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OPTISWORKS 菱鏡結構 &虛像投射應用

OptisWorks 2015整合Solid Works 的CAD平台,有效減少光學、機構間的溝通介面除了照明應用上需要的各種模擬需求如LUX 、CD/M^2、CD、色度、色座標、混色頻譜的分析模擬。結合螢光粉材質設定功能,可以進行LED二次光學黃光圈與品味解析。針對虛像的應用,如:望遠鏡、顯微鏡、HUD...等等,各種透鏡成像系統的應用,Optisworks推出Optical Shape Design(OSD)功能,Optis除了光學模擬以外,也開始跨足設計的領域。例如反射面,透鏡,Fresnel 透鏡等等的結構,都可以透過這個模組來完成。OSD模組也保持與CAD結合的特性,能保留參數,切換模組,而達到設計,模擬,驗證一體化設計的需求。


影像光源設定


OPTISWORKS影像光源的設定功能,不同於一般光源的設定,影像光源可以將任何圖片的影像設定成光源 ,透過簡易的轉檔調整影像大小與色彩顯示後,載入OPTISWORKS模擬,則此光源可以投射出所設定的影 像,在影像處理像差、色差、縮放...等等,皆非常實用,並且可以將模擬結果影像呈現於3D環境中與實 體做比對,提升使用者判讀模擬結果的準確性。

2015年並於國際期刊Applied Optics/應用光學中發表 『多波長多功之超廣角膠囊內視鏡』的研究論文,Applied Optics是名列SCI前30%的重要期刊。
 
 
 
 
 
 

 光學自動化設計 OSD參數設定


使用OPTICAL SHAPE DESIGN(OSD)功能於三稜鏡斜面上建構ASPHERICAL LENS,輸入曲率半徑、圓錐常數、圓錐方程式係數與透鏡直徑...等等參數,便可立即生成ASPHERICAL LENS,此為參數化設定的優點,快速而準確。此時,開啟光跡,會發現光跡穿透ASPHERICAL LENS時呈現發散現象。光跡發散將導致人眼無法觀察到光源所投射的影像效果,因此,必須在稜鏡的ASPHERICAL LENS的上方再加入一片ASPHERICAL LENS將光跡收斂,以此達到影像投射的觀察效果。

 
 
 
 
 
▲ 靈活的3d功能建構不同視角接收器。
 
 
 
 
 

虛像接收器模擬(INVERSE SIMULATION)


OPTISWORKS具有高精準度的INVERSE SIMULATION 可以大幅提升有效光跡提高精確度。其光跡與DIRECT SIMULATION 光跡方向相反,是由OBSERVER 發出光跡,以確保所產生的每一條的光跡都 能夠進入MAP的PIXEL,再進入光學系統,最後抵達所設定的SOURCE,所以稱為INVERSE SIMULATION 。由於光跡皆是從OBSERVER開始運算,所以可以確保所有光跡皆為有效光跡,透過這樣的模擬機制所得到的模擬結果將高度擬真,因此,非常適合將其應用在與虛像相關案例的模擬。

 
 
 
 
 
 
 

虛像模擬結果


LENS後,由於OBSERVER距離較遠,焦距較長,以致模擬結果產生了枕狀畸變,而由尺規比對,也可以發現圖案由寬3MM放大至4MM。藉由本案例的演示,驗證了OPTISWORKS虛像成像模擬的機制是可靠可行的解決方案。

 

自動化運算


自動化運算的設定主要包含兩個項目,一個是VARIABLE(變量),一個是TARGET(目標或項目),而無論是VARIABLE或TARGET都須給定其變量或運算的範圍,則整個模擬架構即可在所設定的範圍內自動畫運算。以本案例而言,將VARIABLE設定為非球面透鏡的曲率半徑R,並將TARGET設定為AVERAGE(平均輝度),迴圈數設定為3,在自動化運算模擬結束後,由於迴圈數設定為3,因此總共可以得到3個輝度圖模擬結果,從模擬結果可知,曲率半徑越大,則影像越小,並且可以得到一個自動化運算報告,報告中包含模擬啟動時間、模擬時間,模擬所設定的變量參數及目標參數,每個迴圈的結果....等等資訊。自動化運算通常應用在需要探討不同變量對整體架構所產生的效應時,而其變量可以是機構變量(例如:尺寸增料、除料、佈林參數...等等)或光學變量(例如:折射率、出光角度、波長...等等),適當使用自動化運算,將可大大減少等待模擬與修改參數的時間,以下為本案例之模擬結果與自動化運算報告:

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