JP7291356B2 - Information processing method, information processing device, program, and recording medium - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 平成29年2月24日に第45回VCADシステム研究会にて公開(アルゴリズム関数による物理曲面の生成方法)Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act is applied Published at the 45th VCAD System Study Group on February 24, 2017 (Method of generating a physical curved surface using an algorithm function)

本技術は、例えば三次元部品などを設計・解析する情報処理方法、情報処理装置、及びプログラム並びに記録媒体に関する。 The present technology relates to an information processing method, an information processing apparatus, a program, and a recording medium for designing and analyzing a three-dimensional part, for example.

従来、コンピュータの持つ計算能力、記憶能力、解析能力などを用いて、三次元部品などを設計・解析することが行われている。三次元部品の設計データは、例えばCAD(Computer Aided Design)と呼ばれるソフトウェアを用いて作成され、CAM(Computer Aided Manufacturing)と呼ばれるソフトウェアを用いて、設計データに基づくNC(数値制御)データが作成される(例えば、特許文献1参照。)。NCデータは、三次元部品を自動的にNC(数値制御)工作機械(マシニング・センターを含む)で加工するために、加工される部品又は金型と、部品又は金型を切削する工具との間の相対的位置、工具経路(工具パス)、工具回転数などを制御するのに必要な数値情報である。 2. Description of the Related Art Conventionally, three-dimensional parts and the like are designed and analyzed by using computing power, storage power, and analysis power of computers. Design data for a three-dimensional part is created using, for example, software called CAD (Computer Aided Design), and NC (Numerical Control) data based on the design data is created using software called CAM (Computer Aided Manufacturing). (See, for example, Patent Document 1.). NC data is used to automatically process three-dimensional parts with NC (numerical control) machine tools (including machining centers). It is the numerical information necessary to control the relative position between the tools, the tool path (tool path), the tool rotation speed, etc.

特開2004-021474号公報JP 2004-021474 A

上述したCADなどにおける曲線の描画方法として、B-スプライン曲線(B-spline curve)が挙げられる。しかしながら、B-スプライン曲線は、複数の制御点及びB-スプライン基底関数(B-spline basis function)により表現されるため、物理的に意味のある形状表現や制御方法を用いて修正することが困難である。 A B-spline curve is an example of a method of drawing a curve in the above-described CAD or the like. However, since B-spline curves are represented by multiple control points and B-spline basis functions, it is difficult to modify them using physically meaningful shape representations and control methods. is.

本技術は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、物理的に意味のある形状表現や制御方法を用いて、例えば三次元部品などを設計・解析することができる情報処理方法、情報処理装置、及びプログラム並びに記録媒体を提供する。 This technology has been proposed in view of such conventional circumstances, and uses physically meaningful shape representation and control methods to enable the design and analysis of, for example, three-dimensional parts. A method, an information processing device, a program, and a recording medium are provided.

本願発明者は、鋭意検討の結果、物理的意味を有する微分方程式を離散化し、物理現象について局所的な関係を表現するために導入した関数を用いることにより、前記課題を解決できることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application have found that the above problem can be solved by discretizing differential equations having physical meaning and using functions introduced to express local relationships of physical phenomena.

すなわち、本技術に係る情報処理方法は、コンピュータが、3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する。 That is, in the information processing method according to the present technology, the computer divides the x direction into i equal parts and the y direction into j equal parts on a curved surface z=f(x, y) in a three-dimensional space. Gaussian curvature κ 1 (xi , yi ) κ 2 ( xi , y i ) to generate a curved surface.

また、本技術に係る情報処理装置は、3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する。 Further, the information processing apparatus according to the present technology is configured such that, on a curved surface z=f(x, y) in a three-dimensional space, Z i , Gaussian curvature κ 1 ( xi , yi ) κ 2 (xi , yi ) specified for all grid points i ( xi , yi ) excluding the boundary of the surface using the quadratic equation in j Generate a surface based on .

また、本技術に係るプログラムは、3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する処理をコンピュータに実行させる。
Further, the program according to the present technology is a curved surface z=f(x, y) in a three-dimensional space. Based on the Gaussian curvature κ 1 ( xi , yi ) κ 2 ( xi , yi ) specified for all grid points i (xi , yi ) excluding the boundary of the surface using a quadratic equation A computer is caused to execute a process of generating a curved surface by

Figure 0007291356000001
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本技術によれば、曲率の微分方程式を離散化して得られる関数を用いているため、物理的形状表現である曲率の制御により部分修正やスムース化を行うことができる。 According to this technology, since a function obtained by discretizing a differential equation of curvature is used, partial correction and smoothing can be performed by controlling the curvature, which is a physical shape expression.

図1は、情報処理装置の構成の概略を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an information processing apparatus. 図2は、非球面レンズの設計方法を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flow chart showing a method of designing an aspherical lens. 図3は、第1曲面生成工程におけるアルゴリズム関数の計算例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a calculation example of the algorithm function in the first curved surface generation step. 図4は、第2曲面生成工程におけるアルゴリズム関数の計算例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation example of the algorithm function in the second curved surface generation step. 図5(A)は、焦点距離10を実現する非球面レンズの断面形状を示す図であり、図5(B)は、非球面レンズに対する光線の追跡結果を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing the cross-sectional shape of an aspherical lens that achieves a focal length of 10, and FIG. 5B is a diagram showing the result of tracing light rays with respect to the aspherical lens. 図6(A)は、焦点距離5を実現する非球面レンズの断面形状を示す図であり、図6(B)は、レンズに対する光線の追跡結果を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing the cross-sectional shape of an aspherical lens that achieves a focal length of 5, and FIG. 6B is a diagram showing the result of tracing light rays with respect to the lens. 図7(A)は、球及び角柱のXY平面を示す図であり、図7(B)は、球及び角柱のXZ平面を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing the XY plane of the sphere and prism, and FIG. 7B is a diagram showing the XZ plane of the sphere and prism. 図8は、ガウス曲率を持つ曲面のプログラム例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a program example of a curved surface with Gaussian curvature. 図9は、ガウス曲率を指定する格子及び平均曲率を指定する格子を示す図である。FIG. 9 shows a grid specifying Gaussian curvature and a grid specifying mean curvature. 図10(A)は、境界線を直線にしたときの最小曲率及び最大曲率を示すグラフであり、図10(B)は、境界線を直線にしたときのガウス曲率及び平均曲率を示すグラフである。FIG. 10(A) is a graph showing the minimum curvature and maximum curvature when the boundary line is straight, and FIG. 10(B) is a graph showing the Gaussian curvature and average curvature when the boundary line is straight. be. 図11(A)は、境界線を円弧にしたときの最小曲率及び最大曲率を示すグラフであり、図11(B)は、境界線を円弧にしたときのガウス曲率及び平均曲率を示すグラフである。FIG. 11A is a graph showing the minimum curvature and maximum curvature when the boundary line is an arc, and FIG. 11B is a graph showing the Gaussian curvature and average curvature when the boundary line is an arc. be. 図12は、折れ線に対して終点Pをy方向にΔy移動させる修正方法を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a correction method for moving the end point Pn of the polygonal line by Δy in the y direction. 図13(A)は、曲線の計算結果示すグラフであり、図13(B)は、曲線の曲率半径の計算結果示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing the calculation result of the curve, and FIG. 13B is a graph showing the calculation result of the radius of curvature of the curve. 図14は、両端を固定した放物線に対して指定点Pをy方向にΔy移動させる方法を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a method of moving the designated point Pk by Δy in the y direction with respect to a parabola whose both ends are fixed. 図15(A)は、放物線の計算結果示すグラフであり、図15(B)は、放物線の曲率半径の計算結果示すグラフである。FIG. 15A is a graph showing the calculation result of the parabola, and FIG. 15B is a graph showing the calculation result of the radius of curvature of the parabola. 図16は、指定点から終端までを直線状にする曲線の修正方法を説明するための図である。16A and 16B are diagrams for explaining a method of correcting a curve to form a straight line from a specified point to an end. 図17(A)は、スムース化前の格子点を使用したX方向の二階微分の計算結果を示すグラフであり、図17(B)は、スムース化前の格子点を使用したY方向の二階微分の計算結果を示すグラフである。FIG. 17A is a graph showing the calculation result of the second derivative in the X direction using the grid points before smoothing, and FIG. It is a graph which shows the calculation result of differentiation. 図18(A)は、スムース化後の格子点を使用したX方向の二階微分の計算結果を示すグラフであり、図18(B)は、スムース化後の格子点を使用したY方向の二階微分の計算結果を示すグラフである。FIG. 18A is a graph showing the calculation result of the second derivative in the X direction using the grid points after smoothing, and FIG. It is a graph which shows the calculation result of differentiation.

