物體都以這個(gè)端口的位置為基準(zhǔn)。
展開 Ansys Zemax | 如何建模混合模式系統(tǒng)
順序 (Order):順序參數(shù)代表元件進(jìn)行傾斜、偏心的順序,它的工作原理與坐標(biāo)斷點(diǎn)面的順序參數(shù)相同,詳情請查看“如何傾斜和偏心一個(gè)序列光學(xué)元件”。
光線反向 (Reverse Rays):這一參數(shù)表示光線離開輸出口后的傳播方向,如果該參數(shù)為0,則OpticStudio將非序列組視作折射鏡,輸出口傳播方向與輸入口一致。參數(shù)為1,則光線與入射方向相反。
因?yàn)檩敵隹诘奈恢檬菂⒖糔SC表面本身定義的,所以鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中,NSC表面之后的面將位于輸出口的位置,也正是這個(gè)面定義了輸出口的尺寸和形狀。注意:輸出口的半徑必須由用戶定義,OpticStudio不能自動(dòng)計(jì)算。
我們同樣可以將輸出口的孔徑設(shè)置為非圓形。當(dāng)光線到達(dá)輸出口時(shí),OpticStudio將計(jì)算輸出口坐標(biāo)系中光線的坐標(biāo)和方向余弦,而后在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中后續(xù)的序列表面中繼續(xù)追跡。如果后續(xù)表面也是一個(gè)NSC表面,那么上述全部過程將再次開始,也就是說,我們可以定義多個(gè)NSC組,每個(gè)組都有自己的輸入口和輸出口。
定義每個(gè)NSC組中的物體
到目前為止,我們已經(jīng)討論了如何定義非序列元件組的輸出口和輸出口,那么我們該如何定義這些非序列物體本身呢?
我們可以從OpticStudio編輯器 (Editors) 菜單中的非序列模式 (Non-Sequential)中定義每個(gè)非序列元件組中的物體。
與純非序列元件系統(tǒng)類似,混合模式中的非序列部分中,物體參考特定的物體來確定位置,物體允許嵌套,支持梯度折射率介質(zhì),表面可以鍍膜等等。特別注意:此時(shí)非序列元件編輯器的全局坐標(biāo) (0,0,0) 代表輸入口的位置,所以這個(gè)組內(nèi)的所有物體都以這個(gè)端口的位置為基準(zhǔn)。組中的物體數(shù)量沒有限制,任何光線只要能達(dá)到出口,就會(huì)恢復(fù)序列模式追跡。
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中建模DMD(MEMS)
結(jié)論
MEMS可以在OpticStudio中輕松建模。
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展開 Ansys Zemax | 如何建模離軸拋物面鏡
本文演示了如何根據(jù)制造商給出的規(guī)格設(shè)計(jì)一個(gè)離軸拋物面反射鏡,并演示如何使用主光線求解將像面中心與主光線路徑對齊。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
簡介
離軸拋物面反射鏡的優(yōu)點(diǎn)是光束通過反射到達(dá)像面途中將不會(huì)受到遮擋。使用 OpticStudio 可以很簡單地建模一個(gè)表面的任何離軸部分,不管其是否為拋物面。本教程將向您展示如何建模一個(gè)離軸拋物面反射鏡。這里所示的概念適用于任何偏心表面,并不局限于離軸拋物面反射鏡。
離軸拋物面鏡設(shè)計(jì)參數(shù)
我們將制作一個(gè)商用的離軸拋物面反射鏡。這個(gè)設(shè)計(jì)練習(xí)的目標(biāo)是能夠使反射鏡在光軸(Z軸)上的任意一點(diǎn)繞X軸傾斜。反射鏡的規(guī)格如下:
離軸距離:150mm
焦距:1000mm
元件物理直徑:203mm
反射鏡背面的基底垂直于光軸。
如果您不熟悉任何在本教程中使用的步驟,請先參考 “如何使序列光學(xué)元件傾斜和偏心” 文章后,再嘗試本文內(nèi)的詳細(xì)步驟。
輸入基礎(chǔ)幾何結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)開始時(shí),我們將首先定義系統(tǒng)設(shè)置。在系統(tǒng)資源管理器中進(jìn)行以下調(diào)整:
·設(shè)置 系統(tǒng)孔徑 (Aperture)…孔徑類型 (Aperture Type) :入瞳直徑 (Entrance Pupil Diameter) 和孔徑值 (Aperture Value) :100
·設(shè)置 單位 (Units) …鏡頭單位 (Lens Units):毫米 (Millimeters)
