소형화는 오늘날 광학 산업의 주요 설계 목표 중 하나입니다. 최신 릴리스인 Ansys 2024 R1에서는 광학 솔버에 기능을 추가하여 소형화를 더 빠르고, 쉽고, 경제적으로 수행할 수 있도록 했습니다.
적용 분야는 다음과 같습니다:
내시경 카메라를 더 작게 제작하여 의료 시술 중 조직 손상의 가능성을 줄입니다.
조종사나 외과의가 몇 시간 동안 착용할 수 있도록 더 가볍고, 더 작고, 균형 잡히고, 스타일리시한 증강 현실 안경을 편안하게 착용할 수 있도록 제작.
휴대폰의 카메라 렌즈의 무게와 물리적 공간을 줄여 휴대폰에 사용자 디스플레이와 임베디드 인공 지능(AI) 구성 요소를 위한 더 많은 공간을 확보할 수 있습니다.
광학 시뮬레이션 솔루션의 새로운 기능은 Ansys Lumerical, Ansys Zemax OpticStudio 및 Ansys Speos의 워크플로를 크게 개선하여 엔지니어가 촉박한 납품 기한을 준수할 수 있도록 지원합니다.
메타렌즈의 도전
소형화의 핵심은 메타렌즈의 개발입니다. 메타렌즈는 전자기파(EM)를 조작하여 빛을 특정 패턴으로 집중시키거나 확산시킬 수 있는 서브파장 메타원자로 구성된 평평하고 얇은 광학 부품입니다. 전반적으로 메타렌즈는 이전 유리 기반 렌즈보다 훨씬 더 작고 가벼운 기기를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
하지만 자율주행차 카메라, AR/VR 헤드셋, 내시경과 같은 대형 시스템에서 메타렌즈가 제대로 작동하려면 세 단계의 설계와 분석이 필요합니다. 이러한 계층은 개별 메타원자의 나노 단위부터 메타렌즈 자체의 거시적 규모, 그리고 메타렌즈를 전체 시스템에 통합하는 단계에 이르기까지 다양합니다.
Ansys 광학 시뮬레이션 소프트웨어는 세 가지 수준 모두에서 완벽한 End-to-End 솔루션을 제공하며, 2024 R1에서는 이 소프트웨어 제품군에 메타렌즈 설계 프로세스를 더 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 기능을 추가했습니다.
엔지니어는 파장 스케일에서 작동하는 Lumerical을 사용하여 메타원자의 모양, 재질, 배열을 정의한 다음 엄격한 결합파 분석(RCWA)을 사용하여 메타렌즈의 모든 메타원자 변형을 시뮬레이션할 수 있습니다. 그런 다음 메타렌즈 구조를 HDF5(.h5) 데이터 파일로 내보내 OpticStudio에서 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 여기서 메타렌즈는 광파를 기하학적 광선으로 보다 간단하게 모델링할 수 있는 대규모 거시적 시스템의 여러 구성 요소 중 하나로 취급됩니다.
그런 다음 설계자는 다른 구성 요소와 함께 하나 이상의 메타렌즈를 포함하는 전체 광학 시스템을 시뮬레이션하고 스팟 크기, 변조 전달 함수(MTF), 포인트 확산 함수(PSF) 등의 성능 매트릭스를 분석할 수 있습니다. 원하는 광학 이미징 품질에 도달하면 OpticStudio의 "Speos로 축소 주문 모델 내보내기" 기능을 사용하여 전체 광학 시스템(모든 메타렌즈 포함)을 Speos로 내보내 시스템 수준 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 그런 다음 Speos에서 전체 광학 시스템을 인공 및 자연 광원과 렌즈 마운트, 미광 완화 등에 사용되는 사실적인 광학 기계 부품을 사용하여 3D 환경에서 시뮬레이션할 수 있습니다.
2024 R1에서는 .h5 파일이 여러 입사각에 걸친 정보와 전송, 편광, 위상에 대한 정보를 포함하도록 업데이트되었습니다. 또한 파일 크기가 이전 버전보다 5배나 줄어들어 데이터 교환이 더욱 쉬워졌습니다. 메타렌즈를 직접 모델링하기 위해 .h5 파일의 확장 데이터를 OpticStudio로 읽어들일 수 있는 새로운 DLL이 개발되었습니다.
