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使用先進仿真軟件設計自由曲面光學先進仿真工具可用于設計任何類型的光學元件：球面、非球面或自由曲面。Ansys Zemax OpticStudio軟件和Ansys Speos軟件等Ansys解決方案可以針對不同應用輕松對不同類型的自由曲面進行仿真。雖然目前自由曲面的選擇由工程師手動完成，但在未來，該選擇過程可能會由AI算法自動處理。

打開OAS軟件后，您可以選擇在主菜單中點擊光學特性，選擇表面散射中的BSDF數據擬合。

極小曲面是由隱函數定義的函數，難以通過SW等軟件建模，一般通過數學建模軟件生成點云，再通過擬合點云生成一個處處曲率為零的曲面。

最終，通過定義分段區域（子鏡1：ρ=0.5~1、θ=4π/3~5π/3；子鏡3：ρ=0.5~1、θ=π/3~2π/3；其余為子鏡2），利用Zernike多項式前28項對拼接面進行擬合，生成了連續、順滑的聚焦鏡自由曲面；同時，對準直鏡進行Zernike多項式（前7項）擬合，完成系統初始結構設計利用Zemax仿真優化初始結構完成后，團隊通過Zemax光學設計軟件進行仿真與優化，驗證設計合理性并進一步提升系統性能

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中空間頻率表面可能的表達式在OpticStudio或光學系統中，有多種方法可能用于表達不規則度： Zernike 項模擬表面不規則度 網格數據表示表面不規則度 利用擴展多項式或切比雪夫多項式得到的三維誤差對加工表面的輪廓數據進行擬合 擴展奇次非球面可以擬合旋轉對稱測量數據多項式的參數擬合在高頻上往往表現不佳，因為表面上波紋的數量取決于參數方程中多項式的數量

中空間頻率表面可能的表達式在OpticStudio或光學系統中，有多種方法可能用于表達不規則度： Zernike 項模擬表面不規則度 網格數據表示表面不規則度 利用擴展多項式或切比雪夫多項式得到的三維誤差對加工表面的輪廓數據進行擬合 擴展奇次非球面可以擬合旋轉對稱測量數據多項式的參數擬合在高頻上往往表現不佳，因為表面上波紋的數量取決于參數方程中多項式的數量

電話：027-87878386 郵箱：market@ueotek.com 武漢宇熠科技是 ANSYS 全線產品中國區官方指定代理商，提供 Ansys Zemax、Ansys Lumerical、Ansys Speos 等軟件產品的培訓、銷售、技術支持、二次開發、解決方案及這些軟件相關全方位定制服務

?多種面型，用數據精度換取光效冗余傳統設計方法中，工程師往往需要反復手動調整曲面參數，才能讓光線均勻地分布在目標區域。OAS的自由曲面設計模塊采用了高階數據擬合算法，允許工程師直接定義目標區域的光強分布曲線，軟件自動反推出最優的曲面參數。?反向追跡與雜散光分析，讓樣機迭代一次性做對OAS的反向追跡功能，允許工程師在仿真階段就精確定位每一束光線的路徑。

但是對于大的曲面，因為曲面生成數據比較多，如果不斷的生成快照，需要不斷的進行調整。這會給軟件帶來很多數據處理，降低軟件處理數據的效率。所以這里并不建議在大曲面生成曲面快照。

②再按照綠色箭頭流程進行高程傳遞，根據轉換得到的高和已知高計算出高程異常值，最后根據高程擬合算法進行計算擬合參數。其中這里的高程擬合方法包括：加權平均值法、平面擬合法、曲面擬合法、帶狀擬合法。

課程三十九：設計自由曲面反射系統 SYNOPSYS 提供可以簡化設計自由曲面的過程。閱讀幫助文件中的 FFBUILD。我們將展示如何設計一個具有自由曲面的反射系統。 第一步是初略的列出幾何圖形。

在結構數據摘要中增加了新的復選框，使您能夠打開或關閉每個曲面的擬合變形（不包括RBM）或提取的RBM的影響。這些功能在不需要直接修改有限元數據集的情況下啟用或禁用這些影響。　　OpticsBuilder TM簡化光機封裝。22.3版本新增全新公式化驅動載入功能將允許用戶在將表面公式進行展示并使用這些表達式綁定到零件上生成對應曲面。

在這種情況下，CAD軟件一般會使用一條分段的曲線進行近似擬合，這是一個使用多個低階曲線進行分段擬合的方法。一般使用多個三階或四階多項式所對曲面進行近似描述。這樣做的精度對于機械設計來說是足夠的，但是當進行光線追跡需要曲面精確度在亞波長量級的情況，這樣的低階多項式精度是遠遠不夠的。

在結構數據摘要中增加了新的復選框，使您能夠打開或關閉每個曲面的擬合變形（不包括RBM）或提取的RBM的影響。這些功能在不需要直接修改有限元數據集的情況下啟用或禁用這些影響。 OpticsBuilder 22.3新增全新公式化驅動載入功能將允許用戶在將表面公式進行展示并使用這些表達式綁定到零件上生成對應曲面。這允許用戶將其光學零件存儲在PDM中，并在后續調用這些創建零件的公式。

在CAD軟件中，使用相交曲面生成交線可以通過以下步驟完成： 1.繪制相交曲面：使用三維CAD提供的曲面繪制工具（如Bezier曲線、樣條曲線等），繪制出兩個或多個相交的曲面。在這個過程中，我們需要確保曲面之間存在交叉點或相交部分。 2.找到交點：在相交曲面的交點處，使用CAD軟件的交點查找工具或命令，找到相交的曲面上的交點坐標。這些交點將成為生成交線的基礎。

對玻璃曲面進行離散，然后提取離散點的坐標、法向量、曲率和拱高等特征作為數據模型的輸入變量，提取離散點到對應模具的距離作為輸出變量，以此構建訓練數據集； 2. 結合DTEmpower數據建模工具，綜合采用多種擬合算法完成數據集的回歸訓練，得到高精度的模具離散點預測模型 ； 3.

全視場是由如下紅色方框進行設置定義的：下圖表現了這些視場點：對于每個視場點，OpticStudio 將把波前與一系列澤尼克標準多項式進行擬合。以下設置對擬合進行了定義。在像差設置中選擇要顯示的項。

圖6支反力結果4.2響應曲面函數響應曲面函數是三維擬合的一種方法，是為了直觀確定系統的最優解。使用scipy中提供的curve_fit進行多項式擬合，參數化建模見附件。最終結合的曲面如圖7所示。可以發現，所有數據點擬合函數的殘差平方的均值是1.86.具體函數可以表達為下式1所示。

圖 14. uVo 軟件界面，可創建平滑過渡區域結論了解加工方法和相應的儀器限制有助于在光學設計團隊和制造團隊之間建立有效的溝通。在光學設計階段考慮加工方法的限制有助于節省時間和金錢。DynaOptics uVo 軟件可以顯著減少設計工作表面和法蘭之間平滑過渡區域所需的時間，尤其是對于復雜的自由曲面。