多尺度光學仿真的案例
將超透鏡建模集成到多尺度光學系統(tǒng)仿真中（Frank Wyrowski教授）
除了理論概念的探討之外，本文章還將包含多個仿真和設(shè)計示例。在結(jié)束這段介紹時，我們希望強調(diào)，LightTrans International 在平面透鏡（包括超透鏡（metalenses））的重要性問題上保持中立立場。我們的使命是為您提供強大的軟件工具，使您能夠在工作中探索平面透鏡技術(shù)的意義和應用。
圖1：幻燈片#6
第二章
多尺度的光學仿真
幻燈片 #9–10
超表面（Metasurfaces）利用具有高折射率的納米結(jié)構(gòu)（通常稱為meta-atoms或者metacells），排列在折射率較低的基底上。這一方法早已被提出 [2]，但近年來再次引起廣泛關(guān)注 [3]。如果希望對該領(lǐng)域有初步深入的了解，建議閱讀 Lalanne 和 Chavel 撰寫的綜述文章 [4]。此外，還推薦 Yang Fan 等人 撰寫的教程 [6]，其中包含大量補充參考資料。
幻燈片 #11–12
由于超表面（metasurfaces）由納米結(jié)構(gòu)組成，顯然幾何光學方法并不適用。相反，必須采用基于麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的電磁場理論，即通常所稱的物理光學（physical optics）。因此，在透鏡系統(tǒng)中整合超透鏡（metalenses）或其他平面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡曲面及其他光學元件結(jié)合，會形成一個多尺度系統(tǒng)（multiscale system）。這就需要一種跨尺度的光學建模方法，通常稱為多尺度光學仿真（multiscale optical simulation）。簡單來說，必須強調(diào)的是：多尺度仿真無法僅通過數(shù)據(jù)接口將多個光學軟件工具連接在一起實現(xiàn)。相反，它需要一個全面的策略，基于高階物理光學理論，為光學軟件提供堅實的理論基礎(chǔ)。對不同尺度的光學系統(tǒng)進行建模，需要在統(tǒng)一的物理光學框架內(nèi)集成多種不同的仿真模型。
展開 VirtualLab Fusion創(chuàng)始人 Frank Wyrowski教授 專家講堂 | 多尺度光學模擬與設(shè)計
<p class="ql-align-justify">VirtualLab Fusion創(chuàng)始人 Frank Wyrowski教授 專家講堂 | 多尺度光學模擬與設(shè)計的藝術(shù)2025年4月24日</p><p class="ql-align-justify">多尺度光學仿真的核心原理，上海嘉定共赴光學仿真互動探討之旅</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg" style="text-align: center;">
<img src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202502/attachment/98de19de81f0418b8e1b3a6740ad4108.jpg?
展開 2026 | OAS光學軟件-幾何光學與波動光學跨尺度仿真
02/幾何光學
在幾何光學領(lǐng)域，OAS 軟件基于光線追跡核心算法，為光學系統(tǒng)的研究與設(shè)計提供了高效、精準的一體化分析手段。
成像設(shè)計解決方案
光學軟件為成像系統(tǒng)設(shè)計提供從建模、優(yōu)化到分析的一體化平臺。它支持從基礎(chǔ)透鏡到復雜多重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的建模，可靈活設(shè)置孔徑、視場等關(guān)鍵參數(shù)并進行實時光路預覽。軟件內(nèi)置優(yōu)化算法，支持像差自動校正、多配置優(yōu)化和公差分析，能針對多目標進行自動化迭代優(yōu)化。在分析方面，軟件提供全面的像質(zhì)評估工具，包括MTF、點列圖、波前圖等，支持對成像系統(tǒng)的核心性能進行專業(yè)評估。
照明與汽車光學解決方案
軟件為照明和車燈設(shè)計提供了強大的虛擬仿真與優(yōu)化功能，能夠進行精準的光學性能與效果分析，完成自動化參數(shù)優(yōu)化與方案驗證。其核心功能完整覆蓋了車燈設(shè)計、激光雷達光學系統(tǒng)、抬頭顯示器（HUD）以及內(nèi)飾氛圍照明等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了從光源、光路到分析的全鏈路仿真，從而系統(tǒng)地滿足汽車行業(yè)在智能化與個性化趨勢下的光學創(chuàng)新需求。
