JP2004012207A

JP2004012207A - 光路解析方法及び光路解析システム

Info

Publication number: JP2004012207A
Application number: JP2002163723A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kawasaki; 川崎　淳一; Tetsushige Kumagai; 熊谷　哲成; Kenichi Kurata; 倉田　賢一
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】反射面及び鏡等の光部品の方向や位置を容易に設定することができ、反射面として必要な面積、及び反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めること等が可能な光路解析方法及びシステムを提供する。
【解決手段】光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点を指定して記憶し、光路の始点位置、終点位置、光線反射中心点のうちの２つの点を結ぶ光路要素を記憶し、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定し、各々独立した座標及び光路要素を接続して得られる光路を用いて光路解析を行う。各々独立した座標は、各々の光線反射中心点を原点とし、光線反射中心点を挟む２つの光路要素を含む面を１つの座標面とし、２つの光路要素がなす角の２等分線に対して垂直な面を反射面としてもう１つの座標面とする直交座標とすることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路解析方法及び光路解析システムに関し、特に、複数の光線反射点及び光路の存在下で、光線反射中心点に配置される光部品等の方向及び種類等を自動的に計算するとともに、複数の光路間の干渉の有無を判別する機能等を有する光路解析方法及び光路解析システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光路解析システムの一例として、特開平１１−１４９４６号公報に記載のシステムは、演算処理装置に、反射・屈折面の形状と面の境界条件を規定するデ−タと、入射光または射出光線のベクトルのデータとを入力し、入射光または射出光と反射面あるいは屈折面を選択することにより、入力データに基づいて反射光線及び屈折光線または入射光線が同時に自動的に計算され、その結果を、面形状及び入射光線のデータとともに表示装置に出力することにより、作業者は、反射、屈折を同時に考慮した光路をより正確かつ容易に導き出すことが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の光路解析システムにおいては、複数の３次元的に配置された反射面を１つの座標系によって表現しているため、反射面を容易に設定することができないという問題があった。
【０００４】
また、鏡等の光部品の方向や位置を反射面毎に計算しなければならないため、複数の３次元的に配置された反射面に鏡等の光部品の方向や位置を容易に設定できないという問題があった。
【０００５】
さらに、光路解析時に光線のビーム幅（径）を考慮していないため、複数の３次元的に配置された反射面として必要な面積、及び反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めることができないという問題があった。
【０００６】
また、反射面及び反射面間に存在する光線とに規則性のある番号等を付与したデータベース構造を保持していないため、複数の３次元的に配置された反射面及びその間に存在する光線との関連性を容易に管理、保持することができないという問題があった。
【０００７】
さらに、鏡等の光部品方向や位置を反射面毎に再計算した後、唯一の全体座標系において光部品の配置や方向を計算するため、複数の３次元的に配置された反射面及び反射面間に存在する光線の位置等が変化した場合には、それらの反射面に配置された鏡等の光部品の位置や方向を容易に最適値に自動修正することができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の光路解析システムにおける問題点に鑑みてなされたものであって、反射面及び鏡等の光部品の方向や位置を容易に設定することができ、反射面として必要な面積、及び反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めることができ、反射面及び反射面間に存在する光線との関連性を容易に管理、保持することができ、反射面及び反射面間に存在する光線の位置等が変化した場合には、それらの反射面に配置された鏡等の光部品の位置や方向を容易に最適値に自動修正することができる光路解析方法及び光路解析システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光路解析方法であって、光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点を指定して記憶し、前記光路の始点位置、終点位置、光線反射中心点のうちの２つの点を結ぶ光路要素を記憶し、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定し、該各々独立した座標及び前記光路要素を接続して得られる光路を用いて光路解析を行うことを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項１記載の発明によれば、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定するため、反射面を容易に設定することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光路解析方法において、前記記憶した光線反射中心点の少なくとも１つを他の光線反射中心点に変更し、該変更した光線反射中心点と、前記光路の始点位置、終点位置、及び他の光線反射中心点の２つの点を結ぶ光路要素を記憶し、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