光學分析的案例
在光源與光學器件研發中的應用——OAS光學分析軟件
OAS 光學分析軟件是第?款國產?主研發的序列/?序列光學系統設計和分析軟件，具有完整的系統整體設計與優化的功能。目前，OAS 光學分析軟件已成為光源與光學器件研發領域的重要工具。它以卓越的光學模擬精度、全面的分析功能、靈活的優化工具和用戶自定義擴展功能，助力研發人員將復雜的光學產品快速轉化為市場上的成熟產品。以下是OAS軟件在光源與光學器件研發中的幾個關鍵應用：
1.精確模擬：光學設計的基石
OAS 光學分析軟件提供的精確光學模擬功能，使得研發人員能夠創建和模擬各種光源和光學器件。無論是點光源、線光源還是面光源，甚至是復雜形狀的LED陣列，OAS都能輕松應對。這種高精度的建模能力為后續的仿真和優化提供了堅實的基礎，使得設計結果更加貼近實際產品。
2.深入分析：優化光學性能
OAS 光學分析軟件的光學分析功能覆蓋了幾何光學和波動光學的廣泛領域。它能夠模擬光線在光源中的發射、傳播和分布過程，幫助研發人員評估光源的發光特性，如光強分布、顏色均勻性等，并進行光譜分析和車燈設計模塊的仿真。這些分析工具使得研發人員能夠精確控制光源的性能，滿足不同應用場景的需求。
3.優化算法：提升設計效率
OAS 光學分析軟件內置了多種優化算法，如蒙特卡羅模擬、光線扇/網格等。研發人員可以設定優化目標，并指定優化參數的范圍。OAS將自動調整光源的結構和參數，以達到最佳效果。這種靈活的優化模式使得設計師能夠更高效地實現設計目標，提高產品的競爭力。
4.集成設計：協同光學元件
在光源與光學器件研發中，OAS 光學分析軟件提供了靈活的模型組合和光線追跡功能，使得研發人員能夠方便地模擬光源與光學元件之間的相互作用，優化整個光學系統的性能。這種集成設計方法不僅提高了設計效率，還確保了光學系統在實際應用中的穩定性和可靠性。
展開 Moldex3D模流分析之光學射出光學件成型仿真
料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋，利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 Moldex3D模流分析之光學分析模組
光學分析的計算參數設定
這些設定完成后即可進行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊分析順序 (Analysis sequence)，并選擇光學分析 (Optics)－O，以執行光學分析（下圖）。
分析順序設定
3. 后處理 (Post-processing)
在窗口顯示輸出的流域分布圖標
檢視光學分析模塊的分析結果的簡單方法就是在窗口顯示流域分布圖標。基本顯示步驟如下圖。
步驟1：從Studio中選擇適合的項目。
?選擇想要的組別
?在分析結果／光學（Result/Optics）選擇想要的結果
?選擇結果項目，例如：流動引發的光學性質、熱性質或光學性質總合
步驟2：從顯示工具欄（Display Toolbar）中選擇圖標，在顯示窗口（Display Window）中選擇想要查閱的分析結果。相關范例如下。
選擇光學分析中充填階段時流動引發的雙折射結果
1. 檢視制程中由流動引發的雙折射 (Flow-induced Birefringence during the Processing)
在計算完成之后，能檢查在充填、保壓及冷卻階段時由流動引發的光學性質。例如：要檢視組別的結果，請在Studio樹狀目錄中選擇組別（Run） > 分析結果（Result）> 光學分析（Optics）> 流動導致雙折射（flow-induced birefringence）。其結果將在顯示窗口（display window）中展現，如下圖。同樣地，使用相同的方法以檢視雙折射、光程差（下圖）、條紋級數與光彈條紋。
2.
