Suunnittelumenetelmät vapaan muodon pintaratkaisuihin sisältävät pääasiassa iteratiivisen optimoinnin ja suoran kartoituksen.
Iteratiivinen optimointimenetelmä
Iteratiivinen optimointimenetelmä on optimoida vapaamuotoisten pintojen suunnittelu muuttamalla parametreja toistuvasti optisen järjestelmän tunnettujen alkuperäisten rakenteiden perusteella. Erityiset vaiheet ovat seuraavat:
Setterminoi optisen järjestelmän alkuperäinen rakenne: Tämä on ensimmäinen vaihe suunnitteluprosessissa, ja optisen järjestelmän peruskehys on selvennettävä.
Suuntausoptimointimuuttujat ja arviointitoiminnot: Valitse sopivat optimointimuuttujat ja arviointitoiminnot suunnitteluvaatimusten mukaisesti suunnittelun laadun mittaamiseksi.
AdJUST-parametrit käyttämällä optimointialgoritmeja: Käytä tietokoneavustettuja suunnitteluohjelmistoja, kuten ANSYS ZEMAX, parametrien säätämiseen asteittain optimointialgoritmien avulla parhaan arviointitoiminnon arvon saamiseksi. Iteratiivinen optimointimenetelmä voi laskea suuren määrän säteitä samanaikaisesti ja lisätä muuttujia asteittain tarpeiden mukaan, mutta suunnittelusykli on pitkä ja riippuu alkuperäisestä rakenteesta.
Suora kartoitusmenetelmä
Suora kartoitusmenetelmä on luoda valon kartoitus- ja etenemismalli, joka perustuu optisiin periaatteisiin vapaamuotoisten pintojen pintatietojen ratkaisemiseksi. Päämenetelmät sisältävät seuraavat:
Partio-differentiaaliyhtälömenetelmä: Geometrisen optiikan periaatteen perusteella määrittämällä osittainen differentiaaliyhtälö, joka kuvaa vapaamuotoista pintaa ja ratkaisemalla yhtälön numeerisesti tietyillä alkuarvoilla, vapaan muodon pinnan ominaisparametrit saadaan1.
Simulmaalinen monipintamenetelmä: tunnetaan myös nimellä tasa-arvoinen optinen polkumenetelmä, joka perustuu Fermatin lauseen ja Edge Ray -teoriaan, lasketaan tapahtuman ja lähtevien aaltofrontin optisten polkujen välinen suhde. Se sopii symmetristen järjestelmien valaistussuunnitelmaan, mutta laskelma on monimutkainen ja vaikea käsitellä epäsymmetrisiä järjestelmiä.
Point-pisteen rakennusten iteraatiomenetelmä: Se on jaettu kaksiulotteiseen pisteeseen pistettä-rakennus- ja kolmiulotteiseen pisteeseen kohdistuvaan rakenteeseen. Lasketaan valon kartoitussuhteen valonlähteen ja kohdepinnan välillä, lasketaan tapahtumapisteen ja poistumispisteen ominaisparametrit.
Erityiset sovellustapaukset
Vapaamuotoisten pintalinssien suunnittelussa Code V -ohjelmisto mahdollistaa akselin ulkopuolisten kulmaparametrien ja polynompoikkeaman asettamisen, jotta suunnittelijat auttavat saavuttamaan tarkemman ohjauksen optisessa järjestelmän mallinnuksessa. Lisäksi vapaamuotoisia pintoja käytetään laajasti myös lasermikromakkeissa, optisissa pinsettereissä, optisessa mikroskopiassa ja muissa kentissä. Erityiset spot -kuviot saavutetaan tarkkaan keskittymällä ja säätelemällä valokentän energiansiirtoa