概述

        美國(guó) Sigmadyne 公司的 SigFit 軟件是專(zhuān)業(yè)的光機(jī)熱耦合分析工具，可以將有限元分析得到的光學(xué)表面變形等結(jié)果文件通過(guò)多項(xiàng)式擬合或插值轉(zhuǎn)化為 Zemax/CodeV 等光學(xué)分析軟件的輸入文件，還可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、光程差分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化和主動(dòng)控制光學(xué)系統(tǒng)的促動(dòng)器布局及優(yōu)化等。SigFit 幫助用戶(hù)完美解決了不同學(xué)科間的數(shù)據(jù)傳遞難題，大縮短了研發(fā)周期，節(jié)省了研發(fā)成本，有效提升了光學(xué)設(shè)計(jì)仿真精度，提高了光機(jī)產(chǎn)品的成像質(zhì)量與環(huán)境適應(yīng)性。目前，SigFit 已廣泛應(yīng)用于空間相機(jī)、紅外光學(xué)鏡頭、激光引信、激光雷達(dá)、光學(xué)導(dǎo)引頭、光學(xué)傳感器、激光通信、顯微光刻等的研發(fā)階段。

        潤(rùn)科通用針對(duì)客戶(hù)需求，提供了成熟的光 - 機(jī) - 熱集成分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案，基于多學(xué)科集成與設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)光、機(jī)械、電、熱等跨學(xué)科綜合系統(tǒng)的自動(dòng)化仿真與設(shè)計(jì)優(yōu)化。

產(chǎn)品介紹

? 基本功能
    ? 面型擬合
        將熱與機(jī)械分析得到的溫度、應(yīng)力及面型變化等分析結(jié)果導(dǎo)入 SigFit，通過(guò)多項(xiàng)式擬合或插值，轉(zhuǎn)換為光學(xué)分析軟件可以讀取的格式，直接在光學(xué)分析軟件中考慮系統(tǒng)受到外界熱、機(jī)械作用后的光學(xué)性能變化。

        ?多項(xiàng)式擬合：將多種輸入格式的數(shù)據(jù)擬合為多項(xiàng)式，擬合類(lèi)型包括標(biāo)準(zhǔn)和邊緣 Zernike 多項(xiàng)式、非球面多項(xiàng)式、XY多項(xiàng)式等九種格式

        ?表面變形插值：將光學(xué)測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或有限元仿真的網(wǎng)格數(shù)據(jù)插值為一個(gè)數(shù)組或者另一種網(wǎng)格結(jié)果，以用于仿真預(yù)測(cè)結(jié)果與光學(xué)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比，或用于擬合 Zernike 多項(xiàng)式無(wú)法準(zhǔn)確描述的光學(xué)表面變形

        該模塊完美解決了不同學(xué)科間數(shù)據(jù)傳遞難題，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)從有限元分析到光學(xué)分析軟件的無(wú)縫連接。

光機(jī)熱耦合分析流程圖

? 高級(jí)功能
    ? 主動(dòng)控制
        分析光學(xué)面形 RMS 值隨激勵(lì)源數(shù)目的變化關(guān)系，分析如何布置激勵(lì)源使光學(xué)表面 RMS 值*小，為施加激勵(lì)源的位置和大小提供參考；根據(jù)一定約束自動(dòng)優(yōu)化、計(jì)算施加激勵(lì)源的位置。

        該模塊用于主動(dòng)控制 / 自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，綜合考慮多個(gè)促動(dòng)器的交叉影響，幫助用戶(hù)優(yōu)化整體促動(dòng)器布局方案，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。

    ? 動(dòng)態(tài)響應(yīng)
        基于有限元固有頻率分析結(jié)果、通過(guò)用戶(hù)在 SigFit 中指定的激勵(lì)載荷和阻尼等計(jì)算面形由于諧波振動(dòng) / 隨機(jī)振動(dòng) / 瞬態(tài)載荷引起的剛體位移、曲率變化、RMS 誤差、傳遞函數(shù)變化、LOS 晃動(dòng)以及各階模態(tài)對(duì) RMS 的影響等。

        該模塊可幫助用戶(hù)將機(jī)械振動(dòng)與光學(xué)性能分析指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，預(yù)測(cè)不同工況下影響較大的模態(tài)，為設(shè)計(jì)提供參考，提高仿真分析精度，有效提升光機(jī)系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性。

    ? 設(shè)計(jì)優(yōu)化
        將光學(xué)表面的 Zernike 系數(shù)、面型 RMS 值、PV 值等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)?Nastran 格式的方程，利用 Nastran 的優(yōu)化求解器對(duì)光學(xué)表面的面型、支撐結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，獲得*佳的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

        該模塊使得用戶(hù)可以在考慮光學(xué)性能的前提下調(diào)用 Nastran 求解器進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)光機(jī)系統(tǒng)的多學(xué)科綜合優(yōu)化，有效提升光機(jī)產(chǎn)品綜合性能。

    ? 光程差分析
        包括熱光分析，應(yīng)力光學(xué)分析及氣動(dòng)光學(xué)分析三大類(lèi)。利用有限元分析 / 流體分析得到的應(yīng)力、溫度分析結(jié)果 / 流體的密度分析結(jié)果，根據(jù)溫度、應(yīng)力、密度與折射率之間的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的光程差及雙折射等光學(xué)特性。

        該模塊提供了熱光分析、應(yīng)力光學(xué)分析、氣動(dòng)光學(xué)分析的實(shí)現(xiàn)途徑，在設(shè)計(jì)階段對(duì)熱、應(yīng)力、氣體密度通過(guò)影響光學(xué)系統(tǒng)的折射率對(duì)光學(xué)性能帶來(lái)的影響進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)高精度要求的光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

應(yīng)用&案例
        Courtesy NASA Goddard Space Flight Center 空間望遠(yuǎn)鏡主鏡需要通過(guò)單點(diǎn)的主動(dòng)控制來(lái)保證其面型 RMS 值，主鏡背面原始的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的面型 RMS 值修正效果為 225nm，不能滿(mǎn)足 35nm 的初始設(shè)計(jì)要求。為此，在鏡片設(shè)計(jì)過(guò)程中利用了 SigFit 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，在 SigFit 中將面型 RMS 值轉(zhuǎn)換為 Nastran 語(yǔ)言方程，通過(guò)調(diào)用 Nastran 的優(yōu)化求解器對(duì)鏡面支撐形狀進(jìn)行了優(yōu)化，終將面型 RMS 的大值降低至 33nm，滿(mǎn)足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。

基本設(shè)計(jì)方案及其主動(dòng)控制的 RMS 值（225nm）

優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案及其主動(dòng)控制的 RMS33nm）

        SigFit 涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括制圖、能源研究、天文、醫(yī)學(xué) ( 隱形眼鏡、人工晶體 )、通訊、娛樂(lè) ( 電影放映 )、顯微光刻等，目前已成功應(yīng)用于 TMT(Thirty Meter Telescope)、NASA James Webb 空間望遠(yuǎn)鏡、NASA Europa Clipper 等系統(tǒng)的研發(fā)階段。

        潤(rùn)科通用是 SigFit 中國(guó)獨(dú)家代理商。目前，潤(rùn)科通用已為包括以下客戶(hù)在內(nèi)的多家單位提供了光 - 機(jī) - 熱耦合分析軟件及完善的光 - 機(jī) - 熱集成分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案。