汽车按键光导设计优化案例：optiSLang的应用

要求汽车按键字符的点亮均匀性一直是供应商和主机厂关注的指标，为了实现高效率低成本的方案，往往采用光导的形式去实现。但这个光导属于异形光导，也就是光导的几何特征并不规则，这给设计师带来了很大的挑战。

传统的光导设计，设计师会根据经验不断试错，来找出最优解。该方法效率低，时间长，同时不能找到最优解。通过采用Ansys SPEOS和Ansys optiSLang结合的方案能很好的解决这个难题，借助Ansys SPEOS在光学设计和仿真领域强大的功能，可以轻松设计光导并定制变量和目标值，而借助Ansys optiSLang优异的算法能找出参数相关性和最优解。从而，将汽车按键字符设计的工作流大大简化和流程化，提高了设计效率。本文将详细通过具体案例来介绍联合Ansys SPEOS和optiSLang来对汽车按键光导设计的优化过程。

问题描述

1.从0度和30度角度观察汽车按键，获得均匀的点亮效果

2.优化光导的几何尺寸以获得最佳的光强均匀性

任务描述

定义输入输出变量

关于以下参数进行参数敏感性分析

‐ 半径R1: [0.1 – 1 mm]
     
‐ 半径R2: [5 – 14 mm]
     
‐ 半径R3: [1 – 20 mm]
     
‐ 半径R4: [1.1 – 5 mm]

‐ 半径R5: [4 – 16 mm]
   

• 多目标的最小值优化

‐求解0度和30度视角下，亮度均方根对比度最小值

Ansys Workbench工程

在Ansys Workbench中建立SPEOS和optiSLang的工作流

使用SPEOS作为求解器进行求解

参数敏感性分析

将optiSLang和workbench进行结合

指定参数变化范围

敏感度分析结果

从下图可以看出R5对于结果影响最大

光导在30度角的输出的CoP（>80%），具有较高的模型精度

光导优化

保持参数范围如下

• 设置优化目标，使得0度角和30度角的亮度均方根对比度最小。
• 使用MOP Solver来优化，优化方法是EA

运行优化得到如下结论：

• 帕累托前展面展示了所有最优结果

选取其中一个最优解进行验证，选取2858数据集，如下：

• R5: 14.1365mm
• R3: 10.4436mm
• R1: 1mm
• Symbol_RMS_contrast_30degree: 0.844 cd/m²
• Symbol_RMS_contrast_0degree: 0.762 cd/m²

结果对比

• 初始0度亮度均方根对比度VS优化后0度均方根对比度

初始30度亮度均方根对比度VS优化后30度均方根对比度

总结

参数敏感性分析帮助找出影响最大的参数，减少变量个数。

基于MOP的优化，能够改善初始化设计，找到最优解。

通过上述过程介绍，我们可以清晰地看到结合Ansys SPEOS 和optiSLang能够很好地帮助设计师找到敏感参数，并通过优异的算法找到最优解。值得一提的是，虽然本文案例仅针对汽车按键光导设计做相应论述，但结合Ansys SPEOS 和optiSLang的解决方案还可应用于很多其他光学领域，例如，聚光器优化、花生透镜的优化等应用。

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