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ASPEN培训课程
光学工程师、镜头设计师、光学系统工程师、光机产品研发人员、相关专业高年级研究生
预备知识
· 熟悉几何光学、像差理论、物理光学基础知识。
· 了解镜头基本构造与评价指标（MTF、点列图、波前图等）。
· 最好有初步的OpticStudio或同类软件操作经验。
培训目标
· 完成本培训后，学员将能够：
· 系统性掌握 OpticStudio在成像与非序列模式下的核心工作流与建模技巧。
· 独立完成 从需求分析、初始结构选型、优化、公差分析到制图的全流程镜头设计。
· 熟练运用 非序列模式对复杂光机系统（如照明、激光、光纤耦合、杂散光）进行精确仿真。
· 深刻理解 多重结构、衍射光学、热 - 结构 - 光学分析、ZOS - API接口等高级功能。
· 建立 规范化的仿真习惯与设计文档，具备解决复杂光学工程问题的能力。
大纲详细内容
· OpticStudio工作逻辑与界面精通
· 镜头数据编辑器、评价函数编辑器、优化向导的深度解析。
· 全局与局部坐标系统：理解元件倾斜/偏心建模的正确方法。
· 玻璃库、材料管理与自定义材料的定义。
· 成像系统设计实战全流程
· 需求拆解： 如何将光学规格转换为OpticStudio中的系统参数。
· 初始结构获取： 利用专利库、镜头库、或通过物方/像方参数构造初始结构。
· 高效优化策略：
· 变量、边界条件、默认评价函数的设置技巧。
· 分阶段优化：控制架构、优化像差、平衡性能。
· 像质分析与性能评估：
· 点列图、MTF、波前图、点扩散函数、几何像差图的高级解读。
· 衍射极限与像差的定量关系。
· 高级成像设计专题
· 变焦镜头设计： 利用多重结构编辑器实现机械补偿式变焦。
· 非球面与自由曲面： 应用、优化与控制，理解其对像质的改善和加工影响。
· 像方远心与物方远心： 在机器视觉、测量系统中的设计实现。
模块二：序列与非序列混合建模：复杂系统建模
非序列模式核心概念与建模技巧
o 非序列模式与序列模式的本质区别与联系。
o 光源建模：光源二极管、椭圆光源、网格光线、相干光与部分相干光。
o 物体建模：原生物体、布尔运算、CAD文件导入与优化。
o 探测器建模：相干/非相干探测器、偏振探测器、颜色探测器。
· 混合模式仿真：序列与非序列的协同
o 如何在成像镜头后添加非序列组件（如分光棱镜、滤光片阵列）。
o 如何将序列镜头组作为子系统导入非序列中进行系统级分析。
· 典型非序列仿真案例实战
o 案例A：LED照明与光导系统仿真
§ 任务：设计一个均匀的矩形照明光斑。
§ 技能：LED光源建模、非球面透镜/自由曲面反射镜设计、光线追迹与均匀性分析。
§ 案例B：激光光束整形与光纤耦合系统仿真
§ 任务：将高斯光束整形成平顶光束，并高效耦合进多模光纤。
§ 技能：高斯光束定义、柱透镜对/衍射光学元件应用、光纤耦合效率优化。
§ 案例C：杂散光分析
§ 任务：分析成像系统中的鬼影和杂散光路径。
§ 技能：散射模型设置（ABg, BSDF）、关键光线路径识别、遮蔽挡光板设计。
模块三：高级功能与系统集成
· 衍射光学与偏振分析
· 二元光学面、衍射光栅、全息面的建模与设计。
· 琼斯向量偏振光追迹：偏振像差、波片、偏振分光镜的分析。
· 公差分析与系统稳健性设计
· 公差操作数设定：敏感度分析与蒙特卡洛分析。
· 补偿器（如后焦、倾斜）的设置：如何模拟装配时的调校。
· 如何根据分析结果，制定合理的光学与机械公差指标。
· 多物理场分析：热分析与结构分析集成
· 利用STAR模块或ZOS - API导入有限元分析结果（温度与形变），分析对光学性能的影响。
· 无热化设计概念入门：被动补偿与主动补偿。
· 自动化与定制化：ZOS - API编程基础
· ZOS - API（Python, C#, MATLAB）接口简介。
· 实现自动化优化、批量数据分析、定制化结果输出。
· 模块四：从设计到制造：完整工程闭环
· 制造图纸与沟通文件
o 光学图纸生成：ISO 10110标准解读，曲率半径、光圈、偏心、表面缺陷等标注。
o 元件与装配图的规范输出。
· 模型验证与实际案例探讨
o 案例研讨： 手机镜头、AR/VR光学系统、工业镜头、投影光机等实际案例分享与讨论。
o 仿真与实测误差来源分析： 从设计、制造、装调到测量，理解误差产生环节。
