光學畸變分析的案例
Ansys Speos | 擋風玻璃光學畸變分析
TL 957 標準規定了硅酸鹽玻璃車輛玻璃板的要求和測試，其中第9.2節詳細說明了光學畸變測試。盡管測試名為“光學畸變”，但實際測量的是屈光率。屈光度的計算方式如圖所示：
圖中展示了擋風玻璃的橫截面。兩條光線自左向右穿過玻璃。位于頂部的光線在點M與玻璃發生相互作用，而底部的光線則在點M’處發生相互作用。兩個偏轉角分別標記為α1和α2，它們代表了從擋風玻璃射出的光線（即透射光線）與入射光線之間的夾角。
在位置M處的屈光度DM可以通過在M點的光學畸變值ΔαM除以ΔX來計算。光學畸變值定義為在距離上的偏轉角度差。基于上圖，光學畸變值是通過計算位置M和M′處存在的擋風玻璃上的兩條傳輸光線之間的角度來得到的。在標準TL 957中，使用在4個M′點測量的最大光學畸變值來計算折射力，如下圖所示。
本文闡述了如何運用Speos軟件分析汽車擋風玻璃的光學畸變。本示例將介紹一個Speos擋風玻璃分析項目。基于特定擋風玻璃幾何形狀，將生成一個光學畸變圖和一個屈光度圖。
綠色點代表位于M位置的光線。在中心光線M′的上方、下方、左側和右側的其他四條光線被用來獲得最大的光學畸變值。在標準的TL 957中，距離值?X被設定為12毫米。
還有其他標準以類似但略有不同的方式定義了光學畸變分析。例如：聯合國歐洲經濟委員會的第43號法規（ECE R43）。在第43號法規中，距離值?X設定為4毫米，并且要求使用16條光線來獲得最大光學畸變值。
在這個例子中，為了演示目的，使用了材料為PMMA的簡單單層擋風玻璃。光學畸變是根據TL 957標準的定義計算的。您需要安裝以下工具：
Ansys Speos 2023R2或更高版本。
在鏈接中說明的Python版本。
展開 VirtualLab Fusion應用：畸變分析儀
因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。使用掃描鏡頭的有效焦距（??'），可以計算出焦平面的參考位置，這主要取決于入射角。
f’：有效焦距。
θ：入射角度。
yBundle：光線束的側向位置
yRef：參考光線的側向位置
畸變定義
F-tan(theta)畸變：yRef=f’tan(θ)
F-theta畸變：yRef=f’θ
光線束的位置（??Bundle）。
- Central ray：連接視野的外點和瞳孔的中心
- Centroid：與物理相關的是能量中心點
哪里可以找到畸變分析器
要分析的組件
畸變分析器計算由透鏡或物鏡在定義的角度范圍內引入的光束的畸變。它的工作獨立于實際的光學系統及其參數，因此，具體的參數需要在分析器內定義。
要分析的組件：定義應分析的組件。一個下拉菜單將顯示所有可用的選項。如果有多個具有相同名稱的組件，組件下面的索引將有助于區分它們。
展開 VirtualLab：畸變分析器
因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。使用掃描鏡頭的有效焦距（??'），可以計算出焦平面的參考位置，這主要取決于入射角。
f’：有效焦距。
θ：入射角度。
yBundle：光線束的側向位置
yRef：參考光線的側向位置
畸變定義
F-tan(theta)畸變：yRef=f’tan(θ)
F-theta畸變：yRef=f’θ
光線束的位置（??Bundle）。
- Central ray：連接視野的外點和瞳孔的中心
- Centroid：與物理相關的是能量中心點
哪里可以找到畸變分析器
要分析的組件
畸變分析器計算由透鏡或物鏡在定義的角度范圍內引入的光束的畸變。它的工作獨立于實際的光學系統及其參數，因此，具體的參數需要在分析器內定義。
要分析的組件：定義應分析的組件。一個下拉菜單將顯示所有可用的選項。如果有多個具有相同名稱的組件，組件下面的索引將有助于區分它們。
有效焦距
