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在OpticStudio中建立相關(guān)模型，我們可以得到下方圖中的結(jié)果，一個(gè)能供具有老花眼和-5.50D近視的使用者配戴的優(yōu)化透鏡。此鏡片的屈光率為-3.00D，並能在距透鏡40公分處匯聚光線，形成適宜的閱讀距離。鏡片的基本曲線則是+28D。任何嘗試控制畸變的設(shè)計(jì)都將產(chǎn)生十分陡峭的基本曲線。

像圖像模擬或相對(duì)照明這樣的分析是不可能的。Figure 2 工作流程的增強(qiáng)版本，如圖1所示。在製造之前，設(shè)計(jì)人員可以使用POP和FDTD來(lái)檢查最終的PSF。

在錐形繞射的情況下，入射光線不垂直於光柵，偏振特徵態(tài)定義如下:圖3.全像在Kogelnik的耦合波理論中，全像被認(rèn)為足夠厚，每條入射光線要不是直接以0階通過(guò)，不然就是1階繞射，對(duì)於反射和透射的全像都是如此。假設(shè)和限制Kogelnik的耦合波理論與其他理論相比具有優(yōu)勢(shì)，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)體積相位光柵的零階和一階效率的響應(yīng)。

設(shè)計(jì)變更的主導(dǎo)權(quán)，已大幅度的由傳統(tǒng)式的只做代工向上提升，每一批模具代工至少有一半以上的模具，是由 Tokyo Seiki 主導(dǎo)修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如最近接手的印表機(jī)組件的流道不平衡問(wèn)題，以及某知名國(guó)際相機(jī)廠牌的產(chǎn)品翹曲改良。對(duì)癥下藥，增加產(chǎn)品強(qiáng)度：流動(dòng)平衡與結(jié)合線問(wèn)題改良流動(dòng)平衡目的是避免成品後所發(fā)生變形的主要改善方案，尤其針對(duì)精密性產(chǎn)品，在分析過(guò)程中常以流動(dòng)平衡指數(shù)來(lái)作為比較數(shù)據(jù)。

觀察Jones Matrix表面產(chǎn)生的結(jié)果最簡(jiǎn)單的方式是利用偏振光瞳圖(Polarization Pupil Map)。依序選取Analyze...Polarization...Polarization Pupil Map，我們可以看到如下圖的結(jié)果。觀察上圖，我們可以看到輸入的圓偏振被轉(zhuǎn)為線偏振。

因此，當(dāng)我們要計(jì)算一條光線的OPD時(shí)，此光線會(huì)從物面出發(fā)後一路追跡穿過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，最終到達(dá)像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點(diǎn)，半徑是主光線與像面交點(diǎn)到主光線與出瞳面的焦點(diǎn)。然後我們就計(jì)算這條光線的總光程，並扣去主光線的光程 (因此主光線的光程差永遠(yuǎn)為零，因?yàn)樗旧砭褪橇愕膮⒖键c(diǎn))。

它用於將光在圖像平面上從非均勻分佈空間轉(zhuǎn)換為均勻輻照度分佈。使用透鏡陣列的數(shù)位投影系統(tǒng)通常與具有提供半準(zhǔn)直入射光的拋物面反射器的燈組件結(jié)合使用。目前，它們主要用於 LCD 數(shù)位元元投影光引擎，以向空間光調(diào)製器照明平面提供均勻照明。在上圖中可以看到透鏡陣列。 （這張照片由 In Vision 提供，www.in-vision.at）。陣列中每個(gè)單獨(dú)的光學(xué)元件的形狀可以是正方形或矩形。

在奈奎斯特頻率71.4 lp/mm處（由CCD像元尺寸7μm計(jì)算得出），Zemax仿真顯示，系統(tǒng)所有視場(chǎng)的MTF值均高于0.65，遠(yuǎn)超行業(yè)普遍要求的0.3，確保CCD能清晰分辨被測(cè)軸邊緣細(xì)節(jié)。場(chǎng)曲與畸變：場(chǎng)曲反映像面彎曲程度，畸變影響成像準(zhǔn)確性。仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)場(chǎng)曲≤0.2mm，畸變<0.13%，有效避免了因像面變形導(dǎo)致的測(cè)量誤差。

