表面建模的案例
AutoCAD三維建模與表面色彩修飾
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[VirtualLab] 超表面空間板的建模
最近在這一領域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時實現(xiàn)聚焦(不改變NA)。在這個例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中的行為。
建模任務
建模技術的單平臺互操作性
當光在系統(tǒng)中傳播時，它將與不同的元件相遇并相互作用。系統(tǒng)的每個元件都需要一個在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測器
連接建模技術：自由空間傳播
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測器
可用的自由空間傳播建模技術:
由于向焦點的傳播必須包含衍射效應才能獲得準確的結果，因此選擇傅里葉域技術作為模擬速度和精度之間的良好折衷。
連接建模技術：分束器
? 自由空間傳播
? 空間板
? 探測器
分束器可用的建模技術:
由于S矩陣求解器完全在k域中運行，因此在應用該求解器時不需要在域之間切換(傅里葉變換)的額外步驟。這是允許最快的模擬速度，同時保持嚴格的模型。
展開 超表面空間板的建模
建模任務
在許多現(xiàn)代光學應用中，實現(xiàn)最大可能的緊湊性是最受追捧的優(yōu)化目標之一。造成這種情況的原因有很多：便攜式設備的光學元件安裝空間較小，而較小的系統(tǒng)往往具有較低的重量和材料成本。最近在這一領域提出的一種巧妙的策略是“空間板”：超表面允許在自由空間中模擬比空間板的實際厚度長得多的傳播。例如，這樣的元件可以縮短聚焦透鏡后的距離同時實現(xiàn)聚焦(不改變NA)。在這個例子中，我們展示了由Orad Reshef等人提出的多層超材料的空間板的特性，并研究了其在光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion中的行為。
ABAQUS隨機粗糙度表面地形建模
本案例介紹在ABAQUS內建立三維隨機粗糙度表面或地形圖模型，并通過隨機粗糙度表面進行簡單的動力學模擬。
首先采用CAD隨機粗糙度表面插件建立三維隨機粗糙度實體幾何模型，并將模型導出為iges格式文件。
在ABAQUS內將隨機粗糙度表面文件以部件的形式進行導入。
為了動力學模擬的需要，這里新建一個球體部件，并將其與粗糙度表面進行裝配，球體置于粗糙度表面的任意位置。
設置球體與粗糙度表面間的相互作用，切向行為設置罰，法向行為設置硬接觸，并在載荷中設置重力并將模型下表面固定。
為模型劃分網(wǎng)格，單元形狀設置為四面體。
提交作業(yè)并查看球體在隨機粗糙度表面或特定地形中的運動路徑情況。
展開 
利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
同時具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應用于多種領域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續(xù)或量化的方式）進行。
1. 摘要
利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
摘要
同時具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應用于多種領域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續(xù)或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統(tǒng)
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數(shù)運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9.
展開 STAR-CCM+擋板建模案例：復雜表面幾何處理與網(wǎng)格劃分
圖5 導入表面模型菜單
圖6 導入表面模型窗口
圖6 導入表面模型窗口選項
單擊“OK”按鈕，進入主界面，導入模型如圖7所示。
簡單前期設定
圖7 導入模型后的主界面顯示
由于導入模型是固體模型，最后要求解的是其內腔的流體區(qū)域，所以先將所有固體模型合并起來，如圖8所示，將Regions樹下的所有body選擇，右鍵選擇“Combine”，將所有固體模型合并，如圖9所示。
圖8 合并前的Regions樹模型
圖9 合并后的Regions樹模型
對各個區(qū)域部件重新進行命名；如圖10所示，先將前三個同類的Boundary、Boundary1 1、Boundary1 2擋板合并并命名為“baffles”。
圖10 合并三個擋板模型并重新命名
對模型中的傳感器Boundary1 7重新命名為“Sensor”,如圖11所示。
展開 VirtualLab 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
摘要
同時具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應用于多種領域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續(xù)或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統(tǒng)
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數(shù)運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9.
