光學成像優化的案例
CODEⅤ光學成像設計軟件功能簡介：設計優化能力
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懸浮成像技術與VR，Ansys Speos光學在手機背殼立體成像中的應用
為了實現手機外觀設計的差異化，各家廠商開始在手機背殼上越來越多地應用新型光學成像技術。當前，使用集成成像技術的懸浮成像技術開始被多家手機廠商應用于其高端型號的背板設計上。
懸浮成像技術，又稱空中成像技術，是一種通過特殊的光學裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術。作為一種全新的顯示和交互技術，懸浮成像技術的獨特魅力體現在其能夠在無實體接觸的情況下實現立體、真實的空中成像，并支持直觀的人機交互體驗。
近年來，在相關企業的積極推動下，搭載這一先進技術的產品正在逐步從實驗室走向市場，實現商業化落地。例如，部分智能座艙、懸浮精靈以及車載顯示產品已成功實現了規模化量產。但由于懸浮成像技術的設計和仿真難度，供應商通常要耗費比通常設計更多的時間成本和打樣次數來獲得理想的產品效果。因此，供應商們需要通過光學仿真軟件來實現最優的產品解決方案。
作為一款專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件，Ansys Speos提供完美的可視化光學系統和直觀的人機交互平臺。基于三維模型CAD數據，Ansys Speos進行人眼視覺分析和人因環境評估，在產品設計階段對方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，實現最優的產品解決方案。
基于此，7月18日，Ansys 系列網絡研討會將推出「Ansys 光學在手機背殼立體成像中的應用」主題。在本次研討會中，將介紹通過Ansys Speos搭建和仿真懸浮成像技術的方法，幫助設計者預測產品成像效果，定位設計錯誤，降低打樣次數從而降低設計成本。另外Ansys Speos 支持在VR頭顯中直接觀察懸浮成像效果，相比于普通屏幕，通過VR頭顯，設計者可以直接觀察到產品的懸浮效果，實現對設計更加高效的評估。
展開 第十二屆“宇瞳杯”光學設計大賽--中波紅外成像光學系統設計
2.初始參數計算及分析
半像高h
h=(12×√(2×1024^2 ))/(2×1000)=8.689mm
可計算出半成像高h為8.689mm。
系統的焦距f
光學系統的半視場角w為3°，半像高h為8.689mm，根據焦距計算公式：f=h/tan w
可計算出焦距F為165.79mm。
系統入瞳的大小D
系統的F_#為1.65，光學系統的入瞳直徑為焦距與數的比值，則系統的入瞳直徑為：D=f/F_#
可以計算出系統的入瞳直徑D=100.48mm。。
系統要求口徑最大不超過110mm，因此采用二次成像系統，使系統的整體口徑不至于太大。系統的波段為3μm ~5μm，如果要想實現消色差，可能需要衍射元件來實現。而且系統需要實現在-40℃～+60℃無熱化，因此需要對系統進行消色差和消熱差兩種設計。
二次成像系統的構型圖如下圖所示
二次成像系統由物鏡組和中繼鏡組組成，其兩者之間的近軸初級關系為
將公式代入可以計算出系統物鏡組焦距為f_0為80.25mm，f_R為58.66mm，m為2.06。
物鏡的設計：
首先設置好材料，選用常用的硅和鍺材料，設置波段3~5um，入瞳直徑為100mm，控制系統的焦距為80mm，做初始優化。
優化后的物鏡的初始結構如下圖，作為系統物鏡組的初始結構。
目鏡的設計
根據近軸關系計算，目鏡m為2.06，可計算出中繼鏡組的物距為30.18mm，像距為62.18mm。系統口徑設置為物方數值孔徑，為了與物鏡組相匹配，物方數值孔徑為物鏡組的像方數值孔徑，為0.53，選取三片透鏡作為優化，優化后的結果為。
優化后的初始結構如下圖。
展開 南京大學蔣錫群-甄敘團隊系統評述：半導體共軛聚合物光學探針的設計及在自發光成像和光聲成像中的應用
分子成像技術能夠為疾病的早期診斷和治療提供重要的信息。分子成像技術可以通過外源性成像探針或內源性信號在細胞和分子水平對生物體內生理病理學變化過程進行可視化、可量化的表征。相比于傳統的分子成像技術，光學成像技術是一種非侵入性的、高時空分辨率、高靈敏度的非電離輻射成像技術。為了增強光學成像的信噪比和穿透深度，自發光成像(self-luminescence imaging)和光聲成像(photoacoustic imaging, PAI)最近引起越來越多的關注。
自發光成像不需要實時光激發，避免了實時光激發所造成的組織自發熒光，可以提高光學成像的靈敏度和信噪比；光聲成像是一種結合了光學激發和超聲傳播檢測的新型成像技術，其利用脈沖激光激發吸收體，吸收體將吸收的光能轉化成熱量引起局部溫度升高，導致熱膨脹繼而轉化成超聲波，通過超聲傳感器接收產生的超聲波信號，并將信號處理圖像重建形成光聲圖像。聲信號在組織中的散射遠低于光在組織中的散射，因此光聲成像突破了光學成像的穿透深度限制，可以實現更深組織的成像。
