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광학 시스템을 제조하기 전에 중요한 것은 공차가 시스템 성능에 미치는 영향을 이해하고 예측하는 것입니다. 또한, 광학 설계의 제조 및 정렬 오류에 대한 민감도를 줄이면 시스템이 지정된 대로 작동하고, 제조 비용이 절감되며, 더욱 신속하게 제품을 조립할 수 있습니다.
최근 Synopsys 기술 강연에서 Weimin Shi 박사는 처음부터 제대로 작동하는 고성능 광학 시스템을 설계, 최적화하고 허용 오차를 조정하는 프로세스에 대해 설명했습니다. Shi 박사는 설계자가 지정한대로 작동하는 시스템을 만들 수 있도록 기존 광학 시스템과 새로운 광학 시스템 모두를 위한 CODE V와 RSoft Photonic Device Tools의 고유한 접근 방식을 소개하는 데에 중점을 두었습니다.
Balancing Performance and Cost in Optical System Design
광학 시스템 설계에서 성능과 비용의 균형
Shi 박사 발표의 핵심 내용은 완제품 시스템 성능의 중요성에 대한 것이었습니다. 여기에서 성능이란, 조정 후 제조 및 조립 에러를 포함한 광학 시스템의 성능을 의미합니다. 종종 시스템의 공칭 성능은 구축 후 실제 성능을 정확하게 나타내지 못하는 경우가 많습니다. 따라서 설계 단계에서 이러한 잠재적 오류와 편차를 고려하는 것이 중요합니다.
Shi 박사는 처음부터 설계를 올바르게 하는 것이 중요하다고 강조했습니다. 여기에는 시스템을 제조하는 동안 무엇이 잘못될 수 있는지 이해하고, 각 제조 오류를 명확히 하며, 시스템 구축 시 성능에 미치는 영향을 평가하는 것이 포함됩니다. 중요한것은, 시스템의 최종 성능을 정확하게 예측하기 위해 각 오류의 영향을 집계해야 한다는 점입니다.
각 공칭 광학 설계에 대해서는 몇 가지 중요한 질문을 해소해야 합니다.
- 설계가 일련의 일반 제조 공차를 기반으로 진행될 수 있는지?
- 일반 공차로 충분하지 않은 경우, 시스템의 출고 시 최종 성능을 어떻게 개선할 수 있을지?
- 넉넉하지 않은 타이트한 공차로 인해 시스템 구축 비용이 너무 많이 든다면 어떤 대안이 있을지?
Synopsys는 설계자가 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 툴을 제공합니다. Synopsys의 툴은 광학 시스템의 제조 공차에 대한 민감도를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 설계자는 파라미터의 허용 가능한 치수 변화를 결정하고 어떤 파라미터를 조정하여 두가지의 주요 목표를 달성할 수 있을지 파악할 수 있습니다. 즉, 제조 시 성능이 허용 가능한 생산 수율로 설계 사양을 충족하고 제조 및 조립 비용을 최소화하도록 보장합니다.
Tackling the Unique Challenges of Conventional and Emerging Optical Systems
기존, 그리고 새로운 광학 시스템의 과제 해결
Shi 박사는 강연에서 다양한 유형의 광학 시스템의 고유 과제와 필수 요구 사항을 강조했습니다. 기존 광학 시스템에는 잘 정립된 설계 및 제조 방법이 있지만 고유한 제조 에러와 성능 제한도 있습니다. 반면에 메타렌즈와 같은 새로운 광학 시스템의 설계 및 제조 기술은 새로운 도전 과제를 제시합니다.
CODE V는 기존 광학 시스템과 새로운 광학 시스템의 설계, 분석, 허용 오차 및 제조 지원을 위한 포괄적인 소프트웨어 패키지입니다. CODE V는 디지털 카메라, 의료 기기, 항공 우주 시스템, 통신 부품, 마이크로 리소그래피 스테퍼 시스템 등 다양한 시스템과 애플리케이션을 설계하기 위해 글로벌 여러 기업에서 사용되고 있습니다. 이러한 기업과 사용자 중 다수는 설계 최적화 과정에서 공차 감소를 직접 최적화하고 상당한 성능 향상을 달성하는 데 사용할 수 있는 공차 관련 고급 알고리즘과 기능 보유의 이유로 CODE V를 선택합니다.
CODE V에는 현재 광학 제조 산업 표준에 따라 일반 허용 오차를 신속하게 적용하는 매크로가 포함되어 있으며 제조 시 성능, 조정 및 생산 수율을 정확하게 예측합니다. 생산 수율이 충분하지 않은 경우 CODE V는 시스템 성능을 제한하는 중요한 요소를 식별하여 제조 성능과 생산 수율을 개선하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
CODE V 의 공차 기능 (TOR) 은 제조 시 성능, 조립 조정 및 생산 수율을 정확하게 예측할 수 있습니다.
Meta-Atom으로 구성된 메타렌즈와 같은 떠오르는 최신 광학 시스템은 그 구성에 필요한 형태와 크기에 따른 견고함과 충실도가 높기 때문에 해결해야 할 과제를 안고 있습니다. 공칭 설계에서 벗어나는 모든 편차는 메타표면의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 제조 에러의 영향을 완화하기 위해 Shi 박사는 RSoft Photonic Device Tools와 Synopsys S-Litho를 사용한 혁신적인 워크플로우를 제시했습니다. 워크플로우에는 다음의 단계가 포함됩니다.
- MetaOptic Designer를 사용하여 원하는 메타렌즈 출력을 얻기 위한 Meta-Atom 라이브러리를 개발합니다.
- Synopsys S-Litho에서 Meta-Atom을 시뮬레이션하여 시스템 성능을 확인합니다.
- Meta-Atom 라이브러리를 사용하여 제조 에러의 영향을 최소화 하고 MetaOptic Designer를 활용하여 메타렌즈를 최적화합니다.
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고성능 광학 시스템 설계에 활용되는 Synopsys의 솔루션
Synopsys는 제조 에러의 영향을 정확하게 모델링하고, 제조 시 시스템 성능과 생산 수율을 정확하게 예측하며, 사용자가 제한한 공차를 목표로 설정하여 제조 시 성능을 개선할 수 있도록 도와주는 포괄적인 공차 분석 툴 세트를 제공합니다.
Synopsys의 솔루션은 생산 비용을 절감할 뿐만 아니라 더욱 견고한 시스템 성능을 제공합니다. 비용과 성능의 균형을 맞출 수 있는 방법을 제안하고 기존 광학 시스템과 새로운 광학 시스템 모두에 맞춤화된 솔루션을 제공함으로써 Synopsys는 설계자가 고성능의 비용 효율적인 광학 시스템을 제작할 수 있도록 지원합니다.
아래에서 Synopsys 솔루션의 공차 기능에 대해 더욱 상세히 알아보십시오.
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