雜散光解決方案
軟件能夠在儀器加工之前，通過高精度虛擬模型全面模擬和分析包括鬼像、衍射、散射及紅外熱輻射在內(nèi)的各類雜散光現(xiàn)象，并提供了如路徑分析和提取、自動篩選照明關(guān)鍵面等工具，為光學工程師提供從識別、評估到修正的一體化工具體系，從而在設(shè)計階段有效消除雜散光干擾，保障光學系統(tǒng)的高精度與可靠性。
光機解決方案
OAS內(nèi)置輕量化CAD核心，通過結(jié)合參數(shù)化與自由建模雙模式，提供從簡易機械結(jié)構(gòu)到復雜光學元件的一體化設(shè)計與建模支持，實現(xiàn)了光學、機械與電子領(lǐng)域在設(shè)計數(shù)據(jù)、仿真流程與工程變更層面的深度融合與高效協(xié)同。
展開 設(shè)計仿真 | 復合材料多尺度仿真平臺- Digimat 線下培訓
海克斯康工業(yè)軟件Digimat復合材料多尺度分析建模平臺能夠幫助用戶完成多種復合材料復雜工程分析，強度非線性失效分析、蠕變、疲勞、沖擊（考慮應變率效應）、NVH（頻率依賴）等，支持的復合材料類型包括：連續(xù)纖維（CFRP）、長&短纖維（SFRP）、纖維編織、針刺、晶須、顆粒、片層等增強相和包括樹脂基、金屬基、碳碳和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。Digimat提供的軟件接口幾乎涵蓋所有主流有限元軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)耦合分析，大幅提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的分析精度和能力。
現(xiàn)誠摯邀請您參加6月20、21日在上海舉辦的Digimat仿真分析線下培訓。本次培訓主要講解基于Digimat多尺度理論的SFRP結(jié)構(gòu)的力學聯(lián)合仿真分析。培訓涉及Digimat多尺度材料建模理論、材料庫、基于樣件測試結(jié)果的材料逆向標定、Digimat與模流軟件以及結(jié)構(gòu)有限元分析的接口以及基于Digimat RP 的注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能CAE分析流程及工程案例。
展開 
OAS光學軟件跨尺度仿真來助力
利用照度分析工具量化投影面均勻性，確保中心與邊緣照度差異控制在設(shè)計范圍內(nèi)；通過 MTF、點列圖、波前圖評估成像質(zhì)量，啟用像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，校正球差、色差與畸變，提升全視場清晰度。
借助雜散光分析模塊識別鬼像、界面反射與機械散射源，優(yōu)化膜層參數(shù)與遮光結(jié)構(gòu)，顯著降低雜光能量占比，提升畫面對比度。
總結(jié)
本案例基于 OAS 光學軟件完成 DMD 投影燈從建模、追跡到優(yōu)化的全流程仿真，精準獲取系統(tǒng)照明均勻性、成像質(zhì)量及雜散光分布等核心數(shù)據(jù)，驗證軟件在數(shù)字光學投影系統(tǒng)設(shè)計中的高精度與高效性。OAS 憑借跨尺度仿真、一體化光機建模及全面性能分析能力，可為 DMD 投影燈及同類數(shù)字光學系統(tǒng)提供從概念設(shè)計到工程驗證的完整解決方案，有效縮短研發(fā)周期、提升產(chǎn)品性能與可靠性。
展開 投影物鏡設(shè)計難點多？OAS跨尺度仿真精準實現(xiàn)
投影物鏡案例分析
簡介
投影物鏡作為光刻、投影顯示等領(lǐng)域的核心光學成像系統(tǒng)，由前級聚光、中繼像差校正及后級投影多組透鏡單元構(gòu)成，通過多級光線會聚與像差校正消除球差、色差等畸變，實現(xiàn)大視場、高分辨率的清晰成像，其成像精度與畸變控制能力直接決定終端設(shè)備的性能表現(xiàn)，需嚴格滿足高精度光學系統(tǒng)的設(shè)計標準。本項目基于 OAS 光學軟件，通過幾何與波動光學跨尺度仿真、光機一體化建模及多維度性能優(yōu)化，構(gòu)建高性能投影物鏡方案，突破傳統(tǒng)設(shè)計中像差耦合、雜散光干擾等核心瓶頸。
案例設(shè)置與操作
模型構(gòu)建
依托 OAS 光學元件數(shù)據(jù)庫，精準導入透鏡組、光學支架等核心組件參數(shù)，快速搭建投影物鏡完整光學模型。利用軟件內(nèi)置輕量化 CAD 核心，實現(xiàn)光學透鏡與機械結(jié)構(gòu)的一體化建模，支持參數(shù)化與自由建模雙模式，精準控制透鏡間距、面形公差至微米級，避免機械結(jié)構(gòu)對光路的遮擋與干擾，保障光學系統(tǒng)與機械結(jié)構(gòu)的適配性與穩(wěn)定性。
