3 月 14 日不僅僅是日曆上普通的一天，這天還是圓周率日，是全球共同慶祝數學常數 π 的節日，而 π 在科學與工程領域中扮演著關鍵角色。今年我們有了更多慶祝圓周率日的理由，因為 Ansys 最近推出 PySpeos 這款功能強大的 Python 應用程式介面 (API)，並專為 Ansys Speos CAD 整合式光學與照明模擬軟體所設計。PySpeos 正在徹底革新光學模擬方式，讓工程師能在 Python 導向的工作流程中能夠將光學分析自動化、最佳化並加以整合。
為什麼 π在光學中如此重要
π是光學的核心，從鏡頭設計到繞射計算，它影響著光學的方方面面。工程師與科學家在進行波動光學、光線追蹤，甚至是在設計先進光學系統，如擴增實境 (AR) 頭戴裝置、光學雷達感應器與高階車用照明時，都必須仰賴 π。 π控制著波長、角度與曲率之間的關係，這些都是高精確度光學模擬中不可或缺的因素。
要了解 π的關鍵性，讓我們看看仰賴 π的基礎光學方程式。舉例來說，由 λ/(NA) 得出之繞射極限中的NA (數值孔徑) 常與 π有直接關聯，並決定了光學系統的解析度上限。同樣地，鏡頭的幾何 (包括焦距的計算)，在很大程度上也取決於 π。這個數學常數在理論光學與現實應用之間架起橋樑，確保光學設計的精確性。
PySpeos：推動光學模擬
隨著 PySpeos 2025 R1 的推出，光學工程師現在可使用一款強大工具，它結合了 Python 的運算效率與 Speos 軟體的精準度。PySpeos 讓使用者能夠：
- 將複雜的光學模擬自動化，縮短設計迭代所需的時間
- 與人工智慧與機器學習 (AI/ML) 工具整合，實現預測建模與最佳化
- 強化指令碼功能，從而簡化流程、提升效率
- 無縫連接既有的 Python 式設計工具，可全面整合至更廣泛的工程工作流程中
- 存取豐富的光學函式庫以簡化各種任務，例如光源建模、感應器模擬與材料屬性調整
- 運用高效能運算 (HPC) 能力，有效擴展模擬規模，解決大範圍的光學設計問題
透過 Python 的龐大生態系，PySpeos 讓您能更輕鬆地撰寫光學分析指令碼、執行批次模擬，並以最少的人工干預提取關鍵見解。此外，它還可直接存取 Speos 功能強大的物理型模擬引擎，讓工程師能夠以高準確度的方式評估光學效能，同時以前所未有的速度最佳化設計。當光學中的 pi (π) 邂逅自動化中的 Python，將一同改變遊戲規則。
PySpeos 工作流程
拓展光學設計的可能性，盡在 PySpeos
PySpeos 的一大亮點在於它能強化光學設計流程，讓工程師能夠將重複性工作自動化。傳統上，光學工程師需要手動調整參數、重新執行模擬並逐一分析結果，這些流程不僅耗時，還容易出錯。PySpeos 打破這種限制，透過精簡化的指令碼介面帶來革新，實現以下效益：
- 快速原型設計。工程師可以快速定義光學參數，並在遠短於手動調整所需的時間內執行多次模擬。
- 批次處理。可同時測試大量資料集與多種設計組合，大幅縮短開發週期。
- 即時最佳化。PySpeos 利用最佳化演算法找出最可行的光學配置，從而推動迭代設計改良。
此外，PySpeos 可與 AI/ML 演算法整合，讓工程師能以資料驅動方式探索光學設計。透過對大量光學模擬數據進行訓練，工程師能建立預測性模型，在實體原型製作前即預判潛在性能問題。這不僅有助於降低成本，也能加速次世代光學產品的上市時間。
探索 PySpeos 的實際應用場景
PySpeos 在各種依賴先進光學技術的產業中發揮著巨大影響力。隨著技術持續進化，PySpeos 預計將在多項關鍵應用中推動創新，包括：
車用照明與先進駕駛輔助系統
現代車輛配備了自適應照明系統與先進駕駛輔助系統，這些都仰賴精確的光學模擬。PySpeos 讓工程師能夠：
- 最佳化頭燈與尾燈設計，提升照明效果與能源效率
- 模擬以光學雷達和攝影機為基礎之先進駕駛輔助系統的感應器性能
- 透過自動化驗證，確保車用照明符合相關法規標準
AR 與穿戴式顯示器
AR 頭戴裝置與智慧眼鏡需要經過微調的光學系統，以提供流暢的使用者體驗。PySpeos 可協助：
- 設計波導與自由曲面光學元件，以提升影像清晰度
- 在室內與戶外條件下，最佳化顯示對比度與亮度
- 降低雜散光與不必要的反射，進一步提升影像品質
醫療光學與生物光子學
內視鏡、光學斷層掃描 (OCT) 等醫療影像裝置對光學模擬的精度要求極高。PySpeos 可用於：
- 模擬光在生物組織中的傳播
- 改良鏡頭設計，以獲得更高解析度的影像效果
- 最佳化雷射型治療方案，以提升治療效果
航太國防
從衛星光學到夜視系統，PySpeos 在航太與國防領域中扮演關鍵角色，包括：
- 設計用於地球觀測與深空任務的光學酬載
- 最佳化國防技術中的夜視與目標瞄準光學系統
- 改善太空望遠鏡與感應器的雜散光分析
PySpeos 引領光學設計的未來
PySpeos 的推出代表著光學模擬工具演進的重要里程碑。隨著計算方法不斷進步，我們預測未來光學設計將與各種新興技術 (如量子運算、深度學習與數位孿生模擬) 實現更深入的整合。這類發展可能包括：
- 經強化的 AI 驅動設計自動化，更進一步降低人工干預
- 進一步支援多重物理量模擬，可在單一環境中全面分析光學、熱效應與機械應力
- 擴展的雲端運算功能，讓工程師能在全球任何地方執行大規模模擬
透過善用 PySpeos 與 Python 的強大功能，工程師能持續突破光學設計的極限。從概念化到最終產品驗證，PySpeos 提供一套順暢、高效且智慧化的解決方案，應對最具挑戰性的光學工程問題。
與光學創新一起歡慶圓周率日
在圓周率日，我們不妨回顧數學、物理與計算如何相互融合，推動技術持續前進。無論是設計高效率透鏡、最佳化人眼視覺模擬，或是提升 AR 或虛擬實境 (VR) 系統中的光學性能，PySpeos 都能提供工程師所需的精準度與靈活性，幫助他們在光學創新之路上持續突破極限。所以，拿起您手中的派，一起慶祝 π 的力量，同時探索 PySpeos 能為您的下一個光學設計專案帶來哪些可能。
