JP5168051B2 - Electromagnetic field analysis program and electromagnetic field analysis apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電磁界のシミュレーションを提供する電磁界解析プログラムおよび電磁界解析装置に関する。   The present invention relates to an electromagnetic field analysis program and an electromagnetic field analysis apparatus that provide electromagnetic field simulation.

電磁界解析プログラムは広く知られる。電磁界解析プログラムは電磁界のシミュレーションを提供する。シミュレーションの実現にあたって有限差分時間領域(FDTD)法が利用される。こうしたシミュレーションによれば、特定の計算モデルに対して時系列に電磁界の分布の変化が画像化されることができる。
特開2008−82849号公報 特開2006−3287号公報 特開2000−227450号公報 Kane S.Yee,「Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell‘s Equations in Isotropic Media」,IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,1966年5月,VOL.AP−14,NO.8,p.302−307 宇野亨,「FDTD法による電磁界およびアンテナ解析」,コロナ社,1998年3月20日 Taflove,Allen,et al.,「Computational electrodynamics」,Artech House,Inc.
Electromagnetic field analysis programs are widely known. The electromagnetic field analysis program provides electromagnetic field simulation. A finite difference time domain (FDTD) method is used to realize the simulation. According to such simulation, changes in the electromagnetic field distribution can be imaged in time series for a specific calculation model.
JP 2008-82849 A JP 2006-3287 A JP 2000-227450 A Kane S. Yee, “Numerical Solution of Initial Boundary Value Values Involving Maxwell's Expressions in Isotropic Media, Month of IEEE TRANSACTIONS ONANTOPON I NON. AP-14, NO. 8, p. 302-307 Satoshi Uno, “Electromagnetic field and antenna analysis by FDTD method”, Corona, March 20, 1998 Taflove, Allen, et al. , “Computational electrodynamics”, Arttech House, Inc.

いわゆる近接場光の解析にあたって電磁界解析プログラムの利用が模索される。しかしながら、FDTD法では解析領域が光の波長の数倍程度に制限される。その結果、例えば集光レンズといった集光系のモデル化は実現されることはできなかった。FDTD法では、集光系の導入にあたって例えばフラウンホーファー回折の算出式が利用された。こうした算出式の計算結果に基づき集束光がFDTD法に導入されても、解析領域の仮想空間内では高い精度で集束光が再現されることはできなかった。   The use of an electromagnetic field analysis program is sought for the analysis of so-called near-field light. However, in the FDTD method, the analysis region is limited to about several times the wavelength of light. As a result, for example, modeling of a condensing system such as a condensing lens could not be realized. In the FDTD method, for example, a calculation formula for Fraunhofer diffraction is used for introducing a condensing system. Even if the focused light is introduced into the FDTD method based on the calculation result of such a calculation formula, the focused light cannot be reproduced with high accuracy in the virtual space of the analysis region.

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、FDTD法の利用にあたって高い精度で集束光を再現することができる電磁界解析プログラムおよび電磁界解析装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electromagnetic field analysis program and an electromagnetic field analysis apparatus that can reproduce focused light with high accuracy when using the FDTD method.

上記目的を達成するために、電磁界解析プログラムは、仮想三次元空間内で電界特性および磁界特性の三次元分布を特定する計算モデルを構築する手順と、前記仮想三次元空間内で波源を特定する手順と、前記仮想三次元空間内に区画されて相互に隣接する単位セルごとに、有限差分時間領域法に基づき、現時刻の電磁界の空間分布に基づき次時刻の電磁界の空間分布を算出する手順と、前記空間分布の算出にあたって、所定の励振振幅に基づき波源で電界の励振を確立する手順と、前記励振振幅の算出にあたって、集束光の光線に垂直な電界成分の波源面への投射に基づき集束光の電界振幅を補正する手順と、補正した電界振幅に基づきフラウンホーファー回折の算出式を計算し、その結果に基づき前記励振振幅を算出する手順とをコンピューターに実行させる。こういった処理動作によれば、有限差分時間領域法に基づき、高い精度で電磁界の空間分布は再現されることができる。   In order to achieve the above object, the electromagnetic field analysis program specifies a procedure for constructing a calculation model for specifying a three-dimensional distribution of electric field characteristics and magnetic field characteristics in a virtual three-dimensional space, and specifies a wave source in the virtual three-dimensional space. And, based on the finite difference time domain method, for each unit cell partitioned in the virtual three-dimensional space and adjacent to each other, the spatial distribution of the electromagnetic field at the next time is calculated based on the spatial distribution of the electromagnetic field at the current time. In the calculation procedure, in the calculation of the spatial distribution, the procedure of establishing the excitation of the electric field at the wave source based on the predetermined excitation amplitude, and in the calculation of the excitation amplitude, the electric field component perpendicular to the light beam of the focused light is applied to the wave source surface. Compile the procedure for correcting the electric field amplitude of the focused light based on the projection and the procedure for calculating the Fraunhofer diffraction calculation formula based on the corrected electric field amplitude and calculating the excitation amplitude based on the calculation result. To be executed by the Ta. According to these processing operations, the spatial distribution of the electromagnetic field can be reproduced with high accuracy based on the finite difference time domain method.

その他、電磁界解析装置は、仮想三次元空間内で電界特性および磁界特性の三次元分布を特定する計算モデルを取得する計算モデル入力部と、所定の励振振幅に基づき波源で電界の励振を確立しつつ、前記仮想三次元空間内に区画されて相互に隣接する単位セルごとに、有限差分時間領域法に基づき、現時刻の電磁界の空間分布に基づき次時刻の電磁界の空間分布を算出する有限差分時間領域法計算部と、集束光の光線に垂直な電界成分の波源面への投射に基づき集束光の電界振幅を補正し、補正した電界振幅に基づきフラウンホーファー回折の算出式を計算し、計算結果に基づき前記励振振幅を導き出す集光系再現部とを備えてもよい。   In addition, the electromagnetic field analyzer establishes excitation of an electric field with a wave source based on a calculation model input unit that acquires a calculation model for specifying a three-dimensional distribution of electric field characteristics and magnetic field characteristics in a virtual three-dimensional space, and a predetermined excitation amplitude. However, for each unit cell partitioned in the virtual three-dimensional space and adjacent to each other, the spatial distribution of the electromagnetic field at the next time is calculated based on the spatial distribution of the electromagnetic field at the current time based on the finite difference time domain method. The finite-difference time-domain calculation unit that corrects the electric field amplitude of the focused light based on the projection of the electric field component perpendicular to the light beam of the focused light onto the wave source surface, and calculates the calculation formula for Fraunhofer diffraction based on the corrected electric field amplitude And a condensing system reproduction unit that derives the excitation amplitude based on the calculation result.