定し、該各々独立した座標及び前記光路要素を接続して得られる光路を用いて光路解析を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、前記記憶した光線反射中心点の少なくとも１つを他の光線反射中心点に変更し、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定するため、反射面及び反射面間に存在する光線の位置等が変化した場合でも容易に対応することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光路解析方法において、前記各々独立した座標は、各々の光線反射中心点を原点とし、該光線反射中心点を挟む２つの光路要素を含む面を１つの座標面とし、該２つの光路要素がなす角の２等分線に対して垂直な面を反射面としてもう１つの座標面とする直交座標であることを特徴とする。これによって、直交座標の１つの座標面を反射面とすることができるため、より容易に反射面を設定することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の光路解析方法において、前記光路を通る光線のビーム幅を指定して記憶し、該光線のビーム幅に基づいて前記反射面での光線投影面積または投影に要する反射面の寸法を決定することを特徴とする。これによって、反射面として必要な面積を容易に算出することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光路解析方法において、前記光路を通る光線のビーム幅を指定して記憶し、該光線のビーム幅に基づいて、複数の光路線間における干渉の有無を判定することを特徴とする。これによって、反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光路解析方法において、前記光線反射中心点、光路要素及び光路に所定の番号または記号を付して記憶することを特徴とする。これによって、複数の３次元的に配置された反射面及びその間に存在する光線との関連性を容易に管理、保持することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光路解析方法において、前記各々独立した座標に基づいて光部品を設定することを特徴とする。これによって、鏡等の光部品の位置や方向を容易に設定することができる。
【００１８】
請求項８記載の発明は、光路解析システムであって、光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点を入力する入力部と、入力された前記光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点と、前記光路の始点位置、終点位置、光線反射中心点のうちの２つの点を結ぶ光路要素を記憶する記憶部と、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定する局座標設定部と、前記各々独立した座標に基づいて前記光路要素を接続して光路を設定する光路設定部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載の発明によれば、各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定するため、反射面を容易に設定することができる。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の光路解析方法において、前記局座標設定部において設定される各々独立した座標は、各々の光線反射中心点を原点とし、該光線反射中心点を挟む２つの光路要素を含む面を１つの座標面とし、該２つの光路要素がなす角の２等分線に対して垂直な面を反射面としてもう１つの座標面とする直交座標であることを特徴とする。これによって、直交座標の１つの座標面を反射面とすることができるため、より容易に反射面を設定することができる。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項８または９記載の光路解析システムにおいて、前記入力部は、さらに、前記光路を通る光線のビーム幅を入力し、ビーム投影面積計算部は、入力された該光線のビーム幅に基づいて前記反射面での光線投影面積または投影に要する反射面の寸法を決定することを特徴とする。これによって、反射面として必要な面積を容易に算出することができる。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、請求項８、９または１０記載の光路解析システムにおいて、前記入力部は、さらに、前記光路を通る光線のビーム幅を入力し、干渉計算部は、該入力された光線のビーム幅に基づいて、複数の光路線間における干渉の有無を判定することを特徴とする。これによって、反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めることができる。
【００２３】
請求項１２記載の発明は、請求項８乃至１１のいずれかに記載の光路解析システムにおいて、前記記憶部は、前記光線反射中心点、光路要素及び光路に所定の番号または記号を付して記憶することを特徴とする。これによって、複数の３次元的に配置された反射面及びその間に存在する光線との関連性を容易に管理、保持することができる。
【００２４】
請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１２のいずれかに記載の光路解析システムにおいて、前記各々独立した座標に基づいて光部品を設定する部品設定部を備えることを特徴とする。これによって、鏡等の光部品の位置や方向を容易に設定することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる光路解析システムの実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００２６】
