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BlogsAnsys Zemax OpticStudio 기초 운용 교육

2024-05-23

안녕하세요. 

광학 전문 Ansys 채널 파트너 래디언트솔루션입니다.

래디언트솔루션 교육장에서는 광학 이론부터 Ansys 소프트웨어 실습 교육까지 매주 다양한 광학 교육이 진행되고 있습니다.

5월 21~22일은 Ansys Zemax 기초 운용 교육이 진행되었습니다.

2012년부터 Zemax OpticStudio를 국내 공급하고 있는 래디언트솔루션에서는 Zemax OpticStudio관련 커리큘럼을 다양하게 제공하고 있습니다.

사용자의 단계에 맞게 기초 입문교육부터, 중급 어플리케이션 교육, 고급 심화 설계 과정까지 강의가 개설되어 있으며 금일 교육은 Zemax OpticStudio를 처음 시작하는 입문자를 대상으로 진행하는 Zemax 기초운용 교육이었습니다.

해당 교육의 개요는 Ansys Zemax OpticStudio 소개를 시작으로 결상광학 이론을 통해 OpticStudio에 필요한 광학적 지식도 함께 살펴봅니다. 

이후 본격적으로 OpticStudio를 실행하여 OpticStudio 메뉴와 Sequential Mode 및 기본 설정을 알아봅니다. 

전반적인 메뉴와 기능을 하나하나 살펴본 후 준비된 예제를 통해 결상광학 설계, 최적화(Optimization), Multi-Configuration를 실습하게 됩니다. 

둘째날 진행되는 Non-Sequential Mode에서는 조명광학 이론과 Non-Sequential Mode 메뉴를 살펴보고 준비된 예제를 통해 조명광학 설계, Object 설정, 최적화를 실습합니다. 

마지막으로 Sequential To Non-Sequential Mode 변환 방법을 끝으로 기초 운용 과정을 마치게 됩니다.



그럼, 교육에서 진행된 내용을 간략하게 살펴보겠습니다.


▶ Zemax OpticStudio는 무엇일까요?

  • Ansys사의 광선 추적을 기반으로 하는 광학 설계 및 해석 프로그램입니다. 결상 광학계, 조명계 및 디스플레이 설계를 위한 통합형 광학 시스템으로 설계 및 해석 시뮬레이션이 가능합니다.


▶ 광학 소프트웨어의 종류는 어떤 것이 있을까요?

  • 파동기반으로 FDTD, FEM이 있으며, 광선기반으로는 순차 광선 추적(Sequential), 비순차 광선 추적(Non-Sequential) 소프트웨어가 있습니다. OpticStudio는 순차 광선 및 비순차 광선 추적에 해당한다고 할 수 있습니다. 파동기반에 대한 내용도 일부 가능합니다만 Ansys Lumerical, Speos를 통한 작업이 더 효율적이기에 많이 다루어지지 않습니다.


▶ Sequential Mode와 Non-Sequential Mode는 차이점은 무엇일까요?

  • Ray Tracing이 순차적인 결상광학계를 설계하고 해석하는 Mode를 Sequential Mode라고 하며 Ray Tracing이 비순차적인 조명 시스템 등을 설계 및 해석하는 Mode를 Non-Sequential Mode이라 구분합니다. 즉, 상의 결상이냐 광선의 전파이냐에 따라서 구분이 된다는 것을 이해하면 되겠습니다.

< Sequential Mode 이미지 >


< Non-Sequential Mode 이미지 >


▶ OpticStudio 메뉴는 어떤 것이 있을까요?

  • File, Setup, Analyze, Optimize, Tolerance, Libraries, Part Designer, Programming, STAR 메뉴가 있으며, 주요 탭의 각 기능은 다음과 같습니다.
  • File : 파일을 저장 및 변환하는 기능을 갖고 있는 탭
  • Setup : 결상광학계와 조명광학계 선택 및 결상광학계 설계에 필요한 툴이 존재하는 탭
  • Analyze : 각종 분석에 대한 툴이 존재하는 탭
  • Optimize : 최적화를 위한 툴이 존재하는 탭
  • Tolerance : 공차 분석을 위한 기능 제공하는 탭
  • Libraries : 재질, 렌즈, 박막코팅 등의 데이터를 카탈로그 형태로 제공하고 사용자가 원하는 데이터 추가 기능을 제공하는 탭
  • STAR : 온도분석 관련 기능 제공 탭


▶ Sequential mode 실습은 어떻게 진행되나요?

  • 결상 광학계 설계 실습 순서는 아래와 같이 진행됩니다.

