Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面进行设计

标题：基于OpticStudio序列模式中的切比雪夫多项式方法设计离轴抛物面


摘要：

在这篇文章中，我们将探讨使用OpticStudio序列模式进行自由曲面光学设计的灵活性。以切比雪夫多项式表面设计离轴抛物面为例，我们将详细阐述设计流程，并介绍使用该软件介质编辑器中高效筛选功能以适应不同光学系统的需求。此外，我们还将讨论切比雪夫多项式设计与传统非球面设计相比带来的直观性和灵活性，并深入解析其在非旋转对称系统或非椭圆孔径中的应用。

引言：




自传统的球形光学元件逐渐淘汰后，自由曲面设计因其在体积减小、性能优化等方面的优势，被广泛应用于现代光学系统中。基于解构的设计过程允许工程师灵活调整光学性能，特别是在天线、激光光束整形器以及高端天文望远镜的设计中展现出巨大潜力。

OpticStudio的自由曲面设计：

OpticStudio提供了一个强大的平台，其序列和非序列设计模式支持探索几十种自由曲面选择。本文将详细介绍如何使用切比雪夫多项式表面设计离轴抛物面，同时，我们将强调OpticStudio镜头数据编辑器中的筛选和编辑功能，便捷地为各种应用场景挑选合适的自由曲面模型。

切比雪夫多项式表面详解：

切比雪夫多项式主要特性在于其多项式的项次在归一化方形孔径上彼此正交，确保表面几何参数的线性独立，从而在优化过程中避免受局部最小值的限制。相较于非球面设计，切比雪夫多项式提供了更为直观的设计路径，尤其适用于非旋转对称或非椭圆孔径的复杂系统。

设计离轴抛物面的步骤：

本文将通过一系列步骤详细介绍如何使用切比雪夫多项式在OpticStudio中设计一个具有特定焦距和偏心距离的离轴抛物面。我们将逐步展示如何在镜头数据编辑器中配置表面属性，调整多项式序列以产出正确的几何形状，并运用OpticStudio的优化工具确保光线按预期汇聚到指定像面上。

选择适当的自由曲面：

借助OpticStudio镜头数据编辑器中的表面分类筛选功能，设计者能够快速定位最适合特定应用场景的自由曲面选项。这包括但不限于球形、球差波面、菲涅尔面、多项式面以及各种控制点驱动的曲面类型，每种都有其特定的应用领域和优势。

关键技术细节与实例分析：

本部分将聚焦于设计过程的关键决策点，比如如何正确设定多项式系数、优化函数选择以及表面形状参数的选取。通过具体实例，我们将展示如何实现切比雪夫多项式与离轴抛物面设计的有机结合。

结论：

通过本文介绍的OpticStudio中切比雪夫多项式设计方法，结合其内部强大的筛选和编辑工具，设计者能够在自由曲面光学系统的设计上达到前所未有的灵活性和精确度。这一技术为那些寻求在光学组件中实现独特的性能特征和形状优化的工程师提供了一条高效的途径。

链接与扩展资源：

文章还包含了一些扩展资源链接，指向特定的培训资料和有关其他OpticStudio插件功能的详细指南，旨在为读者提供更加全面的学习材料，促进光学设计领域的实践应用。

此篇文章不仅展示了OpticStudio在自由曲面设计上的强大功能，而且通过实证分析提供了一套具体、详尽的操作流程，使得专业设计者能够有效地将此技术应用到自己的光学系统设计中。