Quadoa® Optical CAD

現今業界要求更強大也更精巧的光機產品，工程師必須處理離軸系統、自由曲面光學或雙向鏡片等等複雜的設計。一般傳統光學軟體均以面列表為架構的基礎，這種傳統的設計方式對工程師而言非常困難且耗時，直到Quadoa® 出現，它不僅能滿足這些需求，可以說Quadoa®就是為了滿足這些持續增加的需求而生的。
Quadoa®以物件為架構基礎的方法，相對於傳統的光學設計軟體更為現代化，可以輕鬆處理所有複雜設計。它與機構CAD 應用相同的概念，也就是將物體當成模型的基礎架構，所以可以將鏡片與其他物件以模組化排列。比起傳統以面列表為基礎的方式，這種以高階物件為基礎的架構方式顯著的簡化了複雜光學模型的處理與維護。
藉由整合與堆疊各種表面，Quadoa® 可彈性定義各種形式的表面形狀，允許幾乎無限制的曲面類型。再搭配高效能的電腦運算能力、最先進的優化演算法、即時分析工具，以及整合性的建模工具，Quadoa®能用比一般光學軟體還短的時間完成所有虛擬原型開發的整套流程。
除了典型的序列性光線追蹤之外，Quadoa®還能夠執行一種新型的多序列光線追跡。這種前所未有的多路徑模式，使得多條光線路徑的系統變得可以直觀處理，也開啟了全新的設計選項和分析功能。
Quadoa®與機構檔間具有完整雙向相容性，透過即時分析工作台，使用者可在設計模型的時候，同時執行公差分析和鬼影分析。這省下了設計後的反覆修改步驟，可以顯著的加快研發週期，精簡又有效率。

軟體特色

強大的優化能力

由光學系統一開始設計，到最後微調透鏡性能的階段，Quadoa®都提供了一套強大的優化演算法可涵蓋所有光學設計的步驟。這些區域和區域優化器不僅可優化透鏡和表面特性等參數，也可優化Quadoa®內建的鏡片目錄，可以提供並建議最適合此專案設計的材料選項。此外，Quadoa®優化器還可選擇多種設計目標及設定品項，讓使用者能定義複雜的透鏡規格。加上現今電腦所配備的高性能多核心CPU，即使是複雜的設計問題，使用Quadoa也能夠快速找到解決方案。

以物體為架構基礎

Quadoa®以高階的物體做為架構基礎，例如透鏡、反射鏡及其他組件等，而不是用市面大多數光學軟體所用的以面列表為架構的基礎。這種以高階物件為基礎的概念是一般機構繪圖軟體的業界標準，Quadoa®直接以機構的標準做為共同語言，這讓工程師可以很容易地將光學物件放置、組合或是移動在模型架構裏，也可以很容易的輸出到其他模型。此外，每個模型內的物件都包含彼此之間關連的資訊，這讓工程師能能更簡單更直觀的設計，而且設計時較不易出錯，創建出的模型也更易於維護。這種作法加強了光學工程師與機構工程師間的工作互動，整體設計流程變得更迅速更流暢。

高度檔案轉換相容性

光機成品的效果除了光學設計本身的好壞和鏡片之間的差異會造成影響外，原始機構設計占了很大的因素。因此光學工程師和機構工程師之間的溝通極其重要。Quadoa®提供了光學與機構CAD 檔案之間的雙向相容性，光學設計與機構CAD 檔案可以互相轉換匯入與匯出，如 STEP、IGES和STL檔。這讓工程師在設計過程中可以直接找出錯誤，避免冗雜的設計，甚至製造出錯誤的元件。可加速設計流程以及工作效率。

多序列性光線追跡

Quadoa®獨特的多序列性光線追跡可任意定義單一模型中光線追跡的數量。這種做法讓工程師可以更直覺的處理需要多重光線追跡的光機系統，例如干涉儀系統，除了一般的光線追跡，Quadoa®也可以追跡偏振光，甚至可以將偏振光線追跡直接在單一模型中以視覺化方式呈現。相較於非序列性追跡軟體，不但直觀而且速度也有大幅提升。

Scripting編程語言介面

系統越先進，就越需要客製化的解決方案來面對設計過程中可能出現的挑戰，尤其在跑大型模擬時更需要大量的自動化流程。因應這些需求，Quadoa®提供了Scripting 編程語言，例如Python、MATLAB® 、C++SDK，工程師可以直接進入Quadoa®核心資料庫存取所有的功能，讓您更迅速簡單地做好光學設計。

內建序列性鬼影分析

Quadoa^®的鬼影分析器可以幫助您輕鬆地生成鬼影序列相關資料。不需要額外的光線檔案，利用3D圖即可直接在模型內以視覺化方式呈現出鬼影光線，這可讓工程師迅速的鑑別出產生鬼影的關鍵表面並且進行後續優化，此外，使用Quadoa^®的即時分析工作平台還可讓工程師在設計過程中，同時進行公差以及鬼影分析。