예제) Singlet, Doublet, Mirror, Mangin Mirror, Aperture & Obscuration, Mangin Mirror Telescope, Tilt/Decenter Elements(편심 광학계), Fold Mirror

Step 1: 광학계 스펙 데이터 입력

Step 2: 광학계 렌즈 데이터 입력

Step 3: 성능 분석, 설계 평가

Step 4: 최적화 수차 보정

<Singlet의 Layout, 3D Layout, Shaded Model 이미지 >


  • Optimization (최적화) 실습은 아래와 같이 진행됩니다.

예제) 3X Beam Expander 설계

Step 1: 광학계 설계 

Step 2: 변수 지정

Step 3: Merit Function Editor에서 설계 목표 지정

Step 4: 최적화 실행


  • Multi-Configuration 실습은 아래와 같이 진행됩니다.

예제) Scanning Mirror 설계

- Multi-Configuration Editor를 통해 다중 배치 설정


▶ Black Box 기능은 어떤 것인가요?

  • Sequential Mode에서 렌즈 부분에 Black Box를 씌워 광학계의 설계 정보를 확인하지 못하게 하여 파일을 주고 받는 과정에서 설계 지적재산권을 보호할 수 있게 하는 기능입니다.


▶ OpticStudio를 통한 조명 광학 설계는 어떻게 되나요?

  • Non-Sequential Mode를 통해 Source(광원), Object, Detector 3개의 큰 요소를 이용하여 조명계 설계할 수 있습니다. Sequential Mode의 경우 이미지의 질을 평가하지만 Non-Sequential Mode의 경우 빔 에너지의 양을 분석합니다. 모델링 방식도 Surface 단위로 시스템을 구축하는 Sequential mode와는 다르게 부피가 있는 Component 단위로 모델링을 하게 됩니다.


  • Non-Sequential Mode의 구성 단위인 Object Type으로는 아래와 같습니다.

① Geometry Components (예: 렌즈, 미러, 프리즘, CAD…)

② Source (광원)

③ Detector (광 감지 센서)


  • Non-Sequential Mode에서의 조명광학계 설계 순서는 아래와 같이 진행됩니다.

Step 1 : 광학계 Modeling

Step 2 : Ray Trace

Step 3 : Analysis

< 조명 광학계 실습 예제 이미지 >


▶ Non-Sequential Mode에서 복잡한 Component를 구현하는 방법에는 어떤 것이 있을까요?

  • Object 제작

- Nesting Rule을 이용한 Object 제작

- Boolean Object를 이용한 Object 제작

- Array(Source Array / Object Array / Lenslet)

- CAD File Import Export 방법

< CAD File 불러온 이미지 >


▶ Non-Sequential Mode에서 재질이나 면특성을 적용하려면 어떻게 할 수 있을까요?

- Libraries > Material 라이브러리 사용, 임의의 Material 사용자 정의

- Coating & Scattering 적용 방법


▶ Non-Sequential Mode에서 최적화 실습은 어떻게 진행되나요?

  • 예제) Irradiance Uniformity 최적화

Step 1 : Optimization Wizard를 통해 기본 조건 입력

Step 2 : 최적화 Operand를 통해 조건 추가

Step 3 : 변수 지정 및 최적화

Step 4 : 최적화 전 후 결과 비교


▶ Sequential mode에서 설계한 내용을 Non-Sequential mode로 가져와서 분석하는 것이 가능할까요?

  • Convert To NSC Group 기능을 통해 Sequential mode 시스템을 Non-Sequential mode 시스템으로 변환 가능합니다.



금일 진행된 Zemax OpticStudio 교육은 래디언트솔루션에서 제공하는 Zemax 커리큘럼 중 가장 기초적인 내용을 제공하는 입문자 코스라고 할 수 있습니다. 기초를 탄탄히 다지고 싶은 Zemax 입문자부터 Lumerical, Speos 와 같이 연계가 가능한 Ansys 광학 워크플로우 제품의 유저들도 이해를 돕기 위해 많은 신청을 보이고 있습니다.

다음 Zemax OpticStudio 기초 운용 교육의 2024년 후반기 일정은 7월, 9월, 11월에 예정되어 있습니다. 래디언트솔루션 고객에게는 무료로 제공되고 있으니 많은 관심 부탁드립니다.

감사합니다.


래디언트솔루션 광학교육 바로가기

교육 담당자 (Direct) : 02-6096-5712

대표전화 : 02-2065-0726

E-mail: radiant@radiantsolution.co.kr

 



문의하기

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