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

news 来源：原创 2025/4/30 11:40:48

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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。