公差分析功能

Quadoa^®以高階物件為架構的方式，可將機構模型中的物件完美的類比實物，並且可在設計過程中同時進行公差分析，讓公差結果更準確。當處理複雜的光學系統時，例如當系統光線重複通過鏡片或物件的狀況下，利用Quadoa^®的公差分析就可避免出現設計與實物不一致的風險。這些直觀的公差分析與規格讓光學系統更容易維護，設計上也不容易出錯，不僅可預估實際設計的性能，對於設計偏差還可預先進行優化。

可彈性定義的各式表面類型

Quadoa^®擁有的表面堆疊功能讓工程師可以任意組合表面，以定義各種表面形式，例如包含形狀的定義、相位函數、鍍膜、偏振特性等，無論是非球面、自由曲面以及CGHs都可以簡單定義。透過這種堆疊功能，設計自由曲面或是陣列變得簡單又直觀。Quadoa^®還可即時加入量測到的形狀偏差，產生與實際光學機構類似的數值，務求真實與精準。

版本選購

Quadoa^®有四種不同模組，都提供實體License 買斷以及雲端租賃的方案。根據使用的需求，您可選擇不同的方案。

	Quadoa^®Optical CAD license : Quadoa^®核心模組，提供完整開發設計的光學軟體。
	Mechanics Analyzer : CAD 轉檔器。檔案可透過STEP、IGES和STL的匯出/匯入Quadoa^®。
	Python, MATLAB® & C++ SDK Interface : 使用者編程語言。透過這些編程語言可編輯Quadoa^®核心功能。
	Wave Optics: 波動光學，利用光束傳播法模擬波動現象，如自由空間傳播的干涉、繞射或相干光束的現象。

Quadoa®是第一套可提供樣品完整開發設計的多重光線追跡序列軟體，主要功能包含 : 透鏡設計、多序列光線追跡、公差分析，優化設計、各式分析報告、偏振，鬼影分析，還可設計離軸系統與波動光學等。

眾多詳細功能請參考 Quadoa_Feature_List.pdf

透鏡設計

VR_Pancake lens design

● 以物體為建模單位，包含豐富的透鏡及材質資料庫
● 利用表面堆疊能力設計自由曲面，可自行定義表面形式
● 擁有多樣的表面類型，如球面、平面、拋物面、非球面、錐面、圓柱、無柱、雙曲面
● 眾多的光圈設定 : 圓形、矩形、橢圓形、六角形、環形、陣列
● 各式遮擋片 : 圓形遮擋片、矩形遮擋片、橢圓形遮擋片
● 多項式函數與面類型 : 繞射光柵、徑向與軸向、Zernike、干涉條紋、多項式函數
● 運算模式 : 陣列運算、Fresnel運算、變換運算、相位陣列
● XYZ物點座標系統、絕對與相對座標設定
● 拖放執行物件搬移
● 薄膜鍍膜 : 理想VR鍍膜、理想鏡面鍍膜、分光鏡鍍膜、波長相依鍍膜

多序列性光線追跡

Create Multi-Path-Systems in AR Free form prism

● 使用者可自行定義單一或多個光線路徑
● 光圈種類包含物體所處空間的光圈、入射角度光圈、特定物件光圈或是無光線限制的特定光圈
● 場域類型包含物體高度、角度與影像高度
● 光學路徑差分析可選擇不同參考點 : 光入射處、非焦平面入射處，相對於平面或入射處的絕對值等等為參考點
● 光學路徑差可選擇個別或特定的光線，或是系統主要的光線束為參考值
● 光源類型有 : 點光源、平面波前、表面波前、延伸光源、光線檔案、高斯光束
● 遮擋片類型有 : 固定檔片、高斯檔片、超高斯檔片、2D高斯檔片、2D超高斯檔片
● 可設定光源功率與光圈半徑、以及無限多波長
● 可設光定分布類型、傾斜或旋轉，並做權重處理

公差設定

Real World Tolerance Analysis leads to more realistic tolereance results.