圖5 后組整體結(jié)構(gòu)示意圖3）整體系統(tǒng)優(yōu)化將優(yōu)化后的前后組透鏡數(shù)據(jù)組合，進(jìn)入整體優(yōu)化階段： 以球差為核心優(yōu)化函數(shù)，開(kāi)放各面半徑和厚度為變量，確保MTF≥0.4，滿足基礎(chǔ)清晰度要求；加入畸變和場(chǎng)曲操作數(shù)，設(shè)置場(chǎng)曲權(quán)重0.5、畸變權(quán)重1，重點(diǎn)優(yōu)化畸變像差，開(kāi)放對(duì)像差貢獻(xiàn)較大的球面參數(shù)；以海普岡結(jié)構(gòu)關(guān)鍵面的半徑和厚度為變量，手動(dòng)增大彎月形透鏡厚度以消除像散和場(chǎng)曲，縮短優(yōu)化時(shí)間并避免局部最優(yōu)解

最終優(yōu)化結(jié)果顯示，系統(tǒng)最大畸變僅22.1%，低于同類型球面鏡系統(tǒng)的23%，場(chǎng)曲控制良好，完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。3. 性能仿真：提前驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性在樣機(jī)制作前，團(tuán)隊(duì)通過(guò)Zemax的仿真分析工具，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了全面驗(yàn)證，避免了傳統(tǒng)“設(shè)計(jì)-試制-返工”的高成本循環(huán)：MTF曲線仿真：利用Zemax的調(diào)制傳遞函數(shù)分析功能，得到像方與CCD處的MTF曲線，如圖2所示。

2.像差控制：場(chǎng)曲與畸變極小場(chǎng)曲會(huì)導(dǎo)致像面彎曲（不同視場(chǎng)無(wú)法同時(shí)清晰），畸變會(huì)導(dǎo)致像形失真，二者是擴(kuò)束系統(tǒng)的關(guān)鍵像差，結(jié)果如下： 場(chǎng)曲：弧矢場(chǎng)曲穩(wěn)定在0.016~0.028mm，子午場(chǎng)曲穩(wěn)定在0.047~0.084mm，遠(yuǎn)低于行業(yè)平均水平；畸變：多數(shù)結(jié)構(gòu)最大畸變＜0.5%（平均值-0.6875%），僅8號(hào)結(jié)構(gòu)因邊緣效應(yīng)畸變稍高（4.22%），但仍在可接受范圍。

</p><p><strong>全維度像質(zhì)評(píng)價(jià)</strong>：在Zemax中調(diào)用MTF、場(chǎng)曲畸變、點(diǎn)列圖等工具仿真，結(jié)果顯示：5種組態(tài)在45lp/mm處全視場(chǎng)MTF均＞0.2，且接近衍射極限；最大場(chǎng)曲-0.37mm，最大畸變-14.6%（邊緣視場(chǎng)可算法矯正）；光斑多集中在艾里斑內(nèi)，垂軸、軸向色差均小于1倍焦深，成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，可清晰分辨炮膛細(xì)微疵病。

通過(guò)高斯函數(shù)擬合離焦MTF曲線，提取峰值位置z?參數(shù)，該參數(shù)直接表征場(chǎng)曲與像散大小。在小誤差假設(shè)下，建立z?與透鏡組偏心的線性關(guān)系，構(gòu)建靈敏度矩陣：式中：為各視場(chǎng)z?與理想焦移的差值，Si,j為一階靈敏度矩陣，ΔD為系統(tǒng)誤差量。基于z?參數(shù)定義損失函數(shù)，采用BFGS算法極小化損失，快速校正透鏡組偏心，初步消除場(chǎng)曲與像散，全程無(wú)需復(fù)雜波前測(cè)量，數(shù)據(jù)采集與標(biāo)定僅需3分鐘。

