În partea de soluții optice Ansys oferă trei programe special realizate pentru accelerarea inovației în domeniul de optică și fotonică. Aceste soluții reprezintă Ansys Lumerical, Ansys Speos și Ansys Zemax OpticStudio.
Ansys Lumerical include unelte pentru proiectarea și analiză componentelor ce utilizează fotonică cum ar fi module, circuite sau sisteme fotonice. Lumerical utilizează un solver FDTD pentru simularea 3D electromagnetică, INTERCONNECT pentru simularea circuitelor integrate fotonice și un compilator CML pentru crearea de librării de model generate automat.
Ansys Speos este un software dedicat pentru proiectarea, măsurarea și evaluarea sistemelor de propagare a luminii. Speos va permite proiectarea sistemelor LiDAR și ale altor sisteme bazate pe senzori optici și va poate ajută în proiectarea sistemelor de display în medii 3D. Poate fi folosit după crearea unui sistem de lentile în Zemax pentru a verifică comportamentul real în diferite situații ale sistemului optic, cum ar fi condiții de ceață, plasarea într-un spațiu fizic cu diverse surse de umbră și lumina și alte situații ce implică mai mult decât simularea separată a sistemul optic de lentile.
Ansys Zemax OpticStudio este un standard în industrie pentru proiectarea sistemelor optice, de iluminare și a sistemelor laser. Include unelte de simulare, optimizare și calcul al toleranței în sisteme optice.
Despre Speos
Ansys Speos oferă o interfață avansată ce permite o îmbunătățire a productivității prin încorporarea GPU-urilor în calculul pentru simularea sensor vision și human vision. Permite optimizarea designului optic și permite o analiză optică avansată.
Simularea are loc prin adăugarea unei surse de lumină în mediul virtual care se propagă în spațiu 3D. Acest lucru permite o simulare interactivă al comportamentului luminii. Speos vă permite să economisiți timp prin simulări corecte realizate de prima oară, design-ul automat pentru suprafețe optice, trasee de lumina și lentile optice.
Pentru a asigura performanțele specificate ale proiectului, Speos combină posibilitatea analizei luminii avansată cu evaluarea iluminării din spectrul electromagnetic făcând posibilă vizualizarea de înaltă fidelitate bazată pe capabilitățile ochiului uman. Aceste vizualizări în lumea virtuală va permit să observați mediul de desfășurare a aplicației, prin aceeași interfață unde definim simularea.
Capabilități Speos
Ansys Speos oferă un mediu virtual de simulare a performanțelor optice al unui sistem, împreuna cu efectul de iluminare bazate pe capabilitățile vizuale ale ochiului uman. Ca și capabilități specifice se pot menționa:
- Încorporarea interfeței CAD cu integrarea CAD în aplicație
- Optimizarea design-ului
- Modelarea directă
- Analiză performanței simulării
- Design și analiză pentru sisteme HUD
- Vizualizarea rezultatelor simulării sub formă de pdf
- Capabilități Ray Tracing și Ray Propagation Engine
- Unelte de analiză avansate, cum ar fi analiză Stray Light
- Capabilitatea de a defini surse de lumina
- Capabilitatea de adaptare a designului aplicației de iluminare optică
- Definirea proprietăților optice
- Integrarea senzorilor în simulare
- Capabilități mulți-physics cum ar fi efectul comportamentului termic asupra lentilelor
- Interoperabilitatea cu alte soluții Ansys
- Schimbul de date optice
Cea mai importantă capabilitate rămâne funcția Speos Live Preview ce permite simularea în timp real cu capabilități de redare grafică imediată ce permit realizarea unui design al produsului interactiv. Capabilitatea include unelte de optimizare și design, inclusiv design-ul părților optice și a testului senzorilor optici.
Software-ul mai poate simula comportamentul unei camere și al sistemului LiDAR în condiții reale de utilizare și permite importarea de analize de date optice.
