CODE V中设计自由曲面的五大工具

如今的光学设计师常常需要找到校正更多像差、使用更少表面的方法，并且要在更紧凑的几何结构中实现，这些结构必须适配从更小的医疗仪器到更可穿戴的增强现实系统等各种设备。当存在多个折叠面或复杂的光路约束时，设置具有多个反射或折射面的紧凑几何结构可能具有挑战性。为了支持此类设计工作，CODE V 提供了独特而强大的自由曲面设计和优化工具。
如果您正在设计自由曲面光学器件，请查看CODE V中支持您进行设计优化和分析的五大工具。

1.Q2D自由曲面非球面

CODE V中的Q2D自由曲面非球面是优化的绝佳工具，它提供了在许多情况下能够平滑收敛的正交多项式。对于某些设计，您可能会发现Q型多项式非球面由于其正交性而能够更快地收敛到良好的解，因为它们在设计空间中为平衡像差而进行的项之间的竞争可能性较小。此外，CODE V提供了相对于基底圆锥顶点所使用的表面部分的独特几何定位。

图1.全反射、非对称设计的Q2D自由曲面非球面

2.模拟偏离基底圆锥曲面的非球面偏离量的方法

对于一部分自由曲面非球面，CODE V现在提供了两种方法来模拟偏离基底圆锥曲面的非球面偏离量。第一种独特的方法允许使用离轴角参数——omega——来表示圆锥曲面将被使用的离轴程度。表面的局部坐标将通过角度omega移动表面来定位。CODE V还提供了X和Y偏移参数，用于移动多项式偏离的原点。

图2.CODE V中在基底圆锥面上应用自由曲面多项式偏离

CODE V中新的扩展Fringe Zernike多项式曲面提供了设计人员在其光学系统建模中习惯使用的相同多项式，但扩展到了高达R^30^的高阶径向项。

3.系数表

从CODE V 11.3开始，设计人员可以使用一个独特的系数表，该表允许以友好的可视化格式快速查看系统的对称性条件以及与该对称性条件的符合（或不符合）情况。能够看到符合（或不符合）系统所需对称性条件的系数，可以最有效地利用设计优化变量，并有助于保持仅关注和使用对系统改进有效的变量。

图3.未假定光学系统对称性条件的二维系数网格

图4.突出显示光学系统X-Z对称性条件的二维系数网格

4.表面偏离量、矢高和斜率信息的可视化

CODE V使您可以轻松可视化您设计的表面，从而了解用于制造目的的非球面斜率的陡峭程度。通过使用内置功能查看表面偏离量、矢高和斜率信息，您可以发现潜在的问题区域，并通过在设计优化中进行进一步控制来改进表面形状。

图5.Q2D自由曲面非球面表面矢高图

5.基于切比雪夫多项式的用户自定义面

对于需要在矩形光瞳上进行优化的光学系统，CODE V提供了一种基于切比雪夫多项式的新的用户自定义面，这对于具有正方形或矩形孔径的系统非常有用。这种表面表示包括高达14阶的项，为优化现代折叠紧凑型设计提供了额外的灵活性。

图6.切比雪夫系数表

图7.带有切比雪夫曲面的双镜反射器

在CODE V中使用这些新的强大工具来设计自由曲面光学系统可以节省时间。当您将这些工具与CODE V的优化能力和速度相结合时，您将看到将设计从初步阶段推进到最终验收的效率得到提高。