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一開始，我們以擴展多項式（extended polynomial）的方式在OpticStudio中建立三個面。由于TrueFreeForm面也能支持擴展多項式函數，所以可以此作為設計的起點。接著，我們將進行微顯示器的優化和人眼追跡系統的嵌入。在這些過程中，我們還不會對參數式自由曲面的光學表面進行校正。

自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。 OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。

4 結束語通過Ansys Fluent對混合油在導流片表面流動做仿真模擬，分析在不同數據情況下的結果，驗證導流片弧形面的結構與所需求的最為合適曲面之間的差別，以此來修改設計中不合理的地方，同時還能合理的指導加工制作過程的技術要求，經過各方面的優化，獲得最佳的結構來滿足生產，并解決現行設備結構應用中存在的問題。

圖6 4.自定義位置--曲面 根據后處理的需求，當要自定義比平面更加復雜的“位置”，如球面或圓柱面時，則需要先在“表達式Expressions”欄中創建在空間直角坐標系下的曲面表達式，圖7所示分別創建了球心在原點的球面表達式、軸線是Y軸的圓柱面表達式。

由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。

結構1為標準面，結構2為 Zernike Standard 矢高面，結構3為中頻曲面。標準表面沒有不規則度，它也將作為我們的參考標準。Zernike Standard 矢高面稍微有些變形。中頻曲面大體上與 Zernike Standard 矢高面相同，但由于曲面上形成的波紋形狀，產生了相對于 Zernike 光斑輪廓不同的周圍散射光線。

這將有助于設置接近幾何形狀的網格網格操作“Surface Approximation”在幾何圖形具有真實曲面(圓形曲面)時尤其重要，在這種情況下，網格應該盡可能接近真實曲面形狀，否則求解時一些幾何信息可能會錯過。解決方案(1/3)在 Maxwell中Surface Approximation網格操作可被用于物體表面，如平面、圓柱、圓錐、環面、球面或曲面。

多重結構的內容如下所示：曲面：指定順序的曲面編號。對象：指定非順序組件編輯器的對象編號。位置代碼：1_x、2_y、3_z 4_x傾斜5_y傾斜5_z傾斜。如果堆疊多個結構，則它們應類似于下圖。

在網格生成方面，ANSYS Meshing的功能比較齊全，能夠生成大多數常規的網格類型（三角形、四邊形、四面體、六面體、三棱柱、五面體網格），配合ANSYS官方插件可以生成多面體（不過這個插件官方商店現在找不到了，我這里只有支持18.2版本的老插件）。 在最近的版本中，ANSYS Meshing增加了網格編輯功能，能夠對低質量網格進行手工編輯。

eyebox規格可直接設置到STOP面。 在STOP表面上放置一個矩形孔來描述eyebox。場點表示虛像。STOP表面和擋風玻璃之間的距離推出了眼睛的位置。擋風玻璃在這里被定義為一個擴展多項式曲面。這鏡子就設置在它們的最終位置。 風擋玻璃的形狀增加了PGU發出的光的像差，優化自由曲面反射鏡可以部分糾正這一問題。

結構1為標準面，結構2為 Zernike Standard 矢高面，結構3為中頻曲面。標準表面沒有不規則度，它也將作為我們的參考標準。Zernike Standard 矢高面稍微有些變形。中頻曲面大體上與 Zernike Standard 矢高面相同，但由于曲面上形成的波紋形狀，產生了相對于 Zernike 光斑輪廓不同的周圍散射光線。

公式化驅動表面現在擁有更多數據，允許用戶更輕松地操縱對應曲面，例如創建鏡頭的裝配邊緣等。公式化驅動的導入選項現在可用于標準面、偶次非球面、Binary 2和離軸反射鏡非序列元件類型。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。

合并幾何體：使用“Combine”功能將旋轉后的葉片與塔筒合并為單一部件，避免后續分析中出現接觸面不連續問題。使用“Repair”工具修復模型中的微小縫隙或重疊面，確保幾何封閉性。對于復雜曲面（如葉片翼型），可通過“Simplify”功能減少局部細節，提升網格生成效率。

TARGE170單元可以表示三角形、圓柱形、圓錐形、球形等多種形式的復雜曲面形狀，選用TARGE170作為目標單元，三維4節點低階四邊形CONTA173單元可以定義柔性三維的接觸面，選用CONTA173作為接觸單元。通過設置合適的關鍵字選項和實常數可以定義鋼絲間的接觸特性，關鍵字設置如下：KEYOPT(2)=0,設置摩擦類型KEYOPT(12)=0,通過設置摩擦系數MU的數值來定義摩擦系數。

Zemax 鏡頭系統導入 此次更新還對Ansys SPEOS設計功能進行改進，特別是針對自由曲面透鏡，光導設計，橢球反射面，適用于汽車大燈、內飾氛圍燈設計應用。 下載地址：ANSYS 2020r1 Tutorial

（Odd Cosine） 離軸圓錐自由曲面（Off-Axis Conic Freeform） 周期面（Periodic） 多項式面（Polynomial） Q型非球面（Q-Type Asphere） Q型自由曲面（Q-Type Freeform） 標準面（Standard）

ANSYS是當今比較有名的有限 元分析軟件之一，具有多種物理場的求解功能，可以很方便地進行模態分析；大型 CAD系統軟件UniGraphics具有豐富的曲面造型功能，非常適合于葉輪等具有復 雜曲面實體的造型，建好的實體模型導入ANSYS即可進行模態分析。 1.

我們將使用評價函數中的相關操作數強制執行以下 3 個條件：1.當光線應該在波導內部時，它們不能在波導外部傳播2.光線不能到達全息面的后方3.光線必須從波導管的頂部射出而不撞擊側面為了便于優化，我們首先在表面 13（設置材料為PMMA）之后添加一個虛擬面。這個曲面將被用作一個參考曲面，以確保系統的幾何形狀是正確的。