以下、本技術の実施の形態について、下記順序にて詳細に説明する。
1.技術の概要
2.情報処理装置
3.具体例
Hereinafter, embodiments of the present technology will be described in detail in the following order.
1. Outline of technology2. Information processing device 3. Concrete example

<1.技術の概要>
本技術は、物理的に意味のある形状表現や制御方法で示される微分方程式(以下、「物理的意味を有する方程式」などともいう。)を離散化し、物理現象について局所的な関係を表現するために導入した関数(以下、「アルゴリズム関数」などともいう。)を用いて情報処理を行う。これは、離散的な幾何構造(折れ線や多面体)の上に微分を定義し、微積分の構築と同様の方法で行うことができる。
<1. Overview of technology>
This technology discretizes differential equations expressed by physically meaningful shape representations and control methods (hereinafter also referred to as “physically meaningful equations”), and expresses local relationships in physical phenomena. Information processing is performed using a function (hereinafter also referred to as an “algorithm function”) introduced for the purpose. This can be done in a similar way to the construction of calculus, defining the derivative over a discrete geometric structure (polyline or polyhedron).

先ず、記号体系を整備する。下記式に示すように差分演算子、微分、偏微分などを定義する。極限操作がないため複雑な議論は必要ない。 First, the symbol system is prepared. Define the difference operator, differentiation, partial differentiation, etc. as shown in the following equations. Since there is no limit operation, complicated arguments are not necessary.

Figure 0007291356000002
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次に、公式の導出を行う。下記式に示すように離散積分公式、離散部分積分公式、離散的ストークスの定理などを導くことができる。これらは直接的に計算に役立つというものではないが、理論構築には必要になると考えられる。 Next, we derive the formula. As shown in the following equations, the discrete integral formula, discrete partial integral formula, discrete Stokes' theorem, etc. can be derived. Although these are not directly useful for calculation, they are considered to be necessary for theory construction.

Figure 0007291356000003
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次に、アルゴリズム関数の導出を行う。アルゴリズム関数は、物理現象について局所的な関係を表現するために導入した関数であり、一般的な定義では、折れ線や多面体の各頂点に対して、各頂点と隣接する頂点に付随するデータが満たすべき複数の関係式を指定したものである。これは、物理現象の多くが局所的な関係が全体として調和したときに認識されることが多いとの知見に基づくものである。 Next, we derive the algorithm function. Algorithmic functions are functions introduced to express local relationships about physical phenomena. In general definition, for each vertex of a polygonal line or polyhedron, the data attached to each vertex and its adjacent vertices satisfy It specifies multiple relational expressions to powers. This is based on the knowledge that many physical phenomena are often perceived when local relationships are harmonized as a whole.

最後に、アルゴリズム関数の計算を行う。各点で指定された関係式を解いてデータを更新する逐次処理で計算する。収束したときにアルゴリズム関数の値が定まり、その結果は正しい解を与えていると思われる。 Finally, we compute the algorithm function. It is calculated by a sequential process that solves the relational expression specified at each point and updates the data. When it converges, the value of the algorithmic function is fixed and the result seems to give the correct solution.

このように、物理的意味を有する方程式の離散構造に対して微積分を定式化し、差分法を独立した体系として構築し、離散化した偏微分方程式の解を関数化し、アルゴリズム関数を計算することにより、物理的に意味のある形状表現や制御方法を用いて、例えば三次元部品などを設計・解析することができる。 In this way, by formulating calculus for the discrete structure of equations with physical meaning, constructing the finite difference method as an independent system, converting the solution of the discretized partial differential equation into a function, and calculating the algorithmic function. For example, three-dimensional parts can be designed and analyzed using physically meaningful shape representations and control methods.

物理的意味を有する方程式としては、曲率の微分方程式、ポアソン方程式(ラプラス方程式)、熱伝導方程式、ナビエ-ストークス方程式などが挙げられる。また、離散化としては、差分法、有限要素法、有限体積法、境界要素法などを用いることができ、これらの中でも、計算処理の容易さの観点から差分法を用いることが好ましい。 Equations with physical meaning include the differential equation of curvature, the Poisson equation (Laplace equation), the heat conduction equation, the Navier-Stokes equation, and the like. For discretization, the finite difference method, the finite element method, the finite volume method, the boundary element method, etc. can be used. Among these, the finite difference method is preferably used from the viewpoint of ease of calculation.

以下、いくつかの物理的意味を有する方程式について、アルゴリズム関数に置き換えた例を説明する。 Examples of replacing several equations with physical meanings with algorithmic functions will be described below.

[曲率の微分方程式]
曲率кを、陽関数y=f(x)で表される曲線を用いて表示すると、(1)式のように曲率の微分方程式として表される。(1)式を離散化して、(2-1)式、(2-2)式の中央差分を用いて表示すると(3)式で表され、格子点iにおいて、曲率к=Cと指定すると(4)式のようにアルゴリズム関数となる。
[Differential equation of curvature]
When the curvature κ is expressed using a curve represented by an explicit function y=f(x), it is expressed as a differential equation of curvature as shown in Equation (1). By discretizing the equation (1) and displaying it using the central difference of the equations (2-1) and (2-2), it is expressed by the equation (3). (4) It becomes an algorithm function like the formula.

