Einführung - CAD neu definieren

Wenn die meisten Menschen "CAD" hören, denken sie an 3D-Software für die mechanische Konstruktion, wie SolidWorks, AutoCAD oder CATIA. Es ist eine natürliche Assoziation: Die Werkzeuge sind visuell, taktil und greifbar. Aber sollte CAD im wörtlichen Sinne - die Verwendung von Computern zur Unterstützung des Designs - auf diesen mechanischen Bereich beschränkt sein? Ich weiß, das ist eine Suggestivfrage. Dennoch scheint ein Großteil der Optikindustrie immer noch in dieser Denkweise gefangen zu sein.

Aktuelle Tools - Mappings, nicht Design

Ich kann mir vorstellen, dass viele von denen, die dies lesen, denken: "Aber wir haben doch Zemax, oder Code-V", oder "Was ist mit LightTools, Oslo, oder Fred?". Das ist richtig. Wir haben diese Instrumente, und wir haben sie aus gutem Grund - sie funktionieren. Aber lassen Sie mich eine Gegenfrage stellen: Wie viele Parameter (oder Zahlen) kommen heraus im Vergleich zu denen, die hineingehen?

Was hat das mit irgendetwas zu tun? Nun, wenn ich 10 Zahlen eingeben muss und 10 Zahlen herausbekomme, geben uns diese Werkzeuge dann wirklich Antworten - oder bilden sie nur Eingaben auf Ausgaben ab, ohne wirkliche Erkenntnisse zu liefern? Woher wissen Sie, dass die Ergebnisse aussagekräftig sind, wenn Sie nicht bereits wissen, dass die Eingaben korrekt sind? Es mag plump klingen, aber die alte Computerregel gilt immer noch: Garbage in, garbage out. Eingaben sind wichtig.

Vision - Entwerfen ohne Annahmen

Können wir Produkte entwerfen, ohne Annahmen zu treffen? Ich glaube, wir können es, und der Computer ist das Werkzeug dafür. Das ist keine große Überraschung. Der Weg dorthin besteht darin, die freien Parameter unserer Systeme, z. B. alle Parameter, die wir als Eingabe für Raytracing-Tools benötigen, mit Leistungsparametern zu verbinden.

Nehmen wir als allgemeines Beispiel ein System, das Laserlicht aufnimmt, es umwandelt und einen gewünschten Effekt erzeugt. Im Computer können wir diesen gesamten Prozess modellieren - bis hin zur Zuweisung eines Wertes für das Ergebnis, den der Kunde erkennen und direkt mit der kommerziellen Leistung verbinden kann

In der Lithoindustrie würde er die Mindestgröße der Merkmale, die Gleichmäßigkeit der CD oder die Registrierung erkennen. Mit einer Zahl für sphärische Aberration oder Koma kann er nichts anfangen, egal wie gut Ihre Optik ist. Das sagt ihm nicht, was er wissen muss, und den meisten Produktinhabern auch nicht.

Anwendung - Echte Leistungsmetriken sind wichtig

Wenn wir jedoch unsere Entwurfsparameter mit Hilfe von Modellen mit Leistungsparametern verknüpfen, können wir nicht nur die Wünsche unserer Kunden mit unseren Anforderungen in Einklang bringen, sondern wir erfahren auch, wie das System, das wir entwerfen, intern funktioniert. verbunden, und das kann ein großer Einblick darin sein, wie die Anforderungen mit unseren Designzielen für einzelne Module zusammenhängen, aber auch, wo unsere Prioritäten liegen.

Der Anwendungsingenieur

Da wir gerade beim Thema Anwendungen sind - und das ist eine Überleitung -: Anwendungsingenieure profitieren wirklich von einer angemessenen Unterstützung durch Systemsoftware. Es ist praktisch eine unmögliche Aufgabe, das technische Frontend für den Kunden zu sein und gleichzeitig auf dem Laufenden zu bleiben, wie die Dinge tatsächlich funktionieren.

Der Aufbau von Simulationswerkzeugen für Gebäudesysteme ist teuer, warum also nicht auf allen Ebenen Vorteile erzielen und Anwendungstechniker einbeziehen.

Mit kundenspezifischer Software können wir auch entscheiden, wie diese Software verteilt wird, und der Browser ist ein sehr interessantes Frontend dafür geworden. Es gibt kaum einen Unterschied beim Erstellen grafischer Benutzeroberflächen für den Desktop und für den Browser, wobei letzterer uns ermöglicht, Distributionsfragen, Plattformen und Installationsprogramme vollständig zu umgehen. Der Browser (mit so vielen, die auf Chromium basieren) bietet eine sehr einheitliche und stabile Plattform, die es wert ist, mit Tools wie ... erkundet zu werden. Leptos oder Dioxus (Eibe, und viele andere). Es handelt sich um eine interessante Infrastruktur, die derzeit entwickelt wird und die meiner Meinung nach in diesem Bereich einen Platz hat.