以上のように本発明によれば、FDTD法の利用にあたって高い精度で集束光を再現することができる電磁界解析プログラムおよび電磁界解析装置は提供される。   As described above, according to the present invention, an electromagnetic field analysis program and an electromagnetic field analysis apparatus capable of reproducing focused light with high accuracy when using the FDTD method are provided.

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の一実施形態に係る電磁界解析装置の構成を概略的に示す。この電磁界解析装置11は、例えばエンジニアリングワークステーションといったコンピューター12と、コンピューター12に接続されるディスプレイ装置13とを備える。コンピューター12には例えばキーボード14やマウス15といった入力装置が接続される。   FIG. 1 schematically shows a configuration of an electromagnetic field analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. The electromagnetic field analysis device 11 includes a computer 12 such as an engineering workstation and a display device 13 connected to the computer 12. For example, input devices such as a keyboard 14 and a mouse 15 are connected to the computer 12.

コンピューター12は箱形の筐体16を備える。この筐体16内にはいわゆるマザーボードが収容される。周知の通り、マザーボードには例えばCPU(中央演算処理装置)やメモリーといった電子回路素子が実装される。利用者はキーボード14やマウス15からCPUに向けて様々なデータや指令を入力することができる。   The computer 12 includes a box-shaped housing 16. A so-called mother board is accommodated in the housing 16. As is well known, electronic circuit elements such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory are mounted on the motherboard. The user can input various data and commands from the keyboard 14 and mouse 15 to the CPU.

筐体16内にはFDD(フレキシブルディスク駆動装置)17と記録ディスク駆動装置18とがさらに組み込まれる。FDD17や記録ディスク駆動装置18は、正面の各受け入れ口からディスケット(FD)やCD−ROM、DVD−ROMを受け入れることができる。FDD17や記録ディスク駆動装置18は、受け入れたFDやCD−ROMから例えばデータやソフトウェアプログラムを読み出すことができる。   An FDD (flexible disk drive) 17 and a recording disk drive 18 are further incorporated in the housing 16. The FDD 17 and the recording disk drive device 18 can receive a diskette (FD), a CD-ROM, and a DVD-ROM from each front receiving port. The FDD 17 and the recording disk drive device 18 can read, for example, data and software programs from the received FD and CD-ROM.

ディスプレイ装置13はディスプレイ用筐体19を備える。ディスプレイ用筐体19には、例えば液晶ディスプレイ(LCD)パネルといった平面ディスプレイパネルが収容される。ディスプレイ用筐体19には長方形の窓孔21が区画される。この窓孔21にはLCDパネルの表示画面が臨む。LCDパネルの表示画面にはCPUの演算処理に基づきグラフィックスやテキストが映し出される。   The display device 13 includes a display housing 19. The display casing 19 accommodates a flat display panel such as a liquid crystal display (LCD) panel. A rectangular window hole 21 is defined in the display housing 19. An LCD panel display screen faces the window 21. Graphics and text are displayed on the display screen of the LCD panel based on the arithmetic processing of the CPU.

図2に示されるように、CPU21にはコンピューター12の動作を統括するシステムコントローラー22すなわちチップセットが接続される。このシステムコントローラー22には、前述のキーボード14やマウス15、FDD17、記録ディスク駆動装置18のほか、システムメモリー23やHDD(ハードディスク駆動装置)24、グラフィックボード25が接続される。システムメモリー23には、例えばOS(オペレーティングシステム)その他のソフトウェアプログラムがHDD24から一時的に取り込まれる。CPU21は、システムメモリー23に一時的に取り込まれるソフトウェアプログラムに基づき演算処理を実行する。HDD24には、例えば前述のFD26やCD−ROM27から予めソフトウェアプログラムが移されればよい。グラフィックボード25にはディスプレイ装置13が接続される。グラフィックボード25はCPU21の指令に基づきディスプレイ装置13に向けて画像信号を送り出す。   As shown in FIG. 2, the CPU 21 is connected to a system controller 22 that controls the operation of the computer 12, that is, a chip set. In addition to the keyboard 14, mouse 15, FDD 17, and recording disk drive device 18, the system controller 22 is connected with a system memory 23, an HDD (Hard Disk Drive Device) 24, and a graphic board 25. For example, an OS (operating system) and other software programs are temporarily taken into the system memory 23 from the HDD 24. The CPU 21 executes arithmetic processing based on a software program that is temporarily loaded into the system memory 23. A software program may be transferred to the HDD 24 in advance from, for example, the FD 26 or the CD-ROM 27 described above. The display device 13 is connected to the graphic board 25. The graphic board 25 sends an image signal to the display device 13 based on a command from the CPU 21.

その他、システムコントローラー22にはLAN(ローカルエリアネットワーク)ボード28やモデム29が接続されてもよい。LANボード28やモデム29は例えば電磁界解析装置11内のCPU21と他のコンピューターシステム内のCPU(図示されず)とを接続する。電磁界解析装置11内のCPU21はLANやインターネットを通じて他のCPUとの間で信号をやり取りすることができる。   In addition, a LAN (local area network) board 28 and a modem 29 may be connected to the system controller 22. The LAN board 28 and the modem 29 connect, for example, the CPU 21 in the electromagnetic field analyzer 11 and a CPU (not shown) in another computer system. The CPU 21 in the electromagnetic field analysis device 11 can exchange signals with other CPUs via a LAN or the Internet.

HDD24には、本発明の一具体例に係る電磁界解析プログラムが格納される。このソフトウェアプログラムは例えばFD26やCD−ROM27その他の可搬性記録媒体からHDD24に取り込まれてもよく、LANやインターネットといったコンピューターネットワークからHDD24に取り込まれてもよい。CPU21は電磁界解析プログラムの記述に従って所定の処理動作を実現することができる。   The HDD 24 stores an electromagnetic field analysis program according to a specific example of the present invention. This software program may be taken into the HDD 24 from, for example, the FD 26, the CD-ROM 27, or another portable recording medium, or may be taken into the HDD 24 from a computer network such as a LAN or the Internet. The CPU 21 can realize a predetermined processing operation according to the description of the electromagnetic field analysis program.