計算有效焦距的失真：如果該選項被選中，有效焦距（??′）將通過評估所選組件自動確定。否則，可以根據用戶的要求設置評估距離。
展開 ASAP 高級光學系統分析軟件，光學系統雜散光分析與控制第28屆培訓班
ASAP 高級光學系統分析軟件，光學系統雜散光分析與控制第28屆培訓班
VirtualLab Fusion應用：畸變分析儀
因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。使用掃描鏡頭的有效焦距（??'），可以計算出焦平面的參考位置，這主要取決于入射角。
f’：有效焦距。
θ：入射角度。
yBundle：光線束的側向位置
yRef：參考光線的側向位置
畸變定義
F-tan(theta)畸變：yRef=f’tan(θ)
F-theta畸變：yRef=f’θ
光線束的位置（??Bundle）。
- Central ray：連接視野的外點和瞳孔的中心
- Centroid：與物理相關的是能量中心點
哪里可以找到畸變分析器
要分析的組件
畸變分析器計算由透鏡或物鏡在定義的角度范圍內引入的光束的畸變。它的工作獨立于實際的光學系統及其參數，因此，具體的參數需要在分析器內定義。
要分析的組件：定義應分析的組件。一個下拉菜單將顯示所有可用的選項。如果有多個具有相同名稱的組件，組件下面的索引將有助于區分它們。
有效焦距
計算有效焦距的失真：如果該選項被選中，有效焦距（??′）將通過評估所選組件自動確定。否則，可以根據用戶的要求設置評估距離。
分析器的設置
位置（畸變類型，見第4頁）
- 參考位置
- 計算的光線束位置
輸出(結果顯示)
- 絕對畸變[m]或相對畸變[%]
- 角度范圍：定義沿著哪個方向掃描畸變（組件的X軸或Y軸，在這兩種情況下都可以使用正或負的范圍）。
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因此，對任何光學工程師來說，能夠詳細分析它們的性能是至關重要的。一個眾所周知的不利影響是畸變，它導致光束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。在這個使用案例中，我們介紹了一個工具，以球面透鏡為例，研究這種效應。
畸變定義
畸變與主光線的球面像差相對應。它被定義為光線束的橫向位置相對于焦平面的參考位置的偏差。使用掃描鏡頭的有效焦距（??'），可以計算出焦平面的參考位置，這主要取決于入射角。
f’：有效焦距。
θ：入射角度。
yBundle：光線束的側向位置
yRef：參考光線的側向位置
畸變定義
F-tan(theta)畸變：yRef=f’tan(θ)
F-theta畸變：yRef=f’θ
光線束的位置（??Bundle）。
- Central ray：連接視野的外點和瞳孔的中心
- Centroid：與物理相關的是能量中心點
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要分析的組件
畸變分析器計算由透鏡或物鏡在定義的角度范圍內引入的光束的畸變。它的工作獨立于實際的光學系統及其參數，因此，具體的參數需要在分析器內定義。
要分析的組件：定義應分析的組件。一個下拉菜單將顯示所有可用的選項。如果有多個具有相同名稱的組件，組件下面的索引將有助于區分它們。
有效焦距
計算有效焦距的失真：如果該選項被選中，有效焦距（??′）將通過評估所選組件自動確定。否則，可以根據用戶的要求設置評估距離。
分析器的設置
位置（畸變類型，見第4頁）
- 參考位置
- 計算的光線束位置
輸出(結果顯示)
- 絕對畸變[m]或相對畸變[%]
- 角度范圍：定義沿著哪個方向掃描畸變（組件的X軸或Y軸，在這兩種情況下都可以使用正或負的范圍）。
展開 什么是光學計算？如何在 COMSOL 中分析光學計算器件