·設(shè)置 波長 (Wavelengths) …波長1 (Wavelength 1) : 0.550 um
接下來我們可以開始定義系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中的光闌面后添加一個(gè)表面,然后在表面1-3上輸入以下參數(shù)。請注意,像面上有一個(gè)用戶定義的30 mm 的半直徑,如求解欄中所顯示。
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Ansys Zemax | 如何使用 Zenike 系數(shù)對黑盒光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模
本文將介紹如何利用 Zernike 系數(shù)來描述光學(xué)系統(tǒng)的波前像差,進(jìn)而在無法使用 Zemax 黑匣子表面文件時(shí),生成一個(gè)雖簡單卻準(zhǔn)確的光學(xué)系統(tǒng)表示。如果您依賴于使用光學(xué)系統(tǒng)測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),但卻無法得到該光學(xué)系統(tǒng)對應(yīng)的處方數(shù)據(jù),那么通常就會(huì)出現(xiàn)上述所提及的情況。
介紹
在某些情況下,需要對光學(xué)子系統(tǒng)進(jìn)行表示,而無需詳細(xì)掌握其處方參數(shù)。針對一階光學(xué)計(jì)算,采用近軸透鏡模型便已足夠;然而,當(dāng)涉及波前像差分析時(shí),可借助 Zernike 相位系數(shù)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生波前的精確數(shù)學(xué)模型。
OpticStudio 具備完善的黑盒功能特性,從功能適配性角度而言,建議將其用于當(dāng)前任務(wù)需求。不過,若無法提供 Zemax 黑匣子文件,可參考并執(zhí)行以下操作流程。
Zernike 相位數(shù)據(jù)
如果您想在不透露處方數(shù)據(jù)的情況下將像差數(shù)據(jù)分發(fā)給客戶,則可以由 OpticStudio 生成這些 Zernike 相位系數(shù),或者如果您正在測量沒有處方數(shù)據(jù)的鏡頭,則可以通過干涉儀生成。根據(jù)您的干涉儀軟件,您可能已經(jīng)擁有OpticStudio Zernike 格式的數(shù)據(jù),網(wǎng)格相位數(shù)據(jù)或.INT文件。OpticStudio可以處理所有這些,但在本文中,我們將僅使用Zernike數(shù)據(jù)。
Zernike 相位數(shù)據(jù)表示光學(xué)系統(tǒng)在特定場和特定波長下性能的測量。因?yàn)橛嘘P(guān)玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分,無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。因此,對于要模擬性能的每個(gè)(場、波長)對,您將需要一組 Zernike 相位數(shù)據(jù)。這些可以通過為每個(gè)(場,波長)組合提供一個(gè)單獨(dú)的文件或(更有可能)為每個(gè)(場,波長)對提供單獨(dú)的配置來輸入OpticStudio。
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中建模和設(shè)計(jì)真實(shí)波片
通用繪圖 – 評價(jià)函數(shù)最大值為 0.3
總結(jié)
本文介紹如何在 OpticStudio 中建模和設(shè)計(jì)真正的波片。設(shè)計(jì)波片后,可以使用 “通用繪圖” 中的評價(jià)函數(shù)評估其性能。
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Ansys Zemax | 如何使用 Zenike 系數(shù)對黑盒光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模
本文展示了如何使用 Zernike 系數(shù)來描述系統(tǒng)的波前像差,并在無法使用 Zemax 黑匣子表面文件的情況下生成光學(xué)系統(tǒng)的簡單但準(zhǔn)確的表示。如果您依賴于使用光學(xué)系統(tǒng)測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),但您無法獲得其處方數(shù)據(jù),則通常會(huì)出現(xiàn)這種情況。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
