Ansys Speos | 如何利用Speos聯合optiSLang進行光導優化設計

宇熠科技

2023年11月17日 15:38

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在本例中，我們將使用 Speos 和 optiSLang 實現光導的設計優化，以實現汽車日行燈、內飾氛圍燈等的光導設計，并改善光導亮度的均勻性，以自動優化設計的方式實現更好的照明外觀。

概述

在汽車照明應用中，日行燈是一個獨特的照明標志。這些光導幾乎是一直照明狀態，因此光導的設計需要符合照明均勻性的標準和政府提出的規則。為了實現光導設計和優化，我們使用 Ansys Speos 光學部分設計創建光導，利用 Ansys optiSLang 驅動光導設計參數變化，進而找到最佳設計。

優化工作流

Speos 和optiSLang的數據傳輸

Speos和opitSLang的數據傳輸可以有三種方式：第一種是在Workbench中鏈接Speos和optiSLang進行數據傳輸優化，第二種是在optiSLang中鏈接workbench，workbench中含有Speos的數據，完成數據傳輸，第三種是直接使用scripts完成Speos和optiSLang的數據鏈接。

Speos 軟件中完成 light guide 完成初步光導設計，并進行光導的亮度和強度模擬與法規檢查。

在 Speos 的仿真模擬中，有幾項相關鍵的仿真重要參數設置：

Lightguide Meshing：精確的meshing對于光導設計來說是很重要的，使用Speos的用戶都知道meshing的重要性，如果不考慮meshing的參數設置，光導設計中的出光效果將會受到影響。通常會使用local meshing來設置特殊幾何體的meshing劃分。

Maximum number of Surface interaction：光導依靠全內反射來引導光線走向，這導致光和表面相互作用次數增多，特別是光線和光導棱鏡之間的相互做用，默認值100通常過低，可以適當提高此數值設置。光導依靠全內反射來引導光線走向，這導致光和表面相互作用次數增多，特別是光線和光導棱鏡之間的相互做用，默認值100通常過低，可以適當提高此數值設置。

XML Template：XML文件中包含了Sensor 中對關鍵數值的定義和數值驗證，使用XML文件可以直接得到仿真結果的數值情況，并且使得每個參考數值都可以作為輸出結果在optiSLang中使用。關于XML可以在Ansys customer Portal官方網站得到XML標準模板。

設置以上Speos的參數，運算仿真得到強度圖和亮度圖兩個結果，從法規和均勻性兩個方面對光學性能進行了測量。強度圖的網格視圖強調了法規遵從性，每個表格代表一個強度測量點，測量點的值受法規約束。中間值代表模擬結果，左下值代表通過規定的最小限度，左上值代表通過規定的最大限度，右邊代表個人設置的安全限度。如果法規沒有通過，則用紅色標出，如果沒有達到安全限度，則用黃色標出，如果通過，則用綠色標出。

在亮度圖中定義均勻性性能的測量值。測量是基于18點折線，甚至更多點折線，沿著這條線的亮度均勻性可以被評估，測量平均和均方根對比。同時亮度結果也將用做于優化的輸出，優化目標是在保持ECE規定滿足要求的同時，獲取均勻的外觀照明，降低RMS對比度和最大化折線平均值。

optiSLang靈敏度分析，通過敏感性研究來確定重要的光導輸入參數，并通過創建元模型顯示輸入和輸出參數之間關系，從而展示參數分析能力。

建立參數化系統后，進行參數敏感性分析。在敏感性分析中，通過COP矩陣預測輸出變化，COP的數值告訴我們模型質量，此外可以看到參數對輸出的影響。所以我們會得到在light guide設計參數中有有哪幾項設計參數是影響設計目標光導的亮度均勻性、均方根、光強度的關鍵，可以直接了解光學行為。

optiSLang優化，通過執行基于模型的多目標優化，然后進行局部和單目標直接優化，以實現可能的最佳設計，展示優化能力。

優化算法在MOP上采樣了10000種設計，以找到輸入參數值的最佳組合，實現最佳設計。多目標優化的結果顯示在“帕累托面”(參見下圖)。該圖顯示了兩個目標之間的權衡，在最佳設計的集合用紅點標記(定義為帕累托前沿)。工作流通過一個真正的求解器調用(如綠點所示)自動驗證20個最好的設計。由于COP值較好，預測值與驗證值之間的差異較小。通過選擇其中一種設計，相應的參數值和響應顯示在optiSLang的后處理其他圖中。圖片顯示的是經過驗證的7574設計，為了進一步改進設計，可以通過將其中一個目標轉化為約束來進行局部和單一目標的優化。