展開 Moldex3D模流分析之考慮完整要素于分層射出的光學件成型仿真
料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋，利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 
Moldex3D模流分析之考慮完整要素于分層射出的光學件成型模擬
塑料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋。利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析
?第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選 預測流動殘留應力在流動 / 保壓階段 和 預測流動殘留應力在冷卻階段 。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
?第二射(B層)分析
-步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
-步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
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展開 線上培訓 | ASAP 光學系統雜散光分析與控制，招生中
END
武漢墨光是光機電領域優質服務商，提供SYNOPSYS?鏡頭設計軟件、ASAP高級光學系統分析軟件、APEX光機系統分析與設計軟件、JCMsuite 納米光學仿真分析軟件、PCGrate 光柵設計軟件 等產品的推廣、銷售、咨詢、培訓、技術支持、軟件二次開發及解決方案等服務，輔助高校教學科研、研究所進行高端技術研發以及光機電廠商利用光學軟件研發各領域的光學器件與光機系統，在最短時間內完成量產并獲利。
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Moldex3D模流分析之黏彈、光學標簽
黏彈/光學頁簽 (VE and Optics Tab)
黏彈/光學計算參數適用于光學分析，包含殘留應力分析、雙折射與光程差等。
殘留應力選項 (Residual Stress Options)
請勾選 [殘留應力項] (Residual stress options) 中的方塊，來計算充填/保壓或冷卻階段產生的流動殘留應力。
光學性質預測 (Estimate Optics Properties)
必須勾選 [光學性質預測](Estimate optics properties) 復選框，才能執行光學分析。 在 [Direction of propagation]欄中，至少新增一組數據，以指定觀測方向。單擊 [新增] (Add) 并輸入坐標。或在 Moldex3D [項目] (Project) 窗口中調整想要的方向，然后單擊 [目前視角方向] (Set to current) 檢視。
注意：唯有選擇其中一個殘留應力選項，才能選擇 [光學性質預測](Estimate optics properties) 的功能。
分析光學的計算參數設定
輸出至光學軟件 (Output to Optical Software)
必須勾選 [輸出至光學軟件] (Output to optical software) 復選框，才能傳送射出后的分析結果至光學軟件。單擊 細節…(Detail…)，會顯示 [光學輸出接口功能] (Optics Interfacing Function Option) 對話框。Moldex3D 可將變形的形狀與折射率分布轉換為光學軟件。請勾選想轉換微光學軟件的項目。
轉換變形形狀的方式有兩種：一種是「直接轉換成 Zernike 多項式」。
展開 Moldex3D模流分析之金屬工業中心以Moldex3D光學模塊優化雷射投影機數組鏡片
大綱
Moldex3D光學分析模塊已廣泛應用于光學產業，協助提高產品質量和降低生產成本。金屬工業中心運用Moldex3D實驗設計法(DOE)及光學分析模塊，觀察雷射投影機內數組鏡片的雙折射現象和成型參數之間的關聯，改善殘留應力和翹曲問題。經由實際試模也發現，Moldex3D的仿真結果和實際制造高度符合，可以協助在實際制造前，達成成型參數優化，節省開發時間和試模成本。
挑戰
降低雙折射現象
改善翹曲
改善光束均勻度
解決方案
藉由Moldex3D的光學分析模塊和實驗設計法(DOE)優化成型參數，降低光雙折射現象并改善翹曲和光的折射均勻度。
效益
找出影響產品質量的關鍵因素為射出速度和保壓壓力
雙折射現象改善了3%
總位移量由7X10-2mm降低為1.7X10-2 mm
案例研究
由于光學鏡片必須滿足高透光需求，一般射出成型多選用非結晶材料。射出過程中，塑料受到射出溫度和壓力變化，使得產品收縮行為不易控制。此外塑料材料受到過高的壓力容易產生塑料脆裂；溫度過高則可能導致熱裂解。如何優化成型參數是控制光學鏡片質量高低的關鍵。
本案例產品為雷射投影機的數組鏡片，目標為藉由仿真分析找出最佳制程參數，以降低雙折射現象、改善產品翹曲和光折射均勻，并希望能將殘留應力降低。
圖一 本案例產品為雷射投影機的數組鏡片
金屬工業中心利用Moldex3D光學模塊仿真原始設計和設計變更。設計變更的部分包括模溫、射速、保壓壓力和保壓時間等。透過Moldex3D DOE模塊分析發現，若提高射出速度會改善雙折射的現象，而使用較高的保壓壓力，則會改善翹曲現象，但是若同時提高射速和保壓壓力，較高的壓力卻會導致較高的殘留應力，并影響澆口附近的光折射均勻性。
展開 [OCAD]光學系統熱環境分析
光學系統是由各種不同光學材料制作的光學元件組成的，同時還必須由各種不同金屬材料制作的結構零件支撐起來的一個完整的光學部件才是一個完整的光學系統。正因為如此，由于各種材料在不同環境溫度和大氣壓力下的熱效應會使光學系統結構參數發生變化，這就是光學系統的熱效應。光學系統受環境熱效應的影響必然會影響系統的成像質量。為了保持光學系統成像質量的穩定，利用構成光學系統的各光學材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學系統結構參數的關系維持系統成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統的熱環境進行分析以求獲得一個滿意的結果，這就是光學系統熱分析，分析光學系統熱環境影響求得系統成像質量穩定，這就是光學系統熱環境分析的目的。