參數(shù)配置
以高分辨率、低畸變及大視場為核心設(shè)計目標，針對性設(shè)定光學性能、結(jié)構(gòu)適配、場景應用等關(guān)鍵參數(shù)。通過 OAS 實時光路預覽功能，動態(tài)觀測不同參數(shù)下的光路傳播狀態(tài)，實時優(yōu)化透鏡面形、曲率及組間排布方式，確保在光學系統(tǒng)緊湊設(shè)計的基礎(chǔ)上，滿足光刻、投影顯示等不同場景的成像需求。
展開 Digimat多尺度建模技術(shù)體系研究：復合材料仿真前沿進展
軟件概述與技術(shù)架構(gòu)
Digimat是由e-Xstream engineering（現(xiàn)歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當前復合材料仿真領(lǐng)域的標桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學框架，實現(xiàn)了從微觀纖維/基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預測。
核心技術(shù)特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數(shù)據(jù)庫包含500+種常見增強纖維和樹脂基體；
l 多物理場耦合能力：支持力學-熱學-電學耦合分析；
l 工業(yè)接口豐富：與Abaqus、ANSYS、LS-DYNA等主流CAE軟件無縫對接。
2. 核心功能評測
2.1 微觀尺度表征能力
Digimat-MF模塊通過代表性體積單元(RVE)方法，精確預測復合材料的局部應力/應變場。
展開 ICME | Schr?dinger攜手Ansys實現(xiàn)多尺度仿真，以應對材料至系統(tǒng)挑戰(zhàn)
樹脂屬性通過分層多尺度建模框架，向上傳遞至鋪層層級屬性，同時進一步了解工藝引起的材料性能波動，以及關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)與屬性關(guān)系。最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復合材料層合板屬性，并應用于目標物理系統(tǒng)。
線下培訓 | Digimat 復合材料多尺度分析 & Adams 剛?cè)狁詈?em>仿真
培訓目標：
? Digimat軟件功能和工程應用
? 多尺度分析理論以及Digimat的軟件功能實現(xiàn)（含案例操作）。基于上述培訓內(nèi)容，讓學員建立起CFRP材料體系常用多尺度分析的能力，為相關(guān)領(lǐng)域的深入應用提供基礎(chǔ)。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現(xiàn)場參加自備電腦
培訓咨詢：龔老師 17721013876
培訓報名：
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作為多體動力學分析軟件，Adams擁有廣泛的用戶群體。用戶使用虛擬樣機進行動力學分析，獲取動態(tài)載荷，實現(xiàn)多場耦合等，切實縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提升競爭力。Adams支持考慮部件的線彈性和非線性彈性，能夠研究部件線性和非線性變形對機械系統(tǒng)性能的影響，也能計算更準確的部件載荷，用于評價結(jié)構(gòu)剛強度和疲勞壽命。Adams剛?cè)狁詈戏治龉δ茏罱K為分析人員提供平衡機械系統(tǒng)強度、靈活性、成本和重量等設(shè)計因素的寶貴建議。
此次培訓介紹使用Adams引入結(jié)構(gòu)線彈性柔性體和非線性柔性體，自動生成線彈性柔性體，建立幾何大變形非線性柔性體及Adams-Marc聯(lián)合模擬其它非線性柔性等。
培訓大綱：
培訓時間：9月12日-13日
培訓地點：上海閔行區(qū)華中路6號七寶德必易園A316室
培訓目標：
? 了解Adams引入柔性體的必要性；
? 掌握Adams引入柔性體的流程；
? 掌握Adams-Marc聯(lián)合仿真流程。
培訓費用：培訓免費 席位有限 現(xiàn)場參加自備電腦
培訓咨詢：湯經(jīng)理 13795389328
培訓報名：
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展開 多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應用（上篇）
通過以上篇幅討論，可以得出以下結(jié)論：
