発想機能を持つ進化型人工生命による新しい光学設計アルゴリズム

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遺伝的プログラミング(Genetic Programming:GP)を拡張した関数発現システム(S-system:Sysyem using Sexual and asexual reproduction)では,関数を遺伝子として表現し,アルゴリズムに有性生殖・無性生殖等の生物のさまざまなアナロジーを導入している。このシステムは,解へ収束しやく,発見された関数はシンプルである。本研究ではこれを応用した新しい光学部品設計方法を提案した。本設計方法は,入射光を入力データ,結像点付近の光強度を出力データとみなし,光学部品の形状を関数として表現する。すると,入出力に一致する関数(光学部品の形状)を自動的に発見する。主に点を点に結像する凸レンズの設計を行った。その結果,光源位置を変化させたり,厚みに制限を加えても,それに合わせてレンズの形状を適応的に様々変化させることができた。また,照明器具への応用として,均一に光を放射するバックライト形状設計を試みたが,ほぼ要求を満足するレンズ形状を設計できた。本設計法では,関数形と数値を同時に進化させることができ,フレネルレンズのように非線形性の強い形でも容易に設計できる。また,遺伝子の表現も比較的シンプルである。現時点では必ずしも最適な形状を設計しているとは言えないが,専門知識を持たない人間が直感的にこれらの形状を発見することは容易でない。本手法では進化の過程で様々な形状の部品を持つ虫が誕生する。本システムが自動的に設計したこれらの部品を基に用途に合わせて人間がさらに改良を加えることも可能であろう。