SigFit—光-机-热耦合分析工具

美国Sigmadyne公司的SigFit软件是光机热耦合分析工具，可以将有限元分析得到的光学表面变形等结果文件通过多项式拟合或插值转化为光学分析软件的输入文件，还可实现动态响应分析、光程差分析、设计优化、主动控制/自适应控制光学系统的促动器布局及优化等。SigFit帮助用户解决了不同学科间的数据传递难题，可大大缩短研发周期，节省研发成本，有效提升光学设计仿真精度，提高光机产品的成像质量与环境适应性。目前，SigFit已广泛应用于成像光学镜头、光学传感器、激光通信、显微光刻等高精密光学产品的研发。

产品介绍

•基本功能

♦ 面形拟合：

将热与机械分析得到的温度、应力及面形变化等分析结果导入SigFit，通过多项式拟合或插值，转换为光学分析软件可以读取的格式，直接在光学分析软件中考虑系统受到外界热、机械作用后的光学性能变化。

▼多项式拟合：将多种输入格式的数据拟合为多项式，拟合类型包括标准和边缘Zernike多项式、非球面多项式、XY多项式等九种格式；

▼表面变形插值：将光学测试的试验数据或有限元仿真的网格数据插值为一个数组或者另一种网格结果，以用于仿真预测结果与光学测试结果的对比，或用于拟合Zernike多项式无法准确描述的光学表面变形。

该模块可以很好地解决光学成像镜头组在不同学科间数据传递的难题。

•高级功能

♦ 主动控制：

分析光学面形RMS值随激励源数目的变化关系，分析如何布置激励源使光学表面RMS值尽可能小，为施加激励源的位置和大小提供参考；根据一定约束自动优化、计算施加激励源的位置。

♦ 动态响应：

基于有限元固有频率分析结果、通过用户在SigFit中指定的激励载荷和阻尼等计算面形由于谐波振动/随机振动/瞬态载荷引起的刚体位移、曲率变化、RMS误差、传递函数变化、LOS晃动及各阶模态对RMS的影响等。

该模块可帮助用户将机械振动与光学性能分析指标联系起来，对于光学透镜组有重要的意义，可预测不同工况下对光学成像镜头组成像影响较大的模态，为设计提供参考，有效提升光机系统环境适应性。

♦ 设计优化：

将光学表面的Zernike系数、面形RMS值、PV值等参数转变为有限元软件格式的方程，利用有限元软件的优化求解器对光学表面的面形、支撑结构、材料参数等进行优化，获得理想的光学系统设计方案。

该模块使得用户可以在考虑光学性能的前提下调用Nastran求解器进行优化，对于光学成像镜头组，可实现系统的多学科综合优化，能有效提升产品综合性能。

♦ 光程差分析：

包括热光分析、应力光学分析及气动光学分析三大类。利用有限元分析/流体分析得到的应力、温度分析结果/流体的密度分析结果，根据温度、应力、密度与折射率之间的关系，计算得到对应的光程差及双折射等光学特性。

该模块提供了热光分析、应力光学分析、气动光学分析的实现途径，在设计阶段对热、应力、气体密度通过影响光学系统的折射率对光学性能带来的影响进行分析，对于光学成像镜头组有重要的意义。

应用&案例

♦ 分析对象：摄像镜头组

♦ 分析目的：在热载荷作用下，通过优化，得到满足成像条件的设计参数