Figure 0007291356000004
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そして、(4)式を用いて、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定し、yiの値の更新を繰り返すことにより、曲線を得ることができる。曲率は、曲線や曲面の曲がり具合を表す量であるため、物理的形状表現である曲率の制御により部分修正やスムース化を行うことができる。 Then, using equation (4), a curve can be obtained by specifying the curvature C for all grid points i excluding the boundary and repeating the update of the value of yi. Curvature is a quantity that represents the degree of curvature of a curve or curved surface, so it is possible to perform partial correction or smoothing by controlling the curvature, which is a representation of a physical shape.

[ポアソン方程式]
(5)式のように表されるポアソン方程式において、x方向をi等分、y方向をj等分した場合、(6)式のように表される。(6)式を離散化して、(7-1)式、(7-2)式の中央差分を用いて表示すると(8)式のようにアルゴリズム関数となる。
[Poisson equation]
In the Poisson's equation represented by the formula (5), when the x direction is equally divided into i and the y direction is equally divided into j, it is represented by the formula (6). When formula (6) is discretized and displayed using the central difference of formulas (7-1) and (7-2), it becomes an algorithm function as shown in formula (8).

Figure 0007291356000005
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通常の方法では、線形方程式にしてzi,jを計算するが、アルゴリズム関数の計算では、(8)式からzi,jを計算する処理を繰り返し、収束したものを解とする。ポアソン方程式は、例えば、電荷分布を与えたときの静電ポテンシャル、質量分布を与えたときの重力ポテンシャル、熱の発生源が存在する場合の温度分布、物質の発生・消滅源が存在する場合の物質濃度分布などを記述することができる。 In the usual method, z i,j is calculated as a linear equation, but in the calculation of the algorithm function, the process of calculating z i,j from equation (8) is repeated, and the converged result is taken as the solution. Poisson's equation gives, for example, the electrostatic potential when the charge distribution is given, the gravitational potential when the mass distribution is given, the temperature distribution when there is a source of heat generation, It can describe substance concentration distribution and the like.

[熱伝導方程式]
(9)式のように表される熱伝導方程式において、x方向をi等分、y方向をj等分した場合、(10)式のように表される。(10)式を離散化して、(11-1)式、(11-2)式の中央差分を用いて表示すると(12)式のようにアルゴリズム関数となる。
[Heat conduction equation]
In the heat conduction equation represented by the formula (9), when the x direction is divided into i equal parts and the y direction is divided into j equal parts, it is expressed by the formula (10). By discretizing the equation (10) and displaying it using the central difference of the equations (11-1) and (11-2), an algorithm function is obtained as in the equation (12).

Figure 0007291356000006
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このアルゴリズム関数は、時間に関して過去のものを用いて計算する処理を繰り返し、収束したものを解とする。熱伝導方程式は、熱伝導だけでなく、拡散現象全般に適用することができる。 This algorithm function repeats the process of calculating using the past time, and takes the converged one as the solution. The heat conduction equation can be applied not only to heat conduction but also to diffusion phenomena in general.

[ナビエ-ストークス方程式]
(13)式、(14)式、(15)式のように表されるナビエ-ストークス方程式(2次元、非圧縮性、定常流れ)において、x方向をi等分、y方向をj等分し、(13)式、(14)式、(15)式を離散化して、中央差分を用いて表示すると(16)式、(17)式、(18)式のようにアルゴリズム関数となる。
[Navier-Stokes equation]
In the Navier-Stokes equations (two-dimensional, incompressible, steady flow) represented by equations (13), (14), and (15), the x direction is equally divided into i and the y direction is equally divided into j Then, by discretizing equations (13), (14), and (15) and displaying them using the central difference, algorithm functions are obtained as equations (16), (17), and (18).

Figure 0007291356000007
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このアルゴリズム関数は、各点において(16)式、(17)式、(18)式を満たせばよい。ここで、(18)式は、注目している点の情報を含まないので、隣接する点に関する関係式を用いる。具体的には、注目点の周囲の12点における速度と圧力に関する関係式によって注目点に関する速度と圧力を決定する。このためアルゴリズム関数の解は、合計14個の関係式の極小値として求められる。 This algorithm function should satisfy the equations (16), (17) and (18) at each point. Here, equation (18) does not include information on the point of interest, so a relational expression regarding adjacent points is used. Specifically, the velocity and pressure for the point of interest are determined by a relational expression regarding velocity and pressure at 12 points around the point of interest. Therefore, the solution of the algorithm function is obtained as a local minimum of a total of 14 relational expressions.

[アルゴリズム関数の効果]
以上説明したように、アルゴリズム関数を用いることにより、物理的に意味のある形状表現や制御方法を用いて、情報処理を行うことができる。
[Effect of algorithm function]
As described above, by using algorithmic functions, information processing can be performed using physically meaningful shape representations and control methods.

また、アルゴリズム関数は、取扱いが容易であるため、コンピュータを用いて単純な方法で計算することができる。特に、アルゴリズム関数の計算処理は、局所的な情報のみに依存しているため、大容量メモリや仮想メモリを確保する必要がなく、また、大規模な線形方程式を解くための専門的なライブラリも必要としない。 Algorithmic functions are also easy to work with and can be computed in a simple manner using a computer. In particular, computational processing of algorithm functions depends only on local information, so there is no need to allocate large-capacity memory or virtual memory, and there is also a specialized library for solving large-scale linear equations. do not need.

また、アルゴリズム関数は、微分方程式の係数や境界条件を変化させ問題に対して最適な解を求める、逆解析問題の方法にも応用が可能である。また、アルゴリズム関数は、各点における情報の隣接関係で定義されるため、格子の間隔を小さくしていき、収束した場合は、指摘された曲率を持つ曲面になるなど拡張性を有する。 Algorithm functions can also be applied to methods of inverse analysis problems in which the coefficients and boundary conditions of differential equations are changed to find the optimum solution to the problem. In addition, since the algorithm function is defined by the adjacency relationship of information at each point, it has expandability such that the interval of the lattice is reduced and, when converging, a curved surface having the indicated curvature is obtained.

<2.情報処理装置>
次に、上述したアルゴリズム関数を計算する情報処理装置について説明する。図1は、情報処理装置の構成の概略を示すブロック図である。図1に示すように、情報処理装置10は、CPU(Central Processing Unit)11と、記憶装置12と、入力部13と、出力装置14とを備える。
<2. Information processing device>
Next, an information processing device for calculating the algorithmic functions described above will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an information processing apparatus. As shown in FIG. 1 , the information processing device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 11 , a storage device 12 , an input section 13 and an output device 14 .

