一种反射镜阵列优化设计方法技术

本申请公开了一种基于非序列光线追迹，对反射镜阵列二维偏转角度进行优化设计的方法，通过定义优化评价函数来控制与引导优化过程。每个反射镜的二维偏转角为优化变量，在正交下降算法指定的范围内，计算优化变量的最佳值。通过以上过程，本申请提供的反射镜阵列优化设计方法可以对反射镜在二维方向的偏转角度进行自动循环迭代优化，迭代循环结束之后，得到反射镜阵列中每个反射镜在二维方向的偏转角度，进而实现目标面上理想的光斑照度分布。

An optimal design method of reflector array

【技术实现步骤摘要】
一种反射镜阵列优化设计方法
本申请涉及非相干光束整形
，尤其涉及一种反射镜阵列优化设计方法。
技术介绍
在光刻等领域，在目标面上能够形成特定光斑形状，且能量损失小、照度均匀性高的非相干光束整形器件可以应用于离轴照明，以提高光刻系统的分辨率。此外，在非成像光学领域，例如太阳能、用于照明的LED光束整形系统等，高质量的非相干光束整形器件是必不可少的。高质量的非相干光束整形器件的设计与加工，在非成像光学领域具有举足轻重的地位。目前，数字微反射镜设备的每个反射镜只有开、关两种状态，无法实现反射镜阵列中每个反射镜在二维方向的任意偏转角度，以实现目标面上任意一种目标照度分布。
技术实现思路
本申请提供了一种反射镜阵列优化设计方法，以解决无法计算反射镜阵列中每个反射镜在二维方向的偏转角度，以实现目标面上任意一种目标照度分布的技术问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：本申请实施例公开了一种反射镜阵列优化设计方法，包括：建立非序列光线追迹光学模型，并对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化，根据软件所能容忍的最高光线节点数设置所述反射镜阵列的光线追迹数目；设置ZPL宏程序的优化评价函数、非目标照度分布区域的总照度阈值、以及所述反射镜阵列的每个反射镜的二维方向偏转角度的变化范围，其中，所述优化评价函数中的优化变量为各所述反射镜的二维方向偏转角度；所述优化评价函数为：其中，式(1)中：p是探测器上每个像素的索引，IR是探测器上像素p的当前照度值，IT是探测器上像素p的目标照度值，m(p)是探测器上像素p的优化权重；根据所述光线追迹数目，执行非序列光线追迹，利用正交下降算法得到所述评价函数的局部极小值；根据所述评价函数的局部极小值时，对应的优化变量，调整各所述反射镜的二维方向偏转角度；利用所述探测器，获取各所述反射镜处于调整后的二维方向偏转角度时，非目标照度分布区域的总照度值；判断所述总照度值是否小于所述总照度阈值；如果所述总照度值大于或等于照度限值，则提取所述探测器上每个像素点的当前照度值，并根据所述当前照度值更新所述优化评价函数；依据更新后的所述优化评价函数，返回执行下一次的非序列光线追迹计算；如果所述总照度值小于所述总照度阈值，则各所述反射镜处于调整后的二维方向偏转角度作为最终的二维方向偏转角度。可选的，对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化包括：光源参数的初始设置；反射镜阵列的阵列数目和反射镜单元大小的初始设置；探测器的像素数和像素尺寸的初始设置；光源、反射镜阵列、探测器的位置的初始设置。可选的，所述总照度阈值为：式(2)中，PS表示光源总功率，ANT表示非目标照度分布区域的面积。可选的，所述光线追迹数目≥106。可选的，所述探测器的像素数为200×200，像素尺寸为0.5mm×0.5mm。可选的，所述光源的光线波长为550nm。可选的，光源、反射镜阵列、探测器的位置的初始设置包括：所述光源出射的入射光线准直且光强均匀分布，所述入射光线经过所述反射镜阵列反射后形成反射光线，所述反射光线的光轴与所述探测器相互垂直。与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请提供了一种基于非序列光线追迹，对反射镜阵列二维偏转角度进行优化设计的方法，通过定义优化评价函数来控制与引导优化过程。每个反射镜的二维偏转角为优化变量，在正交下降算法指定的范围内，计算优化变量的最佳值。通过以上过程，本申请提供的反射镜阵列优化设计方法可以对反射镜在二维方向的偏转角度进行自动循环迭代优化，迭代循环结束之后，得到反射镜阵列中每个反射镜在二维方向的偏转角度，进而实现目标面上理想的光斑照度分布。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种反射镜阵列优化设计方法的流程示意图；图2为本申请实施例中光学模型的光学结构初始状态图示；图3为本申请实施例在优化过程中的反射镜阵列的三维示意图；图4为本申请的仿真示例1的照度分布图；图5为本申请的仿真示例2的照度分布图；图6为本申请的仿真示例3的照度分布图。其中，1-光源，2-反射镜阵列，3-探测器。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。如图1所示，本申请实施例提供了一种反射镜阵列优化设计方法，包括：S100：建立非序列光线追迹光学模型，并对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化，根据软件所能容忍的最高光线节点数设置所述反射镜阵列的光线追迹数目。对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化包括：光源参数的初始设置；反射镜阵列的阵列数目和反射镜单元大小的初始设置；探测器的像素数和像素尺寸的初始设置；光源、反射镜阵列、探测器的位置的初始设置。具体的，本实施例中设置：所述探测器的像素数为200×200，像素尺寸为0.5mm×0.5mm。所述光源的光线波长为550nm，所述光源的总功率为1W。光源、反射镜阵列、探测器的位置的初始设置包括：所述光源出射的入射光线准直且光强均匀分布，所述入射光线经过所述反射镜阵列反射后形成反射光线，所述反射光线的光轴与所述探测器相互垂直。本实施例中，每个反射镜均是尺寸相同的正方体，在二维方向进行偏转，进而对目标面上的非相干照度进行重新分布。在进行迭代优化之前，每个反射镜在二维方向偏转的角度为零，因此初始情况下，整个反射镜阵列为一平面，初始状态下光学结构如图2所示。在图2中，光学结构由非相干光源1，初始结构为平面的反射镜阵列2和探测器3构成。图2所示的初始结构为光学系统的简化形式，光源1为非相干光源经过准直与光强均匀化后，光源1出射准直且光强均匀分布的光束。探测器与反射光束的光轴相互垂直。为了保证后续的迭代优化能够找到一个最优解，初始结构需保证反射镜阵列与探测器之间的间隔dFD与反射镜阵列的宽度、长度的比值均大于10。因非序列光线追迹有一定的概率随机性，光线追迹的数目要尽可能的多，最大到软件所能容忍的最高光线节点数。为了实现非序列光线追迹，所述光线追迹数目≥106。本实施例中选取光线追迹数目为107。S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射镜阵列优化设计方法，其特征在于，包括：/n建立非序列光线追迹光学模型，并对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化，根据软件所能容忍的最高光线节点数设置所述反射镜阵列的光线追迹数目；/n设置ZPL宏程序的优化评价函数、非目标照度分布区域的总照度阈值、以及所述反射镜阵列的每个反射镜的二维方向偏转角度的变化范围，其中，所述优化评价函数中的优化变量为各所述反射镜的二维方向偏转角度；/n所述优化评价函数为：/n