図3はCPU21内に構築される第1実施形態に係る電磁界解析装置11の機能ブロックを概略的に示す。電磁界解析装置11は有限差分時間領域(FDTD)法計算部33を備える。FDTD法計算部33は、図4に示されるように、仮想三次元空間内で立方体の単位セルCEを特定する。単位セルCEの特定にあたって仮想三次元空間ではxz平面、yz平面およびxy平面ごとに格子線が描かれる。格子線同士の間隔Δx、Δy、Δzはいずれも一定値に設定される。格子線の働きで立方体の単位セルCEが確立される。仮想三次元空間は単位セルCEの集合体として把握される。個々の単位セルCEには座標値(i,j,k)が付される。その他、格子線同士の間隔Δx、Δy、Δzは単位セルCEごとに変化してもよい。   FIG. 3 schematically shows functional blocks of the electromagnetic field analysis apparatus 11 according to the first embodiment constructed in the CPU 21. The electromagnetic field analysis apparatus 11 includes a finite difference time domain (FDTD) method calculation unit 33. As shown in FIG. 4, the FDTD method calculation unit 33 specifies a cubic unit cell CE in the virtual three-dimensional space. In specifying the unit cell CE, lattice lines are drawn for each of the xz plane, the yz plane, and the xy plane in the virtual three-dimensional space. The intervals Δx, Δy, Δz between the lattice lines are all set to a constant value. A cubic unit cell CE is established by the action of the lattice lines. The virtual three-dimensional space is grasped as an aggregate of unit cells CE. A coordinate value (i, j, k) is attached to each unit cell CE. In addition, the intervals Δx, Δy, Δz between the lattice lines may change for each unit cell CE.

FDTD法計算部33は1つの単位セルCEごとに次式に従って電界Eのx成分Ex、y成分Eyおよびz成分Ezを算出する。   The FDTD method calculation unit 33 calculates the x component Ex, the y component Ey, and the z component Ez of the electric field E for each unit cell CE according to the following equation.

Figure 0005168051
ここで、εは単位セルCEごとに特定される誘電率を示す。σは単位セルCEごとに特定される導電率を示す。算出は個々の単位セルCEごとにΔtの時間間隔で実施される。nは時系列の順番を示す。時間間隔Δtごとにn(自然数)は増加する。同時に、FDTD法計算部33は1つの単位セルCEごとに次式に従って磁界Hのx成分Hx、y成分Hyおよびz成分Hzを算出する。
Figure 0005168051
Here, ε represents a dielectric constant specified for each unit cell CE. σ indicates the conductivity specified for each unit cell CE. The calculation is performed at time intervals of Δt for each unit cell CE. n indicates the order of time series. N (natural number) increases every time interval Δt. At the same time, the FDTD method calculation unit 33 calculates the x component Hx, the y component Hy, and the z component Hz of the magnetic field H according to the following equation for each unit cell CE.

Figure 0005168051
ここで、μは単位セルCEごとに特定される透磁率を示す。
Figure 0005168051
Here, μ represents the magnetic permeability specified for each unit cell CE.

FDTD法計算部33は、図5に示されるように、仮想三次元空間CO内で波源SOを特定する。波源SOは、後述されるように、FDTD法に従って、レンズLNで焦点FCに向かって集束する光線LBを再現する。レンズLNの光軸OPは仮想三次元空間COのz軸に相当する。波源SOは仮想三次元空間COのxy平面に沿って配列される単位セルCEに割り当てられる。FDTD法計算部33は次式に従って波源SOの単位セルCEで電界の励振を引き起こす。   As shown in FIG. 5, the FDTD method calculation unit 33 specifies the wave source SO in the virtual three-dimensional space CO. As will be described later, the wave source SO reproduces the light beam LB focused by the lens LN toward the focal point FC according to the FDTD method. The optical axis OP of the lens LN corresponds to the z axis of the virtual three-dimensional space CO. The wave source SO is assigned to the unit cells CE arranged along the xy plane of the virtual three-dimensional space CO. The FDTD method calculation unit 33 causes electric field excitation in the unit cell CE of the wave source SO according to the following equation.

Figure 0005168051
ここで、Eは波源の励振振幅を示す。ωは波源の角周波数を示す。ξx、ξyは波源の初期位相を示す。ここでは、光軸OPがz軸に設定されることから、電界Eのz成分Ezは励振しない。
Figure 0005168051
Here, E 0 indicates the excitation amplitude of the wave source. ω represents the angular frequency of the wave source. ξx and ξy indicate the initial phase of the wave source. Here, since the optical axis OP is set to the z axis, the z component Ez of the electric field E is not excited.

図3に示されるように、FDTD法計算部33には計算結果解析部34が接続される。計算結果解析部34は特定の物理量に基づきFDTD法計算部33の計算結果を変換する。物理量には、例えば電界強度や位相、その他測定可能な物理量が含まれる。電界Eのx成分Ex、y成分Eyおよびz成分Ez並びに磁界Hのx成分Hx、y成分Hyおよびz成分Hzに基づき特定の物理量データが生成される。物理量データでは例えば物理量の時間変化が特定される。その他、時間変化の結果のフーリエ変換に基づき周波数スペクトルが算出されてもよい。   As shown in FIG. 3, a calculation result analysis unit 34 is connected to the FDTD method calculation unit 33. The calculation result analysis unit 34 converts the calculation result of the FDTD method calculation unit 33 based on the specific physical quantity. Physical quantities include, for example, electric field strength, phase, and other measurable physical quantities. Specific physical quantity data is generated based on the x component Ex, y component Ey, and z component Ez of the electric field E, and the x component Hx, y component Hy, and z component Hz of the magnetic field H. In the physical quantity data, for example, a time change of the physical quantity is specified. In addition, the frequency spectrum may be calculated based on the Fourier transform of the time change result.

計算結果解析部34には解析結果出力部35が接続される。解析結果出力部35は計算結果解析部34の解析結果を視覚化する。物理量データに基づき視覚化データが生成される。この視覚化データでは、物理量の時間変化に基づき動画が記述されてもよく、特定時刻の静止画が記述されてもよい。視覚化データは例えばグラフィックボード25に供給される。グラフィックボード25は視覚化データに基づきディスプレイ装置13の画面上に解析結果を表示する。その他、視覚化データは、HDD24に格納されてもよく、LANボード28経由でLANに向かって出力されてもよく、モデム29経由でインターネットに向かって出力されてもよい。   An analysis result output unit 35 is connected to the calculation result analysis unit 34. The analysis result output unit 35 visualizes the analysis result of the calculation result analysis unit 34. Visualization data is generated based on the physical quantity data. In this visualization data, a moving image may be described based on a temporal change of a physical quantity, or a still image at a specific time may be described. The visualization data is supplied to the graphic board 25, for example. The graphic board 25 displays the analysis result on the screen of the display device 13 based on the visualization data. In addition, the visualization data may be stored in the HDD 24, may be output toward the LAN via the LAN board 28, or may be output toward the Internet via the modem 29.