CPU11は、プログラムに従って、記憶装置12に記憶されているデータ及び入力部13から入力された数値及び指示に基づき、アルゴリズム関数の計算処理を行う。また、後述するように、CPU11は、アルゴリズム関数を用いて、非球面レンズの第1曲面の曲率を指定して第1曲面を生成する第1曲面生成部として機能する。また、後述するように、CPU11は、アルゴリズム関数を用いて、非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように第2曲面の曲率を算出して第2曲面を生成する第2曲面生成部として機能する。 The CPU 11 performs algorithm function calculation processing according to a program, based on data stored in the storage device 12 and numerical values and instructions input from the input unit 13 . In addition, as will be described later, the CPU 11 functions as a first curved surface generation unit that uses an algorithm function to specify the curvature of the first curved surface of the aspherical lens to generate the first curved surface. In addition, as will be described later, the CPU 11 uses an algorithm function to calculate the curvature of the second curved surface so that the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray is the same as the focal length specified in advance. functions as a second curved surface generation unit that generates a second curved surface by

記憶装置12は、例えばRAM(Random Access Memory)などの一次記憶装置、ハードディスクドライブ(HDD)、SSD(Solid State drive)、などの二次記憶装置などから構成され、種々のデータを記憶する。また、記憶装置12は、第1曲面生成部及び第2曲面生成部として機能させるプログラムを記憶する。また、記憶装置12は、レンズ材料の屈折率などに関する種々のデータを記憶する。 The storage device 12 includes, for example, a primary storage device such as a RAM (Random Access Memory), a secondary storage device such as a hard disk drive (HDD), an SSD (Solid State drive), and the like, and stores various data. The storage device 12 also stores a program that functions as the first curved surface generator and the second curved surface generator. The storage device 12 also stores various data regarding the refractive index of the lens material.

入力部13は、各種データを入力する例えばタッチパネル、キーボードなどのユーザインタフェースである。入力部13は、例えば、レンズ表面の曲率、レンズ材料の屈折率等の制御因子がとり得る値等の入力に用いられる。 The input unit 13 is a user interface such as a touch panel and a keyboard for inputting various data. The input unit 13 is used to input, for example, values that can be taken by control factors such as the curvature of the lens surface and the refractive index of the lens material.

出力装置14は、例えばディスプレイ、プリンタなどであり、アルゴリズム関数の計算処理結果の表示、印刷、出力などの処理が可能である。 The output device 14 is, for example, a display, a printer, or the like, and is capable of processing such as display, printing, and output of calculation processing results of algorithm functions.

なお、アルゴリズム関数を計算する機能は、上述した情報処理装置の構成に限られず、例えば、端末装置、サーバ装置などの複数のハードウェアにより構成することができ、1つの機能を、ネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成としてもよい。また、アルゴリズム関数を計算する機能は、これを実現するためのコンピュータプログラムを作成し、コンピュータに実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することも可能である。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、コンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信することも可能である。 Note that the function of calculating the algorithm function is not limited to the configuration of the information processing device described above, and can be configured by, for example, a plurality of hardware such as a terminal device and a server device. A configuration of cloud computing in which a plurality of apparatuses share and jointly process may be used. Also, the function of calculating the algorithm function can be implemented in a computer by creating a computer program for realizing this. It is also possible to provide a computer-readable recording medium storing such a computer program. Recording media include, for example, magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, and flash memories. Also, the computer program can be distributed, for example, via a network without using a recording medium.

<具体例>
次に、上述したアルゴリズム関数を用いた情報処理の具体例について説明する。
<Specific example>
Next, a specific example of information processing using the algorithm functions described above will be described.

[非球面レンズの設計方法]
図2は、非球面レンズの設計方法を示すフローチャートである。図2に示すように、本実施形態に係る非球面レンズの設計方法は、曲率の微分方程式を離散化して得られる関数を用いて第1曲面を生成する第1曲面生成工程(S1)と、前記関数を用いて第2曲面を生成する第2曲面生成工程(S2)とを有する。なお、ここでは、レンズ材料の屈折率などに関する種々のデータの説明を省略する。
[Method for designing an aspherical lens]
FIG. 2 is a flow chart showing a method of designing an aspherical lens. As shown in FIG. 2, the method for designing an aspherical lens according to the present embodiment comprises a first curved surface generating step (S1) of generating a first curved surface using a function obtained by discretizing a differential equation of curvature; and a second curved surface generation step (S2) of generating a second curved surface using the function. Here, explanation of various data relating to the refractive index of the lens material and the like is omitted.

曲率の微分方程式を離散化して得られる関数は、格子点iにおいて曲率к=Cと指定した場合、下記(4)式で表されるアルゴリズム関数となる。 A function obtained by discretizing the differential equation of curvature is an algorithm function represented by the following equation (4) when curvature κ=C is specified at grid point i.

Figure 0007291356000008
Figure 0007291356000008

第1曲面生成工程(S1)では、(4)式で表されるアルゴリズム関数を用いて、非球面レンズの第1曲面の曲率を指定して第1曲面を生成する。非球面レンズが、光軸を含むレンズに垂直な断面上でレンズ形状が左右対称である対称光学系である場合、非球面レンズの光軸から外周方向に第1曲面の曲率Cを指定し、光軸に対して回転させて第1曲面を生成することが好ましい。これにより第1曲面を生成するアルゴリズム関数の計算量を削減することができる。 In the first curved surface generation step (S1), the algorithm function represented by the formula (4) is used to designate the curvature of the first curved surface of the aspherical lens and generate the first curved surface. If the aspherical lens is a symmetrical optical system in which the lens shape is symmetrical on a cross section perpendicular to the lens including the optical axis, specify the curvature C of the first curved surface in the outer peripheral direction from the optical axis of the aspherical lens, Preferably, the first curved surface is generated by rotating about the optical axis. This can reduce the computational complexity of the algorithm function for generating the first curved surface.

図3は、第1曲面生成工程におけるアルゴリズム関数の計算例を説明するための図である。図3において、第1曲面生成工程(S1)では、x=0からx=aまで各格子点iの曲率Cを指定し、yiの値の更新を繰り返すことにより曲線を得る。そして、光軸(y軸)に対して反転させることにより、非球面レンズの第1曲面の断面を生成することができる。また、光軸(y軸)に対して回転させることにより、非球面レンズの第1曲面を生成することができる。 FIG. 3 is a diagram for explaining a calculation example of the algorithm function in the first curved surface generation step. In FIG. 3, in the first curved surface generation step (S1), a curve is obtained by designating the curvature C of each grid point i from x=0 to x=a and repeating updating of the value of yi. Then, by inverting with respect to the optical axis (y-axis), a cross section of the first curved surface of the aspherical lens can be generated. Also, the first curved surface of the aspherical lens can be generated by rotating it about the optical axis (y-axis).

