光学設計ソフト FRED-3次元光学設計評価ソフト

■ FREDの概要

FREDは、複雑な光線追跡により光学機械システムを通る光の伝搬シミュレーションが可能な光工学ソフトウェアです。レーザーモジュール、ファイバカップリング、干渉計、画像処理システム、バイオメディカル、バックライト、照明などの光学システムの開発を行うことができるオールマイティなソフトです。
FRED内にモデリング機能を有しているので簡単にモデル作製ができ、また、設定される光学系が3DCADのようにツリーで管理されているので、光学設定もドラック&ドロップで簡単に設定することができます。

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■ FREDの内容

【対応できる光源の種類】

fred_5FREDは、コヒーレント光源(laser)もインコヒーレント光源にも対応しています。

LED、黒体、白熱灯、アークランプ、蛍光灯、ファイバ、レーザー光源などを光学システムへ自由に組込み シミュレーションすることが出来ます。光源自体にも偏光情報を入力できるので高次元の解析を可能にします。

【インターフェース】

FREDは、3次元CAD/CAMとのインターフェースを持っています。IGES、 STEPのデータのやり取りを行うことで、複雑な形状の解析も可能になります。FRED内部にもモデリング機能を有しているので、モデリングから光学設計、解析、評価を簡単に行うことが可能です。

また、光学ソフトとの連携も取れており、Zemax、CodeV、OSLO、ASAPなどのデータもインポートできます。

さらに、FREDで薄膜を設定する機能と、薄膜ソフト MacCleod、Optilayerのデータをインポートできる機能もあります。

【シミュレーション】

レンズ設計等で必要なスポッドダイアグラムやMTF評価、シーケンシャルのシミュレーショで迷光解析も可能です。また、光通信等で使用する結合効率計算、照明解析で必要な照度解析や角度分布解析等も行うことができます。
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【最適化機能】

最適化機能は、目標とする結果数値(ターゲット)に基づいて、変化させる形状の部分とパラメーターの範囲を指定すると自動的に最適な可変数値を見つけることができます。

下図は、必要な指向性を得る目的で、LEDのレンズ形状の最適化を行っています。
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■ 多様な利用用途

FREDは、シーケンシャル・ノンシーケンシャルの解析ができるので、利用範囲が非常に広い光学ソフトです。

偏光、複屈折、ホログラ フィック、回折素子、セルフォック、グリンレンズ、表面拡散、内部拡散、干渉の解析 レーザー伝播・ファイバーカップリング・光学設計、MTFなどのレンズ評価、リフレクター、ライトガイド、 プロジェクター、バックライト、DLPチップ、照度・放射照度・光度解析等があります。

【1:バイオメディカル】

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生物医学産業におけるフォトニック装置の技術向上に貢献できるよう、FREDは対応できるシミュレーション範囲を広げています。例えば毛細血管内でのレーザー誘起蛍光、眼のデータがライブラリに用意されています。

隅角鏡のシミュレーション例では、通常、眼のモデルから作成する必要がありますが、FREDではライブラリから読み込むことができます。

FREDで用意した眼のモデルに、隅角鏡レンズを組み込み、前眼房を照らす光源を作成します。 そしてFREDは各面に反射・透過した光線に対して任意の色で表示させることができるので、その面に関与した光線が結果に対してどう影響するかを分析することができます。

【2:DLP】

モデルを作成する場合、FRED内で作成する、IGESやSTEPの中間フォーマットを使用してFREDにインポート、FREDスクリプトを使用する3つのアプローチがあります。
もちろん組み合わせて光学系モデルを作成することも可能です。
下図DLP例は、アレイ機能を使用して1024×768の完璧なDLPチップをFRED内で作成しています。
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【3:迷光解析】

FREDには、迷光解析を行う機能があります。

指定したディテクタに達した光線追跡のパスから望ましくない光線(散乱やゴースト)を特定し、迷光のレポートに表示します。これらのパスは光線図として3Dviewに表示できるので、光学系または筐枠形状を変更し設計を進めていくことができます。

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【4:バックライト】

バックライトは液晶ディスプレイを使用したデバイスなど多くのアプリケーションに使用されています。従来の解析ソフトに は、テクスチャーも設定個数には限界がありましたが、FREDには理論上限界がありません。
また、形状(半球、錐体など)やサイズ、間隔も任意に設定できます。

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Photon Engineering社

fred_13Photon Engineering 社はアメリカ・アリゾナ州にあり、Richard Pfisterer 氏と Steve Johnston 氏が1997年に設立した会社です。
光学分野で15年以上経験の持つスタッフが全社員の半数を占めています。
そしてコンサルティング等の経験を生かして光学シミュレーションソフト「FRED」を開発しました。FREDは多くの技術者に活用してもらう目的で開発され、結像系・照明系と幅広くシミュレーションができ、安価で提供できるソフトです。また、防衛産業、宇宙事業、バイオ関連の仕事を多く抱え、ソフトウェアの開発に生かしております。

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