FDTD法計算部33には計算モデル入力部37が接続される。計算モデル入力部37は仮想三次元空間CO内で計算モデルを構築する。計算モデルは例えば電界特性および磁界特性の三次元分布を特定する。電界特性には誘電率εおよび導電率σが含まれる。磁界特性には透磁率μが含まれる。計算モデルは、例えばキーボード14やマウス15の操作に基づき計算モデル入力部37に取り込まれてもよく、記録ディスク駆動装置18の働きでCD−ROM27から計算モデル入力部37に取り込まれてもよく、LAN経由やインターネット経由で計算モデル入力部37に取り込まれてもよい。取り込まれた計算モデルはHDD24に格納されればよい。   A calculation model input unit 37 is connected to the FDTD method calculation unit 33. The calculation model input unit 37 constructs a calculation model in the virtual three-dimensional space CO. The calculation model specifies, for example, a three-dimensional distribution of electric field characteristics and magnetic field characteristics. The electric field characteristics include dielectric constant ε and conductivity σ. Magnetic field characteristics include permeability μ. The calculation model may be taken into the calculation model input unit 37 based on the operation of the keyboard 14 or the mouse 15, for example, or may be taken into the calculation model input unit 37 from the CD-ROM 27 by the action of the recording disk drive device 18. The calculation model input unit 37 may receive the data via a LAN or the Internet. The fetched calculation model may be stored in the HDD 24.

FDTD法計算部33には計算条件入力部38が接続される。計算条件入力部38は計算条件を特定する。この計算条件は、前述の電界Eのx成分Ex、y成分Eyおよびz成分Ez並びに磁界Hのx成分Hx、y成分Hyおよびz成分Hzの算出にあたって要求される。計算条件には、xz平面、yz平面およびxy平面にそれぞれ設定される格子線同士の間隔Δx、Δy、Δz並びに時間間隔Δtが含まれる。間隔Δx、Δy、Δzに基づきFDTD法計算部33で立方体の単位セルCEが確立される。間隔Δx、Δy、Δzは集束光すなわち光線LBの波長の1/10〜1/20程度に設定される。間隔Δx、Δy、Δzおよび時間間隔Δtは、例えばキーボード14やマウス15の操作に基づき計算条件入力部38に取り込まれてもよく、LAN経由やインターネット経由で計算条件入力部38に取り込まれてもよい。取り込まれた計算条件はHDD24に格納されればよい。   A calculation condition input unit 38 is connected to the FDTD method calculation unit 33. The calculation condition input unit 38 specifies calculation conditions. This calculation condition is required when calculating the x component Ex, y component Ey, and z component Ez of the electric field E and the x component Hx, y component Hy, and z component Hz of the magnetic field H. The calculation conditions include intervals Δx, Δy, Δz between lattice lines set in the xz plane, the yz plane, and the xy plane, respectively, and a time interval Δt. Based on the intervals Δx, Δy, Δz, the FDTD method calculation unit 33 establishes a cubic unit cell CE. The intervals Δx, Δy, Δz are set to about 1/10 to 1/20 of the wavelength of the focused light, that is, the light beam LB. The intervals Δx, Δy, Δz and the time interval Δt may be taken into the calculation condition input unit 38 based on the operation of the keyboard 14 or the mouse 15, for example, or may be taken into the calculation condition input unit 38 via the LAN or the Internet. Good. The fetched calculation conditions may be stored in the HDD 24.

FDTD法計算部33には集光系再現部39が接続される。集光系再現部39は集光系入力部41を備える。集光系入力部41は入射光の波長λ並びに集光系の集光特性および偏光特性を特定する。集光系の集光特性には例えば瞳径αおよびレンズの焦点距離fが含まれる。焦点距離fに代えて開口数NAが特定されてもよい。集光系の偏光特性はxz平面内の電界振幅Exとyz平面内の電界振幅Eyとで規定される。   A condensing system reproduction unit 39 is connected to the FDTD method calculation unit 33. The condensing system reproduction unit 39 includes a condensing system input unit 41. The condensing system input unit 41 specifies the wavelength λ of incident light and the condensing characteristics and polarization characteristics of the condensing system. The condensing characteristic of the condensing system includes, for example, the pupil diameter α and the focal length f of the lens. The numerical aperture NA may be specified instead of the focal length f. The polarization characteristic of the condensing system is defined by the electric field amplitude Ex in the xz plane and the electric field amplitude Ey in the yz plane.

集光系再現部39では集光系入力部41に電界振幅算出部42が接続される。電界振幅算出部42は、入力された電界振幅Ex、Eyに基づき電界振幅E′x、E′yを算出する。算出方法は後述される。   In the light collection system reproduction unit 39, an electric field amplitude calculation unit 42 is connected to the light collection system input unit 41. The electric field amplitude calculator 42 calculates electric field amplitudes E′x and E′y based on the input electric field amplitudes Ex and Ey. The calculation method will be described later.

集光系再現部39では電界振幅算出部42にフラウンホーファー回折計算部43が接続される。フラウンホーファー回折計算部43はフラウンホーファー回折の算出式に基づき励振振幅を算出する。算出にあたってフラウンホーファー回折の算出式に電界振幅E′x、E′yが適用される。フラウンホーファー回折計算部43は次式に従って高速フーリエ変換(FFT)を実施する。   In the condensing system reproduction unit 39, a Fraunhofer diffraction calculation unit 43 is connected to the electric field amplitude calculation unit 42. The Fraunhofer diffraction calculation unit 43 calculates the excitation amplitude based on the calculation formula of Fraunhofer diffraction. In the calculation, the electric field amplitudes E′x and E′y are applied to the calculation formula of Fraunhofer diffraction. The Fraunhofer diffraction calculation unit 43 performs a fast Fourier transform (FFT) according to the following equation.

Figure 0005168051
ここで、g(x、y)はレンズLNに入射する電界の複素振幅を示す。(x、y)はレンズLNの開口面上の座標を示す。(x,y)は焦点面すなわち励振面上の座標を示す。u(vx、vy)は焦点面上の電界振幅を示す。fはレンズLNの焦点距離を示す。λは光の波長を示す。算出結果の振幅uは複素数として表現されることから、励振面上の電界振幅すなわち励振振幅E′x、E′yおよび位相ξx、ξyが特定される。
Figure 0005168051
Here, g (x, y) represents the complex amplitude of the electric field incident on the lens LN. (X, y) indicates coordinates on the aperture surface of the lens LN. (X 0 , y 0 ) indicates coordinates on the focal plane, that is, the excitation plane. u (vx, vy) represents the electric field amplitude on the focal plane. f indicates the focal length of the lens LN. λ indicates the wavelength of light. Since the amplitude u of the calculation result is expressed as a complex number, the electric field amplitude on the excitation surface, that is, the excitation amplitudes E′x and E′y and the phases ξx and ξy are specified.

