如何在SOLIDWORKS版本的OpticsBuilder中进行模拟分析

OpticsBuilder可以使CAD用户能够尽早发现设计错误,减少与光学工程师之间的往返通信,并通过提供分析工具来避免昂贵原型样机的生产。这些分析工具可以包括光束遮挡、像面污染和光斑尺寸的性能指标变化显示。使用OpticStudio物理核心,OpticsBuilder将允许CAD用户查看这些性能指标的变化,从而查找原生CAD环境中的错误,最终降低制造成本。CAD用户不需要再做出假设或等待光学工程师的指导就可以知道他们的封装设计将如何影响系统光学性能,这有助于在确保光学性能保持的同时简化光学和机械设计之间的相互影响。

作者 Esteban Carbajal and Jake Hart

简介

OpticsBuilder可以使CAD用户能够尽早发现设计错误,减少与光学工程师之间的往返通信,并通过提供分析工具来避免昂贵原型样机的生产。

如何在SOLIDWORKS版本的OpticsBuilder中进行模拟分析

精度设置

在对光学系统进行模拟分析之前,需要在Command Manager内通过点击System Settings将系统设置窗口打开。 

01895_1_precision_settings.png

点击Precision settings选项卡,设置光线追迹所需的光线数量。Zemax建议您设置10000条光线以确保高精确度的光线追迹,使用越多的光线数将使您的模拟结果更加准确。最多可设置追迹100000万条光线,但这样将占据150 GB的硬盘空间用于追迹和储存这些光线数据。

零件的渲染模式也可以在精度设置中进行改变。在Trace Mechanical components as的下拉菜单中可以改变渲染模式,将系统渲染为多个单独的零件或者将光学系统中的具有同种表面属性的零件渲染为单个零件。对于具有多个表面的大型模型,将所有的组件作为一个整体零件(按模型的表面属性区分)可以显著加快光线追迹速度。

设计设置(.ZBD文件)

在ZBD文件创建过程中,光学工程师会设置是否默认启用光线散射和光线分裂、性能指标所允许的增量、显示来自光学工程师的任意注释。这些设置可以由CAD用户更改,在设计设置的左下角也可以将设置重置为光学工程师所指定的默认值。

允许光线散射后,表面的散射属性将被激活。当关闭散射后,所有表面上的散射将仅仅作为抛光镜面考虑。

允许光线分裂后,将导致散射、反射和透射光线在到达光学或光机械表面时从原始光线中分离出来。通过这样的方式,可以更精确地模拟光学模型中的能量流,同时随着追迹的光线数量的增加,光线追迹的时间也会增加。

NSC光线追迹设置(高级设置)

在OpticsBuilder中的非序列 (NSC) 光线追迹设置与OpticStudio中一致:

01895_3_advanced_settings.png

这些设置内容将影响:

  • 一条光线在被遮挡之前将分裂/与表面相互作用多少次 
  • 提交至内存内的最大光源光线数量
  • 光线被遮拦/忽略时的相对及绝对光强阈值
  • 胶合透镜之间的间距
  • 在未到达几何实体后,光线将被绘制多少长度后终止

改变NSC光线追迹设置可以显著影响模拟时间。增加光线与表面的相互作用点数量或光线分段的数量将会导致光线通过更多的光束路径被追迹,如同光线在表面发生散射或通过光线分裂被分割。减少最小相对或绝对光线强度阈值会使光线在达到最小强度标准之前被一直追迹。NSC 光线追迹设置的尝试是十分重要的,需要在优化系统光线追迹时间的同时,将模拟精确度保持在可接受的层度。 

执行模拟分析

在SOLIDWORKS内,点击并浏览 /Documents/Zemax/Samples/OpticsBuilderSW/Heliar 37 mm

  • 打开 Heliar 37mm.SLDASM
  • 在 Command Manager内,点击 Simulate

OpticsBuilder将自动执行以下操作:

  1. 将所有光学元件添加进入考察区域
  2. 为每个机械零件定义黑色阳极氧化膜层对应的散射属性
  3. 执行基线光线追迹,记录光学系统在未添加机械元件的情况下的系统性能
  4. 执行第二次光线追迹,记录光学系统在添加了机械元件的情况下的系统性能
  5. 对比两次追迹结果的数据集,对比其光束尺寸、光束遮拦以及相面污染
  6. 在图像区域展示模拟得到的光线
  7. 打开结果显示窗口

结果显示窗口

在模拟分析成功执行后,将弹出结果显示窗口:

01895_5_results_table.png

如果性能指标大于其允许值,则在结果显示中以红色突出显示。若显示的图表不是绿色的对勾,则可以单击任何白色的性能指标来显示该指标值。

可以通过在结果显示中选择Show Detectors来查看探测器数据。

对于视场或是结构都会有对应的探测器用来显示RMS光斑尺寸、到达光线的数量、峰值辐照度和吞吐量(探测器的总功率)都会显示出来。

在结果显示中选择Show Clipped RaysShow Contaminating Rays将分别绘制未到达探测器的光线或以非预期路径到达探测器的光线。绘制被遮拦的光线集是非常有用的,可以用来确定哪个机械零件将直接遮挡光线。

01895_7_Beam_clipping_set.png

在这种情况下,遮挡光线集(紫色显示光线)表明在 Heliar 装配体中心的圆环为遮挡光线的主要元件。编辑圆环特征以增加其内径可以改善图像质量并减少光线遮挡的情况。进入零件模式,在草图模式下编辑零件,退出草图模式,关闭零件并回到装配模式。在装配体模式下,可以再次运行模拟以查看修改系统后的成像性能指标。

光束遮挡光线集显示当前压环为系统中第一个是遮挡光线的元件,可以对系统进行进一步的修改和模拟,以使所有光学性能指标均低于其允许值。

KA-01895

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