像差校正的案例
紅外物鏡設(shè)計難點突破？OAS 軟件仿真實現(xiàn)高性能成像
紅外物鏡案例分析
簡介
紅外物鏡作為紅外成像系統(tǒng)的核心光學(xué)部件，通過大口徑前組聚光透鏡、中間像差校正鏡組及后組聚焦鏡組的協(xié)同配合，實現(xiàn)紅外波段光線的會聚與像差校正，可有效抑制色差、球差等光學(xué)像差，是紅外熱成像、紅外探測及安防監(jiān)控等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。本項目基于 OAS 光學(xué)軟件，通過光機熱一體化建模與多維度性能優(yōu)化，構(gòu)建高性能紅外物鏡方案，突破傳統(tǒng)紅外物鏡設(shè)計中像差校正難、雜散光干擾大、環(huán)境適應(yīng)性弱等瓶頸。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
依托 OAS 光學(xué)元件數(shù)據(jù)庫，精準(zhǔn)導(dǎo)入紅外物鏡核心組件參數(shù)，完成透鏡系統(tǒng)、遮光結(jié)構(gòu)、鏡筒等模型搭建。利用 OAS 內(nèi)置輕量化 CAD 核心，實現(xiàn)光學(xué)透鏡與機械結(jié)構(gòu)的一體化建模，結(jié)合紅外光學(xué)材料特性完成材料賦值，精準(zhǔn)控制透鏡同軸度公差≤0.001mm，避免機械結(jié)構(gòu)對紅外光路的遮擋與干擾，同時構(gòu)建光機熱耦合模型，模擬不同溫度環(huán)境下的結(jié)構(gòu)變形影響。
參數(shù)配置
以高分辨率、寬溫域適配為核心目標(biāo)，設(shè)定紅外波段光學(xué)性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)空間適配參數(shù)、極端環(huán)境適配參數(shù)。通過 OAS 實時光路預(yù)覽與序列 / 非序列光線追跡功能，動態(tài)優(yōu)化透鏡面形、鏡組間距及遮光結(jié)構(gòu)尺寸，確保在紅外探測的典型波段內(nèi)，物鏡在 - 40℃~60℃溫域下均能滿足成像需求。
展開 緊湊型望遠(yuǎn)鏡設(shè)計遇難題？OAS軟件提供輕量化解決方案
緊湊型望遠(yuǎn)鏡案例分析
簡介
緊湊型望遠(yuǎn)鏡作為便攜觀測類光學(xué)核心設(shè)備，以反射鏡緊湊排布實現(xiàn)光路折疊與像差校正，在壓縮體積的同時保障望遠(yuǎn)成像效果，是便攜觀測、安防偵察及消費級觀景設(shè)備的關(guān)鍵組件，其光學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性直接決定成像分辨率、視場范圍與設(shè)備便攜性，需嚴(yán)格滿足輕量化與高成像的雙重設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。本項目基于 OAS 光學(xué)軟件，通過光機一體化建模、多維度像差校正與雜散光優(yōu)化，構(gòu)建高性能緊湊型望遠(yuǎn)鏡光學(xué)方案，突破傳統(tǒng)設(shè)計中體積與成像效果的平衡瓶頸。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
依托 OAS 光學(xué)元件數(shù)據(jù)庫，精準(zhǔn)導(dǎo)入反射鏡、共用反射面等核心光學(xué)組件參數(shù)，同步構(gòu)建鏡筒、支撐結(jié)構(gòu)等機械模型。利用 OAS 內(nèi)置輕量化 CAD 核心，實現(xiàn)光學(xué)反射元件與機械結(jié)構(gòu)的一體化建模，精準(zhǔn)控制反射鏡間距公差≤0.02μm，避免機械結(jié)構(gòu)對光路的遮擋與光軸偏移，保障光路折疊的精準(zhǔn)性。
參數(shù)配置
以輕量化與高成像為核心設(shè)計目標(biāo)，設(shè)定光學(xué)性能、空間適配、場景觀測三類關(guān)鍵參數(shù)，涵蓋焦距、視場角、設(shè)備整體體積、不同觀測環(huán)境的光線適配標(biāo)準(zhǔn)等。通過 OAS 實時光路預(yù)覽功能，動態(tài)優(yōu)化反射鏡面形、曲率及排布角度，確保在緊湊空間內(nèi)實現(xiàn)長焦距望遠(yuǎn)成像的核心需求。
