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回折光学素子の設計とは?

回折光学素子の設計は、所望の光学機能を実現する位相分布をSN比や回折効率などをメリットファンクションとして導く方法と、所定の構造に対し回折効率を導く方法の2つに大別されます。 前者は近似法であるスカラー演算、後者は厳密解を求めるベクトル演算となります。 スカラー演算では、入射光束を平面波とし、入射に対する垂直方向の構造や位相分布なの影響を考慮しない近似が採用されます。 ベクトル演算は、この影響も含め、全ての予測される光の挙動を考慮すると言う厳密解を求める手法です。 演算負担もこの順番に掛かる事になります。 ほとんどのプロジェクトの場合、成形精度が追い付かないため、厳密解のノイズ成分を解析するよりも、近似を含むスカラー演算で、迅速に処理する事が多くなります。 スカラー演算の最適化作業は、光線追跡とは異なります。 DLS法や、グローバル最適化と異なり、フーリエ変換をユーザーが設定した数だけ反復すると言うIFTA(反復フーリエ変換法)です。 設計作業のスタート点で、ランダムに初期位相パターンを発生させる選択を取る場合が多く、この場合、同じ仕様、同じ反復回数でも、異なった解に収斂する特長があります。 これも含め、成形メーカーは、成形機にあった設計解を導く事が重要となり、これが設計担当者の熟練度とも言えます。 設計ツールは、弊社が日本連絡事務所を務める、ドイツLightTrans社のVirtualLabがお奨めです。 熟練度の高い設計担当は勿論の事、そうでない方でも、仕様に合った解を導く事が可能なプログラムです。 ほとんどの回折光学素子メーカーがVirtualLabを導入しております。