Die Theorie in der Praxis

All dies klingt zwar sehr allgemein und theoretisch, doch wurde dieser "Design in the Computer"-Ansatz verwendet, um die LDI-5s Direktschreibsystem von Grund auf neu entwickelt. Zu dieser Zeit hatten wir noch nie einen Trockenfilmresist in einem ersten UV-System mit gemischter Bildgebung (inkohärent-teilweise kohärent), anamorph, gemischter Pixelgröße entwickelt. Was wir damals kannten, war ein 2D-SLM, ein sauberes Maskenschreibersystem, einen kontrastreichen Resist und einen Modulator mit 2 Giga-Pixeln pro Sekunde und einer Scangeschwindigkeit von 80 mm/s mit einer nahezu idealen Lichtquelle, dem Excimer-Laser. Jetzt mussten wir einen 1D-Modulator mit einer Scangeschwindigkeit von 2000 mm/s und vier rotierenden Teleskopen entwickeln, um eine Schreibzeit von 60 Sekunden auf 500 mm x 500 mm großen Substraten zu erreichen. Wenn wir versucht hätten, einen der Parameter, die das optische System beeinflussen, zu erraten, wäre die Gefahr groß gewesen, dass wir es mehr als einmal machen müssten.

Dieses Design war jedoch im Computer so gut wie ausgereizt. Schreibcharakteristiken, SLM-Spiegelmikrodynamik, Anforderungen an das optische Untersystem, NA (unterschiedlich in X und Y), Pixelgröße (unterschiedlich in X und Y) wurden am Computer optimiert. Jeder Aspekt der Maschine wurde bis an seine Grenzen ausgereizt. Sogar der SLM, der mit einer Pixelfrequenz von 2 MHz betrieben wurde, wurde oberhalb seiner Spiegelresonanzfrequenz eingesetzt. Der Link gibt 1 MHz Pixelfrequenz an. Interessanterweise, mit “Zukunftsperspektive: bis zu 1,6 MHz”. Dazu wird der Verfasser hinzufügen: 1,6 war der Faktor zwischen Pixelfrequenz und Resonanzfrequenz. Der Modulator konnte dank kritischer Spiegelmikrodämpfung und einem Verhältnis von optischer Auflösung zu Pixelgröße von etwa 0,2 - für ein Maskenschreibgerät sogar eher klein - oberhalb seiner Resonanzfrequenz betrieben werden, aber Trockenfilmresist muss weit über der isofokalen Dosis belichtet werden, sodass die optische Auflösung des Systems wesentlich höher ist als die minimale Strukturgröße. Eine schwierige Entscheidung für ein System, das nach “Schreibkapazität” schreit, aber eine, die Sie treffen können, wenn Sie sie mit Zahlen und Erfolgsbilanz untermauern können.

Wir haben sogar Metrologie-Tools für die Systemintegration.

Dies ist Senslogic

Diese Erfahrung und wie gut sie sich bewährt hat, findet sich in der Palette der von Senslogic heute angebotenen Dienstleistungen wieder. Die Leser werden Bruchstücke dieser Geschichte in verschiedenen Tech-Talks auf dieser Website finden, aber ich denke, dies ist der erste Beitrag, der aus der Perspektive des computergestützten Designs geschrieben wurde.1 Meiner Meinung nach ist das Labor nicht der Ort, an dem man lernt - der Computer ist es. Das Labor ist der Ort, an dem man seine Modelle prüft. Im Labor lernt man nicht, sondern prüft. Es ist der Ort, an dem Sie Vertrauen in Ihren Prozess aufbauen. Entwerfen Sie einmal. Bauen Sie mit Zuversicht - jederzeit, zu jeder Zeit.

Beispiel aus der Praxis

Ich muss etwas erwähnen, das gestern passiert ist. Ich habe für einen Kunden viel Modellierungssoftware geschrieben, die sich mit First-Principles-Modellierung, Bildanalyse und Handhabungssoftware beschäftigt.

Das Meeting begann mit etwa so: “Jarek, ich glaube, das wird dir gefallen.” “Kannst du sehen, welche dieser Bilder simuliert und welche mit der Kamera aufgenommen wurden?” Und buchstäblich ist jedes Bild eine Summe von 100 Bildern, die aus verschiedenen Positionen und mit unterschiedlichen Objektkonfigurationen kombiniert wurden. Es ist ein ziemlich komplexes Belichtungssystem, sowohl im Labor als auch offensichtlich in der Modellierung.

Es hat eine Weile gedauert, und nur weil ich wusste, dass es immer noch einen Unterschied zwischen dem Modell und dem Versuchsaufbau gab, wusste ich, wonach ich suchen musste, aber auch dank der Qualität beider Ergebnisse, die winzige Oszillationen offenbaren würden.

Aber der Punkt ist, wir haben viel Forschung mit den Modellierungswerkzeugen betrieben, und nach all dieser Mühe war es großartig, zu sehen, wie diese Ergebnisse im Labor reproduziert wurden. Es war, als ob ich Teil des A-Teams wäre: “Ich liebe es, wenn ein Plan aufgeht.”