本発明による光路解析システムは、図１に示すように、光路数等を入力する初期設定値入力部１と、光路の始点、終点位置等を入力する属性入力部２と、入力された光路数等を記憶するデータベース部３と、光路を構成する点から光路を設定する光路設定部４と、光路を構成する点の各々に独立した座標を設定する局座標設定部５と、反射時の光線投影面積等を計算するビーム投影面積計算部６と、反射面形状等の光部品の属性を入力する部品登録部７と、種々の光部品に関するデータを記憶する部品データベース部８と、光部品を選択する部品設定部９と、光路間の干渉を計算する干渉計算部１１と、光路、部品及び干渉状況等を表示する表示部１２とを備える。
【００２７】
次に、上記構成を有する光路解析システムの動作について説明する。
【００２８】
まず、初期設定値入力部１によって、解析する光路数、光路を設定する上での光路の始点及び終点数、光路上の障害物等の環境、反射点（以下、「点」と呼ぶ）の数、各光路を構成する点の数を入力する。
【００２９】
次に、属性入力部２によって、光路の始点及び終点位置、光線の属性（ビーム幅）、点位置等の属性、各光路を構成する点（光線反射中心点）を入力する。
【００３０】
そして、初期設定値入力部１と属性入力部２によって入力されたデータをデータベース部３に保存する。すなわち、各光路は、点間で区切られる光路要素が繋がって構成され、光路要素の両端は点で構成されるというデータベース構造となっている。
【００３１】
図２は、データベースの一例を示す。図２（ａ）では、光路数、光路始点数等の数値が記憶され、図２（ｂ）では、各点についてのＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標が記憶され、図２（ｃ）では、各光路番号毎に、光路要素数と光路要素番号が記憶され、図２（ｄ）では、光路要素番号毎に点の番号が記憶されている。
【００３２】
次に、データベース部３のデータベースを利用し、既に属性入力部２によって入力されている光路の始点から終点に向かって、各々の光路を構成する点を結んだ光路を光路設定部４によって自動設定する。
【００３３】
図３に示すように、光路始点、光路終点を除く点１５は、２つの光路要素１６、１７に必ず含まれる。そこで、図１の局座標設定部５によって、図４に示すように、各点１８を直交座標の原点とする。次に、原点である点１８を含み、かつ２つの光路要素１９、２０を含み、唯一決定される平面をＸＺ平面とし、２つの光路要素１９、２０がなす角の二等分線方向をＺ軸とする。また、原点である点１８を通り、ＸＺ面に含まれ、Ｚ軸に垂直な軸をＸ軸と規定する。さらに、Ｘ、Ｚ軸に垂直で原点である点１８を通る軸をＹ軸とする。
【００３４】
ここまでで決定されたＸＹＺ各軸で構成される座標系を、原点である点１８における局座標とし、この局座標を既に入力されている各点全てについて局座標設定部５において自動計算する。局座標設定部５において計算され、設定された各点の直交座標におけるＸＹ平面は反射面となる。
【００３５】
次に、ビーム投影面積計算部６によって、反射時の光線投影面積及び投影に必要な反射面の寸法を自動計算する。
【００３６】
図５に示すように、点（直交座標原点）２１について、属性入力部２によって入力された光線属性（ビーム幅（径））の直径をφ２ｄとし、光線入射角をαとすると、光線投影面は楕円となり、
ｈ＝２ｄ／ｔａｎ（π／２−α）
Ｄ＝（４ｄ^２＋ｈ^２）^１／２
短半径：ａ＝ｄ
長半径：ｂ＝Ｄ／２
となる。また、図６における光線投影面積Ａは、
Ａ＝πａｂ
となる。
【００３７】
また、反射面としての必要な寸法は、例えば、反射面を四角形とするのであれば、図７に示すように、横×縦＝Ｄ×２ｄ以上確保すれば良いことが判る。反射面を円形とするのであれば、図８に示すように、直径＝φＤ以上確保すれば良いことが判る。
【００３８】
次に、図１の部品登録部７によって、反射面形状、寸法等の属性を入力し、部品データベース部８に記憶されている部品より、ビーム投影面積計算部６によって自動計算された値に合致した部品２８（図９参照）を部品設定部８によって自動選定し、図９に示すように、各点の直交座標原点を反射面中心とし、反射面を直交座標ＸＹ面とした位置に自動配置する。
【００３９】
次に、各光路要素はビーム幅（径）属性をもっているので、図１０に示すように、その属性を直径Ｄとし、光路要素線２９を中心とした円柱３０を３次元ＣＡＤ等の機能を利用して光路要素毎に自動生成する。自動生成された光路要素を中心線とした、各々の円柱間の干渉を３次元ＣＡＤ等の干渉計算機能により検証し（図１の１０、１１）、表示部１２に表示する。表示後、初期設定値１４、各種属性値（図１の１４、１３）を変更する場合には、図１の初期設定値入力部１及び属性入力部２によって各値を修正し、同一フローによって再計算、再表示を行う。
【００４０】
尚、上記実施例においては、局座標設定部５によって設定された局座標が、各点１８を原点とする直交座標の場合について説明したが、本発明は、直交座標に限定されることなく、各々の点１８に独立して設定される座標であれば、極座標等であってもよい。
【００４１】
次に、本発明にかかる光路解析方法及び光路解析システムの使用例について、図１１を参照しながら説明する。
【００４２】
前記のように、初期設定値入力部１によって、解析する光路数、光路上の障害物３３等の環境等を入力し、属性入力部２によって、光路始点３１及び光路終点３２、光線の属性（ビーム幅）、点位置等の属性、各光路を構成する点等を入力する。次に、初期設定値入力部１と属性入力部２によって入力されたデータをデータベース部３に保存して図２に示すようなデータベースを構築する。
【００４３】
そして、データベース部３のデータベースを利用し、既に属性入力部２によって入力されている光路の始点３１から終点３２に向かって、各々の光路を構成する点３９、４０、４１、４２を結んだ光路を光路設定部４によって自動設定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射面及び鏡等の光部品の方向や位置を容易に設定することができ、反射面として必要な面積、及び反射面間に存在する複数の光線間の干渉を容易に求めることができ、反射面及び反射面間に存在する光線との関連性を容易に管理、保持することができ、反射面及び反射面間に存在する光線の位置等が変化した場合には、それらの反射面に配置された鏡等の光部品の位置や方向を容易に最適値に自動修正することができる光路解析方法及び光路解析システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光路解析システムの一実施例の構成及び動作を示す流れ図である。