使用 OpticsBuilder，機(jī)構(gòu)工程師可以創(chuàng)建複雜的透鏡邊緣、安裝特徵和模組外殼，同時(shí)利用 Zemax 光線追跡直接查看這些元件如何影響光學(xué)性能。在這種情況下，鏡頭邊緣可能會(huì)為雜散光提供路徑以污染圖像。 OpticsBuilder 不僅可以在透鏡之間創(chuàng)建擋板，而且還允許設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)了解抑制雜散光源的有效性。

</p><p><br></p><p>PhysicsAI學(xué)科中立且不需要定義設(shè)計(jì)變量，尤其適用于極其耗費(fèi)計(jì)算和時(shí)間資源的仿真，基本上在輸入幾何或有限元模型的同時(shí)就能得到預(yù)測(cè)的仿真結(jié)果。</p><p><br></p><p>eVTOL作為航空器，其研發(fā)過(guò)程涉及到物理現(xiàn)象多且復(fù)雜，包括像流體這樣非常耗費(fèi)計(jì)算資源的仿真，甚至還有目前還不能實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的物理現(xiàn)象。

借由這個(gè)鏡頭的輔助，可以有效減少畸變的影響，并消除光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲情況。透過(guò)以上的步驟，我們可以改善第二道光路使觀察者看到的外界景物不會(huì)扭曲變形。在仿真環(huán)境中，我們翻轉(zhuǎn)了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，使光線路徑與現(xiàn)實(shí)情況完全相反。在實(shí)際應(yīng)用上，我們會(huì)以微顯示器作為HMD的光源，人眼的視網(wǎng)膜則會(huì)是像面。前后者分別作為整個(gè)光學(xué)路徑的出/入瞳。

借由這個(gè)鏡頭的輔助，可以有效減少畸變的影響，并消除光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲情況。透過(guò)以上的步驟，我們可以改善第二道光路使觀察者看到的外界景物不會(huì)扭曲變形。 在仿真環(huán)境中，我們翻轉(zhuǎn)了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，使光線路徑與現(xiàn)實(shí)情況完全相反。在實(shí)際應(yīng)用上，我們會(huì)以微顯示器作為HMD的光源，人眼的視網(wǎng)膜則會(huì)是像面。前后者分別作為整個(gè)光學(xué)路徑的出/入瞳。

在進(jìn)行第一次局部?jī)?yōu)化后，可以檢查全視場(chǎng)像差： 整個(gè)視場(chǎng)的平均值： Z4是離焦/場(chǎng)曲，并設(shè)置為變量。 Z5和Z6是主初級(jí)像散，并且設(shè)置為變量。 優(yōu)化后，整個(gè)視場(chǎng)的平均值為： Z7和Z8是初級(jí)彗差，并且設(shè)置為變量。

從以上四個(gè)圖的評(píng)估中可以明顯看出，單透鏡設(shè)計(jì)有大量的像差，包括但不限于球差、彗差、畸變、離焦、場(chǎng)曲和像散。此外，根據(jù)下面點(diǎn)列圖底部的數(shù)據(jù)可以看出，最大視場(chǎng)的GEO半徑和RMS半徑分別為: 1774.42μm和734.581μm。使用快速聚焦工具從四個(gè)分析功能給出的結(jié)果可以看出，單透鏡在此時(shí)的性能肯定不是最優(yōu)的。性能相當(dāng)差的一個(gè)重要因素是像面位置的隨機(jī)選擇。

由于這種設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)緊湊的尺寸，成像系統(tǒng)必須平衡該標(biāo)準(zhǔn)與它對(duì)視場(chǎng)相關(guān)像差的影響，如畸變和場(chǎng)曲。該設(shè)計(jì)采用了類似于 Cooke 三片式透鏡的結(jié)構(gòu)，即在兩個(gè)低折射率的正透鏡之間有一個(gè)高折射率的負(fù)透鏡。所有元件上都具有非球面系數(shù)，允許通過(guò)第一個(gè)透鏡校正球差，而第三個(gè)透鏡可作為場(chǎng)鏡，以改善畸變和場(chǎng)曲的性能。