由半導體共軛聚合物(semiconducting polymer, SP)組成的半導體共軛聚合物納米材料(semiconducting polymer nanoparticles, SPNs)是一類新興的有機光學探針。電子離域的π共軛體系是SPs 的結構特征，SPNs 的光學性質大多由SPs 的化學結構決定，因此可以通過對SPs的結構進行合理設計來調節其光學性能。迄今為止，SPNs已經被用于開發一系列的光學應用上，例如熒光成像、化學發光成像、長余輝成像、光聲成像、光動力治療和光熱治療。
展開 
OpTaliX | 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 光學成像系統中的像差
球形波在焦點的像差效應
通過快速的物理光學軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應。在本周的通訊中，我們選擇了兩個與像差有關的例子：第一個是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個是高功率激光二極管的散光如何影響焦點區域的性能。使用自由空間傳播場解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射、偏振和矢量這些可能會降低圖像的質量的效應都可以包括在研究中，。
成像系統的主要功能是盡可能多地收集從每個物體點發出的光，并使這些光錐再次匯聚到像面，從而使每個物體點被統一映射到其在像面上的對應物。這類系統的性能通常是根據物點和像點之間的對應關系維持得如何來判斷的，眾所周知的理論限制是由衍射現象造成的：即使在一個光學系統中，根據幾何光學定律，將來自一個物點的所有光線準確地映射到一個單一的、數學上的像點，衍射也會導致該像點被抹成一個小的、但尺寸有限的斑點。這種衍射受限的情況是成像系統設計的典型目標，衍射受限的領域有一個球形波面。與球形波面的幾何偏差被稱為 "像差"，并使用不同的多項式基數來描述，以幫助量化其強度和形狀。畸變的存在會增加圖像點的涂抹，從而降低成像系統的質量。
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概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 [VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
模擬與設置：單平臺交互操作
建模技術的單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
方法比較-偽色
文件信息
更多閱覽
-基于激光的邁克爾遜干涉儀與干涉條紋探測
-用于光學測試的斐索干涉儀
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
展開 OpTaliX 光學成像與照明設計軟件
概述
OpTaliX 軟件支持單機版和網絡版，可以設計各種光學系統，該軟件可以做光學設計、薄膜設計分析和優化、公差分析的功能，這是一款集幾何光學、物理光學和薄膜設計優化于一身的光學設計與照明設計軟件。
OpTaliX 光學設計軟件提供專業的設計分析功能,能滿足任何光學系統的設計、分析、優化、公差計算及文件報表。針對初學者，可以使用圖形化的界面和窗口利用各種工具完成光學系統的設計。同時，軟件支持的自定義面型、孔徑、材料、宏語言以及擴展功能滿足了高級用戶的需求。
核心功能
幾何光學：可以準確完成光學系統幾何像差的計算、分析及優化。
衍射光學：支持衍射的調制傳遞函數 MTF、點擴散函數PSF及波前相位的計算，支持衍射面型的建立。
非序列照明：支持非序列面型及光線追跡，完成各種照明及雜散光系統設計。
物理光學傳播：使用角頻譜方法實現物理光學的自由空間傳播，完美解決激光系統的計算精度。
宏指令語言：用戶可以通過宏語言擴展軟件的各種功能，并完成批量操作。
文件轉換接口：導入和導出 Code V, Zemax, Oslo, Atmos, ASAP,Modas, WinLens, Accos and Sigma 等文件格式。
幾何分析功能
網格畸變
通過光學系統成像顯示畸變的矩形對象網格，如圖：
足跡圖
相對照對圖像
相對照度圖顯示了畫面的明暗亮度的均勻性
光線扇形圖：
點可在視場中顯現出來，表現為各視場的像差關系，如圖：
二級光譜
即縱向位置近軸焦點的波長功能，這里顯示的是適合復消色差的折射鏡頭。
表面透過率
在設計系統中顯示了每個曲面在傳輸損耗中起到的作用。
展開 成像光學設計學習過程及方法概要
光學設計，是一個理論與實踐結合的東西，成像光學設計的目的就是減小各種像差對成像的影響。