【図２】図１の光路解析システムデータベースの構成例を示す図である。
【図３】本発明における点（光線反射中心点）と光路要素との関係を示す説明図である。
【図４】本発明における点における局座標の説明図である。
【図５】本発明における点における局座標を利用した光線反射面積に関する説明図である。
【図６】本発明における点における局座標を利用した光線反射面積に関する説明図である。
【図７】本発明における点における局座標を利用した光線反射面積に対する必要寸法に関する説明図である。
【図８】本発明における点における局座標を利用した光線反射面積に対する必要寸法に関する説明図である。
【図９】本発明における点における局座標を利用した部品配置時の具体例を示す図である。
【図１０】本発明における点、光路要素、及びビーム幅（径）との関係を説明した図である。
【図１１】本発明にかかる光路解析方法及び光路解析システムの使用例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　初期設定値入力部
２　　　　　属性入力部
３　　　　　データベース部
４　　　　　光路設定部
５　　　　　局座標設定部
６　　　　　ビーム投影面積計算部
７　　　　　部品登録部
８　　　　　部品データベース
９　　　　　部品設定部
１０　　　光路干渉計算
１１　　　干渉計算部
１２　　表示部
１３　　属性変更
１４　　初期設定値変更
１５　　点（反射中心点）
１６　　光路要素
１７　　光路要素
１８　　点（局座標原点）
１９　　光路要素
２０　　光路要素
２１　　点（局座標原点）
２８　　部品
２９　　光路要素
３０　　ビーム幅（径）を考慮した光線
３１　　光路始点
３２　　光路終点
３３　　障害物
３４　　光路要素
３５　　光路要素
３６　　光路要素
３７　　光路要素
３８　　点
３９　　点
４０　　点
４１　　点
４２　　点
４３　　局座標
４４　　局座標
４５　　局座標
４６　　局座標

Claims

光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点を指定して記憶し、
前記光路の始点位置、終点位置、光線反射中心点のうちの２つの点を結ぶ光路要素を記憶し、
各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定し、
該各々独立した座標及び前記光路要素を接続して得られる光路を用いて光路解析を行うことを特徴とする光路解析方法。
前記記憶した光線反射中心点の少なくとも１つを他の光線反射中心点に変更し、
該変更した光線反射中心点と、前記光路の始点位置、終点位置、及び他の光線反射中心点の２つの点を結ぶ光路要素を記憶し、
各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定し、
該各々独立した座標及び前記光路要素を接続して得られる光路を用いて光路解析を行うことを特徴とする光路解析方法。
前記各々独立した座標は、各々の光線反射中心点を原点とし、該光線反射中心点を挟む２つの光路要素を含む面を１つの座標面とし、該２つの光路要素がなす角の２等分線に対して垂直な面を反射面としてもう１つの座標面とする直交座標であることを特徴とする請求項１または２記載の光路解析方法。
前記光路を通る光線のビーム幅を指定して記憶し、
該光線のビーム幅に基づいて前記反射面での光線投影面積または投影に要する反射面の寸法を決定することを特徴とする請求項１、２または３記載の光路解析方法。
前記光路を通る光線のビーム幅を指定して記憶し、
該光線のビーム幅に基づいて、複数の光路線間における干渉の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光路解析方法。
前記光線反射中心点、光路要素及び光路に所定の番号または記号を付して記憶することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光路解析方法。
前記各々独立した座標に基づいて光部品を設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光路解析方法。
光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点を入力する入力部と、
入力された前記光路の始点位置、終点位置、及び少なくとも１つの光線反射中心点と、前記光路の始点位置、終点位置、光線反射中心点のうちの２つの点を結ぶ光路要素を記憶する記憶部と、
各々の光線反射中心点を原点として各々独立した座標を設定する局座標設定部と、
前記各々独立した座標に基づいて前記光路要素を接続して光路を設定する光路設定部とを備えることを特徴とする光路解析システム。
前記局座標設定部において設定される各々独立した座標は、各々の光線反射中心点を原点とし、該光線反射中心点を挟む２つの光路要素を含む面を１つの座標面とし、該２つの光路要素がなす角の２等分線に対して垂直な面を反射面としてもう１つの座標面とする直交座標であることを特徴とする請求項８記載の光路解析方法。
前記入力部は、さらに、前記光路を通る光線のビーム幅を入力し、
ビーム投影面積計算部は、入力された該光線のビーム幅に基づいて前記反射面での光線投影面積または投影に要する反射面の寸法を決定することを特徴とする請求項８または９記載の光路解析システム。
前記入力部は、さらに、前記光路を通る光線のビーム幅を入力し、
干渉計算部は、該入力された光線のビーム幅に基づいて、複数の光路線間における干渉の有無を判定することを特徴とする請求項８、９または１０記載の光路解析システム。
前記記憶部は、前記光線反射中心点、光路要素及び光路に所定の番号または記号を付して記憶することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の光路解析システム。
前記各々独立した座標に基づいて光部品を設定する部品設定部を備えることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の光路解析システム。