展開 投影物鏡設(shè)計難點多？OAS跨尺度仿真精準(zhǔn)實現(xiàn)
性能優(yōu)化
通過 OAS 專項功能針對性解決投影物鏡傳統(tǒng)設(shè)計痛點：針對多組透鏡引發(fā)的像差耦合問題，啟用軟件像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，結(jié)合 MTF、點列圖、波前圖等專業(yè)像質(zhì)評估工具，優(yōu)化透鏡材質(zhì)組合與面形參數(shù)，實現(xiàn)球差、色差的精準(zhǔn)校正，顯著提升邊緣視場成像清晰度；
針對系統(tǒng)內(nèi)鬼像、散射等雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別光學(xué)表面反射、支架散射等干擾源，優(yōu)化透鏡增透膜層設(shè)計并增設(shè)遮光結(jié)構(gòu)，有效降低雜散光對成像對比度的影響；針對高數(shù)值孔徑設(shè)計下的波動光學(xué)效應(yīng)，通過 OAS 波動光學(xué)模塊實現(xiàn)偏振光線追跡與電場振幅、相位分析，精準(zhǔn)模擬亞波長衍射效應(yīng)，保障高分辨率成像需求。
投影物鏡
惠更斯PSF
波前圖
點列圖
總結(jié)
本案例通過 OAS 光學(xué)軟件的跨尺度仿真、光機一體化建模及多目標(biāo)優(yōu)化功能，成功突破投影物鏡傳統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了像差精準(zhǔn)校正、雜散光有效控制與光學(xué)性能的綜合提升。相較于傳統(tǒng)設(shè)計流程，OAS 的高精度虛擬仿真能力大幅縮短了投影物鏡的研發(fā)迭代周期，降低了物理原型制作成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為光刻、投影顯示等領(lǐng)域的投影物鏡高精度設(shè)計提供了高效的技術(shù)支撐，助力高端光學(xué)成像系統(tǒng)的研發(fā)升級。
展開 用于像差校正的混合透鏡設(shè)計
混合目鏡模型中理想化衍射透鏡的色差校正
為了證明軟件在這方面的能力，我們比較了折射目鏡和混合目鏡的模型。在這個例子中，研究了不同波長的軸上和離軸光束的傳播和相應(yīng)的色度效應(yīng)
為了準(zhǔn)確地建模和設(shè)計這種混合元件，有必要對系統(tǒng)的衍射效應(yīng)進行深入分析。VirtualLab Fusion的快速物理光學(xué)傳播技術(shù)允許對典型透鏡進行精確建模，并計算不同級衍射透鏡的衍射效率。
混合透鏡結(jié)合了傳統(tǒng)折射元件和衍射結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，因此在不同的光學(xué)應(yīng)用中成為一種有前途的方法。特別地，折射和衍射表面色散的相反符號使得能夠校正色差。
大視場光刻照度均勻性不足？OAS軟件精準(zhǔn)優(yōu)化解難題
</p><p>性能優(yōu)化</p><p class="ql-align-justify">通過 OAS 專項功能針對性解決傳統(tǒng)痛點：針對像差耦合問題，啟用軟件像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，結(jié)合 MTF、波前圖分析工具，優(yōu)化透鏡的面形參數(shù)與間距，將球差、彗差等綜合像差校正，MTF 值提升；針對雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別透鏡表面反射、鏡框散射等干擾源，優(yōu)化增透膜層設(shè)計（透射率≥99.9%）并增設(shè)遮光結(jié)構(gòu)，將雜散光能量占比降低；針對公差敏感性，通過 OAS 公差分析功能模擬透鏡間距、傾斜等偏差影響，優(yōu)化公差分配方案。