- 采用多尺度算法，有效避免耗時耗力的點陣結(jié)構(gòu)建模問題，大大降低建模難度。
- 多尺度算法基于細觀-宏觀-細觀的分析方式，可準確的求解點陣結(jié)構(gòu)的剛度及強度問題。
- 有效減小計算規(guī)模，可以高效快速地對增材點陣結(jié)構(gòu)進行求解。
- 支持點陣結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，可與optislang等優(yōu)化軟件實現(xiàn)聯(lián)合仿真，實現(xiàn)參數(shù)最優(yōu)組合。
- Lattice Simulation add-in點陣分析工具完全無縫集成在Workbench環(huán)境中，可與其他模塊軟件實現(xiàn)聯(lián)合仿真。
段衛(wèi)毅，男，德國Ingolstat&Landshut大學應用計算力學碩士，現(xiàn)為安世中德結(jié)構(gòu)仿真咨詢專家，10年以上仿真分析經(jīng)驗，專長于顯式動力學分析、多尺度分析和優(yōu)化設(shè)計等。
來源：3D科學谷
展開 多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應用（下篇）
綜上所述，可以看出 Lattice Simulation的多尺度算法可以有效地減少建模難度，并進行高效求解計算，同時能夠保證很高的計算精度。
段衛(wèi)毅，男，德國Ingolstat&Landshut大學應用計算力學碩士，現(xiàn)為安世中德結(jié)構(gòu)仿真咨詢專家，10年以上仿真分析經(jīng)驗，專長于顯式動力學分析、多尺度分析和優(yōu)化設(shè)計等。
來源：3D科學谷
直播預告-汽車增強塑料結(jié)構(gòu)多尺度分析及輕量化仿真技術(shù)
Digimat作為一款復合材料多尺度分析平臺，提供了多尺度材料正&逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫、工藝結(jié)果映射及結(jié)構(gòu)多尺度耦合分析、A-&B-許用值虛擬計算等眾多功能，為相關(guān)領(lǐng)域復合材料結(jié)構(gòu)的精確分析和優(yōu)化提供了成熟的解決方案。
本次直播，將從多尺度理論展開，輔以真實客戶案例針對性闡述并演示汽車增強塑料結(jié)構(gòu)分析解決方案，分析常用的多尺度材料模型，歡迎預約報名！
1月19日 14:00
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直播案例搶先看
玻纖增強復合材料具有密度小、韌性高、成型快、成本低等優(yōu)點，在汽車、電子電器等領(lǐng)域廣泛使用。玻纖增強復合材料產(chǎn)品通常使用注塑工藝生產(chǎn)，玻纖取向在產(chǎn)品中的分布會存在差異，進而影響產(chǎn)品的最終性能。為了準確預測玻纖增強復合材料產(chǎn)品的性能，需要在仿真分析中考慮工藝（如玻纖取向）的影響。
本案例為您詳解延鋒彼歐公司如何使用Digimat對復合材料尾門內(nèi)板的沖擊性能進行分析應用。基于海克斯康旗下的復合材料多尺度仿真軟件Digimat，用戶可以輕松創(chuàng)建復合材料材料卡片，將模流仿真分析結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格，從而實現(xiàn)玻纖增強復合材料結(jié)構(gòu)的精確仿真。同時，注塑工藝中的熔接線也會使材料強度有顯著下降，因此在仿真中還需要考慮熔接線的影響。Digimat可將模流分析中的熔接線結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格，以此計入熔接線對產(chǎn)品性能的影響。
復合材料力學性能測試
注塑玻纖復合材料尾門內(nèi)板使用的材料為PP-GF40。考慮三種玻纖取向的試驗樣件，即0°、45°、90°，進行準靜態(tài)拉伸試驗，結(jié)果如圖1所示。
圖1. 準靜態(tài)條件下，不同玻纖取向的應力-應變曲線
為了最終預測沖擊響應，還需要考慮材料的應變率效應。
展開 5.26汽車光學與多物理場耦合仿真技術(shù)專題研討會活動
邀請函
近年來，汽車光學及多物理場聯(lián)合仿真成為了汽車行業(yè)的前沿技術(shù)之一。從前照燈到倒車攝像頭都是汽車行業(yè)避不開的話題，設(shè)計一款卓越的汽車光學系統(tǒng)可以巧妙解決所有汽車照明設(shè)計難題。
