Zemax STAR模块的自白---【我是一个分析温度、形变对光学系统影响的工具】

  • 10 March 2022
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欢迎大家的到来,期待大家的回复~~:cherries:

今天,让我们来花点时间让STAR这个小盆友做个全面的自我介绍:blush:

如果听完自我介绍,想继续了解的盆友们,可以点击如下链接加入STAR User Group

STAR User Community

一同在其中讨论关于STAR的相关问题,分享使用它的乐趣,体会它每一点进步带来的喜悦:beers:

初出茅庐的STAR可谓是今年涌现的黑马,一举成名,获得了2022 SPIE软件类“棱镜奖:camera_with_flash:

 

:beers: STAR 模块是什么?

 

简而言之,STAR 可以和它的小兄弟“FEA有限元分析软件”一起,让 OpticStudio 用户可以在 OpticStudio中采用全部的Analyze功能进行结构应力、 热对光学性能影响的分析

小兄弟负责获得FEA分析结果,剩下的部分STAR和OpticStudio完成。锦上添花的是,我们可以利用STAR 模块包含的 STAR-API programming功能,实现工作流自动化。

 

:beers: STAR 模块的优势在哪?

 

 一句话概括,完成FEA 数据与光学表面准确匹配,并让其精确地反映到光学模型上。

改善 STOP 分析的准确性

 

不同于使用 Zernike 多项式往往需要使用高阶项系数进行形变拟合,STAR 模块将使用数据拟合算法(piecewise spline fit )完成对表面的拟合

‎使用STAR导入的FEA形变数据包含position或者air gap(镜间距)的变化,因此,当用户采用STAR load FEA 数据时,他们既可以获得表面的位移量(RBMs :rigid body motions),也可以获得高阶形变量( higher-order deformations)。所以,STAR考虑了系统整体变化带来的影响(目前应力双折射效应的考量在roadmap中)。‎

目前STAR拟合算法对于所有具有实际物理意义的表面都可以准确拟合,换而言之,我们不推荐对于类似近轴透镜(paraxial lens)或者一些相位面(phase surfaces)采用STAR仿真。 

原始 FEA 数据仅用于生成数值拟合,拟合后的结果存储在.ZST 文件中用于后续光线追踪和在不同分析中显示结果。

值得一提的是,区别于一些solution的点在于,有了STAR,FEA数据中非均匀格点将被支持

2D 表面形变转换为非均匀网格矢高数据
3D 温度分布情况转换为非均匀折射率分布数据
可以避免 Zernike 拟合精度不足导致的残余误差

 

精简 STOP 分析工作流程

 

STAR 模块无缝集成到 OpticStudio 中,允许在一个平台中轻松可视化和分析结构和热效应的影响

其中,强大的可视化设计,更是非常用户友好,一键可得结果。下面举几个简单的例子:

:owl: 导入进来的FEA温度变化数据,对应到折射率的变化

:owl: FEA软件的坐标系跟OS内光学系统的坐标系有差异?STAR提供了友好的调整界面

:owl:导入进来的FEA数据的可视化

:owl:当应用了形变数据后,查看形变数据在每个方向的分布

:owl: 可通过开启/关闭单个数据文件,查看单一因素(温度?形变?)对于系统性能的影响,或者单一面对于系统性能的影响,自由度非常高

 

提升团队合作效率

 

STAR 模块是用于与现用工具一起配合使用的,它可以接受来自所有仿真包的 FEA 数据,从而让团队中的工程师们可以各司其职,合作完成仿真设计工作。

关于这点,因为STAR 模块可接受的FEA数据类型为使用以制表符分隔的文本文件(.txt),所以只要前向的FEA分析软件得到的数据整理为如下格式,都可导入。换句话说,STAR只认文件格式和内容不认特定软件。关于自动导出FEA数据的小工具,目前支持Ansys Mechanical,获取途径如下:

OpticStudio STAR Module: Ansys Data Export Extension

结构变形(默认单位是同lens单位一致/lens units)

以制表符分隔的六列数据,按照如下顺序排列: [X position, Y position, Z position, dX, dY, dZ]

温度变化(默认单位是摄氏度℃)

以制表符分隔的四列数据,按照如下顺序排列: [X position, Y position, Z position, T]

 

STAR-API 可以使流程自动化

 
使用 API 自动导入FEA数据和进行分析
加速重复性任务(结合多组 FEA 数据分析)
减少人为操作引入的误差
 
相关STAR-API的示例code,大家可以参考如下说明:
 

:beers: STAR相关的Demo案例

 

高能激光,天文CubeSat, 和车载,手机等领域,STAR都有对应的demo,如果您感兴趣,可发送邮件到我们support@zemax.com,我们可以进行相应的技术交流。STAR涉及的工作流程基本如下:

我们有相关的网络研讨会专门为大家介绍了对应的全工作流程,下面可以获取对应的视频资源

[网络研讨会] Zemax集成化光学系统模拟整体解决方案 – 高能激光系统示例

from-concept-to-cubesat-design-and-iterate-faster-with-zemax-software

 

 :beers: 想用STAR,我需要?

 

目前STAR仅支持序列模式,搭配使用 OpticStudio 21.2 及以上版本专业版或旗舰版订阅License。 且STAR需要单独购买License:grin:

 

:hugging: 好啦,到现在,应该大家都了解STAR这个小盆友了吧~~~请大家多多支持哦~~~:hugging:


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