ここで、電界振幅E′x、E′yの算出手順を簡単に説明する。いま、x偏光の光がレンズLNの光軸OPすなわちz軸に沿って集光系に入射する場面を想定する。励振面のx軸上で電界を考察する。図6に示されるように、集束光は、焦点FCに向かって所定の傾斜角θで入射する光線を有する。集束光の電界振幅Exは当該光線に対して垂直に定義される。その一方で、励振面44はx軸に平行に設定されることから、x軸上の励振振幅E′xは次式で与えられる。   Here, a procedure for calculating the electric field amplitudes E′x and E′y will be briefly described. Now, a case is assumed where x-polarized light is incident on the condensing system along the optical axis OP of the lens LN, that is, the z-axis. Consider the electric field on the x-axis of the excitation surface. As shown in FIG. 6, the focused light has a light ray incident at a predetermined inclination angle θ toward the focal point FC. The electric field amplitude Ex of the focused light is defined perpendicular to the light beam. On the other hand, since the excitation surface 44 is set parallel to the x-axis, the excitation amplitude E′x on the x-axis is given by the following equation.

Figure 0005168051
次に、集光する光の波面を考察する。図7に示されるように、波面45は励振面44に対して所定の傾斜姿勢で観察される。励振面44への投射像から明らかなように、波面45上の単位面積に対して励振面44の投射面積は狭まる。こうした面積の縮小に応じて単位面積当たりの電界強度は調整される。[数5]に鑑み、最終的に、x軸上の励振振幅E′xは次式で与えられる。
Figure 0005168051
Next, consider the wavefront of the collected light. As shown in FIG. 7, the wavefront 45 is observed with a predetermined inclination with respect to the excitation surface 44. As is clear from the projection image on the excitation surface 44, the projection area of the excitation surface 44 is narrower than the unit area on the wave surface 45. The electric field intensity per unit area is adjusted in accordance with the reduction of the area. In view of [Equation 5], the excitation amplitude E′x on the x-axis is finally given by the following equation.

Figure 0005168051
その一方で、y軸上の電界は光線の傾斜に対して偏光方向は垂直に交差する。したがって、y軸上の電界では面積の補正のみが適用される。このとき、y軸上の励振振幅E′xは次式で与えられる。
Figure 0005168051
On the other hand, the direction of polarization of the electric field on the y-axis intersects perpendicularly to the tilt of the light beam. Therefore, only area correction is applied to the electric field on the y-axis. At this time, the excitation amplitude E′x on the y-axis is given by the following equation.

Figure 0005168051
図8に示されるように、軸上の電界以外の電界は平行方向成分Epと垂直方向成分Esとに分解される。こういった分解にあたってz軸回りに極座標値φが特定される。前述の数式[数5]および[数6]が平行方向成分Epおよび垂直方向成分Esにそれぞれ適用される。その結果、平行方向成分Epおよび垂直方向成分Esは次式で与えられる。
Figure 0005168051
As shown in FIG. 8, the electric field other than the axial electric field is decomposed into a parallel component Ep and a vertical component Es. In such decomposition, a polar coordinate value φ is specified around the z axis. The above mathematical formulas [Equation 5] and [Equation 6] are applied to the parallel direction component Ep and the vertical direction component Es, respectively. As a result, the parallel direction component Ep and the vertical direction component Es are given by the following equations.

Figure 0005168051
平行方向成分Epおよび垂直方向成分Esを合成し、x方向成分E′xおよびy方向成分E′yを算出する。
Figure 0005168051
The parallel direction component Ep and the vertical direction component Es are combined to calculate the x direction component E′x and the y direction component E′y.

Figure 0005168051
Figure 0005168051

Figure 0005168051
y偏光は同様に考察される。その結果、次式が与えられる。
Figure 0005168051
y-polarization is considered similarly. As a result, the following equation is given.

Figure 0005168051
x方向成分E′xおよびy方向成分E′yが足し合わせられると、一般化された励振振幅の式が与えられる。
Figure 0005168051
When the x-direction component E′x and the y-direction component E′y are added together, a generalized excitation amplitude equation is given.

Figure 0005168051
なお、数式[数12]で、極座標に基づく三角関数に代えて集光系の入射瞳上の座標(x、y)と焦点距離fとが用いられると、次式が与えられる。
Figure 0005168051
In the equation [Equation 12], when the coordinates (x, y) on the entrance pupil of the condensing system and the focal length f are used instead of the trigonometric function based on the polar coordinates, the following equation is given.

Figure 0005168051
ここで、次式が成立する。
Figure 0005168051
Here, the following equation holds.

Figure 0005168051
以上のような機能ブロックは前述の電磁界解析プログラムの実行に基づきCPU21内に構築されればよい。その他、こうした機能ブロックは例えば電子デバイスの組み合わせに基づきハードウェアで実現されてもよい。
Figure 0005168051
The functional blocks as described above may be constructed in the CPU 21 based on the execution of the electromagnetic field analysis program described above. In addition, such functional blocks may be realized by hardware based on a combination of electronic devices, for example.

次に、電磁界解析プログラムの実行に基づきCPU21で実現される処理動作を説明する。図9に示されるように、ステップS1でCPU21は物質の空間配置を取得する。例えば物質ごとに誘電率ε、導電率σおよび透磁率μが指定される。物質の空間配置に基づき、前述と同様に、仮想三次元空間CO内で電界特性および磁界特性の三次元分布が特定される。計算モデルは構築される。   Next, processing operations realized by the CPU 21 based on the execution of the electromagnetic field analysis program will be described. As shown in FIG. 9, in step S1, the CPU 21 acquires the spatial arrangement of the substance. For example, dielectric constant ε, conductivity σ, and magnetic permeability μ are designated for each substance. Based on the spatial arrangement of the substance, the three-dimensional distribution of the electric field characteristic and the magnetic field characteristic is specified in the virtual three-dimensional space CO as described above. A calculation model is built.

ステップS2でCPU21は前述の計算条件を取得する。間隔Δx、Δy、Δz並びに時間間隔Δtが特定される。前述と同様に、計算条件に基づき仮想三次元空間CO内で単位セルCEが区画される。個々の単位セルCEごとに誘電率ε、導電率σおよび透磁率μが特定される。   In step S2, the CPU 21 acquires the above-described calculation conditions. The intervals Δx, Δy, Δz and the time interval Δt are specified. Similar to the above, the unit cell CE is partitioned in the virtual three-dimensional space CO based on the calculation conditions. A dielectric constant ε, electrical conductivity σ, and magnetic permeability μ are specified for each unit cell CE.

