離軸三反光學系統設計的案例
宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計-有福利
今天就讓我們一起來學習離軸三反光學系統設計，領略宏語言賦予的光學設計之美。下面我們來了解一下：
《宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計》
READING
宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計
內容簡介
離軸三反簡介
反射
式光學系統由于其無色差特性，在很多領域非常受歡迎。傳統的同軸兩反的光學系統對于存在遮攔，視場小等問題 ， 目前離軸三反 （ Three-Mirror Anastigmat，TMA）光學系統也已經成為了趨勢，由于其多了更多的優化變量， 可以校正全部的初級像差，使得其性能更加，可以實現無遮攔，大視場，大相對孔徑，成像質量高，另外可實現長焦距等。
離軸三反設計
更詳細的介紹可以查閱國內外論文，每個光學系統設計之前，其使用背景需調研詳細，方能設計出比較合適的光學系統。
展開 宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計-有福利
今天就讓我們一起來學習離軸三反光學系統設計，領略宏語言賦予的光學設計之美。下面我們來了解一下：
《宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計》
READING
宏語言賦予的光學設計之美 離軸三反光學系統設計
內容簡介
離軸三反簡介
反射
式光學系統由于其無色差特性，在很多領域非常受歡迎。傳統的同軸兩反的光學系統對于存在遮攔，視場小等問題 ， 目前離軸三反 （ Three-Mirror Anastigmat，TMA）光學系統也已經成為了趨勢，由于其多了更多的優化變量， 可以校正全部的初級像差，使得其性能更加，可以實現無遮攔，大視場，大相對孔徑，成像質量高，另外可實現長焦距等。
展開 VirtualLab Unity應用：離軸三反系統
案例說明
離軸三反系統廣泛應用于航天遙感、天文觀測、高端光譜儀及高分辨率成像設備中，用于實現大視場范圍內的高清成像、消除中心遮擋影響以及滿足寬光譜成像需求。其具有性能卓越（通常由三片反射鏡組成）、成像對比度高、光譜適應性強的優點，適合應用于對成像分辨率和環境適應性要求嚴苛的高端光學系統。在本案例中，將在 VLU 中演示離軸三反系統的設計過程，包括初始系統生成、評價函數定義、優化以及結果展示。
SYNOPSYS光學設計軟件課程六十六：離軸反射式光學系統初始結構設計
<p>根據現代光電信息技術對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需求，光學面形可由不規則、復雜非對稱的自由曲面隨意組合而成。光學中的自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的曲面，主要是指任意非傳統、非對稱的曲面，以及微結構數組和參數向量表示的任何形狀的曲面。</p><p><br></p><p>采用先進的數控超精密制造技術可直接加工出自自由曲面光學鏡面，能達到亞微米量級面形精度與納米量級的表面粗糙度。</p><p><br></p><p>自由曲面廣泛的應用在以下領域：投影鏡頭、衍射光學器件、頭盔式顯示器、車燈反射面、LED照明系統、汽車HUD抬頭顯示、離軸系統等等。</p><p><br></p><p>本文將展示使用synopsys軟件進行離軸反射式光學系統初始結構的設計</p><p><br></p><p>第一步是繪制設計簡圖。</p><p><br></p><p>這是一個有三個反射鏡的例子，如下圖所示。光線從表面1的左側進入，依次經過位于2,3,4處的反射鏡，然后進入5處的像面。
展開 
VirtualLab Unity應用：離軸三反系統
應用場景
離軸三反系統廣泛應用于航天遙感、天文觀測、高端光譜儀及高分辨率成像設備中，用于實現大視場范圍內的高清成像、消除中心遮擋影響以及滿足寬光譜成像需求。其具有性能卓越（通常由三片反射鏡組成）、成像對比度高、光譜適應性強的優點，適合應用于對成像分辨率和環境適應性要求嚴苛的高端光學系統。在本案例中，將在 VLU 中演示離軸三反系統的設計過程，包括初始系統生成、評價函數定義、優化以及結果展示。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
評價函數定義
優化
展開 線上免費講座 | 光學鏡頭——離軸系統、HUD 系統等設計
由墨光光學工程師為大家講解此次直播課程，主要講解內容圍繞
離軸系統、HUD 系統等設計
開展，課程直播亮點如下：
1、自由曲面概述
2、離軸系統初始設計及優化
3、HUD 初始設計及優化
參與方式：
請關注武漢墨光公眾號，并掃描下方二維碼，添加墨光工作人員企業微信邀您入群即可參與線上直播
直播時間：2021年8月10日
（周二晚：19:00-20:00)
電話：18696118912
郵箱：market@asdoptics.com
光學軟件供應 軟件定制開發
科學計算軟件 機械設計軟件
光學軟件培訓 光學解決方案
光學儀器設備 光學鏡頭設計
高校輔助教學方案 BSDF測量
衍射光學元件設計開發
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電話：18696118912
展開 離軸反射式光學系統面型選擇及其優化 | SYNOPSYS 光學設計軟件課程第67課
<p>根據現代<span style="color: var(--weui-LINK);">光電信息技術</span>對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需求，光學面形可由不規則、復雜非對稱的自由曲面隨意組合而成。光學中的自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的曲面，主要是指任意非傳統、非對稱的曲面，以及微結構數組和參數向量表示的任何形狀的曲面。</p><p> </p><p>采用先進的數控超精密制造技術可直接加工出自自由曲面光學鏡面，能達到亞微米量級面形精度與納米量級的表面粗糙度。</p><p> </p><p>自由曲面廣泛的應用在以下領域：投影鏡頭、衍射光學器件、頭盔式顯示器、車燈反射面、LED 照明系統、汽車 HUD 抬頭顯示、離軸系統等等。</p><p> </p><p>本文將在課程六十六中的自由曲面初始結構的基礎上展示使用 SYNOPSYS 軟件進行離軸反射式光學系統設計以及優化過程。</p><p> </p><p>首先這里展示選取特殊面型作為反射鏡的方式：以上次課程中的優化宏為例： </p><p><br></p><p><strong><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/sITFjEClTzAvwIeLdeYia5plHMVOx6TxbUN8icZIR2icFxuMnlMKNsyYTqvp0H21oDXJNEGbDavsqIZ14Aa09PbHA/640?
