Ansys Zemax | 联合Speos实现供应商与OEM交换黑盒光学系统

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本文展示了供应商和OEM如何交换加密光学模型(也称为黑匣子模型),从Ansys Zemax OpticStudio中的光学元件设计到Ansys Speos中的系统分析。

概述

在供应商和OEM之间,有两种类型的黑盒模型可以从Ansys Zemax OpticStudio转移到Ansys Speos:第一种是用于相机传感器仿真的光学降阶模型,这种方法不转移光学系统本身,而是使用降阶模型,这个模型考虑了光通过光学系统的主要路径。第二种方法是使用optical design exchange(ODX)适用于所有应用(相机,HUD...)光学设计的交换,这种方法传输全光学系统及其光学特性,这个模型考虑了通过系统的所有光路。

|----------|-------------|-----------------------|
| | 降解模型ROM | ODX格式 |
| 优势 | 计算速度快 | 考虑所有光路 |
| 限制 | 考虑主光路 | 计算速度慢 |
| 分析类型 | 光学系统的性能分析 | 杂散光和透镜光晕分析 |
| 应用 | Camera | Camera,HUD,Collimator |

1.光学降阶模型

光学降阶模ROM有助于快速而准确的相机模拟。通过再现关键的真实相机镜头属性,在不损害镜头制造商知识产权的前提下,根据传感器前捕获的辐照度生成光度结果。在Ansys Zemax OpticStudio中可以使用"Export Reduced Order Model to Speos"功能,并生成加密的*.OPTDistortion文件。这种包含镜头系统的ROM,用于Ansys Speos中的相机定义。

在本文中,重点介绍如何从Ansys Zemax OpticStudio导出和导入加密的光学全模型或光机械全模型到Ansys Speos。

为了交换黑盒全模型,供应商需要:

  • 将光学设计从Zemax OpticStudio导出为*. odx文件。

  • 在Speos端通过ODX功能导入 *. Odx文件。

  • 在Speos端使用light box export功能导出一个SPEOSLightBox文件,该文件包含了光学系统*.odx文件和机械组件(如果在导出light box过程中添加)。

为了使用Speos生成的lightbox黑盒模型,OEM需要:

  • 使用LightBox Import功能,将*.SPEOSLightBox文件导入Ansys Speos。

  • 系统级性能分析,此时注意,如果供应商在导出lightbox时激活了blackbox选项,则OEM无法访问lightbox中包含的几何形状(3D视图中仅显示一个边界框),并且无法在系统内显示光线路径,以避免逆向工程。

这种方式使得供应商的知识产权得到了保护,而OEM仍然可以使用该系统产生准确的系统仿真分析结果。

软件版本

Ansys Speos 2024R2及以上版本

Ansys Zemax OpticStudio 2024R2及以上版本

供应商端操作流程

1.从Zemax OpticStudio导出光学设计到Speos(供应商)

这部分的目的是生成*.Odx文件,其中包含系统的几何形状及其位置和方向,成像仪的位置和方向,光学系统中使用的材料和涂层。该文件将被导入到Ansys Speos中。

  • 打开Zemax OpticStudio设计的光学系统
  • 文件File>Export Optical Design to Speos
  • 保存具有自定义路径和名称的*.Odx文件。将出现一个弹出窗口,显示导出成功

2.在Speos中导入Optical Design Exchange并生成Light box Export黑盒(供应商)

这部分的目的是生成*.SPEOSLightBox文件,其中包含来自Zemax OpticStudio的光学元件和来自Speos的机械部件。激活lightbox模式后,光学设计被加密。

  • ODX 数据,在Speos light simulation>components>optical Design Exchange。
  • 保持默认轴系,选择浏览*.odx文件,Zemax OpticStudio生成的光组件文件。
  • 右键单击Speos树中的"Optical Design Exchange.1",打开选项并按如下方式修改网格参数。
  • 几何图形是在Speos和Structure树中创建,在Speos树创建传感器及其相关坐标系。
  • 通过双击Speos树中的特定镜头,可以看到与该镜头相关的参数和光学属性。
  • 点击Simulation>Components>Light Box>"Export Speos Light Box" ,保持默认的轴系(当然也可以选择其他轴系),激活几何选择工具。
  • 在结构树中选择以下机械几何形状或者是选择Speos树中的ODX,选择black box 为Ture,这样OEM端使用时,只能看到边框显示。若不选择black box,则OEM端使用时,能够看到透镜形状边框。
  • 计算,*.SPEOSLightBox文件在项目的输出文件的文件夹中自动生成。

OEM端操作流程

这一部分的目的是OEM端如何导入Speos中的*.SPEOSLightBox文件

  • 点击Simulation>Components>Light Box>"Import Speos Light Box,保持默认轴系,浏览之前生成的*.speoslightbox文件,位于输出文件文件夹中。

注意:如果供应商端激活了blackbox,则OEM端导入时只显示边界框,以隐藏3D视图中的几何图形。如果供应商端没有激活blackbox功能,则OEM端导入Speos 时,可以选择bounding box 或者是 faces,以显示不用的3D视图。下图展示激活blackbox(隐藏几何图形)和未激活blackbox(可访问几何图形)的speoslightbox导入之间的区别。

OEM端系统级分析

使用黑盒光学设计可以执行系统级分析,选择inverse simulation,在geometry中选择导入的Import Speos Light Box ,选择相应的探测器和光源后,运算仿真,可以激活light expert功能,来分析光学设计之外的光路,但光学设计内部的光线将被隐藏,以避免逆向工程。

结论

现在,供应商可以将光学系统从Zemax OpticStudio导出到Speos,并将其转换为加密的Speos黑盒文件。然后,OEM可以导入生成的文件,并使用它来执行系统级分析。加密黑盒文件的优点是在保持光学模拟精度的同时,隐藏了光盒内部的光学系统和光线路径,从而保护了知识产权。

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