分子動力學亂數佈點方法結合佈點前處理程式應用於導光板網點光學最佳化設計

Optical Design of Light Guide by Using Molecular Dynamics Method to Generate Random Dot Distribution with Implementation of VBA Preprocessor

張自恭 ； 方育斌 ； 盧建銘 ； 李家紘 ； 朱訓鵬

《光學工程》 112期 (2010/09) Pp. 63-78

https://doi.org/10.30011/OE.201009.0007

摘要

本文主要針對導光板亂數佈點及其前處理程式的開發，並應用於導光板網點之光學最佳化設計。其中亂數佈點程式主要是以分子動力學方法，將重疊任意混亂的起始排列，利用分子動力學原子與原子間之作用力，調控至均勻的排列。所用的分子動力學演算技巧，皆針對為可依據指定網點的密度分佈，進而達成均勻之亂數排列而開發，這些技巧包括細胞網格法(cell division)、可變動r-cut(variabler-cut)技巧、反射邊界條件(reflective boundary condition)，及邊界之力平均法(force average)，這些計算技巧的開發，使本佈點程式可輕易地跟後續之光學設計結合。為使本佈點程式發揮更大之效應，尤其在針對大尺寸、或網點數量級非常龐大之導光板，如何設定龐大網格的密度，或網點數量的資料時，並代入分子動力學佈點程式，將是網點佈點的一大考驗。對此，本文提出以VBA(visual basic for application)之語言撰寫Excel之網點前處理程式，挾帶Excel本身具有運算及繪圖介面之功能，發展出一套可以輕易調整網點密度或數量之前處理程式，使亂數網點的佈置與後續之分子動力學運算更輕易執行，且更容易的與後續光學設計做結合。

關鍵字

導光板 ； 分子動力學 ； 亂數佈點 ； 最佳化設計

並列摘要

This paper is to develop the preprocessor for the random dot distribution applied to the optimal optical design of the light guide. In addition, we use molecular dynamics (MD) method to generate the dot distribution reaching a non-overlapping distribution from an arbitrary distribution initialized by a random number generator. The MD algorithms developed include several new numerical techniques, namely, cell division technique, variable r-cut technique, reflective boundary technique and force average technique across the boundary. These techniques provide the advantages that can easily integrate into the subsequent optical design phase. In order to handle a large amount of the dot for the large size display, it is transcendental to input the huge data for each cell manually for the generation of a specific dot distribution. Thus, we develop the preprocessor to generate the cell data by using VBA language provided by Excel, which can be determined by graphically interactive way. That makes the dot generation more easily and effectively.

並列關鍵字

light guide ； molecular dynamics ； random dot distribution ； optimal optical design