光學計算是替代當前電子計算機的另一種可能形式。在這篇文章中，我們將探討光學計算的概念，并解釋了光學矩陣乘法網絡是如何工作的。我們還討論了如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件及其附加產品——波動光學模塊對光學計算設備進行建模。結合這些產品的使用，展示了在模擬大型光學系統時應用波束包絡法的優勢。
光學計算簡介
摩爾定律
在過去的幾十年里，計算機的能力一直呈指數級增長。這種增長遵循摩爾定律，即集成電路中的晶體管數量每兩年翻一番，而計算機的成本將降低。這使得我們今天享有的大部分現代技術成為可能。例如，主流計算機芯片完全基于晶體管等電子元件，每塊芯片的晶體管數量幾乎每兩年就會翻一番。為了跟上這種增長，并在可控的功率效率下提高計算機芯片的性能，芯片上的電子元件(包括晶體管)的小型化既關鍵又不可避免。盡管工程師們在這方面做了出色的工作，將晶體管從厘米尺度縮小到納米尺度，但重要的是要認識到，最終基本的限制將阻礙這類設備的發展。例如，當一個電子元件的尺寸接近原子水平時，量子效應將導致其功能不穩定。科學和工程界長期以來一直在考慮電子計算機的替代形式。最近引起廣泛關注的一種替代是光學計算——指用光(光子)而不是電流(電子)進行計算。
雖然光學計算是一項新興技術，但光學在信息技術中的應用已經有相當長的一段時間了，特別是利用光進行信息傳輸。損耗極低的光纖可以以光速長距離傳輸信息。光纖網絡設備常用于數據中心甚至普通家庭。然而，在商業化方面，利用光進行計算仍處于起步階段。
光學中的數學計算
眾所周知，某些光學過程對應于數學計算。例如，考慮光的衍射。當光通過衍射介質時，本質上是在進行傅里葉變換積分。然而，光學系統是否可以像我們今天擁有的計算機一樣進行通用數學計算，可能還不是很清楚。目前，光學計算有許多不同的形式。
展開 Moldex3D模流分析之光學射出光學件成型仿真
料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋，利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 線下培訓 | 《 ASAP 光學系統分析波動光學》正在招生中
ASAP · 光學系統分析波動光學 · 線下培訓
波動光學（wave optics）波動光學是光學中非常重要的組成部分，內容包括光的干涉、光的衍射、光的偏振等，無論理論還是應用都在物理學中占有重要地位。粒子在光場或其他交變電場的作用下，產生振動的偶極子，發出次波。用這樣模型來說明光的吸收、色散、散射、磁光、電光等現象，甚至光的發射也是一般波動光學的內容。
· 培訓主題
·
ASAP 光學系統波動光學
武漢墨光計劃2023年06月14日-16日在武漢舉辦《 ASAP 光學系統波動光學》線下培訓，共計三天。
本次課程涵蓋光源構造方法和相干光線追跡的 ASAP 方法。學習如何在光線追跡過程中正確地對物體進行采樣，如何將場傳播到邊緣和通過孔徑，以及如何將當前場分解為一組新的光束，識別和糾正場傳播問題。還將介紹適當的相干通量計算以及故障排除程序。
展開 [光學工程] JCMsuite納米光學仿真分析軟件
JCMsuite是一款來自德國JCMwave公司、最適于復雜納米光學系統的仿真和設計軟件。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。它提供易用的腳本環境、可集成分析工具（如MATLAB、Python等）、機器學習優化技術等功能。”
JCMsuite是一款功能強大且靈活的仿真計算軟件，最適于復雜納米光學系統的仿真和設計。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。JCMsuite為您提供易用的腳本環境使用界面，并能完全集成在數據分析工具包中，且通過最新的機器學習技術優化您的光學系統。
01
—
復雜光學系統的仿真