【技术特征摘要】
1.一种反射镜阵列优化设计方法，其特征在于，包括：
建立非序列光线追迹光学模型，并对所述光学模型中光源、反射镜阵列、探测器的参数进行初始化，根据软件所能容忍的最高光线节点数设置所述反射镜阵列的光线追迹数目；
设置ZPL宏程序的优化评价函数、非目标照度分布区域的总照度阈值、以及所述反射镜阵列的每个反射镜的二维方向偏转角度的变化范围，其中，所述优化评价函数中的优化变量为各所述反射镜的二维方向偏转角度；
所述优化评价函数为：



式(1)中，p是探测器上每个像素的索引，IR是探测器上像素p的当前照度值，IT是探测器上像素p的目标照度值，m(p)是探测器上像素p的优化权重；
根据所述光线追迹数目，执行非序列光线追迹，利用正交下降算法得到所述评价函数的局部极小值；
根据所述评价函数的局部极小值时，对应的优化变量，调整各所述反射镜的二维方向偏转角度；
利用所述探测器，获取各所述反射镜处于调整后的二维方向偏转角度时，非目标照度分布区域的总照度值；
判断所述总照度值是否小于所述总照度阈值；
如果所述总照度值大于或等于照度限值，则提取所述探测器上每个像素点的当前照度值，并根据所述当前照度值更新所述优化评价函数；
依据更新后的所述优化评价函数，返回执行下一次的非序列光线追迹计算；
如果所述总照度值小于所述总照度阈值，则各所述反射镜处于调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽红，蔡德宇，曼纽尔·弗利，蒂埃里·恩格尔，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37