展開 Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設(shè)計
傳統(tǒng)Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長期占據(jù)主流市場，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差，性能提升受限。近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室謝微團隊[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設(shè)計方法，通過“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項式擬合”的創(chuàng)新路徑，通過Zemax仿真優(yōu)化，成功實現(xiàn)全波段全視場像差校正，其光譜分辨率達(dá)0.015nm，優(yōu)于市面同類型商用產(chǎn)品，為高分辨率成像光譜儀的設(shè)計提供了全新思路。
子鏡的構(gòu)建到曲面融合
要實現(xiàn)自由曲面對C-T型光譜儀的性能升級，關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的初始結(jié)構(gòu)——團隊以C-T光路為基礎(chǔ)，通過“子鏡參數(shù)計算”與“分段拼接擬合”兩大步驟，突破了傳統(tǒng)自由曲面設(shè)計的計算壁壘。
1.1 C-T光路結(jié)構(gòu)
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準(zhǔn)直鏡-光柵-聚焦鏡-探測器”，如圖1所示：光線經(jīng)狹縫進入系統(tǒng)后，由準(zhǔn)直鏡將發(fā)散光束轉(zhuǎn)化為平行光；光柵對平行光進行光譜分光，使不同波長光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測器對應(yīng)位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結(jié)構(gòu)示意圖
該團隊在保留這一經(jīng)典框架的同時，針對“像差校正”這一核心痛點，提出將“準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過“分段拼接離軸拋物面”生成，準(zhǔn)直鏡則通過Zernike多項式直接優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)源頭解決全波段像差問題。
1.2 子鏡參數(shù)計算
自由曲面的初始結(jié)構(gòu)源于“離軸拋物面子鏡”的拼接——拋物面鏡對平行光具有無像差成像特性，但單一離軸拋物面無法適配不同波長的衍射光線（不同波長經(jīng)光柵衍射后角度不同）。
展開 遠(yuǎn)心物鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計遇瓶頸？OAS 軟件提供專業(yè)解決方案
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
本案例基于 OAS 軟件的成像設(shè)計與光機建模功能，完成遠(yuǎn)心物鏡光學(xué)系統(tǒng)的精準(zhǔn)建模，還原前組大口徑透鏡、中繼校正透鏡組及后組成像透鏡的幾何形貌、材料特性與空間裝配關(guān)系，匹配工業(yè)檢測用遠(yuǎn)心物鏡的工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通過軟件光學(xué)元件數(shù)據(jù)庫，為各透鏡配置高透光學(xué)玻璃材料，設(shè)定可見光工作波段，同時對鏡筒等配套機械結(jié)構(gòu)進行建模，統(tǒng)一設(shè)置表面散射與膜層特性，貼合實際光學(xué)傳播規(guī)律。
探測器與參數(shù)設(shè)置