시스템 레벨 워크플로우
소형화된 광학 기기는 여전히 거시적인 광학 시스템에 통합될 것이므로 시스템 수준의 설계와 시뮬레이션은 워크플로우의 중요한 부분으로 남아 있습니다. 구성 요소 수준에서 시스템 수준까지 빠르고 효율적으로 데이터를 교환하고 시스템 수준에서 빠른 분석과 설계를 지원하는 툴은 설계에 필수적입니다.
이를 위해 광학 설계 데이터(예: 렌즈 형상 및 광학 특성)를 OpticStudio에서 Speos로 가져오기 위한 간소화된 워크플로우를 개발했습니다. 또한 카메라 센서의 주 광선 시퀀스에 대한 새롭고 신속한 분석은 현재 Speos에서 제공되는 새로운 광학 설계 교환과 호환됩니다.
또한, Lumerical 서브파장 모델(LSWM) 플러그인의 GPU 가속 버전은 증강 현실 애플리케이션을 위한 Speos GPU와 완벽하게 호환됩니다. GPU 가속 지원을 추가하면 일반 노트북의 경우 시뮬레이션 시간을 20배, GPU 클러스터에서 실행할 경우 100배 이상 단축할 수 있습니다.
솔루션별 제품 개선 사항
Lumerical의 개선 사항은 다음과 같습니다:
더 빠른 Meshing와 멀티 GPU 확장 메모리 용량으로 Lumerical finite-difference time-domain(FDTD) 솔버의 GPU 가속이 개선되었습니다.
SLURM 스케줄러를 기반으로 하는 새로운 확장형 클러스터 솔루션으로 Amazon AWS 및 Microsoft Azure 클러스터에 Lumerical 제품, 특히 FDTD를 배포할 수 있습니다.
컴포넌트 설계를 위한 새로운 Klayout 및 Lumerical MultiPhysics(CHARGE, HEAT 또는 FEM) direct bridge.
CHARGE 및 MQW 솔버로 완벽한 2D 광전자 마이크로 LED 시뮬레이션을 위한 새로운 기능(예: layer intermixing, strain-induced polarization, nitride green and blue material support)이 추가되었습니다.
새로운 주파수 노이즈 스펙트럼 분석기로 Lumerical INTERCONNECT에서 레이저 소스의 노이즈 스펙트럼을 파악할 수 있습니다.
모든 Lumerical 솔버의 사용자 인터페이스를 위한 새로운 다크 모드.
OpticStudio의 개선 사항은 다음과 같습니다:
메타렌즈 및 기타 홀로그램 요소의 제조 가능성을 보장하기 위한 위상 제약 조건 최적화를 위한 새로운 피연산자.
Lumerical에서 설계된 메타렌즈에서 데이터를 읽기 위한 새로운 DLL이 추가되어 OpticStudio에서 이러한 메타렌즈를 직접 모델링할 수 있습니다.
Speos의 새로운 광학 디자인 내보내기 툴을 사용하여 OpticStudio 렌즈 디자인에서 지원되는 지오메트리와 광학 파라미터를 .odx 파일로 내보내어 Speos로 직접 가져올 수 있습니다.
Speos의 개선 사항은 다음과 같습니다:
향상된 편의성과 보다 직관적인 경험을 위한 새로운 사용자 인터페이스(Speos Live Preview)
OpticStudio에서 설계된 카메라 센서용 향상된 ROM(축소 주문 모델)으로 기하학적 및 색수차를 고려하여 Speos에서 보다 정확한 카메라 획득이 가능합니다.
Optics Simulation Enhancements in Ansys 2024 R1
ANSYS BLOG / APRIL 1, 2024
Author: Kerry Herbert / Senior Product Marketing Manager, Ansys
https://www.ansys.com/blog/optics-2024-r1
Ansys 2024 R1의 향상된 광학 시뮬레이션 기능
소형화는 오늘날 광학 산업의 주요 설계 목표 중 하나입니다. 최신 릴리스인 Ansys 2024 R1에서는 광학 솔버에 기능을 추가하여 소형화를 더 빠르고, 쉽고, 경제적으로 수행할 수 있도록 했습니다.
적용 분야는 다음과 같습니다:
광학 시뮬레이션 솔루션의 새로운 기능은 Ansys Lumerical, Ansys Zemax OpticStudio 및 Ansys Speos의 워크플로를 크게 개선하여 엔지니어가 촉박한 납품 기한을 준수할 수 있도록 지원합니다.