但是理論這個方面，極其簡單。一個是初級像差理論，也就是各個像差各自的關系、之間的關系、與視場與孔徑的關系。一個是一些計算公式，如焦距像高視場的關系、奈奎斯特頻率計算公式、定芯系數計算、半球率計算。一個就是與設計經驗相關的指標，什么是消色差、什么是半復消色差、什么是復消色差、什么是場鏡等等，當然這些東西可以邊做邊積累。
接下來從小白開始，某一天，你知道的光學設計并下定決心要去學好，那么你可以按一下步驟。
①打開微信，搜索“球差”，去了解什么是球差，然后怎么消除，然后自己去軟件里面試一試，是不是確如網上所說，然后搜索“慧差”、"像散"、“場曲”、“畸變”、“色差”....諸如此類。一周后，你知道了像差是一個什么樣的東西，并且知道了你應該如何去矯正這些像差，也可以參考前文。鏈接如下：
https://max.book118.com/html/2017/0102/79201913.shtm
②你了解了這些像差，并且你對光學設計有了一定的興趣或愛好，你就可以開始看一本書了，此書名為：《光學設計實用技術》，此書通俗易懂，你會慢慢的接觸到了比較簡單的像差理論，看完你就知道光學設計是一個什么東西了。
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CODEⅤ光學成像設計軟件
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[VirtualLab] 光學相干層析成像的工作原理
因此，它能夠實現非常精確的測量，這一特性在光學相干斷層掃描（OCT）的醫學成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個平臺上的各種可交互建模技術有助于對相干現象進行高效建模。在這個例子中，構造了一個帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測量具有平滑調制表面的樣品。
建模任務
建模技術的單平臺交互操作
模擬與設置：單平臺交互操作
連接建模技術：光源
頻域方法
時域方法
交互式建模技術：消色差
消色差：鏡頭系統組件
交互式建模技術：分束器
交互式建模技術：自由空間傳播
交互式建模技術：帶樣品的鏡子
帶樣本的鏡子：采樣界面
連接建模技術：參考鏡子
連接建模技術：探測器
模擬結果
模擬干擾條紋
模擬干涉條紋–偽色
方法比較：LPIA與TEA
方法比較：頻域法與時域法
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展開 如何在 OpticStudio 中模擬光學相干層析成像系統
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。
01
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
02
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬光學相干層析成像系統
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學相干層析成像(OCT)系統的設計，并探討了如何使用OpticStudio進行相干模擬。（聯系我們獲取文章附件）
簡介
光學相干層析成像(OCT)系統是斷層成像系統，它通過圖像反射或散射出來的光來獲取被測物體橫截面或三維圖像。盡管光線在OCT中穿透的深度以毫米數量級計量，但OCT具有安全性和高分辨率的特征，使得OCT最典型應用于醫學生物組織成像。
OCT的光學系統由邁克爾遜干涉儀構成，在參考鏡與樣品之間的反射光相干，這一現象表明了從樣品不同位置深度反射或散射出來的光與參考鏡的位置有關。
本文將介紹如何在OpticStudio中模擬商用的OCT。
系統模型
健康人眼的角膜和虹膜(A)以及視網膜組織(B)的橫截面如下圖所示。顏色深度的改變意味著反射光的強度改變，說明內部材料發生變化。
一個典型的OCT系統如下圖。光束被均勻地分成兩束，分別進入參考臂與樣品臂。其中一束光在體積樣品中疊加，從而減小掃描面積。光源是寬帶準直光源，寬帶光源的選擇意味著低相干性和高精度的深度定位，從而使參考鏡與樣品之間的反射光相干。
深度掃描，也稱為縱向掃描或a掃描，用于測量反射光的強度，作為反射光透過樣品距離的函數。在OCT系統中的不同位置進行深度掃描，這一過程通常由參考鏡完成，參考鏡完成掃描后對比樣品反射光的光程與樣品、參考鏡之間光路的光程差。
通過在X或Y方向上旋轉掃描鏡實現橫向、縱向或b掃描，使探測光在樣品區域上平移。
我們將從商用OCT系統中獲得設計規格。軸向分辨率由光源特性(相干長度)決定，大約為5 μm。橫向分辨率由光束聚焦在樣品處的光斑大小決定，設置為15 μm。
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