光学マルチフィジックスソリューション

レンズ、ミラー、光学素子、光モジュールなどの光学製品は、設計段階において理想的な光学性能を満たしていても、実際の試作評価や量産段階で「設計通りの性能が得られない」という課題に直面することが少なくありません。その原因は、光学設計そのものではなく、実機環境における光学以外の物理現象との相互作用にあるケースが多く見られます。

例えば、以下のような要因が光学性能に影響を与えます。

• 温度変化による屈折率変化や焦点位置のズレ
• 発熱部品や外気温、放熱条件といった熱環境の影響
• 筐体や支持構造の変形、組立誤差、締結条件による光学素子の位置ズレや応力
• 空気や液体の流れによる光の伝搬環境や照射条件の変化

これらの現象は、いずれも実機環境では同時に発生し、互いに影響し合いながら光学性能に作用します。
つまり、実際の光学製品では、「どの物理現象が単独で影響しているのか」を切り分けること自体が難しく、現実の挙動は、複数の物理現象が重なり合った結果として現れます。光学製品を正しく理解・評価するためには、このような複雑な物理環境を前提として捉える視点が欠かせません。

近年の光学製品は、高性能化・小型化・高集積化が進み、単一の物理分野だけでは設計を完結できない対象となっています。

• 高出力化・高集積化に伴う発熱量の増加
• 小型・軽量化による構造剛性の低下
• 高精度化により、微小な変形やズレが性能に直結
• このような技術トレンドを背景に、分野をまたいだ解析が重要視されてきています。

例えば、

• 光学設計上は問題のないレンズが、通電後に像品質が劣化する
• 評価環境では良好だった配光が、実装後に変化してしまう

といった現象は、光学のみならず、熱・構造・流体といった複数の物理現象が同時に作用した結果として発生します。
このような課題を事前に把握し、設計段階で適切な判断を行うためには、光学解析に加えて他の物理分野を連携させた検証が必要になります。

マルチフィジックス解析とは、複数の物理分野を連携させ、製品挙動を総合的に評価するアプローチです。従来、マルチフィジックス解析は、「性能劣化の原因究明」や「不具合やトラブルの未然防止」といった課題解決手段として注目されることが多くありました。
一方で、複数の物理現象が同時に存在することを前提とした設計を、初期段階から成立させられるという点にマルチフィジックス解析の本質的な価値があります。

光学製品の開発において、光学・熱・構造・流体を統合的に扱うことで、

• 光学性能を「守る」ための設計
• 光学の作用を「積極的に活かす」ための設計

の両立が可能になり、設計自由度と製品価値を大きく高めることができます。

単独の光学解析は、理想条件下での性能評価において非常に有効です。しかし実際の製品に求められるのは、使用環境において安定して性能を発揮できることです。マルチフィジックス解析は、光学設計と実機性能のギャップを埋めるための強力なアプローチであり、設計初期から現実的かつ再現性の高い判断を可能にします。

弊社がご提案するソリューションでは、

• 光学設計および解析
• 伝熱解析
• 構造解析
• 流体解析

といった要素を個別に最適化するのではなく、製品全体として最適な設計判断を導くことを重視しています。

サイバネットは、お客様の光学解析・他分野を含んだ連成解析に関するお悩みをトータルで解決いたします。

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