JCMsuite是一個完整且易用的有限元計算軟件，用于計算復雜納米光學系統中的電磁波、彈性和熱傳導。 基于數學和計算科學理論，JCMsuite擁有極短的計算時間、緊湊的數據空間需求和高度可靠性。
02
—
分析和優化
JCMsuite包含用于高效地分析和優化納米光學器件或其他光學系統特性的工具。高級的機器學習技術可以有效地搜尋最佳設計，并顯著縮短開發時間。
03
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JCMsuite技術
JCMsuite是基于先進的數學方法和計算科學技術。它利用有限元方法（FEM）的強大功能和靈活性來實現快速準確的仿真計算，并使用最新的機器學習技術來優化復雜的光學系統。
1、CAD和網格劃分工具
JCMsuite幾何創建和網格劃分工具專門用于光子應用。
形狀和幾何形狀：可以使用線性或彎曲單元創建各種CAD幾何圖形，例如2D和3D基元、擠出、圓角形狀和自由形狀等。
展開 在光源與光學器件研發中的應用——OAS光學分析軟件
OAS 光學分析軟件是第?款國產?主研發的序列/?序列光學系統設計和分析軟件，具有完整的系統整體設計與優化的功能。目前，OAS 光學分析軟件已成為光源與光學器件研發領域的重要工具。它以卓越的光學模擬精度、全面的分析功能、靈活的優化工具和用戶自定義擴展功能，助力研發人員將復雜的光學產品快速轉化為市場上的成熟產品。以下是OAS軟件在光源與光學器件研發中的幾個關鍵應用：
1.精確模擬：光學設計的基石
OAS 光學分析軟件提供的精確光學模擬功能，使得研發人員能夠創建和模擬各種光源和光學器件。無論是點光源、線光源還是面光源，甚至是復雜形狀的LED陣列，OAS都能輕松應對。這種高精度的建模能力為后續的仿真和優化提供了堅實的基礎，使得設計結果更加貼近實際產品。
2.深入分析：優化光學性能
OAS 光學分析軟件的光學分析功能覆蓋了幾何光學和波動光學的廣泛領域。它能夠模擬光線在光源中的發射、傳播和分布過程，幫助研發人員評估光源的發光特性，如光強分布、顏色均勻性等，并進行光譜分析和車燈設計模塊的仿真。這些分析工具使得研發人員能夠精確控制光源的性能，滿足不同應用場景的需求。
3.優化算法：提升設計效率
OAS 光學分析軟件內置了多種優化算法，如蒙特卡羅模擬、光線扇/網格等。研發人員可以設定優化目標，并指定優化參數的范圍。OAS將自動調整光源的結構和參數，以達到最佳效果。這種靈活的優化模式使得設計師能夠更高效地實現設計目標，提高產品的競爭力。
4.集成設計：協同光學元件
在光源與光學器件研發中，OAS 光學分析軟件提供了靈活的模型組合和光線追跡功能，使得研發人員能夠方便地模擬光源與光學元件之間的相互作用，優化整個光學系統的性能。這種集成設計方法不僅提高了設計效率，還確保了光學系統在實際應用中的穩定性和可靠性。
展開 
線上培訓 | 第15期《 ASAP 光學系統分析波動光學》招生中
· 培訓主題
·
ASAP 光學系統波動光學
武漢墨光將在2023年03月29日-31日舉辦《 ASAP 光學系統波動光學》線上培訓。共計三天18個課時。
本次課程涵蓋光源構造方法和相干光線追跡的 ASAP 方法。學習如何在光線追跡過程中正確地對物體進行采樣，如何將場傳播到邊緣和通過孔徑，以及如何將當前場分解為一組新的光束，識別和糾正場傳播問題。還將介紹適當的相干通量計算以及故障排除程序。
ZEMAX軟件應用專題：場曲和畸變分析圖是如何計算場曲值的？
使用附件中的樣本文件，近軸像面的全局Z坐標與視場0處的像面位置之差與場曲和畸變圖中的的Tan Shift相同。
FCGS和FCGT的操作原理相同。
Ansys Zemax國內可靠代理商
光研科技南京有限公司是國內可靠的光學軟件和儀器光電供應商，提供企業定制化上門培訓服務，承接各類光學設計項目，并有一系列自主編寫出版的光學設計書籍。公司擁有一支高素質、高水平、實戰經驗豐富的管理，銷售以及研發團隊，從成立到現在已經為廣大企業，研究所以及高校提供了很多優秀的產品和服務，是光電圈內值得信賴的企業。追光逐夢，研以致用！以用戶的需求為起點，為客戶提供有價值的光學產品和服務一直都是光研科技南京有限公司的宗旨。