展開 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
摘要
同時具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應用于多種領域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續(xù)或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統(tǒng)- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]? 配置衍射透鏡? 參數(shù)運行的配置- Usage of the Parameter Run Document [使用案例
] 9. VirtualLab Fusion 技術
10.
展開 VirtualLab Fusion利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
摘要
同時具有折射和衍射表面的混合透鏡已成為一種極具潛力的解決方案應用于多種領域。在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續(xù)或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統(tǒng)
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數(shù)運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9.
展開 Ansys Zemax | 如何使用 Zernike 凹陷表面對全反射系統(tǒng)進行建模
本文介紹如何使用Zernike標準下垂表面對全反射系統(tǒng)進行建模。全反射系統(tǒng)是一種特殊情況，其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場點的所有波長下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位，因為衍射功率與波長變化時的反射功率不同。一個相位波是任何波長的一個波，但0.5微米處的一個下垂波在1.0微米處只有半個波。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike系數(shù)對黑盒光學系統(tǒng)進行建模”的姊妹篇。兩篇文章可一起閱讀。
Zernike數(shù)據(jù)表示光學系統(tǒng)在特定場和波長下的性能測量。因為關于玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分，無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。
如果您使用的是全反射設計，則可以使用Zernike標準凹陷表面來描述給定視場下所有波長的光學系統(tǒng)像差，因為全反射系統(tǒng)不會遭受色差。
約洛望遠鏡示例
例如，考慮類似Yolo望遠鏡的：
這個沒有遮擋的望遠鏡產生這樣的波前：
現(xiàn)在，要使用 Zernike 下垂曲面制作等效系統(tǒng)，我們只需要出口瞳孔位置和直徑，如上一篇文章所示。此數(shù)據(jù)是：
出瞳直徑 = 701.681 mm 出瞳位置 = 9484.22 mm
仍然遵循上一篇文章，可以產生如下一階等效系統(tǒng)：
其中，系統(tǒng)的入射瞳孔直徑設置為原始Yolo的出射瞳孔直徑，近軸透鏡的焦距設置為與出射瞳孔位置相同的值。這為我們提供了一個與原始參考球體半徑相同的一階系統(tǒng)。
然后，我們以下垂為單位導出 Zernike 數(shù)據(jù)。執(zhí)行此操作的宏類似于原始文章中提供的宏，但添加了額外的縮放因子：
SUB get_scale
!
展開 
Ansys Zemax | 用戶自定義表面真實建模衍射式人工晶狀體透鏡
衍射IOL通過同時創(chuàng)建多個焦點來提供近距離和遠距離的清晰視覺，從而提供了一種可行的解決方案，在本文中我們演示了如何通過使用用戶自定義表面（UDS）DLL來擴展Zemax OpticStudio的功能，以提供衍射式人工晶狀體透鏡的真實模型。最后，我們還將討論應用了區(qū)域分解模型相對于使用內置衍射表面類型的序列分解方法的優(yōu)勢。
簡介
隨著白內障患者的需求不斷增加，人工晶狀體制造商投入更多的時間和資源到高級鏡片的研究和精密設計中。為了在很寬的物體距離范圍內提供良好的圖像質量，最終的目標是再現(xiàn)原始晶狀體的調節(jié)能力。用人造元件直接模仿人眼的自然過程面臨著幾個挑戰(zhàn)，因此這仍然是一個尚未解決的問題。然而，衍射人工晶狀體可以同時為多個觀察距離提供一個易于使用的解決方案。本文展示了如何使用光線追蹤和衍射分析來實現(xiàn)基于真實表面形狀的浮雕型衍射透鏡的真實模型，并展示了該模型在全面評估系統(tǒng)性方面的優(yōu)勢。
