光導耦合優化的案例
[VirtualLab] 用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
摘要
耦合光柵通常用于將期望視場（FOV）內的光發射到光導結構中，VirtualLab Fusion可用于研究此類耦合光柵的性能。在所有期望角度上獲得均勻的耦合效率是一項具有挑戰性的任務，來自Dynardo的軟件optiSLang通過使用VirtualLab Fusion的嚴格光柵分析工具作為計算內核，提供了執行此類優化任務的有效方法。
優化任務
優化工作流程
? 應用以下優化工作流程來設計用于有效光導耦合的二元光柵
1. 定義輸入
2. 執行仿真
3. 計算輸出
4. 檢查目標
5.
展開 用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
摘要
耦合光柵通常用于將期望視場（FOV）內的光發射到光導結構中，VirtualLab Fusion可用于研究此類耦合光柵的性能。在所有期望角度上獲得均勻的耦合效率是一項具有挑戰性的任務，來自Dynardo的軟件optiSLang通過使用VirtualLab Fusion的嚴格光柵分析工具作為計算內核，提供了執行此類優化任務的有效方法。 優化任務
優化工作流程? 應用以下優化工作流程來設計用于有效光導耦合的二元光柵1. 定義輸入2. 執行仿真3. 計算輸出4. 檢查目標5.
展開 單入射方向光導耦合光柵的優化
摘要
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
優化任務
尋找合適的初始解（正入射）
基于初始解進一步優化（正入射）
15°斜入射的光柵優化
優化光柵結構的對比
看看VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 光導耦合光柵結構的配置
- 使用特殊介質配置光柵結構[用例]
- 使用界面配置光柵結構[用例]
? 分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導耦合光柵評估的自定義探測器[用例]
? 粗略掃描參數以找到初始解
? 基于參數優化進一步優化光柵結構
VirtualLab Fusion技術
文件信息
延伸閱讀 - 光導耦合的斜光柵分析
展開 單入射方向光導耦合光柵的優化
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
摘要
用于期望視場中光導耦合的二元光柵的優化
優化任務
耦合光柵通常用于將期望視場（FOV）內的光發射到光導結構中，VirtualLab Fusion可用于研究此類耦合光柵的性能。在所有期望角度上獲得均勻的耦合效率是一項具有挑戰性的任務，來自Dynardo的軟件optiSLang通過使用VirtualLab Fusion的嚴格光柵分析工具作為計算內核，提供了執行此類優化任務的有效方法。
?
原則上來說這是循環重復過程，直至目標達成
?
根據優化策略，新算法定義了新的輸入參數
5.
執行優化
4.
檢查目標
3.
計算輸出
2.
執行仿真
1.
定義輸入
?
應用以下優化工作流程來設計用于有效光導耦合的二元光柵
優化工作流程
展開 [VirtualLab] 單入射方向光導耦合光柵的優化
摘要
將光耦合到光導中在現代光學的各種應用中具有重要意義。在VirtualLab Fusion中，使用傅立葉模態方法和參數優化工具，可以優化實際光柵幾何形狀，從而實現特定衍射級的最佳耦合效率。 該示例示出了針對一個特定入射方向優化矩形光柵以獲得最佳光導耦合效率的設計策略。
優化任務
尋找合適的初始解（正入射）
基于初始解進一步優化（正入射）
15°斜入射的光柵優化
優化光柵結構的對比
看看VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion的工作流程
? 光導耦合光柵結構的配置
- 使用特殊介質配置光柵結構[用例]
- 使用界面配置光柵結構[用例]
? 分析耦合光柵衍射效率
- 用于光導耦合光柵評估的自定義探測器[用例]
? 粗略掃描參數以找到初始解
? 基于參數優化進一步優化光柵結構
VirtualLab Fusion技術
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展開 VirtualLab：用于光導耦合的傾斜光柵的分析
摘要
傾斜光柵通常用于將光耦合到光學光導中，因為它們在特定的衍射級上具有很高的效率。目前，它們經常應用于增強現實和混合現實應用中。我們展示了如何使用VirtualLab Fusion來分析文獻中的某些傾斜光柵幾何形狀，具體參數包括傾斜角度、填充因子和調制深度。此外，還研究了不同入射角對衍射效率的影響。
建模任務
衍射效率vs相對深度
衍射效率vs傾斜角度
衍射效率vs填充系數
衍射效率vs入射角度
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion中的工作流程
-光導耦合光柵結構的配置
-斜面光柵的高級配置[用例］
-通過使用特殊介質配置光柵結構[使用案例] -通過使用界面配置光柵結構[用例]
-通過使用接口配置光柵結構[用例]
-分析耦合光柵的衍射效率
-用于評估光導耦合光柵的定制檢測器[用例］
-通過對特定參數的掃描來檢查效率
-利用參數運行[用例] -利用參數運行[用例]
VirtualLab Fusion技術
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更多閱讀
-Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 VirtualLab：用于光導耦合的傾斜光柵的分析
摘要