第2曲面生成工程(S2)では、(4)式で表されるアルゴリズム関数を用いて、非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように第2曲面の曲率を算出して第2曲面を生成する。第1曲面生成工程(S1)と同様に、非球面レンズが、光軸を含むレンズに垂直な断面上でレンズ形状が左右対称である対称光学系である場合、非球面レンズの光軸から外周方向に第2曲面の曲率Cを算出し、光軸に対して回転させて第2曲面を生成することが好ましい。これにより第2曲面を生成するアルゴリズム関数の計算量を削減することができる。 In the second curved surface generation step (S2), the algorithm function represented by the formula (4) is used so that the intersection point of the optical axis of the aspherical lens and the light ray is the same as the focal length specified in advance. A second curved surface is generated by calculating the curvature of the second curved surface. As in the first curved surface generation step (S1), when the aspherical lens is a symmetrical optical system in which the lens shape is bilaterally symmetrical on a cross section perpendicular to the lens including the optical axis, Preferably, the curvature C of the second curved surface is calculated in the direction and rotated about the optical axis to generate the second curved surface. This can reduce the computational complexity of the algorithm function for generating the second curved surface.

図4は、第2曲面生成工程におけるアルゴリズム関数の計算例を説明するための図である。図4において、第2曲面生成工程(S2)では、先ず、第2曲面22の曲率を第1曲面21の曲率と同一にした後第2曲面22の曲率を変化させ、非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるようにアルゴリズム関数の解を収束させ、第2曲面22を生成する。また、光線の追跡は、レンズ材料の屈折率などを入力することにより得ることができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation example of the algorithm function in the second curved surface generation step. In FIG. 4, in the second curved surface generating step (S2), first, the curvature of the second curved surface 22 is set to be the same as the curvature of the first curved surface 21, and then the curvature of the second curved surface 22 is changed. The solution of the algorithm function is converged so that the point of intersection between the ray and the light ray is the same as the focal length specified in advance, and the second curved surface 22 is generated. Also, ray tracing can be obtained by inputting the refractive index of the lens material.

また、第2曲面生成工程(S2)において、非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離との総和で表される評価関数を用い、第2曲面22の曲率を第1曲面21の曲率と同一にした後、第2曲面22の曲率を変化させ、評価関数が最小となるように第2曲面22を生成してもよい。 Further, in the second curved surface generation step (S2), the curvature of the second curved surface 22 is calculated using an evaluation function represented by the sum of the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray and the focal length specified in advance. After making the curvature the same as that of the first curved surface 21, the curvature of the second curved surface 22 may be changed to generate the second curved surface 22 so as to minimize the evaluation function.

図5(A)は、焦点距離10を実現する非球面レンズの断面形状を示す図であり、図5(B)は、非球面レンズに対する光線の追跡結果を示す図である。また、図6(A)は、焦点距離5を実現する非球面レンズの断面形状を示す図であり、図6(B)は、レンズに対する光線の追跡結果を示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing the cross-sectional shape of an aspherical lens that achieves a focal length of 10, and FIG. 5B is a diagram showing the result of tracing light rays with respect to the aspherical lens. FIG. 6A is a diagram showing the cross-sectional shape of an aspherical lens that achieves a focal length of 5, and FIG. 6B is a diagram showing the result of tracing light rays with respect to the lens.

このような非球面レンズの設計方法によれば、アルゴリズム関数を用いているため、容易に計算することができる。また、物理的形状表現である曲率の制御により部分修正やスムース化を行うことができる。また、上述の非球面レンズの設計方法は、コリメート光を一方向に扇状に発散させることで均一分布のライン光を生成するパウレルレンズの設計にも適用することが可能である。また、このような設計方法により得られた設計データを用いて、金型などを用いたプレス法や研削・研磨による直接加工法によりレンズを加工することにより、曲率の制御によりレンズを製造することができる。 According to such an aspherical lens design method, since an algorithm function is used, calculation can be easily performed. In addition, partial correction and smoothing can be performed by controlling the curvature, which is a physical representation of the shape. In addition, the design method of the aspherical lens described above can also be applied to the design of a Pourell lens that generates uniformly distributed line light by diverging collimated light in a fan shape in one direction. In addition, by using the design data obtained by such a design method, the lens can be manufactured by controlling the curvature by processing the lens by a press method using a mold or the like or a direct processing method by grinding and polishing. can be done.

[指定されたガウス曲面の生成方法]
ガウス曲率及び平均曲率は、それぞれ(19-1)式、(19-2)式で表され、E,F,Gは、zi,jを含まない式であるので、(20)式で表すことができる。α,β,γをそれぞれ(21-1)式、(21-2)式、(21-3)式とすると(22)式となり、zi,jの二次方程式で解くことができる。
[Generation method of specified Gaussian surface]
Gaussian curvature and mean curvature are represented by equations (19-1) and (19-2), respectively, and E, F, and G are equations that do not include z i, j, so they are represented by equation (20) be able to. (21-1), (21-2), and (21-3) for α, β, and γ, respectively, the equation (22) is obtained, which can be solved by a quadratic equation of z i,j .

(22)式において、к(x,y)к(x,y)は、指定されたガウス曲率の値であり、∂i,j/∂x∂yは、(zi+1,j+1-zi+1,j-1-zi-1,j+1-zi-1,j-1)/4ΔxΔyで決まる値であり、zi,jの項がないため、定数として扱うことができる。 (22) where κ 1 (x i , y i ) κ 2 (x i , y i ) is the value of the specified Gaussian curvature and ∂ 2 z i,j /∂x i ∂y i is , (z i+1,j+1 −z i+1,j−1 −z i−1,j+1 −z i−1, j −1 )/4ΔxΔy. can handle.

Figure 0007291356000009
Figure 0007291356000009

次に、半径Rの球面を2Lの角柱で切り取った曲面を、アルゴリズム関数を使って求める方法について検討する。図7(A)は、球及び角柱のXY平面を示す図であり、図7(B)は、球及び角柱のXZ平面を示す図である。R=10、L=5のときのアルゴリズム関数の計算結果は、20×20分割の場合、最大誤差が0.0であり、最小誤差が-0.0014であった。また、200×200分割の場合、最大誤差が0.0であり、最小誤差が-0.00042であった。 Next, a method of obtaining a curved surface obtained by cutting a spherical surface of radius R with a prism of 2L using an algorithm function will be examined. FIG. 7A is a diagram showing the XY plane of the sphere and prism, and FIG. 7B is a diagram showing the XZ plane of the sphere and prism. The calculation result of the algorithm function when R=10 and L=5 had a maximum error of 0.0 and a minimum error of −0.0014 for 20×20 divisions. In the case of 200×200 division, the maximum error was 0.0 and the minimum error was −0.00042.

図8は、ガウス曲率を持つ曲面のプログラム例を示す図である。このプログラムは、全格子点で1回分の計算をすることができる。このようにガウス曲率を持つ曲面は、簡単なプログラムで計算することができる。 FIG. 8 is a diagram showing a program example of a curved surface with Gaussian curvature. This program can perform one calculation at all grid points. A surface with Gaussian curvature like this can be calculated with a simple program.

