精密光學成像
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-08
精密光學成像的實例教程
授課時間
2026/5/21（四）-5/22（五）AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
3000RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
本課程聚焦于利用VirtualLab Fusion先進的光之數字模型平臺，解決光學檢測與精密成像系統的核心設計挑戰。課程將系統進解如何對干涉儀、光譜儀等光學檢測系統進行高精度建模與性能評估:深入探討精密成像系統(如晶圓檢測、高NA鏡頭)的像質優化;并專門涵蓋顯微鏡系統(包括熒光、共聚焦及超分辨顯微技術)的完整物理光學仿真，以研究行射極限、三維成像特性及熒光處理等關鍵問題。通過結合理論講解與軟件實戰，學員將掌握從宏觀檢測到微觀成像的一體化軟件開發能力。
展開 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模化量產。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。基于三維模型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 2.初始參數計算及分析
半像高h
h=(12×√(2×1024^2 ))/(2×1000)=8.689mm
可計算出半成像高h為8.689mm。
系統的焦距f
光學系統的半視場角w為3°，半像高h為8.689mm，根據焦距計算公式：f=h/tan w
可計算出焦距F為165.79mm。
系統入瞳的大小D
系統的F_#為1.65，光學系統的入瞳直徑為焦距與數的比值，則系統的入瞳直徑為：D=f/F_#
可以計算出系統的入瞳直徑D=100.48mm。。
系統要求口徑最大不超過110mm，因此采用二次成像系統，使系統的整體口徑不至于太大。系統的波段為3μm ~5μm，如果要想實現消色差，可能需要衍射元件來實現。而且系統需要實現在-40℃～+60℃無熱化，因此需要對系統進行消色差和消熱差兩種設計。
二次成像系統的構型圖如下圖所示
二次成像系統由物鏡組和中繼鏡組組成，其兩者之間的近軸初級關系為
將公式代入可以計算出系統物鏡組焦距為f_0為80.25mm，f_R為58.66mm，m為2.06。
物鏡的設計：
首先設置好材料，選用常用的硅和鍺材料，設置波段3~5um，入瞳直徑為100mm，控制系統的焦距為80mm，做初始優化。
優化后的物鏡的初始結構如下圖，作為系統物鏡組的初始結構。
目鏡的設計
根據近軸關系計算，目鏡m為2.06，可計算出中繼鏡組的物距為30.18mm，像距為62.18mm。系統口徑設置為物方數值孔徑，為了與物鏡組相匹配，物方數值孔徑為物鏡組的像方數值孔徑，為0.53，選取三片透鏡作為優化，優化后的結果為。
優化后的初始結構如下圖。
展開 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 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。畸變的存在會增加圖像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。
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CODEⅤ光學成像設計軟件18天前
[圖片]
簡介
DMD 投影燈是以數字微鏡器件為核心的高精度數字光學投影系統，通過光源準直勻化、DMD 芯片像素級光調制及投影物鏡成像的協同設計，實現數字信號到高清光影的精準轉換，可顯著提升投影畫面分辨率、對比度與亮度均勻性。本案例依托 OAS 光學軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優化，驗證系統照明均勻性、成像質量及雜散光抑制水平，為工程化設計提供可靠仿真依據。
案例設置與操作
文章轉載自：中關村通力科服
威睛光學，就是人眼中的“晶狀體”與“大腦視皮層”——既承擔動態相位調制的光學編碼，又執行神經計算的光電解碼，為AI時代機器視覺的每一次判斷，奠定“所見即所得、所得即真相”的物理基石。
摘要
在AI與機器視覺狂飆突進的時代，一個根本性追問被長期懸置：當算法越來越“聰明”，它賴以判斷的原始數據——光子攜帶的物理信息——是否足夠“誠實”？威睛光學給出了獨有的答案
光學成像系統中的像差1個月前
球形波在焦點的像差效應
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摘要
掃描干涉測量是一種表面高度測量技術。通過利用白色光源的低相干性，只有當路徑長度差落在相干性長度內時才出現干涉圖案。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
摘要
掃描干涉測量是一種表面高度測量技術。通過利用白色光源的低相干性，只有當路徑長度差落在相干性長度內時才出現干涉圖案。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
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概要
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在
雜散光干擾成像質量？OAS光學軟件解難題10個月前
庫克三片式反向追跡案例分析
簡介
在光學系統設計與優化中，雜散光分析是評估系統性能的關鍵環節，尤其對于高精度成像系統而言，雜散光的存在會直接影響成像質量與測量精度。庫克三片式鏡頭作為經典的光學結構，因其在像差校正方面的優異表現，被廣泛應用于攝影、遙感等領域。本案例基于 OAS 光學軟件，針對庫克三片式鏡頭開展反向追跡雜散光分析，旨在為該類型鏡頭的雜散光抑制設計提供數據支撐與優化方向