有時(shí)需要表示光學(xué)子系統(tǒng),而不詳細(xì)了解其處方。對于一階計(jì)算,近軸透鏡就足夠了,但是當(dāng)也需要波前像差時(shí),可以使用Zernike相位系數(shù)來提供光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的波前的精確模型。
OpticStudio支持全面的黑盒功能,建議用于此目的。但是,如果無法提供 Zemax 黑匣子文件,則可以使用以下過程。
澤尼克相位數(shù)據(jù)
如果您想在不透露處方數(shù)據(jù)的情況下將像差數(shù)據(jù)分發(fā)給客戶,則可以由 OpticStudio 生成這些 Zernike 相位系數(shù),或者如果您正在測量沒有處方數(shù)據(jù)的鏡頭,則可以通過干涉儀生成。根據(jù)您的干涉儀軟件,您可能已經(jīng)擁有OpticStudio Zernike格式的數(shù)據(jù),網(wǎng)格相位數(shù)據(jù)或.INT文件。OpticStudio可以處理所有這些,但在本文中,我們將僅使用Zernike數(shù)據(jù)。
Zernike相位數(shù)據(jù)表示光學(xué)系統(tǒng)在特定場和特定波長下性能的測量。因?yàn)橛嘘P(guān)玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分,無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。因此,對于要模擬性能的每個(gè)(場、波長)對,您將需要一組 Zernike 相位數(shù)據(jù)。這些可以通過為每個(gè)(場,波長)組合提供一個(gè)單獨(dú)的文件或(更有可能)為每個(gè)(場,波長)對提供單獨(dú)的配置來輸入OpticStudio。
有一個(gè)重要的例外:當(dāng)被建模的系統(tǒng)是全反射系統(tǒng)時(shí),可以使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)SAG表面來模擬給定場點(diǎn)的所有波長下的性能。下一期將詳細(xì)介紹此特殊情況。
展開 Ansys Zemax | 如何建模人體皮膚以及光學(xué)心率探測器
本文演示了如何在 Zemax OpticStudio 中對人體皮膚建模以進(jìn)行生理測量,并說明了使用 ZOS-API 對基于 PPG 的心率傳感器進(jìn)行的時(shí)間相關(guān)模擬。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
簡介
PPG 器件由紅外或可見光波長范圍內(nèi)的發(fā)光二極管 (LED) 和光電探測器組成。它們提供了一種簡單的光學(xué)技術(shù)來檢測組織中的血容量變化,因?yàn)檠罕戎車慕M織對光具有更強(qiáng)烈地吸收和散射效應(yīng)。因此,血液的脈動(dòng)將導(dǎo)致檢測器信號發(fā)生相反的相位變化。本文介紹如何在 OpticStudio 中模擬人體皮膚組織模型,并演示如何使用 ZOS-API 應(yīng)用程序模擬 PPG 設(shè)備隨時(shí)間推移的測量信號。
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
PPG 傳感器可設(shè)計(jì)為反射或透射模式。由于光的穿透深度取決于其波長,因此綠色和黃色 LED 光線最適合在淺表血流中進(jìn)行測量,并且通常以反射模式使用。另一方面,紅外和近紅外波長更適合測量深層組織血流,可用于透射模式。在次案例中,我們展示了一個(gè)反射 PPG 設(shè)備。
我們的目標(biāo)是根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)表的數(shù)據(jù)開發(fā)一個(gè)逼真的皮膚模型。因此,我們打算應(yīng)用某種波長,通常設(shè)置為對應(yīng)皮膚和血液的光學(xué)參數(shù)在文獻(xiàn)中廣泛可見的波長,并且也接近商業(yè)設(shè)備中最常用的波長。因此,我們建模選擇了 575nm 的波長,并使用 QSMF-C160 LED (Avago Technologies) 作為光源。此 LED 的模型可以直接從 Radiant Source Model 數(shù)據(jù)庫下載,并且可以通過從 Radiant Source Model 文件生成的光線來創(chuàng)建光源文件。
人體皮膚建模