Exemplele de interoperabilitate a aplicației include utilizarea unui senzor de camera CMOS pentru analiză calității imaginii într-un cadru de iluminare 3D, display-ul pentru sectorul automotive a Diffuse Scattering Film și Planar OLED Human Vision Speos Interoperability. Aceste exemple demonstrează capabilitatea software-ului de a analiză efecte de la scară nano la scară macro prin utilizarea simulării bazată pe ecuațiile Maxwell și a simulării de tip ray tracing.
Interfață Speos
Definirea unei simulări în Speos prezintă două intefețe cheie și o interfață grafică: definirea suprafețelor și a design-ului optic și configurarea analizei a surselor de lumina și a senzorilor cu importarea de materiale și proprietăți din fișiere și Speos mai dispune de o interfață grafică pentru modelele geometrice.
Interfața grafică va permite vizualizarea modelelor geometrice, dar permite și realizarea de operații simple de modelare cum ar fi “Sketch”, “Pull” (Extrude), “Create Origin”, etc.. Prin această interfață puteți defini interactiv senzorii, geometriile sau axele X,Y,Z și puteți realiza modificări rapide asupra geometriilor.
Interfața de design optic este prima componentă cheie a simulării Speos și include capabilitatea de a defini diferite suprafețe, de la suprafețe parabolice la sisteme de ghidaj optic. În figura 1 se pot observă tipurile de definiții pentru design-ul inițial.
Pe lângă designul suprafețelor avansate avem și posibilitatea de a defini suprafețe optice simple (aflate în Optical Surface) cum ar fi “Rectangular Optical Surface” în care avem posibilitatea de a defini proprietăți generale și de stil, cum ar fi tipul sursei sau sistemul de axe.
Similar putem defini și lentile optice (ce diferă de suprafața prin grosime).
Interfață de Light Simulation reprezintă a două componentă cheie în simularea optică ce ne permite în cadrul ei să definim materialele, tipurile de surse de lumină, tipurile de senzori și tipurile de simulări.
Pentru definirea proprietăților de material putem crea inclusiv straturi pentru suprafețe combinate prin adăugarea de un surface layer sau mai multe în care avem incluse proprietăți de grosime și rugozitate. Putem să creăm un material nou în Ansys Sepos după indexul de refracție sau după un fișier pregătit anterior.
Pentru definirea surselor de lumina avem diferite opțiuni, medii de iluminare interactive, suprafețe, fișiere importate ray, puncte fixe de iluminare, iluminarea termică, din mediul ambiant și surse de lumina de la display-uri.
În definirea mediului ambiant putem avea mai multe opțiuni cum ar fi o sursă uniformă de lumina, lumina naturală, lumina provenită din mediul ambiental înconjurător.
Surse de lumina uniforme pot reprezenta Soarele, definit că Blackbody (nu reflectă lumina) în care putem configura opțiuni de orientare, poziție și grad de iluminare.
Putem introduce că mediu ambiant și comportamentul cerului definit aproape similar în interfața, dar care important pentru simulare include date meteorologice din mai mulți ani și mai multe locații.
Putem prin Natural Light să introducem și efectul ceții în vizibilitate.
Definiția unui display că sursă de lumina necesită un fișier care trebuie importat în Ansys Speos legat de vizibilitatea unei imagini. Că și definiție un display poate fi configurat să reprezintă o imagine statică că și test pentru sistem, putem seta luminozitatea ecranului și contrastul, iar la nivel de afișare putem defini punctul de origine al axelor și direcțiile axelor de orientare.
Într-un mod similar putem defini și alte diferite suprafețe, de această dată fără nevoia importarii unui fișier imagine, unde putem configura și spectrul luminos reflectată de suprafața.
Exemplu aplicativ
Presupunând o aplicație de vizualizare a sistemelor de bord și a vizibilității șoselei în condiții de iluminare naturală puternică, după ce au fost parcurși pașii de importare a geometriei, definiție a materialelor și suprafețelor lentilelor și definirea surselor de lumina putem porni analiză inversă a razelor de lumina.
Având un proiect definit că în figura 3 pe baza elementelor prezentate în interfața, pornirea analizei se face apăsând butonul Compute din Light Simulation.
În imagine se poate observă trasarea inversă a razelor luminii ce pică pe senzorul ce înlocuiește observatorul uman în aplicație.