次に、指定されたガウス曲率及び平均曲率を持つ曲面の作成について検討する。図9は、ガウス曲率を指定する格子及び平均曲率を指定する格子を示す図である。図9に示すように黒丸aでは、ガウス曲率を指定し、白丸bでは平均曲率を指定してアルゴリズム関数を求める。 Next, consider creating a surface with a specified Gaussian and mean curvature. FIG. 9 shows a grid specifying Gaussian curvature and a grid specifying mean curvature. As shown in FIG. 9, the black circle a designates the Gaussian curvature and the white circle b designates the average curvature to obtain the algorithm function.

図10(A)は、境界線を直線にしたときの最小曲率及び最大曲率を示すグラフであり、図10(B)は、境界線を直線にしたときのガウス曲率及び平均曲率を示すグラフである。図10(A)においてaは最小曲率、bは最大曲率を示し、図10(B)においてcはガウス曲率、bは平均曲率を示す。また、図11(A)は、境界線を円弧にしたときの最小曲率及び最大曲率を示すグラフであり、図11(B)は、境界線を円弧にしたときのガウス曲率及び平均曲率を示すグラフである。図11(A)においてaは最小曲率、bは最大曲率を示し、図11(B)においてcはガウス曲率、bは平均曲率を示す。 FIG. 10(A) is a graph showing the minimum curvature and maximum curvature when the boundary line is straight, and FIG. 10(B) is a graph showing the Gaussian curvature and average curvature when the boundary line is straight. be. In FIG. 10A, a indicates the minimum curvature and b indicates the maximum curvature, and in FIG. 10B, c indicates the Gaussian curvature and b indicates the average curvature. Further, FIG. 11A is a graph showing the minimum curvature and maximum curvature when the boundary line is an arc, and FIG. 11B shows the Gaussian curvature and average curvature when the boundary line is an arc. graph. In FIG. 11A, a indicates the minimum curvature and b indicates the maximum curvature, and in FIG. 11B, c indicates the Gaussian curvature and b indicates the average curvature.

図10、図11に示すグラフより、各点で指定された条件は、満足しており、格子の間隔を小さくしていき、収束した場合は、指定された曲率を持つ曲面となることが分かる。 From the graphs shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the conditions specified at each point are satisfied, and when the grid spacing is reduced and converged, the curved surface has the specified curvature. .

[折れ線の修正方法]
次に、2次元の折れ線の修正について検討する。図12は、折れ線に対して終点Pをy方向にΔy移動させる修正方法を説明するための図である。
[How to correct polygonal lines]
Next, the correction of a two-dimensional polygonal line will be considered. FIG. 12 is a diagram for explaining a correction method for moving the end point Pn of the polygonal line by Δy in the y direction.

2次元の折れ線の頂点をP(x,y),0≦i≦nとする。また、xの間隔は等間隔であり、Δxとする。折れ線aに対して終点Pをy方向にΔy移動させ、滑らかな曲線bを求める問題を考える。また、PからPまでは変化しないものとする。 Let P i (x i , y i ), 0≦i≦n be the vertex of the two-dimensional polygonal line. Also, the intervals of x i are equal intervals, and are assumed to be Δx. Consider the problem of obtaining a smooth curve b by moving the end point Pn in the y direction by Δy with respect to the polygonal line a. It is also assumed that P 0 to P k do not change.

折れ線xをx上の関数f(x)とみなすと、xにおいて離散二階微分f’’(x)が定義でき。Δxが等間隔であれば(23)式となる。新しくx上の関数g(x)が満たすべきアルゴリズム関数を(24-1)式、(24-2)式で定義し、(25)式となるようなαを求める。離散微分&幾何の公式を使うとαは計算することができ、(26)式となる。この操作は、xまでは重み1、xから(1+α(x-x))の重みを掛ける操作であるため、二階微分の連続性を保証していることになる。 Assuming that the polygonal line x i is a function f(x i ) on x i , a discrete second-order differential f''(x i ) can be defined at x i . If Δx is evenly spaced, the equation (23) is obtained. A new algorithm function to be satisfied by the function g(x i ) on x i is defined by the equations (24-1) and (24-2), and α is found so as to satisfy the equation (25). α can be calculated by using the formula of discrete differentiation and geometry, resulting in the formula (26). Since this operation is weighted by 1 up to x k and multiplied by (1+α(x−x k )) from x k , the continuity of the second derivative is ensured.

Figure 0007291356000010
Figure 0007291356000010

図13(A)は、曲線の計算結果示すグラフであり、図13(B)は、曲線の曲率半径の計算結果示すグラフである。図13(A)に示すように、修正後の曲線bは、修正前の曲線aに対してY方向に約2倍スケールしており、図13(B)に示すように、修正前の曲線aの曲率半径に対して修正後の曲線bの曲率半径は大きく変化している。曲率ベクトルが0になっているところがないので変曲点はない。このため。凸を維持して修正できていることが分かる。 FIG. 13A is a graph showing the calculation result of the curve, and FIG. 13B is a graph showing the calculation result of the radius of curvature of the curve. As shown in FIG. 13(A), the corrected curve b is scaled about twice as much as the uncorrected curve a in the Y direction, and as shown in FIG. The radius of curvature of the corrected curve b changes greatly with respect to the radius of curvature of a. Since there is no point where the curvature vector is 0, there is no point of inflection. For this reason. It can be seen that the convexity can be maintained and corrected.

[両端を固定した放物線の指定点の移動による修正方法]
次に、両端を固定した放物線の指定点の移動について検討する。図14は、両端を固定した放物線に対して指定点Pをy方向にΔy移動させる方法を説明するための図である。図14において、aが移動前の放物線であり、bが移動後の放物線である。
[Correction method by moving the specified point of a parabola with both ends fixed]
Next, consider the movement of a specified point of a parabola with both ends fixed. FIG. 14 is a diagram for explaining a method of moving the designated point Pk by Δy in the y direction with respect to a parabola whose both ends are fixed. In FIG. 14, a is the parabola before movement, and b is the parabola after movement.

先ず、(27-1)式、(27-2)式、(27-3)式を満たす曲線を求める。新しくx上の関数g(x)が満たすべきアルゴリズム関数を(28-1)式、(28-2)式、(28-2)式で定義し、(29-1)式、(29-2)式となるように、α,βを決定する。α,βは、具体的に計算することができ、(30-1)式、(30-2)式となる。 First, curves satisfying the formulas (27-1), (27-2) and (27-3) are obtained. A new algorithm function to be satisfied by the function g(x i ) on x i is defined by the formulas (28-1), (28-2) and (28-2), and the formulas (29-1) and (29 -2) Determine α and β so as to satisfy the formula. α and β can be specifically calculated, and are given by equations (30-1) and (30-2).

