Ansys Zemax | 解析 OpticStudio 中复合表面的工作原理

OpticStudio 中复合表面类型的深入解析与应用


引言

在 Zemax OpticStudio 平台的最新版本 Zemax OpticStudio 22.3 和 Ansys Zemax OpticStudio 2022 R2.02 中，复合表面类型作为一项刚推出的功能，旨在依赖于序列模式，提供创造复杂级光学表面的可能性。这一特性新增了多项新颖的功能，包括矢高轮廓叠加的能力，使得用户能够构建具有多层堆叠矢高分布的新颖光学表面。复合表面的功能及其在手机摄像头模组内的公差分析应用成为本篇重点探讨的内容。

复合表面：工作原理与应用示例


复合表面的工作原理




复合表面的启用在 OpticStudio 的“表面属性”中，通过激活“复合表面：添加矢高至下一表面 (Composite Surface: Add sag to the next surface)”选项来实现。这一功能此允许用户将任意数量的表面叠加，它们分别被称为“复合组件表面 (Composite Addon)”或简称为“组件面”和“复合基础表面 (Composite Base)”或简称为“基面”。基面是复合堆叠中最后的一个表面，其余组件面分别坐落在基面之上。

在计算时，系统会自动将每个组件面上的矢高轮廓累加至下一个组件面。最终累加结果在镜头数据编辑器（LDE）中作为复合基础表面的矢高图展示，统称为“复合堆叠 (Composite Stack)”。组件面的颜色显示为浅黄色，与之相对的基面则以亮黄色突出显示。

值得注意的是，组件面上不支持材料和膜层的设定，这些属性默认与基面相同，且组件面的孔径在光线追迹时不会影响算法的计算，仅基面的总矢高被考虑。基面矢高图展现的则是包含所有组件面插值之后的总矢高。

应用示例：手机摄像头模组公差分析

复合表面的功能不仅限于基本矢高轮廓的优化与设计，它进一步与实际的公差分析功能集成，提供更加灵活的光学表面模型。以手机摄像头模组作为案例，通过对复杂非球面透镜进行公差分析，体现了复合表面的强大功能。

选择了适当的组件面和基面后，可以使用分析功能中的矢高图来直观地展示复合表面的详细特性。通过矢高的不同选项设置，用户可以查看单个组件面、复合堆栈或移除部分组件面的影响，从而深入理解其在光学设计中的实际应用。

复合表面工具及高级功能


复杂的应用场景与高级功能整合

为了进一步便捷地管理不同组件面的参数设定及状态，OpticStudio 提供了一系列专门针对复合表面的管理工具。用户可以忽略特定的组件面或整个堆叠，简单地通过工具栏或右键菜单进行修改，这使二维设计中的复杂性显著降低。

复合表面与离轴孔径的协同应用

此外，复合表面功能还特别支援了离轴系统的构造，用户可以通过单击组件面的“Composite”选项卡中的“设置倾斜/偏心用于追随基面孔径 (Set Tilt/Decenter to follow Base surface aperture)”按钮，将组件面精准地定位于基面的离轴孔径上。这一操作可以帮助设计更精细的光学系统模型。

公差分析与操作数拓展

在公差分析方面，复合表面功能在同一环境中实现了对多种效应的独立处理，包括离轴瓣差的精确建模和非球面几何公差的直接应用。相比于传统的表面公差分析，复合表面上支持更多类型的操作数（TIRR，TEXI，TEZI 等），使得公差分析更为精准，同时解决了原先对离轴孔径处理的局限性。