» Projektowanie systemów optycznych w ANSYS Speos

Projektowanie systemów optycznych w ANSYS Speos

Projektowanie systemów optycznych w ANSYS SPEOS pozwala równocześnie na prowadzenie symulacji komputerowych co przekłada się na znaczną oszczędność czasu w procesie rozwoju produktu. Drugą ważną korzyścią jest projektowanie produktów których finalne parametry mogą być precyzyjnie określone na długo przed budową prototypu.

ANSYS SPEOS zawiera wszystkie najważniejsze funkcjonalności przydatne w symulacji i analizie właściwości fotometrycznych układów optycznych, takich jak natężenie, intensywność czy luminancja. SPEOS oferuje równie intuicyjne modelowanie 3D w przyjaznym dla użytkownika interfejsie ANSYS SpaceClaim. Umożliwia to stworzenie, optymalizowanie i weryfikację pod względem zgodności z normami modelowanego układu optycznego, bez konieczności znajomości złożonych platform CAD.

Symulacje multiphysics z ANSYS SPEOS

ANSYS SPEOS umożliwia przeprowadzanie symulacji sprzężonych z np. symulacja termiczną, bądź mechaniczną. Połączenie to jest otrzymywane w niezwykle łatwy sposób dzięki możliwościom ANSYS Workbench. Odkształcenia będące efektem drgań własnych czy warunków termicznych mogą mieć istotny wpływ na właściwości fotometryczne układu optycznego.

Projektowanie systemów optycznych w ANSYS
Porównanie wyników symulacji dla nominalnego kształtu czujnika LIDAR oraz po uwzględnieniu deformacji termicznych

Materiały, źródła światła i powierzchnie elementarne

ANSYS SPEOS umożliwia symulację interakcji światła z materiałami retro-refleksyjnymi, matowymi, półmatowymi kolorami RAL, jak również powierzchni o właściwościach opalizujących, holograficznych, rozpraszających światło, lustrami – i to w dowolnym układzie geometrii.

Przykładami tych materiałów mogą być reflektory aluminiowe, lustra samochodowe, różne typy skór, przeźroczyste lub rozpraszające elementy plastikowe.

W obrębie licencji SPEOS Pro możliwa jest symulacja światła poszczególnych źródeł:

  • LED, halogen, HID, źródło powierzchniowe zdefiniowane przez użytkownika;
  • Oświetlenie obecne w otoczeniu, oraz HDRI (High Dynamic Range Image).

 Wśród elementarnych powierzchni optycznych jakie można zamodelować to:

  • Soczewki paraboliczne i eliptyczne (dla modułów LED, soczewki Fresnela, itp.);
  • TIR (Total Internal Reflection Lens).
Projektowanie systemów optycznych w ANSYS

Luminancja, intensywność, natężenie oświetlenia

Możliwości jakie daje symulacja w SPEOS pozwalają na wirtualną analizę właściwości fotometrycznych układu jeszcze zanim powstanie jego prototyp. Z dużą dokładnością osoba projektująca układ może go sprawdzić pod względem luminancji (cd/m2), natężenia strumienia źródła światła (cd) oraz natężania oświetlenia (lx).

Po zdefiniowaniu luminancji, użytkownik jest wstanie wygenerować grafikę w wysokiej rozdzielczości, która odwzoruje foto realistyczny obraz prototypowanego obiektu, z dodatkową funkcją podglądu poziomu luminancji w każdym jego punkcie.

Dla programu SPEOS w wersji Pro możliwa jest symulacja z zakresu światła widzialnego, tj. dla długości fal od 360nm do 830nm.

Tabela porównawcza zgodności parametrów produktu z wymogami normowymi

Sprawdzanie czy prototyp spełnia wymagania regulacji prawnych

Wyniki z symulacji – mapy fotometryczne, przekroje, punkty pomiarowe mogą być walidowane zgodnie z wbudowanymi w obręb ANSYS SPEOS normami, np. UNECE, SAE.

ANSYS SPEOS umożliwia również weryfikację urządzeń typu LIDAR poprzez tworzenie dynamicznych scenariuszy, które symulacją realne sytuacje na drodze. Pozwala to na wyłapanie białych plam i niekorzystnych warunków mogących negatywnie wpłynąć na detekcję przedmiotów. Dzięki temu nasze wirtualny prototyp może „przejechać” setki tysięcy kilometrów zanim zostanie fizycznie zainstalowany na prototypie.

Przykładowy scenariusz analizujący skuteczność działania systemu LIDAR analizującego odległość od obiektów

Optymalizacja okładów optycznych

ANSYS SPEOS umożliwia dwustopniową optymalizację dzięki integracji z modułami ANSYS DesignXplorer oraz ANSYS OptisLang zarówno dla parametrów mechanicznych, jak i optycznych. Pozwalając uzyskać cel w mniejszej ilości iteracji projektowych.

Gdy parametrów jest bardzo dużo, bądź ich wpływ na funkcjonalność obiektu jest nieznana – wtedy połączanie ANSYS SPEOS z modułem OptisLang pozwala na szybką identyfikację kluczowych parametrów oraz ich optymalizację.

Bardzo przydatna w procesie optymalizacji jest możliwość uwzględnienie konkretnych norm, które produkt musi spełnić. W efekcie otrzymujemy konstrukcję, która nie tylko jest optymalna ale również z powodzeniem przejdzie test walidacyjny.

optymalizacja układów optycznych
Przykład optymalizacji kontrastu

Projektowanie systemów optycznych w ANSYS SPEOS – podsumowanie

Firma OPTIS była największym graczem na rynku symulacji światła i układów optycznych. Przejęcie przez ANSYS wzmocniło możliwości produktów z linii SPEOS o możliwość uwzględnienia wpływu temperatury i innych czynników na wydajność i jakość produktu. Równie istotna jest możliwość optymalizacji parametrycznej z uwzględnieniem wymagań różnych norm (np. ECE, FMVSS).

Projektowanie systemów optycznych w ANSYS SPEOS jest dodatkowo uproszczone przed integrację z ANSYS SpaceClaim, który jest bardzo prostym w użyciu ale niebywale zaawansowanym technologicznie inżynierskim systemem CAD. Dużą zaletą ANSYS SPEOS jest również dostęp do bardzo bogatej bazy materiałów optycznych, która stale jest poszerzana.

Autor: Agnieszka Zdunek, MESco Sp. z o.o.