為了模擬人體組織介質(zhì)中的光傳輸,我們創(chuàng)建了分層皮膚模型,該模型考慮了表皮、真皮和皮下脂肪的組織結(jié)構(gòu)。
展開 Ansys Zemax | 如何在 OpticStudio 內(nèi)對斜切端面光線進(jìn)行建模
它演示了如何對斜切光纖端面進(jìn)行建模,以及如何引入模態(tài)傾斜角來補(bǔ)償斜切。我們可以看到,通過適當(dāng)?shù)墓饫w對準(zhǔn)補(bǔ)償,斜切光纖的耦合效率與使用正常端面光纖的耦合效率非常匹配。這三種方法都可以在 OpticStudio 中直接實(shí)現(xiàn),選擇的方法將取決于用戶的應(yīng)用和偏好。
Ansys Zemax | 如何建模人體皮膚以及光學(xué)心率探測器
本文演示了如何在 Zemax OpticStudio 中對人體皮膚建模以進(jìn)行生理測量,并說明了使用 ZOS-API 對基于 PPG 的心率傳感器進(jìn)行的時(shí)間相關(guān)模擬。
簡介
PPG 器件由紅外或可見光波長范圍內(nèi)的發(fā)光二極管 (LED) 和光電探測器組成。它們提供了一種簡單的光學(xué)技術(shù)來檢測組織中的血容量變化,因?yàn)檠罕戎車慕M織對光具有更強(qiáng)烈地吸收和散射效應(yīng)。因此,血液的脈動(dòng)將導(dǎo)致檢測器信號發(fā)生相反的相位變化。本文介紹如何在 OpticStudio 中模擬人體皮膚組織模型,并演示如何使用 ZOS-API 應(yīng)用程序模擬 PPG 設(shè)備隨時(shí)間推移的測量信號。
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
PPG 傳感器可設(shè)計(jì)為反射或透射模式。由于光的穿透深度取決于其波長,因此綠色和黃色 LED 光線最適合在淺表血流中進(jìn)行測量,并且通常以反射模式使用。另一方面,紅外和近紅外波長更適合測量深層組織血流,可用于透射模式。在次案例中,我們展示了一個(gè)反射 PPG 設(shè)備。
我們的目標(biāo)是根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中發(fā)表的數(shù)據(jù)開發(fā)一個(gè)逼真的皮膚模型。因此,我們打算應(yīng)用某種波長,通常設(shè)置為對應(yīng)皮膚和血液的光學(xué)參數(shù)在文獻(xiàn)中廣泛可見的波長,并且也接近商業(yè)設(shè)備中最常用的波長。因此,我們建模選擇了 575nm 的波長,并使用 QSMF-C160 LED (Avago Technologies) 作為光源。此 LED 的模型可以直接從 Radiant Source Model 數(shù)據(jù)庫下載,并且可以通過從 Radiant Source Model 文件生成的光線來創(chuàng)建光源文件。
人體皮膚建模
為了模擬人體組織介質(zhì)中的光傳輸,我們創(chuàng)建了分層皮膚模型,該模型考慮了表皮、真皮和皮下脂肪的組織結(jié)構(gòu)。
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中建模和設(shè)計(jì)真實(shí)波片
通用繪圖 - 評價(jià)函數(shù)最大值為 0.3
總結(jié)
本文介紹如何在 OpticStudio 中建模和設(shè)計(jì)真正的波片。設(shè)計(jì)波片后,可以使用 “通用繪圖” 中的評價(jià)函數(shù)評估其性能。

Ansys Zemax | 如何使用 Zernike 凹陷表面對全反射系統(tǒng)進(jìn)行建模
本文介紹如何使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)下垂表面對全反射系統(tǒng)進(jìn)行建模。全反射系統(tǒng)是一種特殊情況,其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場點(diǎn)的所有波長下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位,因?yàn)檠苌涔β逝c波長變化時(shí)的反射功率不同。一個(gè)相位波是任何波長的一個(gè)波,但0.5微米處的一個(gè)下垂波在1.0微米處只有半個(gè)波。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike系數(shù)對黑盒光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模”的姊妹篇。兩篇文章可一起閱讀。