為精準(zhǔn)捕捉遠(yuǎn)心物鏡的成像與光路信息，對 OAS 軟件的成像探測器進行精細(xì)化配置，根據(jù)遠(yuǎn)心物鏡的放大倍率、工作距離設(shè)定探測接收范圍與分辨率，同步設(shè)置光線追跡的能量閾值，有效排除系統(tǒng)噪聲干擾。在光學(xué)參數(shù)設(shè)置中，精準(zhǔn)定義物方遠(yuǎn)心光路的孔徑光闌位置、視場角等核心參數(shù)，為后續(xù)仿真分析奠定基礎(chǔ)。
分析優(yōu)化
通過 OAS 軟件的序列光線追跡核心功能，生成遠(yuǎn)心物鏡的三維光路傳播圖，直觀呈現(xiàn)軸上與軸外光線的傳播路徑。借助軟件的像質(zhì)評估工具，生成 MTF 曲線、點列圖、波前圖等分析結(jié)果，量化評估系統(tǒng)分辨率、畸變與像差水平，通過內(nèi)置優(yōu)化算法實現(xiàn)像差自動校正與多目標(biāo)迭代優(yōu)化。同時利用軟件雜散光分析功能，識別系統(tǒng)內(nèi)鬼像、散射等雜散光干擾源，定位關(guān)鍵影響區(qū)域并提出優(yōu)化方案。
遠(yuǎn)心物鏡
惠更斯PSF
點列圖
波像差圖
總結(jié)
本案例借助 OAS 光學(xué)軟件完成了遠(yuǎn)心物鏡光學(xué)系統(tǒng)的全流程設(shè)計與仿真分析，通過精準(zhǔn)的模型構(gòu)建與參數(shù)優(yōu)化，高效獲取了光路傳播、像質(zhì)表現(xiàn)、雜散光分布等核心數(shù)據(jù)，為解決遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計中的像差校正、精度提升等問題提供了有力支撐。
展開 VirtualLab：施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡
摘要
施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡是業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡中非常受歡迎的設(shè)計，因為它具有高對比度和低像差效應(yīng)。它由施密特校正板和卡塞格林反射鏡組成。卡塞格林反射鏡由一個凹面主鏡和一個凸面副鏡組成，凹面主鏡用于聚焦光線，凸面副鏡用于將光線通過主鏡上的一個孔重定向回去。即使短筒也可提供長焦距。施密特板本身是一個非球面透鏡，用于校正球面像差。
建模任務(wù)
施密特校正板
主鏡背面
反射鏡正面
孔徑
澤尼克&賽德爾像差探測器
總結(jié) - 元件…
球差
為了證明施密特校正板的效果，在有和沒有它的情況下進行了模擬。在沒有校正板的情況下，焦平面上存在強烈的球差(真實彩色視圖)。
球差
在偽彩色中，可以更定量地評估校正效果。結(jié)果表明，修正后的焦點表現(xiàn)出大兩個數(shù)量級的能量密度。此外，所有波長的波前測量誤差從約從10λ減小到約0.1λ(在球面參考孔徑后測量)。
傾斜照明
為了研究其他像差，以較小的入射光傾角(0.25°)重復(fù)模擬。結(jié)果表明，像差校正對非正入射光也有效。
傾斜照明
在傾斜照明的情況下，測量的像差在單個波長以下表現(xiàn)出非常小的彗差和散光值，因此不是很顯著。
文件信息
延伸閱讀
◇ Herrig Schiefspiegler望遠(yuǎn)鏡
◇ 用于激光導(dǎo)引星的無焦系統(tǒng)
◇ 波前誤差探測器
展開 VirtualLab：施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡
摘要
施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡是業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡中非常受歡迎的設(shè)計，因為它具有高對比度和低像差效應(yīng)。它由施密特校正板和卡塞格林反射鏡組成。卡塞格林反射鏡由一個凹面主鏡和一個凸面副鏡組成，凹面主鏡用于聚焦光線，凸面副鏡用于將光線通過主鏡上的一個孔重定向回去。即使短筒也可提供長焦距。施密特板本身是一個非球面透鏡，用于校正球面像差。
建模任務(wù)
施密特校正板
主鏡背面
反射鏡正面
孔徑
澤尼克&賽德爾像差探測器
總結(jié) - 元件…
球差
