[發明專利]基于Ansys薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真方法

在審

• 申請號: 201910939547.0
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110795872A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 李松晶;賈偉亮;張愛臣;張亮
• 申請（專利權）人: 揚州尼爾液壓科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F113/08
• 代理公司: 32233 常州市夏成專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 王敏

本發明涉及液體變焦鏡片光學仿真技術領域，尤其是一種基于Ansys薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真方法，在三維建模軟件中建立薄膜的原始幾何模型，導入Ansys后，在workbench模塊中實現薄膜變形仿真之后，再在FEM模塊經過后處理步驟，即逆向求解的方法，可直接獲得變形薄膜的幾何體模型并導出step格式的文件，并導入三維軟件，實現三維軟件與Ansys的對接，再在三維軟件中，以變形薄膜的幾何體模型的內表面為拉伸的基準面，便可方便構建液體分布的幾何體模型，最后再導入光學仿真軟件Zemax中對鏡片的整體結構建模并進行光學仿真，該方法對于液體變焦鏡片的設計及光學仿真具有易實現、誤差小、高效率等優點，在液體鏡片設計和光學仿真技術領域具有一定的應用前景。

技術領域

本發明涉及液體變焦鏡片光學仿真技術領域，尤其是一種基于Ansys薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真方法。

背景技術

液體變焦鏡片其結構由表至里依次包含彈性的薄膜、液體和支撐板，如圖1所示，液體變焦鏡片需要進行光學仿真，目前，液體變焦鏡片的光學仿真通常在Zemax軟件中進行的，在基于彈性薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真過程中，包含對變形薄膜、液體分布和支撐板的仿真建模，其中，變形薄膜的仿真是最復雜的，彈性薄膜在有限元變形仿真后，對于變形薄膜的表面采用拾取、統計和整理數據的方法在光學仿真軟件中間接擬合表面形狀，如果變形薄膜包含多個不規則表面，則需要多次數據處理，其過程復雜，生成的表面形狀存在誤差。因此，Zemax軟件中拾取變形薄膜通常效率低、精度差，制約著液體變焦鏡片的光學仿真的效果。

發明內容

為了克服現有的Zemax軟件變形薄膜和液體分布仿真的不足，本發明提供了一種基于Ansys薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于Ansys薄膜變形的液體變焦鏡片的光學仿真方法，包含以下步驟：

S1、在三維建模軟件中建立液體變焦鏡片外表面均勻厚度薄膜的原始幾何模型；

S2、將步驟S1得到薄膜的原始幾何模型導入Ansys軟件中，在Ansys workbench模塊中設置薄膜的材料參數、進行薄膜網格劃分、施加邊界約束和施加表面壓力后，進行有限元變形仿真，得到變形薄膜；

S3、先將步驟S2得到的變形薄膜的結果文件通過模型樹中的Geometry模塊更新到原始幾何模型，得到更新后的幾何模型，再在仿真的主界面將更新后的幾何模型傳遞到FEM模塊中進行模型的后處理，得到格式為Step的變形薄膜的幾何體模型并導出；

S4、將步驟S3得到的格式為Step的的變形薄膜的幾何體模型導入到三維建模軟件，以變形薄膜的幾何體模型為基礎，對鏡片中液體分布的幾何模型進行構建，得到變形薄膜和液體分布的幾何體模型；

S5、將步驟S4得到的變形薄膜和液體分布的幾何體模型型導入光學仿真軟件Zemax中，然后構建支撐板，得到變形薄膜、液體分布和支撐板的幾何體模型后，賦予薄膜、液體和支撐板的材料屬性后，再進行光學仿真。

優選的，所述步驟S1和步驟S4中的三維建模軟件為Solidworks軟件、Adams軟件和UG軟件中的任意一種。

優選的，所述步驟S3中FEM模塊中對模型進行的后處理步驟包括生成蒙皮、導入薄膜的原始幾何體和縫紉，通過蒙皮和縫紉的步驟，可以得到誤差小、精度高的變形薄膜的幾何體模型。

優選的，所述步驟S4中對鏡片中液體分布的幾何模型進行構建具體方法為，對繪制的圓形草圖進行實體拉伸至變形薄膜的內表面。

優選的，所述步驟S5中賦予薄膜的材料為PDMS或Ecoflex，PDMS或Ecoflex具有較好的彈性，且是透明材料，適用于液體變焦鏡片，賦予支撐板材料為PMMA，PMMA也具有較好彈性的透明材料。