메타렌즈의 도전
소형화의 핵심은 메타렌즈의 개발입니다. 메타렌즈는 전자기파(EM)를 조작하여 빛을 특정 패턴으로 집중시키거나 확산시킬 수 있는 서브파장 메타원자로 구성된 평평하고 얇은 광학 부품입니다. 전반적으로 메타렌즈는 이전 유리 기반 렌즈보다 훨씬 더 작고 가벼운 기기를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
하지만 자율주행차 카메라, AR/VR 헤드셋, 내시경과 같은 대형 시스템에서 메타렌즈가 제대로 작동하려면 세 단계의 설계와 분석이 필요합니다. 이러한 계층은 개별 메타원자의 나노 단위부터 메타렌즈 자체의 거시적 규모, 그리고 메타렌즈를 전체 시스템에 통합하는 단계에 이르기까지 다양합니다.
Ansys 광학 시뮬레이션 소프트웨어는 세 가지 수준 모두에서 완벽한 End-to-End 솔루션을 제공하며, 2024 R1에서는 이 소프트웨어 제품군에 메타렌즈 설계 프로세스를 더 빠르고 쉽게 수행할 수 있는 기능을 추가했습니다.
엔지니어는 파장 스케일에서 작동하는 Lumerical을 사용하여 메타원자의 모양, 재질, 배열을 정의한 다음 엄격한 결합파 분석(RCWA)을 사용하여 메타렌즈의 모든 메타원자 변형을 시뮬레이션할 수 있습니다. 그런 다음 메타렌즈 구조를 HDF5(.h5) 데이터 파일로 내보내 OpticStudio에서 모델링 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 여기서 메타렌즈는 광파를 기하학적 광선으로 보다 간단하게 모델링할 수 있는 대규모 거시적 시스템의 여러 구성 요소 중 하나로 취급됩니다.
그런 다음 설계자는 다른 구성 요소와 함께 하나 이상의 메타렌즈를 포함하는 전체 광학 시스템을 시뮬레이션하고 스팟 크기, 변조 전달 함수(MTF), 포인트 확산 함수(PSF) 등의 성능 매트릭스를 분석할 수 있습니다. 원하는 광학 이미징 품질에 도달하면 OpticStudio의 "Speos로 축소 주문 모델 내보내기" 기능을 사용하여 전체 광학 시스템(모든 메타렌즈 포함)을 Speos로 내보내 시스템 수준 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 그런 다음 Speos에서 전체 광학 시스템을 인공 및 자연 광원과 렌즈 마운트, 미광 완화 등에 사용되는 사실적인 광학 기계 부품을 사용하여 3D 환경에서 시뮬레이션할 수 있습니다.
2024 R1에서는 .h5 파일이 여러 입사각에 걸친 정보와 전송, 편광, 위상에 대한 정보를 포함하도록 업데이트되었습니다. 또한 파일 크기가 이전 버전보다 5배나 줄어들어 데이터 교환이 더욱 쉬워졌습니다. 메타렌즈를 직접 모델링하기 위해 .h5 파일의 확장 데이터를 OpticStudio로 읽어들일 수 있는 새로운 DLL이 개발되었습니다.
시스템 레벨 워크플로우
소형화된 광학 기기는 여전히 거시적인 광학 시스템에 통합될 것이므로 시스템 수준의 설계와 시뮬레이션은 워크플로우의 중요한 부분으로 남아 있습니다. 구성 요소 수준에서 시스템 수준까지 빠르고 효율적으로 데이터를 교환하고 시스템 수준에서 빠른 분석과 설계를 지원하는 툴은 설계에 필수적입니다.
이를 위해 광학 설계 데이터(예: 렌즈 형상 및 광학 특성)를 OpticStudio에서 Speos로 가져오기 위한 간소화된 워크플로우를 개발했습니다. 또한 카메라 센서의 주 광선 시퀀스에 대한 새롭고 신속한 분석은 현재 Speos에서 제공되는 새로운 광학 설계 교환과 호환됩니다.
또한, Lumerical 서브파장 모델(LSWM) 플러그인의 GPU 가속 버전은 증강 현실 애플리케이션을 위한 Speos GPU와 완벽하게 호환됩니다. GPU 가속 지원을 추가하면 일반 노트북의 경우 시뮬레이션 시간을 20배, GPU 클러스터에서 실행할 경우 100배 이상 단축할 수 있습니다.
솔루션별 제품 개선 사항
Lumerical의 개선 사항은 다음과 같습니다:
OpticStudio의 개선 사항은 다음과 같습니다:
Speos의 개선 사항은 다음과 같습니다:
Ansys Optics Products Sales
담당자 (Direct) : 02-6096-5705
대표전화 : 02-2065-0726
E-mail: optical@radiantsolution.co.kr