為了證明施密特校正板的效果，在有和沒有它的情況下進行了模擬。在沒有校正板的情況下，焦平面上存在強烈的球差(真實彩色視圖)。
球差
在偽彩色中，可以更定量地評估校正效果。結(jié)果表明，修正后的焦點表現(xiàn)出大兩個數(shù)量級的能量密度。此外，所有波長的波前測量誤差從約從10λ減小到約0.1λ(在球面參考孔徑后測量)。
傾斜照明
為了研究其他像差，以較小的入射光傾角(0.25°)重復(fù)模擬。結(jié)果表明，像差校正對非正入射光也有效。
傾斜照明
在傾斜照明的情況下，測量的像差在單個波長以下表現(xiàn)出非常小的彗差和散光值，因此不是很顯著。
文件信息
延伸閱讀
◇ Herrig Schiefspiegler望遠(yuǎn)鏡
◇ 用于激光導(dǎo)引星的無焦系統(tǒng)
◇ 波前誤差探測器
展開 VirtualLab：施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡
摘要
施密特-卡塞格林望遠(yuǎn)鏡是業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡中非常受歡迎的設(shè)計，因為它具有高對比度和低像差效應(yīng)。它由施密特校正板和卡塞格林反射鏡組成。卡塞格林反射鏡由一個凹面主鏡和一個凸面副鏡組成，凹面主鏡用于聚焦光線，凸面副鏡用于將光線通過主鏡上的一個孔重定向回去。即使短筒也可提供長焦距。施密特板本身是一個非球面透鏡，用于校正球面像差。
建模任務(wù)
施密特校正板
主鏡背面
反射鏡正面
孔徑
澤尼克&賽德爾像差探測器
總結(jié) - 元件
…
球差
為了證明施密特校正板的效果，在有和沒有它的情況下進行了模擬。在沒有校正板的情況下，焦平面上存在強烈的球差(真實彩色視圖)。
球差
在偽彩色中，可以更定量地評估校正效果。結(jié)果表明，修正后的焦點表現(xiàn)出大兩個數(shù)量級的能量密度。此外，所有波長的波前測量誤差從約從10λ減小到約0.1λ(在球面參考孔徑后測量)。
傾斜照明
為了研究其他像差，以較小的入射光傾角(0.25°)重復(fù)模擬。結(jié)果表明，像差校正對非正入射光也有效。
傾斜照明
在傾斜照明的情況下，測量的像差在單個波長以下表現(xiàn)出非常小的彗差和散光值，因此不是很顯著。
文件信息
延伸閱讀
◇
Herrig Schiefspiegler望遠(yuǎn)鏡
◇ 用于激光導(dǎo)引星的無焦系統(tǒng)
◇ 波前誤差探測器
展開 工業(yè)奧林巴斯光學(xué)顯微鏡BX53M
光學(xué)性能方面，BX53M搭載UIS2系列高性能物鏡，具備出色的波前像差校正能力，在提升圖像銳度與對比度的同時，保留亮區(qū)與暗部細(xì)節(jié)。結(jié)合PRECiV軟件的全景拼接與景深擴展功能，即使面對大尺寸或高低起伏樣品，亦可生成高分辨率、全清晰度的合成圖像。內(nèi)置測量工具支持即時尺寸評估，滿足產(chǎn)線現(xiàn)場對快速判定的需求。
BX53M不僅繼承了傳統(tǒng)光學(xué)顯微技術(shù)的可靠性，更融合現(xiàn)代數(shù)字成像與智能控制理念，為工業(yè)質(zhì)量管控、失效分析及新材料開發(fā)提供精準(zhǔn)、高效且高度可定制的顯微解決方案。
雜散光干擾成像質(zhì)量？OAS光學(xué)軟件解難題
庫克三片式鏡頭作為經(jīng)典的光學(xué)結(jié)構(gòu)，因其在像差校正方面的優(yōu)異表現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于攝影、遙感等領(lǐng)域。本案例基于 OAS 光學(xué)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(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐與優(yōu)化方向，助力提升光學(xué)系統(tǒng)的整體性能。
案例設(shè)置與操作
光源參數(shù)配置
本案例中，光源采用半孔徑為 12.1mm 的平行光源，該設(shè)置模擬了遠(yuǎn)距離平行光入射的實際應(yīng)用場景。光源波長設(shè)定為 0.55μm，此波長處于可見光波段中心位置，是光學(xué)系統(tǒng)性能測試的常用基準(zhǔn)波長，能夠有效反映系統(tǒng)在可見光范圍內(nèi)的雜散光特性。