Zernike數(shù)據(jù)表示光學(xué)系統(tǒng)在特定場和波長下的性能測量。因?yàn)殛P(guān)于玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分,無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。
如果您使用的是全反射設(shè)計(jì),則可以使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)凹陷表面來描述給定視場下所有波長的光學(xué)系統(tǒng)像差,因?yàn)槿瓷湎到y(tǒng)不會(huì)遭受色差。
約洛望遠(yuǎn)鏡示例
例如,考慮類似Yolo望遠(yuǎn)鏡的:
這個(gè)沒有遮擋的望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生這樣的波前:
現(xiàn)在,要使用 Zernike 下垂曲面制作等效系統(tǒng),我們只需要出口瞳孔位置和直徑,如上一篇文章所示。此數(shù)據(jù)是:
出瞳直徑 = 701.681 mm 出瞳位置 = 9484.22 mm
仍然遵循上一篇文章,可以產(chǎn)生如下一階等效系統(tǒng):
其中,系統(tǒng)的入射瞳孔直徑設(shè)置為原始Yolo的出射瞳孔直徑,近軸透鏡的焦距設(shè)置為與出射瞳孔位置相同的值。這為我們提供了一個(gè)與原始參考球體半徑相同的一階系統(tǒng)。
然后,我們以下垂為單位導(dǎo)出 Zernike 數(shù)據(jù)。執(zhí)行此操作的宏類似于原始文章中提供的宏,但添加了額外的縮放因子:
SUB get_scale
!
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它演示了如何對斜切光纖端面進(jìn)行建模,以及如何引入模態(tài)傾斜角來補(bǔ)償斜切。我們可以看到,通過適當(dāng)?shù)墓饫w對準(zhǔn)補(bǔ)償,斜切光纖的耦合效率與使用正常端面光纖的耦合效率非常匹配。這三種方法都可以在 OpticStudio 中直接實(shí)現(xiàn),選擇的方法將取決于用戶的應(yīng)用和偏好。
Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)教程:如何在OpticStudio中建模和設(shè)計(jì)真實(shí)波片
Universal Plot of the merit function max value is 0.3
總結(jié)
本文介紹如何在 OpticStudio 中建模和設(shè)計(jì)真正的波片。設(shè)計(jì)波片后,可以使用 “通用繪圖” 中的評價(jià)函數(shù)評估其性能。
光研科技南京有限公司是國內(nèi)可靠的Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件代理商!公司已經(jīng)為廣大企業(yè),研究所以及高校提供了很多優(yōu)秀的相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù),在行業(yè)內(nèi)建立了值得信任的口碑。
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展開 研討會(huì)預(yù)告 | 如何使用 Ansys Zemax 進(jìn)行光柵建模免費(fèi)線上研討會(huì)
2023年5月18日,武漢宇熠將通過騰訊會(huì)議開展免費(fèi)的線上研討會(huì)——如何使用 Ansys Zemax 進(jìn)行光柵建模。本次研討會(huì)我們將說明如何在 Ansys Zemax 中使用 DLL 建模光柵以及如何設(shè)置光柵的相關(guān)參數(shù)并演示如何設(shè)計(jì)衍射光波導(dǎo)。
研討會(huì)大綱
1.如何使用 DLL 建模光柵;、
2.DLL 參數(shù);
3.Ansys Zemax 光柵參數(shù);
4.案例:衍射光波導(dǎo);
研討會(huì)信息
主辦方:武漢宇熠科技有限公司
時(shí)間:2023年5月18日(下午 15:00-16:00)
地點(diǎn):騰訊會(huì)議線上直播
主講人:武漢宇熠光學(xué)工程師
費(fèi)用:免費(fèi)
報(bào)名:掃碼報(bào)名(會(huì)議號:353 568 576)
為方便各位同行進(jìn)行深入的交流探討,我們還設(shè)置了交流群,有意向的朋友可聯(lián)系工作人員申請進(jìn)群。
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