求得光學系統熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學系統光學材料的熱效應影響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環境對材料折射率的影響和零件中心厚度的影響，相互匹配求得系統成像質量的穩定；二是綜合考慮光學材料和金屬材料的熱環境影響平衡系統成像質量的穩定；三是精心設計光學系統的機械結構，采取復合套筒結構控制光學系統表面間隔變化求得系統成像質量穩定。所謂復合套筒結構就是利用不同膨脹系數的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可以任意獲得光學間隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計算
為了適應以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內選取“光學系統熱環境分析”后會彈出如圖1光學系統熱環境分析窗體界面。在界面的表格上方給出了“環境溫度”和“大氣環境特性”的選擇。其中大氣環境特性的選擇還有“大氣壓力”和“海拔高度”兩種方式，其實不同海拔高度也就體現了對應大氣壓力，由于不同光學產品面對的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對應大氣壓力。
展開 
OCAD應用：光學系統熱環境分析
光學系統是由各種不同光學材料制作的光學元件組成的，同時還必須由各種不同金屬材料制作的結構零件支撐起來的一個完整的光學部件才是一個完整的光學系統。正因為如此，由于各種材料在不同環境溫度和大氣壓力下的熱效應會使光學系統結構參數發生變化，這就是光學系統的熱效應。光學系統受環境熱效應的影響必然會影響系統的成像質量。為了保持光學系統成像質量的穩定，利用構成光學系統的各光學材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學系統結構參數的關系維持系統成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統的熱環境進行分析以求獲得一個滿意的結果，這就是光學系統熱分析，分析光學系統熱環境影響求得系統成像質量穩定，這就是光學系統熱環境分析的目的。
求得光學系統熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學系統光學材料的熱效應影響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環境對材料折射率的影響和零件中心厚度的影響，相互匹配求得系統成像質量的穩定；二是綜合考慮光學材料和金屬材料的熱環境影響平衡系統成像質量的穩定；三是精心設計光學系統的機械結構，采取復合套筒結構控制光學系統表面間隔變化求得系統成像質量穩定。所謂復合套筒結構就是利用不同膨脹系數的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可以任意獲得光學間隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計算
為了適應以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內選取“光學系統熱環境分析”后會彈出如圖1光學系統熱環境分析窗體界面。在界面的表格上方給出了“環境溫度”和“大氣環境特性”的選擇。其中大氣環境特性的選擇還有“大氣壓力”和“海拔高度”兩種方式，其實不同海拔高度也就體現了對應大氣壓力，由于不同光學產品面對的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對應大氣壓力。
展開 OAS光學分析軟件輕松應對
總結
本案例充分展示了 OAS 光學分析軟件在遠光燈反射器設計中的強大功能和應用價值。通過精確設置面屬性和光源參數，利用軟件的光線追跡技術，能夠準確模擬出遠光燈在特殊幾何結構和光學條件下的光線傳播情況，為設計人員提供詳細的光線分布數據，從而助力設計出符合法規要求、照明效果優良的遠光燈反射器。這種基于軟件模擬的設計方式，相較于傳統的試錯式設計方法，大大縮短了設計周期，降低了研發成本，提高了設計效率和產品質量 。
OCAD應用：光學系統熱環境分析
光學系統是由各種不同光學材料制作的光學元件組成的，同時還必須由各種不同金屬材料制作的結構零件支撐起來的一個完整的光學部件才是一個完整的光學系統。正因為如此，由于各種材料在不同環境溫度和大氣壓力下的熱效應會使光學系統結構參數發生變化，這就是光學系統的熱效應。光學系統受環境熱效應的影響必然會影響系統的成像質量。為了保持光學系統成像質量的穩定，利用構成光學系統的各光學材料和金屬材料的不同熱效應影響平衡光學系統結構參數的關系維持系統成像質量的最佳效果，這就需要對光學系統的熱環境進行分析以求獲得一個滿意的結果，這就是光學系統熱分析，分析光學系統熱環境影響求得系統成像質量穩定，這就是光學系統熱環境分析的目的。
求得光學系統熱平衡，一般有以下途徑，一是適當選擇光學系統光學材料的熱效應影響，也就是利用光學材料的熱效應包括材料的熱環境對材料折射率的影響和零件中心厚度的影響，相互匹配求得系統成像質量的穩定；二是綜合考慮光學材料和金屬材料的熱環境影響平衡系統成像質量的穩定；三是精心設計光學系統的機械結構，采取復合套筒結構控制光學系統表面間隔變化求得系統成像質量穩定。所謂復合套筒結構就是利用不同膨脹系數的金屬材料構成雙筒式結構代替簡單的隔圈結構，可以任意獲得光學間隔的熱變化量。
圖1.系統熱平衡綜合計算
為了適應以上熱平衡效果，在OCAD程序主界面的“編輯”菜單內選取“光學系統熱環境分析”后會彈出如圖1光學系統熱環境分析窗體界面。在界面的表格上方給出了“環境溫度”和“大氣環境特性”的選擇。其中大氣環境特性的選擇還有“大氣壓力”和“海拔高度”兩種方式，其實不同海拔高度也就體現了對應大氣壓力，由于不同光學產品面對的要求不同，此兩種選擇方式只是為了適應不同的要求模式而定，程序還可以把海拔高度換算成對應大氣壓力。
展開 線上培訓 | 第13期《 ASAP 光學系統分析基礎課程》招生中
ASAP 光學系統分析軟件廣泛應用于照明設計、雜散光分析、背光板設計、偏振光分析等領域。因其超快的運算速度和多核并行計算以及遠程分布處理，是眾多光學領域從業者的選擇。針對許多想要了解 ASAP 高級光學系統分析軟件的小伙伴的學習需求，武漢墨光將在
2023年3月16日-17日舉辦《
ASAP 光學系統分析基礎課程》。幫助大家對 ASAP 進行細致的介紹及案例演示。
