光学数字孪生系统仿真
一、光学数字孪生系统搭建的意义
1、降低开发风险:在实际制造前,搭建光学系统进行仿真可以帮助发现潜在的设计问题,如光学元件的干涉、衍射等效应,从而在早期阶段避免昂贵的迭代和修改。
2、成本效益分析:光学系统的仿真,可以在设计阶段评估不同方案的效果,减少实际制造成本。
二、搭建步骤
1. 系统调研
基础理论研究:深入理解光学系统的基本成像原理,及常用的光学结构模型。
光学结构评估:评估现有光学结构的适用性,确定哪些技术可以用于模型设计。
2. 系统定义
测试指标设定:明确光学系统的测试指标,面型精度,像点位置等。
3. 初步设计
初步光学设计:使用 Zemax 进行初步的元件布局和参数优化。
4. 详细设计
元件选择:基于性能要求,选择合适的光学元件,如透镜、棱镜、滤光片等。
光学系统建模:在 Zemax 中建立详细的光学系统模型,包括所有光学元件和光路。
5. 仿真分析
性能模拟:使用 Zemax 进行光线追踪模拟,评估光学系统的性能指标。
参数敏感性分析:分析关键设计参数对光学性能的影响,确定优化方向。
6. 优化设计(可选)
优化算法应用:应用 Zemax 内置的优化工具,如最小二乘法、遗传算法等,优化光学系统的性能。
7. 实验验证
数据分析:收集 Zemax 仿真数据,使用matalb解析成的像。
8. 迭代优化
问题定位:分析测试中发现的问题,确定原因。
设计调整:根据测试结果和问题诊断,对光学系统进行必要的设计调整。
再次仿真:对调整后的设计方案进行新一轮的仿真,验证改进效果。
9. 最终验证
全面测试:进行最终的性能测试,确保光学系统满足所有设计要求。
文档编制:编写详细的设计文档和方法原理、测试结论。
三、Checklist
完整的数字孪生光学系统应当具备以下内容:
1、光学系统的基本成像原理;
2、光学系统的基本参数指标;
3、光学系统的zemax仿真模型,探测器成像结果;
4、探测器成像的解析方法原理与测试过程;
5、光学系统的仿真测试结论。