TECHNICAL KNOWLEDGEBASE
【Basic Edition】
2023-03-29
パラメトリック最適化
本チュートリアルは、球面レンズの本当の焦点を発見する例を取り、VirtualLab™のパラメトリック最適化の活用法を説明するものです
| 著者： | Tino Untermann, LightTrans GmbH |
| キーワード： | parametric optimization、introduction、laser system、lens system、focus、constraint、Starter Toolbox、VirtualLab™ Advanced |
| 必須ツールボックス： | Starter Toolbox Advanced |
パラメトリック最適化 - はじめに
- 光学系は、様々なアプリケーション（特にレーザーシステム）に対して最適化する事が可能です
- 最適化は VirtualLab™ の”Parametric Optimization Document”を用いて可能です
- 本書では、最適化ドキュメントの設定方法を解説します
- 例として、一つをフリーパラメーターとして、次の課題に取り組みます：
球面レンズのバックフォーカスの発見
これを行うために、ビーム径は最少となるようにします - 注記：パラメトリック最適化は、VirtualLab™ Advanced(64bit版）のみを対称としております
サンプル Light Path Diagram
- サンプルファイルに用意した Light Path Diagram “Spherical_Lens_System.lpd”を開きます
- ここでは平面波が球面レンズを通して伝播します
- レンズ後のある距離におけるビーム径を測定します。 初期の距離は、50 mmです。
パラメトリック最適化ドキュメント
ツールバーのアイコンをクリックし、VirtualLab™ 内に新たにパラメトリック最適化ドキュメントを開きます
Nextをクリックします
変数パラメーターの選択
メリットファンクションの選択
Nextをクリックします
制限の設定
”constraint specifications”にて、最少化するターゲット機能を定義します。
ディフォルト設定を保持し – ターゲット値を Radius X と Radius Yとも“０ m”とします。
”Start Value”（初期値）又はフリーパラメーターは、ここでは”Distance Before”とします。プリセットされた値は、Light Path Diagramからコピーする事が可能です。ここでは50mmとなります。
”Update”ボタンをクリックし、メリットファンクションに対する計算を開始します。これにより、必要に応じてLight Path Diagramのシミュレーション工程が開始されます。
一般設定
- グローバルまたはローカル最適化などのアルゴリズミックパラメーター、アルゴリズム、ストップ基準などの調整が可能です
- 標準の設定を保持します
- Nextをクリックします
最適化の開始
- このページでは最適化作業のスタートとストップ、シミュレーション工程のロギングなどが可能です
- Startを押し最適化工程が終了するのを待ちます
Show LPDをクリックします
最適化されたLPDの表示
メニューから Show Optimized LPDを選択し、最適化パラメーターを含むLight Path Diagram を開きます
最適化されたパラメーターを含むLight Path Diagram
最適化ツールによる変更初期値
ドキュメントのConstraint Settings（制限設定）ページに戻り”Optimization Results”ページで Backをクリックし、”General Settings”ページでもBackをクリックします
Toolsボタンを押します
Set Optimized Start Values をクリックし最適化された”Distance Before”を新たな初期パラメーターとします
- 変数パラメーターの初期値(Distance Before)を、最適化された数値(99.37mm)に変更します。
メリットファンクション(Radius X、Radius Y)を更新します(N/A) - Updateをクリックします
Reset Start to Initial ValuesをクリックしイニシャルのLPDから”Distance Before Beam Parameters Detector” をコピーし”constraint table”にペーストします
変数パラメーターの初期値(Distance Before)を初期値に(50mm)に変更します
パラメーター制限の編集
- パラメーター制限が初期値で既に破たんを来たしました
- ターゲットファンクションSI の派生単位（ここではm)の定義により、パラメーター制限が非常に高くなっております(99.999%)
制限ウエイトの変更
- 制限はウエイト付けにより変更する事が可能です
- ウエイトは、直接入力か、最適化ツールを介して入力可能です
- Toolsボタンを押します
Equal Contributionsの設定
Distribute Contributions Uniformlyをクリックし、破たんを来した制限の”Equal Contribution”のウエイトを計算します
- 破たんを来した制限に対するContributionsは、統一化されました(namely 33.333%)
- Weightの数値が正しいウエイトにより達成されました
- Toolsボタンを 押します
Target Contributionの設定
Set Contribution をクリックし任意のtarget contributionを破たんを来した制限(contribution >0)を0 から100% に設定します
- パラメーター制限 (”Distance Before”を選択します）としてTarget Contributionに80 %と入力します
- Ok をクリックします
- パラメーター制限の”Contribution”が80% となりました
- 回折オーダーcontributionsの合算は20%となりました
- ウエイトは結果に従いました
- Optimization Toolsボタンを押します
ウエイトのリセット
Reset Weightsをクリックし、全てのウエイトを1とします
- ウエイトを1にリセットされてます
- 更新されパラメーター制限の”contribution”は非常に高くなりました(99.999%)
- Nextを押します
最適化の開始 #2
Nextを押します
Startを押して新たな最適化を開始し、計算が終了するのを待ちます
最適化 #2の結果
”Distance Before”の最適化の結果は、アッパーリミットである90mmに近づきました。
これは制限に対する、高い”contribution”によるものです。
オプション：全設定のリセット
- 全設定をイニシャル値にリセットする事が可能です
- ”Constraint Settings”ページにて(最適化結果ページにてBackを押し”General Settings”にてBackを押します)
全Constraint Settings のリセット
Toolsボタンを押します
Reset All Settings をクリックし”constraint settings”と初期値をリセットします
Yes を押します
全”constraint settings”と初期値は、リセットされイニシャル値になりました
最適化の開始 #3
“Optimization Results”ページに行き ”Constraint Specification”ページにてNextを押し、”General Settings”ページにてNextを押します
Startを押し、最適化計算が終了するのを待ちます
最適化結果がレンズの焦点面に再び戻りました（99.37mm)