探測器設(shè)置
為精準(zhǔn)捕捉雜散光信號并降低噪聲干擾，探測器進行了特殊的光線過濾設(shè)置。具體參數(shù)為生成子光線代數(shù)等于 2，通過該設(shè)置可對入射光線進行精細(xì)化拆分與追蹤，提高雜散光檢測的靈敏度與準(zhǔn)確性，確保分析結(jié)果的可靠性。
庫克三片式反向追跡的三維追跡圖
庫克三片式反向追跡的探測器結(jié)果圖
總結(jié)
本案例通過反向追跡技術(shù)，能夠精準(zhǔn)模擬庫克三片式鏡頭在平行光入射條件下的雜散光傳播路徑與能量分布情況。借助 OAS 軟件強大的光線追跡與分析功能，用戶可直觀獲取雜散光在系統(tǒng)內(nèi)的產(chǎn)生源頭、傳播規(guī)律及對探測器的影響程度，為鏡頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、遮光設(shè)計及鍍膜工藝改進提供量化依據(jù)。
展開 VirtualLab Unity應(yīng)用：卡塞格林望遠(yuǎn)鏡
應(yīng)用場景
卡塞格林望望遠(yuǎn)鏡廣泛應(yīng)用于天文觀測，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡廣泛應(yīng)用于天文觀測、空間成像和激光測距等領(lǐng)域，憑借其折疊光路設(shè)計，實現(xiàn)了長焦距與緊湊結(jié)構(gòu)的結(jié)合，具有口徑大、像差校正能力強和易于安裝探測器等優(yōu)點。在本案例中，將通過設(shè)計一個典型的折返式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，演示在 VLU 中的光學(xué)設(shè)計流程，包括初始結(jié)構(gòu)建立、像差分析、評價函數(shù)定義、優(yōu)化。
案例說明
設(shè)計結(jié)果
設(shè)計結(jié)果如下，像質(zhì)，系統(tǒng)規(guī)格、額外系統(tǒng)限制以及加工要求均滿足預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。
優(yōu)化后系統(tǒng)的3D光線追跡視圖
初始系統(tǒng)生成
評價函數(shù)定義
根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格、額外系統(tǒng)限制以及像質(zhì)與加工要求，定義了各種與之對應(yīng)的評價函數(shù)。
優(yōu)化
通過采用POWELL算法進行優(yōu)化后，滿足了像質(zhì)要求 1-3，系統(tǒng)規(guī)格 2-3、額外系統(tǒng)限制1-2以及加工要求1。
通過采用POWELL算法進行優(yōu)化后，滿足了像質(zhì)要求 1-3，系統(tǒng)規(guī)格 2-3、額外系統(tǒng)限制1-2以及加工要求 1，此外系統(tǒng)規(guī)格1在生成初始系統(tǒng)時已滿足。
展開 高功率激光擴束難控像差？OAS軟件搞定系統(tǒng)性能優(yōu)化
本案例依托 OAS 光學(xué)軟件，完成激光擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)的全流程建模、仿真、優(yōu)化與性能驗證，精準(zhǔn)量化光束傳播特性、像差水平與準(zhǔn)直性能，為工程化設(shè)計提供可靠數(shù)據(jù)支撐與優(yōu)化方向。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
采用 OAS 軟件序列光線追跡模式，構(gòu)建擴束準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，由負(fù)透鏡與正透鏡組合而成，無內(nèi)部實焦點，適配高功率激光應(yīng)用場景。透鏡材料選用熔融石英，匹配紅外波段低吸收與高激光損傷閾值需求；表面鍍制寬帶增透膜，控制反射率，提升光能利用率。