基本設計概念
1.階次分解
OpticStudio序列模式下的內置衍射表面模型依賴于階次分解，在此方法中，需要選擇單個衍射順序，然后衍射光焦度( Diffractive Power )由額外的相位貢獻代表，與折射率和表面矢高無關。使用這種方法，階次傳播可以通過從物體到圖像的光線或通過出射瞳孔的標量衍射來建模。這種方法提供了分析單個階次的簡單解決方案，對于使用單個目標衍射階的應用特別有益。使用此方法設計衍射人工晶狀體的工作原理和應用示例可以聯(lián)系工作人員了解。
然而，上述分解模型中存在一些不足。
展開 如何在Zemax OpticStudio用戶自定義表面真實建模衍射式人工晶狀體透鏡
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展開 光 · 學堂 | VirtualLab Fusion微納光學設計|光柵與超表面建模及仿真（深圳場）2026/5/28-5/29
課程涵蓋的光柵示例既有表面型光柵，也有全息型體光柵，例如傾斜光柵、閃耀光柵、用于光學超透鏡的Nanopillar結構等。此外還會介紹超表面的設計和參數(shù)優(yōu)化和大角度超光柵仿真。該課程無需軟件基礎。
課程大綱
Course Syllabus
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數(shù)字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
光柵仿真算法比較
薄元近似法（Thin Element Approximation）
傅里葉模態(tài)法（Fourier Modal Method）
周期單元近似法（Periodic Cell Approximation）
3
光柵嚴格分析實例
閃耀光柵
亞波長光柵與偏振轉換
體全息光柵的波長和角度選擇特性
諧振光柵耦合器
4
光柵設計與優(yōu)化
傾斜光柵結構參數(shù)優(yōu)化
公差分析
蛾眼抗反射結構的設計與優(yōu)化
高衍射效率偏振無關光柵的優(yōu)化設計
5
光柵系統(tǒng)級分析
晶圓檢測系統(tǒng)
晶圓雙面光柵圖案的成像分析
共聚焦顯微鏡檢測系統(tǒng)
6
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網(wǎng)絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現(xiàn)聚焦與成像
展開 超越傳統(tǒng)CAD極限：依托CATIA，能設計出復雜的機電一體化系統(tǒng)的假肢
為了調整假肢Michelangelo，使其盡可能模仿還原人手，我們對假肢手的袖子部分進行了額外的改進和重新建模。 Kornfeind說“當我們第一次試圖為其重新建模之時，發(fā)現(xiàn)公司的CAD系統(tǒng)已到達了功能極限。”他想起了達索系統(tǒng)的設計應用CATIA的出眾性能，該應用屬于3DEXPERIENCE平臺的組成部分，致力于表面建模。他同樣采納了EBM的建議，這家達索系統(tǒng)的合作伙伴和達索系統(tǒng)解決方案的專家推薦了3DEXPERIENCE平臺及其任意曲面模塊CATIA Imagine & Shape。奧托博克公司安裝該應用后，EBM組織了一場為期兩天的訓練課程，由一位達索系統(tǒng)的專家和一位來自EBM的專家指導用戶如何為任意復雜曲面建模。
Kornfeind解釋道：“在我們產品的構型過程中，構思和創(chuàng)造過程起著相對次要的作用，自然決定了它的最終形式。我們面臨的挑戰(zhàn)一方面是需要考慮技術要求，另一方面則是需要盡可能貼近自然形態(tài)。Catia Imagine&Shape的功能非常豐富，它能夠自動考慮表面曲線的連續(xù)性，從而建立良好的基礎，創(chuàng)造自然的外觀。此外，該表面十分穩(wěn)定，用戶可以專心建模，無需擔心一個地方的小小改動，會影響整個模型的穩(wěn)定性。”
CATIA Imagine & Shape在Michelangelo手的改進過程中得到廣泛使用，有助于設計出更加逼真的外觀，同時提高內置技術的性能。Kornfeind繼續(xù)說道：“CATIA Imagine & Shape立刻得到了我們用戶的認可，因為它非常直觀，讓我們的設計師在貼近自然的同時更具創(chuàng)造性。能夠直接操縱表面至關重要。”
該解決方案可確保相鄰曲線和曲面之間有清晰的過渡和連續(xù)性。“CATIA Imagine & Shape讓我們的建模更加精確，因為我們能夠通過控制點來直接操控整個平面并且進行移動，這也是用來編輯表面的最直觀方式。”
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