Figure 0007291356000011
Figure 0007291356000011

図15(A)は、放物線の計算結果示すグラフであり、図15(B)は、放物線の曲率半径の計算結果示すグラフである。図15(A)において、aはP0とP1との間が100であり、50の位置で-10である放物線であり、bは曲線aに対して60の位置でy方向に-2移動させた放物線である。また、図15(B)において、aは、図15(A)に示す放物線aの曲率半径を示し、bは、図15(B)に示す放物線bの曲率半径を示す。図15(B)から、指定点である60の位置で大きく曲率半径が変化したことが分かる。 FIG. 15A is a graph showing the calculation result of the parabola, and FIG. 15B is a graph showing the calculation result of the radius of curvature of the parabola. In FIG. 15(A), a is a parabola with 100 between P0 and P1 and -10 at position 50, and b is a -2 shift in the y direction at position 60 with respect to curve a. is a parabola. 15B, a indicates the radius of curvature of the parabola a shown in FIG. 15A, and b indicates the radius of curvature of the parabola b shown in FIG. 15B. From FIG. 15B, it can be seen that the radius of curvature greatly changes at the position of 60, which is the designated point.

[指定点から終端までを直線状にする曲線の修正方法]
図16は、指定点から終端までを直線状にする曲線の修正方法を説明するための図である。先ず、(31-1)式、(31-2)式、(31-3)式を満たす曲線を求める。指定点kから直線状に曲線を修正する。曲率が連続であるためには、曲率を接続する部分が必要である。このため、修正部分を3つに分け、もとの点列の二階微分に対して、(32-1)式、(32-2)式、(32-3)式のような関数値を持つ曲率の重み関数K(x)を掛ける。K(x)関数は、αによって(34)式で規定され、αを端点における指定点を通るように調整することによって、この修正が可能となる。
[Method of modifying a curve to make a straight line from the specified point to the end]
16A and 16B are diagrams for explaining a method of correcting a curve to form a straight line from a specified point to an end. First, curves satisfying the formulas (31-1), (31-2) and (31-3) are obtained. The curve is corrected linearly from the specified point k1 . In order for the curvature to be continuous, there must be a connecting portion of the curvature. For this reason, the correction part is divided into three parts, and the function values of formulas (32-1), (32-2), and (32-3) are obtained for the second-order differentiation of the original point sequence. Multiply by the curvature weighting function K(x). The K(x) function is defined in (34) by α, and adjusting α to pass through specified points at the endpoints allows this modification.

Figure 0007291356000012
Figure 0007291356000012

[Bスプライン曲面のスムース化方法]
具体例として示すBスプライン曲面のスムース化方法は、Bスプライン曲面を多様体と考えて、各点において二次多項式近似し、二階微分を計算する。これらの二階微分を持つ曲面をアルゴリズム関数で再現するものである。
[Method for smoothing B-spline curved surface]
A method for smoothing a B-spline curved surface, which is shown as a specific example, regards the B-spline curved surface as a manifold, performs second-order polynomial approximation at each point, and calculates a second-order differential. These curved surfaces with second-order derivatives are reproduced by algorithm functions.

先ず、Bスプライン曲面を例えば0.001mmの誤差でポリゴン化(STL化)し、これを例えば121×121格子点で被覆する。そして、格子点において二次多項式近似を行う。 First, the B-spline curved surface is converted into polygons (STL conversion) with an error of, for example, 0.001 mm, and covered with, for example, 121×121 lattice points. Second-order polynomial approximation is then performed at the grid points.

具体的には、格子点を中心として、半径R以下のSTL頂点を使用して二次多項式近似を行う。STL頂点はもとの曲面上にあるため、比較的正確な近似を与えることができる。そして、Bスプライン曲面を多様体と考えて、格子点において二次多項式で被覆する。 Specifically, a second-order polynomial approximation is performed using STL vertices having a radius R or less centering on a lattice point. Since the STL vertices lie on the original curved surface, a relatively accurate approximation can be given. Considering the B-spline curved surface as a manifold, it is covered with a quadratic polynomial at the lattice points.

続いて、X方向、Y方向の二階微分を掛けてGij(i,j)を計算し、格子における関係式を(35)式としてアルゴリズム関数を計算する。 Subsequently, G ij (i, j) is calculated by multiplying the second-order differentials in the X direction and the Y direction, and the algorithm function is calculated using the relational expression in the lattice as the formula (35).

Figure 0007291356000013
Figure 0007291356000013

図17(A)は、スムース化前の格子点を使用したX方向の二階微分の計算結果を示すグラフであり、図17(B)は、スムース化前の格子点を使用したY方向の二階微分の計算結果を示すグラフである。また、図18(A)は、スムース化後の格子点を使用したX方向の二階微分の計算結果を示すグラフであり、図18(B)は、スムース化後の格子点を使用したY方向の二階微分の計算結果を示すグラフである。横(X)方向1400mm、縦(Y)方向1000mmサイズのボディ部品においてBスプライン曲面で生成されたものを、アルゴリズム関数を用いて微小修正し、二階微分をスムース化した。 FIG. 17A is a graph showing the calculation result of the second derivative in the X direction using the grid points before smoothing, and FIG. It is a graph which shows the calculation result of differentiation. Further, FIG. 18A is a graph showing the calculation result of the second derivative in the X direction using the grid points after smoothing, and FIG. It is a graph which shows the calculation result of the second derivative of . A body part with a size of 1400 mm in the horizontal (X) direction and 1000 mm in the vertical (Y) direction, which was generated by a B-spline curved surface, was finely corrected using an algorithm function to smooth the second derivative.

図17、図18に示すグラフから分かるように、修正前はノイズが入っているが、スムース化後は滑らかになっている。また、頂点を動かした量は0.402mmと微小であり、微小な修正によって二階微分を滑らかにすることができることが分かる。 As can be seen from the graphs shown in FIGS. 17 and 18, there is noise before the correction, but it becomes smooth after the smoothing. Also, the amount of movement of the vertex is as small as 0.402 mm, and it can be seen that the second derivative can be smoothed by a small correction.

また、本技術は、下記(1)~(29)のように表現することができる。
(1)
陽関数で表される曲線を用いて表した曲率の微分方程式を離散化して得られる関数を用い、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第1曲面を生成する第1曲面生成工程と、
前記関数を用い、前記非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第2曲面を生成する第2曲面生成工程とを有する情報処理方法。
(2)
前記関数が、前記曲率の微分方程式を差分法により離散化して得られる(1)記載の情報処理方法。
(3)
前記差分法が、中央差分である(2)記載の情報処理方法。
(4)
前記第2曲面生成工程では、前記第2曲面の曲率Cを前記第1曲面の曲率Cと同一に指定した後、前記第2曲面の曲率Cを変化させ、前記非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように、前記関数の解を収束させ、前記第2曲面を生成する(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の情報処理方法。
(5)
前記非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離との総和で表される評価関数を用い、
前記第2曲面生成工程では、前記第2曲面の曲率Cを前記第1曲面の曲率Cと同一に指定した後、前記第2曲面の曲率Cを変化させ、前記評価関数が最小となるように前記第2曲面を生成する(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の情報処理方法。
(6)
前記関数が、格子点iにおいて曲率к=Cと指定した場合、下記(1)式で表される(1)乃至(5)のいずれか1項に記載の情報処理方法。