多物理場耦合則為有多個同時發(fā)生的物理場的過程或系統(tǒng)提供了研究和應用平臺。它通過數(shù)學、物理、科學與工程應用以及數(shù)值分析等學科的雜交來探究多個物理領(lǐng)域的交互作用，并且在土體固結(jié)理論、流體動力學模擬、電動力學應用、流體-結(jié)構(gòu)相互作用等領(lǐng)域都具有廣泛的應用。多個領(lǐng)域在汽車工業(yè)中的聯(lián)合應用，可以通過建立復雜的多場耦合仿真模型，快速、準確地預測汽車在復雜的物理環(huán)境下的響應情況，降低汽車設(shè)計和制造的成本和時間，提高汽車的安全性和可靠性。
本次汽車光學與多物理場耦合仿真專題研討會將圍繞著汽車光學、照明系統(tǒng)散熱、智能座艙等方向進行介紹和交流，尤其面向光學、多物理場、仿真與優(yōu)化進行詳細的介紹。
展開 光學 | Ansys“光學課堂”系列網(wǎng)絡研討會啟動報名
Ansys 光學產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)新，為光學設(shè)計師提供準確且高性能的仿真功能。2024 R1全新的Ansys光學產(chǎn)品系列在多尺度光學仿真和分析領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，如Metalens仿真，簡化的雜散光分析等，不僅能夠加速結(jié)果生成，提升仿真精度，還進一步擴展了與其他Ansys產(chǎn)品的互操作性。
為了讓用戶更深入了解光學產(chǎn)品新功能及應用，Ansys光學團隊特別打造了一系列名為“光學課堂”的線上活動。13場主題各異的網(wǎng)絡研討會，涵蓋了從光學與光子學仿真到各種實際應用場景的設(shè)計工具和技巧，誠邀您免費參加該系列網(wǎng)絡研討會，共同探索光學設(shè)計的未來！
4月9日 | Ansys 2024 R1：Ansys 光學與光子學仿真新功能介紹
講師：谷晨風 | Ansys高級應用工程師
內(nèi)容簡介：本次活動將簡要對Ansys 2024 R1的功能更新進行講解，涵蓋Zemax、Speos、Lumerical三款產(chǎn)品。
立即報名
5月30日 | Ansys Speos光學設(shè)計工具OPD功能更新
講師：劉洋 | Ansys應用工程師
內(nèi)容簡介：Speos光學設(shè)計工具更新介紹。
立即報名
6月18日 | MLA和DLP的光學聯(lián)合解決方案
講師：胡皓勝 | Ansys高級應用工程師
內(nèi)容簡介：Ansys 光學產(chǎn)品在智能車燈領(lǐng)域的應用。
立即報名
6月27日 | Metalens光學設(shè)計仿真工作流
講師：周錚 | Ansys高級應用工程師
胡皓勝 | Ansys高級應用工程師
內(nèi)容簡介：基于Ansys光學產(chǎn)品的Metalens設(shè)計、仿真與成像分析。
展開 【2024 R1 版本更新】Ansys Zemax / Lumerical / Speos
親愛的朋友們，2024年已然到來，Ansys光學產(chǎn)品線也迎來了全新的更新。在這個信息爆炸的時代，光學技術(shù)的進步將為我們帶來更多未知的可能性。無論你是科技愛好者、工程師還是對光學感興趣的朋友，這次的更新將為大家更添一份便捷與可靠。你是否好奇這次的改變會帶給我們怎樣的驚喜？別著急，精彩內(nèi)容馬上揭曉！
概述
Ansys Optics 不斷推陳出新，為光學和光電子設(shè)計人員提供精確、高性能的仿真功能。
2024 R1 版本提供了強大的功能，可加快仿真時間、提高仿真精度并擴展與其他 Ansys 產(chǎn)品的互操作性
光學亮點： 光學軟件之間的互操作可提高效率
Ansys Optics 主要圍繞實現(xiàn)高效的多尺度光學仿真和分析，重點推出了一系列新特性和功能，以應對各個行業(yè)的設(shè)計挑戰(zhàn)：
? Metalens 仿真和設(shè)計增強功能（更大、更復雜）
- 新的lumerical可將多入射角和振幅數(shù)據(jù)與偏振和相位數(shù)據(jù)一起存儲在一個快速、內(nèi)存效率高的映射文件中
- OpticStudio 中的超透鏡（Metalens） 光學性能分析：
- 利用 MTF 和 PSF 進行圖像質(zhì)量分析，包括多透鏡/超透鏡模擬
- 用于相位約束優(yōu)化的新操作數(shù)
- 用于在 ZOS 和 Lumerical 中直接建立超透鏡模型的新 DLL
- 利用 HPC CPU 或單節(jié)點 GPU 驗證中大型超透鏡性能（直徑從微米到厘米級 ）
- 超透鏡的應用：CMOS 圖像傳感器、內(nèi)窺鏡、激光雷達（發(fā)射、接收）、緊湊型成像系統(tǒng)（手機攝像頭、網(wǎng)絡攝像頭）、AR/VR 系統(tǒng)
? 精簡而全面的雜散光分析
- 從 Zemax OpticStudio 向 Speos 導入光學設(shè)計（透鏡幾何圖形和光學屬性）的全新簡化工作流程。
展開 