官網：http://wavelab-sci.com.cn/
AnsysZemax光學軟件咨詢與訂購聯系方式
聯系人：南京光研 徐保平
手機號：15051861513
微信號：13627124798
您也可以掃一掃下面的二維碼直接咨詢
展開 Moldex3D模流分析之光學分析模組
光學分析的計算參數設定
這些設定完成后即可進行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊分析順序 (Analysis sequence)，并選擇光學分析 (Optics)－O，以執行光學分析（下圖）。
分析順序設定
3. 后處理 (Post-processing)
在窗口顯示輸出的流域分布圖標
檢視光學分析模塊的分析結果的簡單方法就是在窗口顯示流域分布圖標。基本顯示步驟如下圖。
步驟1：從Studio中選擇適合的項目。
?選擇想要的組別
?在分析結果／光學（Result/Optics）選擇想要的結果
?選擇結果項目，例如：流動引發的光學性質、熱性質或光學性質總合
步驟2：從顯示工具欄（Display Toolbar）中選擇圖標，在顯示窗口（Display Window）中選擇想要查閱的分析結果。相關范例如下。
選擇光學分析中充填階段時流動引發的雙折射結果
1. 檢視制程中由流動引發的雙折射 (Flow-induced Birefringence during the Processing)
在計算完成之后，能檢查在充填、保壓及冷卻階段時由流動引發的光學性質。例如：要檢視組別的結果，請在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結果（Result）> 光學分析（Optics）> 流動導致雙折射（flow-induced birefringence）。其結果將在顯示窗口（display window）中展現，如下圖。同樣地，使用相同的方法以檢視雙折射、光程差（下圖）、條紋級數與光彈條紋。
2.
展開 Moldex3D模流分析之光學分析模塊Optics
為什么使用塑料光學仿真?
Moldex3D 光學模塊(Optics)以現在光學組件逐漸輕薄短小之趨勢下，在狹小的流動空間下，流動導致之非等向性質將非常嚴重。所以成型過程所導致之雙折射、光程差及偏極化將成為射出成型之光學組件在設計制造上的主要瓶頸。Moldex3D光學模塊建立在真實三維實體技術上的流動分析，以黏彈性分析所預測出的流動殘留應力為出發，對于非等向性的分子排向而產生的雙折射現象能有良好的掌握。Moldex3D Optics提供使用者如何著手修改幾何外型、澆口設計、射速、保壓、冷卻系統等影響光學性質的重要加工因子。Moldex3D 更進一步與其他光學產品整合，如此用戶可以輸出變型結果及折射率分布后在如CODE V產品中來驗證設計。
受熱影響下的條紋級數與光彈條紋
挑戰
o 需求
? 產品微小化
? 高準確度
? 好的外觀質量
o 成型過程中會遇到的問題
? 流動不平衡
? 燒焦劣化
? 尺寸變型
? 材料相關問題
Moldex3D 解決方案
? 可視化光學塑件的充填行為
? 可視化流動導致之光程差、條紋級數與光彈條紋等光學性質
? 預測可能的成品瑕疵，包含短射、流動不平衡、尺寸收縮與翹曲變型
? 優化光學制造成型參數，包含充填速度、保壓壓力以及冷卻設計
? 利用與CODE V的整合，預測變形及折射率的分布不均
? 優化進澆及流道設計以提升產品質量
(a) 流動波前時間 (b) 翹曲變型
相機套筒的塑料射出成型模擬
(a) 流動導致條紋級數 (b) 流動導致光彈條紋
光學鏡片的塑料射出成型模擬
應用產業
? 光學產業
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