ステップS3でCPU21は入射光の波長λ並びに集光系の集光特性および偏光特性を取得する。前述と同様に、集光系の集光特性には例えば瞳径αおよびレンズの焦点距離fが含まれる。集光系の偏光特性はxz平面内の電界振幅Exとyz平面内の電界振幅Eyとで規定される。   In step S <b> 3, the CPU 21 acquires the wavelength λ of the incident light and the light collection characteristics and polarization characteristics of the light collection system. Similar to the above, the condensing characteristics of the condensing system include, for example, the pupil diameter α and the focal length f of the lens. The polarization characteristic of the condensing system is defined by the electric field amplitude Ex in the xz plane and the electric field amplitude Ey in the yz plane.

ステップS4でCPU21は入力された電界振幅Ex、Eyに基づき電界振幅E′x、E′yを算出する。算出にあたって前述の数式[数12]または[数13]が用いられる。入力された電界振幅Ex、Eyの値は補正される。続くステップS5でCPU21はフラウンホーファー回折に基づき励振振幅を算出する。CPU21は前述の数式[数4]に従って高速フーリエ変換を実施する。励振振幅の算出にあたってCPU21は電界振幅Ex、Eyの補正値すなわち電界振幅E′x、E′yを用いる。   In step S4, the CPU 21 calculates electric field amplitudes E′x and E′y based on the input electric field amplitudes Ex and Ey. In the calculation, the above-described equation [Equation 12] or [Equation 13] is used. The values of the input electric field amplitudes Ex and Ey are corrected. In subsequent step S5, the CPU 21 calculates the excitation amplitude based on Fraunhofer diffraction. The CPU 21 performs the fast Fourier transform according to the above-described equation [Equation 4]. In calculating the excitation amplitude, the CPU 21 uses correction values of the electric field amplitudes Ex and Ey, that is, electric field amplitudes E′x and E′y.

ステップS6以下でCPU21はFDTD法に従って電磁界分布を算出する。算出にあたって、まずステップS6で、CPU21は変数tを初期化する。続くステップS7でCPU21は現時刻tを設定する。前時刻tに時間間隔Δtが加算される。ステップS8でCPU21は数式[数1]に従って個々の単位セルCEごとに電界を計算する。計算にあたって数式[数3]に従って特定の単位セルCEで励振すなわち電界振動が引き起こされる。電界振動は数式[数1]に従って周囲の単位セルCEに伝搬する。こうして現時刻tで電界の三次元分布は再現される。算出にあたって個々の計算結果は一時的にシステムメモリー23に格納される。   After step S6, the CPU 21 calculates the electromagnetic field distribution according to the FDTD method. In calculation, first, in step S6, the CPU 21 initializes a variable t. In subsequent step S7, the CPU 21 sets the current time t. A time interval Δt is added to the previous time t. In step S8, the CPU 21 calculates an electric field for each unit cell CE according to the mathematical formula [Equation 1]. In the calculation, excitation, that is, electric field oscillation is caused in a specific unit cell CE according to the mathematical formula [Equation 3]. The electric field vibration propagates to the surrounding unit cells CE according to the formula [Equation 1]. Thus, the three-dimensional distribution of the electric field is reproduced at the current time t. In the calculation, each calculation result is temporarily stored in the system memory 23.

ステップS9でCPU21は数式[数2]に従って個々の単位セルCEごとに磁界を計算する。電界の伝播に呼応して磁界は周囲の単位セルCEに伝播する。こうして現時刻tで磁界の三次元分布は再現される。算出にあたって個々の計算結果は一時的にシステムメモリー23に格納される。したがって、システムメモリー23の容量に基づき単位セルCEの許容個数すなわち仮想三次元空間の大きさは決定される。   In step S9, the CPU 21 calculates a magnetic field for each unit cell CE according to the mathematical formula [Equation 2]. In response to the propagation of the electric field, the magnetic field propagates to the surrounding unit cell CE. Thus, the three-dimensional magnetic field distribution is reproduced at the current time t. In the calculation, each calculation result is temporarily stored in the system memory 23. Therefore, the allowable number of unit cells CE, that is, the size of the virtual three-dimensional space is determined based on the capacity of the system memory 23.

ステップS10でCPU21は終了時刻を確認する。現時刻tが終了時刻tENDに達していなければ、処理はステップS7に戻る。ステップS7〜S9の処理が繰り返される結果、時間間隔Δtごとに電界Eの三次元分布および磁界Hの三次元分布は特定されることができる。その結果、光の伝播は仮想三次元空間CO内で再現されることができる。 In step S10, the CPU 21 confirms the end time. If the current time t has not reached the end time tEND , the process returns to step S7. As a result of the processes in steps S7 to S9 being repeated, the three-dimensional distribution of the electric field E and the three-dimensional distribution of the magnetic field H can be specified for each time interval Δt. As a result, light propagation can be reproduced in the virtual three-dimensional space CO.

現時刻tが終了時刻tENDに達すると、ステップS11でCPU21は前述と同様に物理量データを生成する。電界Eの三次元分布の時間変化および磁界Hの三次元分布の時間変化は特定の物理量で表現し直される。続くステップS12でCPU21は前述と同様に視覚化データを生成する。視覚化データは出力される。こうしてCPU21の処理動作は終了する。   When the current time t reaches the end time tEND, the CPU 21 generates physical quantity data in the same manner as described above in step S11. The time change of the three-dimensional distribution of the electric field E and the time change of the three-dimensional distribution of the magnetic field H are expressed by specific physical quantities. In subsequent step S12, the CPU 21 generates visualization data in the same manner as described above. Visualization data is output. Thus, the processing operation of the CPU 21 ends.

本発明者は本実施形態に係る電磁界解析装置11の精度を検証した。前述のように電磁界解析プログラムが実行された。このシミュレーションでは直線偏光の光LBが開口数(NA)0.7のレンズLNで集光された。本発明者は基準例を用意した。基準例では同一の条件下で回折の計算式に基づき光が解析された。回折の計算では偏光が考慮された。こうした回折の計算によれば高い精度で光の伝播は再現されることが知られる。図10に示されるように、偏光に対して平行方向の光強度では電磁界解析プログラムに基づく計算結果は基準例に近似することが確認された。同様に、図11に示されるように、偏光に対して直交方向の光強度では電磁界解析プログラムに基づく計算結果は基準例に近似することが確認された。   The inventor verified the accuracy of the electromagnetic field analysis apparatus 11 according to the present embodiment. The electromagnetic field analysis program was executed as described above. In this simulation, linearly polarized light LB was collected by a lens LN having a numerical aperture (NA) of 0.7. The inventor prepared a reference example. In the reference example, light was analyzed based on the calculation formula of diffraction under the same conditions. Polarization was taken into account in diffraction calculations. It is known that the propagation of light is reproduced with high accuracy according to such a calculation of diffraction. As shown in FIG. 10, it was confirmed that the calculation result based on the electromagnetic field analysis program approximates to the reference example in the light intensity in the direction parallel to the polarized light. Similarly, as shown in FIG. 11, it was confirmed that the calculation result based on the electromagnetic field analysis program approximates the reference example for the light intensity in the direction orthogonal to the polarization.