展開 SYNOPSYS | 用 FFBUILD設計離軸自由曲面系統
用 FFBUILD (Freeform Build) 設計離軸自由曲面系統
點擊復制公眾號鏈接查看視頻詳情：https://mp.weixin.qq.com/s/enb1f7KaCMKkXvEBDXNtJg
SYNOPSYS | 用 FFBUILD設計離軸自由曲面系統
點擊復制墨光公眾號鏈接查看視頻鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/enb1f7KaCMKkXvEBDXNtJg
Zemax案例 | 基于Zemax大型階梯軸直徑測量光學系統的設計突破
引言
在高速列車、航空航天、船舶制造等高端裝備領域，大型階梯軸作為核心傳動部件，其直徑測量精度直接決定了裝備的裝配精度與運行可靠性。傳統測量方法受限于接觸式干擾、環境敏感性等問題，難以滿足現代工業對高精度、高效率測量的需求。光學成像測量法憑借非接觸、抗干擾強等優勢成為主流選擇，但透鏡裝配偏心導致的光軸不重合、測量誤差大等技術瓶頸，長期制約著測量精度的提升。長春理工大學段潔副教授團隊基于Zemax光學設計軟件成功研發出對稱式雙遠心光路-雙CCD光學成像系統[1]，有效解決了大型階梯軸直徑測量的精度難題。本文將深度解析該系統的設計邏輯、Zemax仿真優化過程及工程應用價值，展現光學設計軟件在高端制造領域的核心賦能作用。
大型階梯軸測量的技術瓶頸
大型階梯軸的直徑通常在600mm-800mm之間，其尺寸精度直接影響裝備的傳動效率和運行穩定性。在實際生產中，測量設備面臨多重技術挑戰：
傳統接觸式測量易造成工件表面損傷，且測量誤差受壓力、溫度等環境因素影響顯著；超聲波測量、偏振成像測量等非接觸方法存在抗干擾能力弱、精度不足等問題；光學成像系統因透鏡裝配偏心、光軸不重合，導致準直性下降，測量誤差難以控制；現有光學系統或結構復雜、或視場過?。ㄈ绮糠?em>系統物方線視場僅60mm），無法適配大型階梯軸測量需求。
隨著高端裝備制造對精度要求的不斷提升，行業迫切需要一款兼具大視場、高精度、高穩定性的光學成像測量系統。
基于Zemax的對稱式雙遠心光路設計
團隊提出的對稱式雙遠心光路-雙CCD測量方法，以平面反射鏡誤差補償為核心創新點，通過Zemax軟件完成光路設計、參數優化與性能仿真，構建了滿足大型階梯軸測量需求的光學系統。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十九：設計自由曲面反射系統
課程三十九：設計自由曲面反射系統
SYNOPSYS 提供可以簡化設計自由曲面的過程。閱讀幫助文件中的 FFBUILD。我們將展示如何設計一個具有自由曲面的反射系統。
第一步是初略的列出幾何圖形。這里有一個離軸三反鏡的例子:
光將從表面1的左側進入，打到 2,3 和 4 的反射鏡，然后進入 5 處的像面。這是 FFBUILD 的輸入：
FFBUILD
SYSTEM
ID EXAMPLE FFBUILD
OBB 0 2 12 2 2
WAVL CDF
UNI MM
CFOV
END
GEOM
2 MIRROR 0 0 140
3 MIRROR 0 40 30
4 MIRROR 0 40 120
5 IMAGE 0 -30 60 -7 7
END
SHAPES
2 ZERN
3 ZERN
4 ZERN
END
在這個例子中，反射鏡將被分配 Zernike 多項式，它接受多達 36 個系數，這些系數是表面上極坐標的函數。由于 FFBUILD 僅支持具有雙邊對稱性的設計，因此不會使用 X 中的非對稱項。
以上輸入包含：圓形半視場角為 2 度，半孔徑為 25 毫米。
展開 
SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十九：設計自由曲面反射系統
SYNOPSYS提供可以簡化設計自由曲面的過程。閱讀幫助文件中的FFBUILD。我們將展示如何設計一個具有自由曲面的反射系統。
第一步是初略的列出幾何圖形。這里有一個離軸三反鏡的例子:
光將從表面1的左側進入，打到2,3和4的反射鏡，然后進入5處的圖像平面。這是FFBUILD的輸入：
FFBUILD
SYSTEM
ID EXAMPLE FFBUILD
OBB 0 2 25 0
WL CDF
UNI MM
CFOV
END
GEOM
2 MIRROR 0 0 140
3 MIRROR 0 40 30
4 MIRROR 0 40 120
