自由曲面レンズ/リフレクタ設計支援ソリューション

自由曲面の有効利用

自由曲面とは、点群を滑らかに繋いで定義される、数式では表現できない曲面です。
自由曲面を含む光学素子の活用は、以下のような指定領域の均一照射や図形・文字の投影を必要とするアプリケーションの設計を少ない部品点数で完結できる可能性を秘めています。

【自由曲面が有効な製品例】
・デジタルサイネージ
・インテリア照明
・路面描画ランプ
・無影灯

しかし通常のレンズ設計に比べ自由曲面レンズはパラメータ数が膨大であり、従来の考え方では最適な形状を探すのは困難でした。照明解析ソフトウェアLightToolsや自動車用照明設計ソフトウェアLucidShapeの自由曲面設計機能を活用いただくとこの課題を解決することが可能で、下図のような照明設計を短時間で実現できます。以下で自由曲面設計機能の具体的な動作を動画でご紹介いたします。

壁面の矩形領域を均一に照射する間接照明への自由曲面の利用例
(左図：レイアウト　中・右図：設計結果の光線図と照度分布図)

当社ソフトウェアを用いた自由曲面の高速設計

LightToolsの高度設計モジュールやLucidShapeの設計機能を利用すると、ユーザは目標となる「性能」を入力することでソフトウェアに自由曲面の「形状」を計算させることができます。複雑なパラメータ設計はソフトウェアが自動で行うため、少ない試行錯誤で設計を完了できます。

文字を照射するレンズを自動設計

目標となる画像(.jpg)をLightToolsに入力し、自由曲面を生成し、光線追跡を行って性能を確認した様子をまとめた1分30秒の動画です。

実際は1分15秒で自由曲面計算は終わります。 動画は編集の都合上、計算時間のうち1分をカットしています。 光線追跡についても同様に10秒をカットしています。

動画撮影に用いたPCのスペックは以下となります。
・CPU： Intel Core i5-6500 CPU 3.20GHz
・RAM：16GB

カバーレンズによって生じた歪みを補正

自由曲面設計機能はバージョンアップごとに機能が向上されています。LightTools8.7で実装された「カバーレンズによる歪みを補正する機能」をまとめた30秒の動画です。補正前は照射パターンが内側の矩形領域からずれていますが、補正後は一致しています。

動画「文字を照射するレンズを自動設計」の手順で作成したレンズが製造可能か検証するために実際に試作しました。 以下の事例にて試作物の詳細をご確認いただけます。
また、お使いの3D CADで開けるレンズの形状データを配布しております。
自由曲面レンズ設計と試作事例

自由曲面設計は測定器を組み合わせることで現物に即した光源や照射物の特性を入れ込むことが可能で、手戻りの少ない開発を実現できます。以下の事例にて具体例をご確認いただけます。
自由曲面レンズのシミュレーションと実測の輝度比較

自由曲面設計でコントラストの高い(くっきりした)照射パターンを実現されたい場合、光源や光学系のサイズがどのように影響するか把握しておくことが重要です。以下の事例にて一例をご確認いただけます。
自由曲面設計における光源投影像の有効利用

製品紹介

照明設計解析ソフトウェア LightTools
自動車用照明設計ソフトウェア LucidShape

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