● 公差設定器可協助使用者輕鬆的設定公差
● 可指定特定物件、表面或是組件進行公差分析
● 物件公差可指定 : 位置、角度、厚度及折射率
● 表面公差可指定 : 偏心、傾斜、半徑、Zernike 多項式、Z軸位置
● 組件公差可指定: 位置、角度
● 軟體內建公差調節器以調整公差造成的影響，並可設定公差權重
● 公差模擬包含靈敏度分析、逆向分析、蒙地卡羅模擬
● 可自行指定或是根據生產過程設定公差
● 可針對單一物件或組件設定公差而不會相互影響
● 可設定多目標函數公差

設計優化

Optimization of AR System

● 內建直覺式優化器，可提供區域及全域優化並找出最適合的替代材料
● 拉格朗函數及優化方法，可以更靈活的定義不同序列的追跡優化及目標函數
● 可進行像差、光學特性及包含主光線、單一及多束光線的優化
● 像差優化包括 : 斑點半徑RMS/PV、RMA、波前RMS/PV、聚光性RMS、橫向/縱向色差、場曲率、散焦、散光、球面像差、Seidel比率等。
● 光學特性優化包括 : 影像空間數值光圈、物件空間數值光圈、影像空間F數、物件空間F數、有效焦距、光線入射/出射位置、光線入射/出射半徑，放大倍率、角放大倍率
● 光線優化目標有 : 光線位置，入射/出射角、折射角、特定元件入射/出射角，全域主光線入射/出射角，偏振方向、偏振橢圓度、光線能量，光程差等
● 尺寸特性優化有 : 中心/邊緣的厚度與空隙、3D距離、全域表面位置/方向、光圈半徑、非球面偏差、邊緣角度、表面相位梯度、折射率等

分析報告

The graphical User Interface (UI) enables an easy handling of even complex (e.g. folded) systems

● 光線分佈圖包含斑點圖、波長對場域的影響，機構配置對場域的影響、足跡圖，鬼影圖，場域暗角等
● 像差分析包含: OPD扇形圖、橫向光線函數、Seidel 長條圖、Seidel 像差報告、縱向色差、縱向色差光圈分佈、橫向色差
● 波前分析包含 : 偽彩色、條紋、梯度、干涉圖
● PSF/MTF點像函數 : FFT PSF、Huygens MTF、幾何PSF、FFT MTF、 Huygens MTF、幾何MTF、焦深變化的 FFT MTF、焦深變化的 Huygens MTF、焦深變化的幾何MTF等
● 幅照度 : 非相干影像分析、相干影線分析、鬼影分析
● 影像模擬: 幾何影像模擬，Huygens 影像模擬
● 分析報告 : 單一光線追跡報告，系統報告，尺寸報告，高斯光束報告
● 偏振分析 : 偏振圖、偏振透射網，Poincare 球
● 透鏡分析 : 表面凹陷、表面凹陷梯度、表面界面傳遞圖、表面相位、表面相位梯度
● 簡單下拉完即可成圖形設定

偏振、鬼影及各式分析

Full polarization raytracing support

● 具備各種即時分析工具，如: 即時鬼影分析，即時公差分析、即時機構分析
● 具備各式偏振光線追跡，如 : 線偏振、圓偏振、Jones Complex、Jones 相位、Stokes 參數，隨機偏振追跡
● 提供各式延遲片設定，如Jones、Mueller 矩陣，一般延遲片
● 理想的延遲片具有理想的特性，包含 : 線性延遲片，圓形延遲片，四分之一波片和半波片
● 內插值延遲片根據不同參數內插計算特性，例如波長、入射角、入射角與波長，孔徑，孔徑與波長等
● 具備各式鍍膜分析工具，如 : 理想鍍膜，內插鍍膜，薄膜鍍膜、空間鍍膜等

Scripting 編程語言介面

Access to all core functions via the Scripting Interfaces for Python, MATLAB® and C++ SDK

● 除了GUI外，獨立的編程語言可直接編寫程式核心資料
● 直觀式編程語言介面有 Phthon、MATLAB 和C++ SDK

波動光學

Wave optics including beam propagation and fiber coupling

● 光纖耦合功能有單一模式、多重模式和Beamlet 傳播
● Beamlet 傳播法可分析點擴散函數與離焦等特性
● 使用多執行序分析 Beamlet 傳播及干涉圖
● 提供高斯光束報告

軟體應用

先進的Quadoa^®具有其他軟體無法比擬的彈性與速度，適合分析與設計所有光線傳播系統，例如 : 高解析成像系統(如相機等)、透鏡相關系統(如傳統與變焦鏡頭、天文望遠鏡)、非序列性光線傳播系統、光學檢測儀器、感光與偏振光學系統、雷射與高斯光束相關領域、漸變式折射率表面/非球面/繞射系統、通信系統(含軍事、太空相關) 、光纖耦合光學、波前干涉以及精密醫學設備等。

智慧型手機	AR自由曲面稜鏡	車用抬頭顯示器	複合式曲面
光機鏡組	望遠鏡機械組	顯微鏡物鏡	立體鏡頭
表面堆疊能力	遠距攝影物鏡	偏振光追跡	及時鬼影分析器
天塞鏡頭	變焦鏡頭系統	西門子星狀測試圖	軸柱透鏡
合束器	電腦全息術	相機鏡頭	離軸望遠鏡

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