本発明者は比較例に係る計算方法に基づき光の伝播を再現した。この比較例ではFDTD法に基づく計算処理にあたって、前述の励振振幅の算出手順を踏まずに、単純にフラウンホーファー回折の算出式が用いられた。その結果、図12に示されるように、偏光に対して平行方向の光強度では比較例に係る計算結果と基準例との間に誤差が認められた。同様に、図13に示されるように、偏光に対して直交方向の光強度では比較例に係る計算結果と基準例との間に誤差が認められた。図14および図15に示されるように、偏光に平行方向の光強度および直交方向の光強度のいずれでも比較例に係る計算結果に比べて電磁界解析プログラムに基づく計算結果では誤差が縮小されることが確認された。   The inventor reproduced light propagation based on a calculation method according to a comparative example. In this comparative example, in the calculation process based on the FDTD method, the calculation formula of Fraunhofer diffraction was simply used without following the above-described excitation amplitude calculation procedure. As a result, as shown in FIG. 12, in the light intensity in the direction parallel to the polarized light, an error was recognized between the calculation result of the comparative example and the reference example. Similarly, as shown in FIG. 13, an error was recognized between the calculation result of the comparative example and the reference example in the light intensity in the direction orthogonal to the polarized light. As shown in FIG. 14 and FIG. 15, the error is reduced in the calculation result based on the electromagnetic field analysis program in both the light intensity in the direction parallel to the polarization and the light intensity in the orthogonal direction compared to the calculation result according to the comparative example. It was confirmed.

図16は第2実施形態に係る電磁界解析装置11の機能ブロックを概略的に示す。この電磁界解析装置11では集光系再現部39は光ビーム強度分布入力部51を備える。光ビーム強度分布入力部51は集光系入力部41に接続される。光ビーム強度分布入力部51は入射瞳に入射する光ビームの強度の空間分布を特定する。強度の空間分布は、座標およびその座標に対応した強度を示す数表で与えられてもよく、ガウス分布の仮定に基づき拡がり幅で定義されてもよい。例えばガウス分布がピーク強度1/eの拡がり幅で定義されると、電界振幅は次式で与えられる。 FIG. 16 schematically shows functional blocks of the electromagnetic field analysis apparatus 11 according to the second embodiment. In this electromagnetic field analysis apparatus 11, the condensing system reproduction unit 39 includes a light beam intensity distribution input unit 51. The light beam intensity distribution input unit 51 is connected to the condensing system input unit 41. The light beam intensity distribution input unit 51 specifies the spatial distribution of the intensity of the light beam incident on the entrance pupil. The spatial distribution of the intensity may be given by a coordinate table and a numerical table indicating the intensity corresponding to the coordinate, or may be defined by a spread width based on the assumption of a Gaussian distribution. For example, when the Gaussian distribution is defined by the spread width of the peak intensity 1 / e 2 , the electric field amplitude is given by the following equation.

Figure 0005168051
ただし、Aは振幅のピーク値を示す。w、wは拡がり幅(全幅)を示す。算出結果は電界振幅算出部42に供給される。電界振幅算出部42は、供給された電界振幅に基づき前述のように電界振幅E′x、E′yを算出する。その他、前述の第1実施形態と均等な構成には同一の参照符号が付される。
Figure 0005168051
However, A 0 represents the peak value of the amplitude. w x and w y indicate the spread width (full width). The calculation result is supplied to the electric field amplitude calculation unit 42. The electric field amplitude calculation unit 42 calculates the electric field amplitudes E′x and E′y as described above based on the supplied electric field amplitude. In addition, the same reference numerals are assigned to components equivalent to those in the first embodiment.

図17は第3実施形態に係る電磁界解析装置11の機能ブロックを概略的に示す。この電磁界解析装置11では集光系再現部39は収差入力部52を備える。収差入力部52は、電界各成分に対して収差を定義する位相分布を設定する。具体的には数式[数12]や[数13]で電界振幅Ex、Eyは位相を反映した複素数に設定される。この複素数の電界振幅は入射瞳上の座標に対する関数として定義される。例えば位相はゼルニケ多項式で与えられればよい。いま、入射瞳上で極座標が確立されると、ゼルニケ多項式は次式で与えられる。   FIG. 17 schematically shows functional blocks of the electromagnetic field analysis apparatus 11 according to the third embodiment. In the electromagnetic field analysis apparatus 11, the condensing system reproduction unit 39 includes an aberration input unit 52. The aberration input unit 52 sets a phase distribution that defines the aberration for each electric field component. Specifically, the electric field amplitudes Ex and Ey are set to complex numbers reflecting the phases in Equations [Equation 12] and [Equation 13]. This complex field amplitude is defined as a function of the coordinates on the entrance pupil. For example, the phase may be given by a Zernike polynomial. Now, if polar coordinates are established on the entrance pupil, the Zernike polynomial is given by

Figure 0005168051
Figure 0005168051

Figure 0005168051
図18は数式[数16]に基づく集光スポットを概略的に示す。ここでは、数式[数16]中、n=3,m=1、A=0、Bmn=0、Cnm=0.5が設定された。集光光学系でコマ収差が再現されることができる。
Figure 0005168051
FIG. 18 schematically shows a focused spot based on the formula [Equation 16]. Here, n = 3, m = 1, A n = 0, B mn = 0, and Cnm = 0.5 are set in the mathematical formula [Equation 16]. The coma aberration can be reproduced by the condensing optical system.