Figure 0007291356000014

(7)
陽関数で表される曲線を用いて表した曲率の微分方程式を離散化して得られる関数を用い、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより第1曲面の曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第1曲面を生成する第1曲面生成部と、
前記関数を用い、前記非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより第2曲面の曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第2曲面を生成する第2曲面生成部とを備える情報処理装置。
(8)
陽関数で表される曲線を用いて表した曲率の微分方程式を離散化して得られる関数を用い、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより第1曲面の曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第1曲面を生成する第1曲面生成工程と、
前記関数を用い、前記非球面レンズの光軸と光線との交点と、予め指定された焦点距離とが同じとなるように、境界を除くすべての格子点iについて曲率Cを指定して、格子点iでの曲線の値を更新し、それを繰り返すことにより第2曲面の曲線を得て、当該曲線を光軸に対して回転させて非球面レンズの第2曲面を生成する第2曲面生成工程とを有する処理をコンピュータに実行させるプログラム。
(9)
(8)に記載のプログラムを記録した記録媒体。 In addition, the present technology can be expressed as (1) to (29) below.
(1)
Using the function obtained by discretizing the differential equation of the curvature expressed using the curve represented by the explicit function, specifying the curvature C for all grid points i except the boundary, the value of the curve at the grid point i a first curved surface generation step of obtaining a curve by repeating the update and rotating the curve with respect to the optical axis to generate a first curved surface of the aspherical lens;
Using the function, the curvature C is specified for all grid points i excluding the boundary so that the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray is the same as the focal length specified in advance, and the grid a second curved surface generation step of updating the value of the curve at the point i, repeating it to obtain a curve, and rotating the curve about the optical axis to generate the second curved surface of the aspherical lens. Information processing methods.
(2)
The information processing method according to (1), wherein the function is obtained by discretizing the differential equation of the curvature by a finite difference method.
(3)
The information processing method according to (2), wherein the difference method is central difference.
(4)
In the second curved surface generation step, after specifying the curvature C of the second curved surface to be the same as the curvature C of the first curved surface, the curvature C of the second curved surface is changed so that the optical axis of the aspherical lens and the light ray The information according to any one of (1) to (3), wherein the solution of the function converges to generate the second curved surface so that the intersection point of and the pre-specified focal length are the same Processing method.
(5)
Using an evaluation function represented by the sum of the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray and a pre-specified focal length,
In the second curved surface generation step, after specifying the curvature C of the second curved surface to be the same as the curvature C of the first curved surface, the curvature C of the second curved surface is changed so that the evaluation function is minimized. The information processing method according to any one of (1) to (3), wherein the second curved surface is generated.
(6)
The information processing method according to any one of items (1) to (5), which is represented by the following equation (1) when the function specifies curvature κ=C at grid point i.
Figure 0007291356000014

(7)
Using the function obtained by discretizing the differential equation of the curvature expressed using the curve represented by the explicit function, specifying the curvature C for all grid points i except the boundary, the value of the curve at the grid point i a first curved surface generation unit for generating a first curved surface of an aspherical lens by updating and repeating the process to obtain a curve of a first curved surface, and rotating the curve with respect to the optical axis;
Using the function, the curvature C is specified for all grid points i excluding the boundary so that the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray is the same as the focal length specified in advance, and the grid Generate a second curved surface by updating the value of the curve at the point i, repeating it to obtain a curve of the second curved surface, and rotating the curve about the optical axis to generate the second curved surface of the aspherical lens. An information processing device comprising:
(8)
Using the function obtained by discretizing the differential equation of the curvature expressed using the curve represented by the explicit function, specifying the curvature C for all grid points i except the boundary, the value of the curve at the grid point i a first curved surface generation step of obtaining a curve of a first curved surface by updating and repeating the process, and rotating the curve with respect to the optical axis to generate the first curved surface of the aspherical lens;
Using the function, the curvature C is specified for all grid points i excluding the boundary so that the intersection of the optical axis of the aspherical lens and the light ray is the same as the focal length specified in advance, and the grid Generate a second curved surface by updating the value of the curve at the point i, repeating it to obtain a curve of the second curved surface, and rotating the curve about the optical axis to generate the second curved surface of the aspherical lens. A program that causes a computer to execute a process having steps.
(9)
A recording medium recording the program according to (8).

10 情報処理装置、11 CPU、12 記憶装置、13 入力部、14 出力装置、21 第1の曲面、22 第2の曲面 REFERENCE SIGNS LIST 10 information processing device 11 CPU 12 storage device 13 input unit 14 output device 21 first curved surface 22 second curved surface

Claims (7)

コンピュータが、3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する情報処理方法。
Figure 0007291356000015

The computer divides the x direction into i equal parts and the y direction into j equal parts on the curved surface z = f (x, y) in the three-dimensional space, and uses the quadratic equation of Z i, j shown in the following formula (A) Information for generating a curved surface based on Gaussian curvature κ 1 ( xi , yi ) κ 2 (xi , yi ) specified for all lattice points i ( xi , yi ) excluding the boundary of the curved surface Processing method.
Figure 0007291356000015

前記格子の間隔を小さくして収束させ、前記指定されたガウス曲率を持つ曲面を生成する請求項1記載の情報処理方法。 2. The information processing method according to claim 1, wherein the grid is narrowed and converged to generate a curved surface having the specified Gaussian curvature. 前記境界が、直線である請求項1又は2記載の情報処理方法。 3. The information processing method according to claim 1, wherein said boundary is a straight line. 前記境界が、円弧である請求項1又は2記載の情報処理方法。 3. The information processing method according to claim 1, wherein said boundary is an arc. 3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する情報処理装置。
Figure 0007291356000016
In a curved surface z = f (x, y) in a three-dimensional space, using the quadratic equation of Z i, j shown in the following equation (A) in which the x direction is divided into i and the y direction is divided into j , An information processing device that generates a curved surface based on Gaussian curvature κ 1 ( xi , yi ) κ 2 (xi , yi ) specified for all lattice points i ( xi, yi ) excluding boundaries.
Figure 0007291356000016
3次元空間の曲面z=f(x,y)において、x方向をi等分、y方向をj等分した下記(A)式に示すZi,jの二次方程式を用い、前記曲面の境界を除くすべての格子点i(x ,y について指定されたガウス曲率к(x,y)к(x,yに基づいて曲面を生成する処理をコンピュータに実行させるプログラム。
Figure 0007291356000017
In a curved surface z = f (x, y) in a three-dimensional space, using the quadratic equation of Z i, j shown in the following equation (A) in which the x direction is divided into i and the y direction is divided into j , A process for generating a curved surface based on the Gaussian curvature κ 1 ( xi , yi ) κ 2 (xi , yi ) specified for all grid points i ( xi, yi ) excluding the boundary is performed by a computer. program to run.
Figure 0007291356000017
請求項6に記載のプログラムを記録した記録媒体。
A recording medium on which the program according to claim 6 is recorded.
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