傾斜光柵通常用于將光耦合到光學光導中，因為它們在特定的衍射級上具有很高的效率。目前，它們經常應用于增強現實和混合現實應用中。我們展示了如何使用VirtualLab Fusion來分析文獻中的某些傾斜光柵幾何形狀，具體參數包括傾斜角度、填充因子和調制深度。此外，還研究了不同入射角對衍射效率的影響。
建模任務
衍射效率vs相對深度
衍射效率vs傾斜角度
衍射效率vs填充系數
衍射效率vs入射角度
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion中的工作流程
-光導耦合光柵結構的配置
-斜面光柵的高級配置[用例］
-通過使用特殊介質配置光柵結構[使用案例] -通過使用界面配置光柵結構[用例]
-通過使用接口配置光柵結構[用例]
-分析耦合光柵的衍射效率
-用于評估光導耦合光柵的定制檢測器[用例］
-通過對特定參數的掃描來檢查效率
-利用參數運行[用例] -利用參數運行[用例]
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-Parametric Optimization and Tolerance Analysis of Slanted Gratings
-Configuration of Grating Structures by Using Special Media
展開 案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
展開 Ansys Speos結合optiSLang進行光導優化設計
對于外飾燈具，不僅要滿足其性能要求，符合法規，還要符合高標準的外觀要求；對于內飾燈具，光導設計的美觀和均勻性也非常重要，不僅要滿足整體照明和諧，還要符合高級、舒適的感知質量要求。
現如今光導在汽車前燈、尾燈、內飾氛圍燈上都扮演著舉足輕重的角色，而影響光導設計的主要參數有：外形幾何圖形（類型/輪廓）、棱鏡幾何形狀（開始和結束角度，棱鏡數量值、偏移量、寬度）、棱鏡銑削（底部、頂部）。其中，光導優化一般會基于兩個重要參數，即光導出光率以及外觀均勻性。而將Ansys Speos 和optiSLang相結合，可以實現光導優化設計。
Ansys Speos光學仿真軟件基于可視化產品三維模型，依據人眼視覺特征和材料真實光學屬性進行場景仿真，進行結構與光學的集成管理，讓光學仿真工具集中在設計軟件界面，進而完美的將幾何數據與光學數據相結合。
optiSLang 是進行參數敏感性分析、多學科優化、穩健性、可靠性分析與設計優化的算法工具包。通過基于概率或者方差的穩健性分析能讓產品的可靠性極大提高的同時，也可以通過敏感性分析，精準的確定輸入變量對于輸出結果的影響系數的大小，進而優化設計。
7月16日，Ansys 系列網絡研討會將推出「Ansys Speos結合optiSLang的光導優化設計」主題。本次研討會主要介紹Ansys Speos結合optiSLang的光導優化設計，Speos參數化建模和optiSLang的自動優化幫助我們理解設計、確定重要參數、優化設計、提高設計魯棒性，讓我們的設計輕松、準確又高效。
展開 案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
展開 
案例分享 | 采用optiSLang進行汽車按鍵光導設計的優化
要求汽車按鍵字符的點亮均勻性一直是供應商和主機廠關注的指標，為了實現高效率低成本的方案，往往采用光導的形式去實現。但這個光導屬于異形光導，也就是光導的幾何特征并不規則，這給設計師帶來了很大的挑戰。
傳統的光導設計，設計師會根據經驗不斷試錯，來找出最優解。該方法效率低，時間長，同時不能找到最優解。通過采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang結合的方案能很好的解決這個難題，借助Ansys SPEOS在光學設計和仿真領域強大的功能，可以輕松設計光導并定制變量和目標值，而借助Ansys optiSLang優異的算法能找出參數相關性和最優解。從而，將汽車按鍵字符設計的工作流大大簡化和流程化，提高了設計效率。本文將詳細通過具體案例來介紹聯合Ansys SPEOS和optiSLang來對汽車按鍵光導設計的優化過程。
展開 Ansys Speos | 如何利用Speos聯合optiSLang進行光導優化設計
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。
展開 自定義模塊：根據光導的導光條件計算光柵周期
摘要
為了滿足光波導的導光條件，在VirtualLab Fusion中生成了一個計算耦合光柵周期范圍的模塊。為了輔助設計基于波導的顯示器件，給定某個視場(FOV)作為所需的輸入參數。在該模塊中，利用光波導的全內反射限制和傳播光限制來計算可能的光柵周期范圍。
編程任務：在k域中定義視場
任務：生成一個計算耦合光柵周期范圍的模塊，以滿足平面光波導的導光條件。
說明耦合過程的平面光導圖
定義入射光空間頻率矢量的x、y分量為
而笛卡爾角α和β則用于定義一組入射方向的特定視場(FOV)方向。角度和方向之間的關系描述如下
編程任務：定義導光條件
k域圖說明導光條件
導模必須滿足導光條件，包括全內反射條件和傳播模條件
光柵是一種優良的耦合元件，因為在考慮光柵矢量G的情況下，FOV在k域中發生位移，進而可將導光條件推廣到
編程任務：計算周期范圍
k域圖說明導光條件
在一維周期光柵的情況下，光柵矢量的一個分量變為零，并且FOV總是可以旋轉到光柵的內部坐標系中，使???? = 0不失一般性。
在導光條件之后，將一定FOV耦合到光導中的一維周期光柵的周期范圍可以通過以下公式計算：
VirtualLab模塊的輸入
VirtualLab模塊的輸出
文件信息
延伸閱讀
- 單入射方向光導耦合光柵的優化
- 期望視場上用于光導耦合的二元光柵優化
- 期望視場上用于光導耦合的斜光柵優化
展開 結構優化設計分析系列（二）：熱固耦合優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 