5 IMAGE 0 -30 60 -10 10
END
SHAPES
2 ZERN
3 ZERN
4 ZERN
END
在這個例子中，反射鏡將被分配Zernike多項式，它接受多達36個系數，這些系數是表面上極坐標的函數。 由于FFBUILD僅支持具有雙邊對稱性的設計，因此不會使用X中的非對稱項。
以上輸入包含：圓形半視場角為2度，半孔徑為25毫米。我們運行上面的輸入文件，它將產生兩個結果：一個鏡像系統（目前有平面）和一個優化MACro，它包含了完善這個設計所需的大部分輸入。系統如下：
優化 MACro 的命令行很長，包含了Y和Z中鏡面的角度和全局位置的變量，以及鏡面上的Zernike系數的變量。但是，大多數變量都被注釋掉了，因為我們發現，如果您首先粗略地設計出只有半徑和角度變化的設計，然后根據需要逐漸添加其他變量，那么這個過程會更好。這是 MACro 的一部分;綠色的命令行被注釋掉了。
展開 OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（三）
一、目標在有限距離的顯微連續變焦系統
對于系統目標在有限遠的顯微系統，操作方式和前面相同。只是在建立初始數據時在參數表的物面距離上填寫系統物距值。
圖1.顯微系統連續變倍系統初始數據
然后發現界面上顯示的不是系統焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數值孔徑NA0、像方數值孔徑NA0以及系統最小焦距等內容。
圖2.顯微系統連續變倍系統數據填寫
此外，還有事系統物方高度和像方高度的兩種選擇，不過由于只有兩種選擇，只有點擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統物高的設計系統
圖4.顯微系統像高的設計系統
除此還由于系統是有物距的顯微系統，對系統入射光線應輸入系統數值孔徑值，這包括物方數值孔徑和像方數值孔徑兩種選擇。此時點擊“物方數值孔徑NA0”或“像方數值孔徑NA0”即可自動轉換，由于系統選用數值孔徑角度的數據，入瞳都在前表面，因此不許設置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統物方數值孔徑的設計系統
圖6.顯微系統像方數值孔徑的設計系統
為了顯示變焦系統的其他圖形及數據，通過工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統運動曲線、變焦定格、凸輪曲線和像面位移曲線等。
圖7.顯微系統連續變焦的各種曲線圖
圖8.顯微系統連續變焦的動畫展示
圖9.顯微系統連續變焦的變焦定格
圖10.顯微系統連續變焦的凸輪曲線
圖11.顯微系統連續變焦的像面位移
展開 OCAD應用：連續變焦光學系統總體布局設計（三）
一、目標在有限距離的顯微連續變焦系統
對于系統目標在有限遠的顯微系統，操作方式和前面相同。只是在建立初始數據時在參數表的物面距離上填寫系統物距值。
圖1.顯微系統連續變倍系統初始數據
然后發現界面上顯示的不是系統焦距值，而是初始放大率值以及變倍比、物面高度、像面高度、物方數值孔徑NA0、像方數值孔徑NA0以及系統最小焦距等內容。
圖2.顯微系統連續變倍系統數據填寫
此外，還有事系統物方高度和像方高度的兩種選擇，不過由于只有兩種選擇，只有點擊文字“物方高度”或“像方高度”即可真的轉換，如下圖3和圖4所示。
圖3.顯微系統物高的設計系統
圖4.顯微系統像高的設計系統
除此還由于系統是有物距的顯微系統，對系統入射光線應輸入系統數值孔徑值，這包括物方數值孔徑和像方數值孔徑兩種選擇。此時點擊“物方數值孔徑NA0”或“像方數值孔徑NA0”即可自動轉換，由于系統選用數值孔徑角度的數據，入瞳都在前表面，因此不許設置光欄位置。如下圖5和圖6所示。
圖5.顯微系統物方數值孔徑的設計系統
圖6.顯微系統像方數值孔徑的設計系統
為了顯示變焦系統的其他圖形及數據，通過工具條中“變焦”按鈕的子按鈕，如圖7-圖11所示，分別顯示系統運動曲線、變焦定格、凸輪曲線和像面位移曲線等。
圖7.顯微系統連續變焦的各種曲線圖
圖8.顯微系統連續變焦的動畫展示
圖9.顯微系統連續變焦的變焦定格
圖10.顯微系統連續變焦的凸輪曲線
圖11.顯微系統連續變焦的像面位移
展開 教師節感恩福利?。∷兕I→
武漢宇熠特別推出本次教師節福利活動，詳情見下文
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