光源與探測器設(shè)置
在軟件光源模塊中創(chuàng)建高斯光束光源，精準(zhǔn)匹配實際激光器輸出模式，設(shè)定束腰半徑、光軸方向與能量分布。于系統(tǒng)出射端設(shè)置近場光斑探測器、遠(yuǎn)場發(fā)散角探測器與波前探測器，同步采集光束直徑、發(fā)散角、能量分布及波前畸變數(shù)據(jù)，排除環(huán)境噪聲與無效信號干擾，保障結(jié)果準(zhǔn)確性。
分析優(yōu)化
執(zhí)行序列光線追跡，生成三維光路追跡圖與光束傳播動畫，直觀呈現(xiàn)擴束、準(zhǔn)直全過程。以發(fā)散角最小化、波前誤差最優(yōu)化為目標(biāo)，啟用軟件內(nèi)置優(yōu)化算法，將透鏡曲率半徑、厚度、空氣間隙設(shè)為變量，自動校正球差、彗差等初級像差，完成多目標(biāo)迭代優(yōu)化。通過公差分析模塊，評估元件加工與裝調(diào)誤差對系統(tǒng)性能的影響，給出工程容錯范圍。
總結(jié)
本案例借助 OAS 光學(xué)軟件完成激光擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)全流程設(shè)計與仿真，實現(xiàn)從概念建模到性能驗證的一體化閉環(huán)，高效解決擴束倍率、發(fā)散角控制、像差校正等關(guān)鍵問題。軟件跨尺度仿真、智能優(yōu)化與多維度分析能力，可縮短設(shè)計周期、降低實物試制成本，提升系統(tǒng)可靠性與工程適配性，為激光應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)系統(tǒng)研發(fā)提供高效、精準(zhǔn)的國產(chǎn)工具支撐。
展開 Zemax案例 | 基于micro-LED的車載AR-HUD光路設(shè)計
但micro-LED的“小尺寸”也帶來新挑戰(zhàn)：要實現(xiàn)駕駛員清晰觀測的大虛像（需≥50inch），需通過光路系統(tǒng)將圖像放大120倍以上，同時需解決“高倍放大下的像差校正”與“陽光倒灌燒屏”問題。
光路系統(tǒng)整體設(shè)計：雙級放大架構(gòu)，實現(xiàn)125倍成像
為平衡“高放大倍率”與“小系統(tǒng)體積”，團隊設(shè)計“預(yù)放大+主放大”雙級架構(gòu)，通過“放大鏡組（5倍）+離軸三反自由曲面鏡組（25倍）”的疊加，最終實現(xiàn)125倍信號放大，同時利用離軸結(jié)構(gòu)消除成像遮攔，自由曲面鏡校正像差。
2.1系統(tǒng)光路原理（圖1）
micro-LED圖像源發(fā)出的光線，先經(jīng)放大鏡組與折疊平面鏡投射到擴散屏形成實像；擴散屏上的光線再經(jīng)自由曲面鏡M1、M2兩次反射放大后，投射到汽車擋風(fēng)玻璃，最終反射進入駕駛員眼盒，形成距離7.7m、尺寸86.85inch的虛擬圖像。
這一架構(gòu)的核心優(yōu)勢在于：
預(yù)放大階段（放大鏡組）將micro-LED的小尺寸圖像先放大5倍，減輕主光路（自由曲面鏡組）的放大負(fù)擔(dān)，節(jié)省儀表臺安裝空間；擴散屏不僅作為“中間像面”，還能勻化光線，提升成像均勻性；離軸三反結(jié)構(gòu)搭配自由曲面鏡，可抵消擋風(fēng)玻璃的固有像差，實現(xiàn)無遮攔大視場成像。
圖1 系統(tǒng)光路原理圖
利用ZEMAX實現(xiàn)像質(zhì)與體積的精準(zhǔn)平衡
以ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件為核心工具，通過“逆向建模-參數(shù)優(yōu)化-正向驗證”的流程，完成自由曲面鏡組與放大鏡組的設(shè)計，確保高倍放大下的成像質(zhì)量。
1.自由曲面鏡組：Zernike多項式校正像差，MTF性能優(yōu)異
自由曲面鏡是非旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)球面鏡更靈活地校正像差，尤其適合micro-LED高倍放大場景。
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