本発明の一実施形態に係る電磁界解析装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly the composition of the electromagnetic field analysis device concerning one embodiment of the present invention. 電磁界解析装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of an electromagnetic field analyzer. 第1実施形態に係る電磁界解析装置の機能ブロックを概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the functional block of the electromagnetic field analyzer which concerns on 1st Embodiment. 単位セルを概略的に示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a unit cell roughly. 集光光学系のモデルを概略的に示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the model of a condensing optical system roughly. 光線の傾斜を特定する概念図である。It is a conceptual diagram which specifies the inclination of a light ray. 波面の傾斜を特定する概念図である。It is a conceptual diagram which specifies the inclination of a wave front. 軸上の電界以外の電界を特定する概念図である。It is a conceptual diagram which specifies electric fields other than the electric field on an axis | shaft. 電磁界解析装置の処理動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing operation of an electromagnetic field analyzer. 本実施形態に係る電磁界解析プログラムで算出された光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the light intensity computed with the electromagnetic field analysis program concerning this embodiment. 本実施形態に係る電磁界解析プログラムで算出された光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the light intensity computed with the electromagnetic field analysis program concerning this embodiment. FDTD法に基づく計算処理にあたってフラウンホーファー回折の算出式を用いた電磁界解析プログラムで算出された光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the light intensity calculated with the electromagnetic field analysis program using the calculation formula of Fraunhofer diffraction in the calculation process based on FDTD method. FDTD法に基づく計算処理にあたってフラウンホーファー回折の算出式を用いた電磁界解析プログラムで算出された光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the light intensity calculated with the electromagnetic field analysis program using the calculation formula of Fraunhofer diffraction in the calculation process based on FDTD method. 本実施形態に基づき算出された光強度の誤差と比較例に基づき算出された光強度の誤差との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the error of the light intensity calculated based on this embodiment, and the error of the light intensity calculated based on the comparative example. 本実施形態に基づき算出された光強度の誤差と比較例に基づき算出された光強度の誤差との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison with the error of the light intensity calculated based on this embodiment, and the error of the light intensity calculated based on the comparative example. 第2実施形態に係る電磁界解析装置の機能ブロックを概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the functional block of the electromagnetic field analyzer which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る電磁界解析装置の機能ブロックを概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the functional block of the electromagnetic field analyzer which concerns on 3rd Embodiment. 集光スポットの様子を概略的に示すシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result which shows the mode of a condensing spot roughly.

符号の説明Explanation of symbols

11 電磁界解析装置、33 有限差分時間領域法計算部、37 計算モデル入力部、39 集光系再現部、CE 単位セル、CO 仮想三次元空間、LB 光線、SO 波源面。   11 Electromagnetic field analysis device, 33 Finite difference time domain method calculation unit, 37 Calculation model input unit, 39 Condensing system reproduction unit, CE unit cell, CO virtual three-dimensional space, LB ray, SO wave source surface.

Claims (4)

仮想三次元空間内で電界特性および磁界特性の三次元分布を特定する計算モデルを構築する手順と、前記仮想三次元空間内でレンズの光軸に直交する仮想平面に波源を設定する手順と、前記仮想三次元空間内に区画されて相互に隣接する単位セルごとに、有限差分時間領域法に基づき、現時刻の電磁界の空間分布に基づき次時刻の電磁界の空間分布を算出する手順と、前記空間分布の算出にあたって、所定の励振振幅に基づき前記波源で電界の励振を確立する手順と、前記励振振幅の算出にあたって、集束光の光線に垂直な電界成分が前記光線の方向に前記仮想平面に投射された際に特定される投射像で前記集束光の電界振幅を設定する手順と、設定した電界振幅に基づきフラウンホーファー回折の算出式を計算し、その結果に基づき前記励振振幅を算出する手順とをコンピューターに実行させることを特徴とする電磁界解析プログラム。 A procedure for constructing a calculation model for specifying a three-dimensional distribution of electric field characteristics and magnetic field characteristics in a virtual three-dimensional space; a procedure for setting a wave source in a virtual plane perpendicular to the optical axis of the lens in the virtual three-dimensional space; A procedure for calculating the spatial distribution of the electromagnetic field at the next time based on the spatial distribution of the electromagnetic field at the current time, based on the finite difference time domain method, for each unit cell partitioned in the virtual three-dimensional space and adjacent to each other. , in calculating the spatial distribution, the procedure for establishing an excitation electric field in the wave source based on a predetermined excitation amplitude, in the calculation of the excitation amplitude, the virtual electric field component perpendicular to the rays of the focused beam in the direction of the light beam a step of setting the electric field amplitude of the focused light by the projection image specified when projected on the plane, a calculation formula of Fraunhofer diffraction based on the electric field amplitude is set to calculate the excited on the basis of the result Electromagnetic field analysis program characterized by executing the steps of calculating the amplitude computer. 請求項1に記載の電磁界解析プログラムにおいて、前記光軸zに対してxz平面およびyz平面内で特定される前記電界成分の電界振幅Ex、Eyと、焦点位置に原点を持つ極座標系に従って入射瞳を特定する座標値(θ,φ)とに基づき、次式に従って、
Figure 0005168051
前記設定した電界振幅E′x、E′yは特定されることを特徴とする電磁界解析プログラム。
2. The electromagnetic field analysis program according to claim 1, wherein the incident is performed according to a polar coordinate system having an electric field amplitude Ex and Ey of the electric field component specified in the xz plane and the yz plane with respect to the optical axis z and an origin at a focal position. Based on the coordinate values (θ, φ) that specify the pupil,
Figure 0005168051
An electromagnetic field analysis program characterized in that the set electric field amplitudes E'x and E'y are specified.
請求項1に記載の電磁界解析プログラムにおいて、前記電界振幅を設定する手順に先立って前記集束光の収差を設定する手順をコンピューターにさらに実行させることを特徴とする電磁界解析プログラム。 The electromagnetic field analysis program according to claim 1, further causing a computer to execute a procedure for setting the aberration of the focused light prior to the procedure for setting the electric field amplitude. 仮想三次元空間内で電界特性および磁界特性の三次元分布を特定する計算モデルを取得する計算モデル入力部と、前記仮想三次元空間内でレンズの光軸に直交する仮想平面に設定される波源で所定の励振振幅に基づき電界の励振を確立しつつ、前記仮想三次元空間内に区画されて相互に隣接する単位セルごとに、有限差分時間領域法に基づき、現時刻の電磁界の空間分布に基づき次時刻の電磁界の空間分布を算出する有限差分時間領域法計算部と、集束光の光線に垂直な電界成分が前記光線の方向に前記仮想平面に投射された際に特定される投射像で前記集束光の電界振幅を設定し、設定した電界振幅に基づきフラウンホーファー回折の算出式を計算し、計算結果に基づき前記励振振幅を導き出す集光系再現部とを備えることを特徴とする電磁界解析装置。 A calculation model input unit for acquiring a calculation model for specifying a three-dimensional distribution of electric field characteristics and magnetic field characteristics in a virtual three-dimensional space, and a wave source set in a virtual plane orthogonal to the optical axis of the lens in the virtual three-dimensional space in being established the excitation of the predetermined based feeding circuit boundaries excitation amplitude, the each unit cell is divided into a virtual three-dimensional space adjacent to each other, based on the finite-difference time-domain method, the electromagnetic field at the current time A finite-difference time-domain calculation unit that calculates the spatial distribution of the electromagnetic field at the next time based on the spatial distribution of the current, and specified when an electric field component perpendicular to the light beam of the focused light is projected on the virtual plane in the direction of the light beam set the electric field amplitude of the focused light in the projection image to be, in that it comprises a condensing system reproducing unit calculates the calculation formula of Fraunhofer diffraction based on the electric field amplitude is set, deriving the excitation amplitude based on the calculation result Characteristic electric Field analyzer.
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