PlanOpSim GDS-CSV変換 Python

ユーザからの声

• PlanOpSim以外のメタサーフェス設計時に言えることですが、メタレンズ直径がφ数十mm以上の1設計データは数GBとなり、製造側で取り回しが悪い場合があります。

• そこでメタレンズ設計データを、軽量なCSVフォーマット(メタ原子の座標と形状の2Dマップ)に変換するpythonをテスト作成したのでご紹介します。

• 製造側がメタ原子の周期条件だけ把握しておけば、GDSファイルと同様に機能します。

※本記事は筆者個人の見解であり、所属組織の公式見解を示すものではありません。

PlanOpSim 設計データ出力

PlanOpSimでメタ原子配列の最適化結果出力は以下のフォーマットをサポートします。(2025.4.14時点)

• GDS
• JSON
• OAS
• STL
• DXF

概要

• インプット：PlanOpSim から出力されたメタレンズ設計データ（JSON）
• アウトプット：各メタ原子（円柱ピラー）の曲率半径2Dマップ(CSV）

本スクリプトは、PlanOpSim で設計されたメタサーフェスについて、
マスク情報とメタ原子ライブラリを突き合わせて、
各セルの曲率半径を物理座標系に展開した 2 次元マップとして抽出・CSV 出力する補助スクリプトであり、主に製造側の他ツール連携に用いるためのものです。

※ご利用時は、お手元で十分な検証をした上でご活用下さい。

Config と Mask の読み込み

ここではメタレンズ(MetaComponent config)構造データからメタ原子周期データを読み出します。※ lengthではなくheightです。

• 'family' → cell_height （縦ピッチ※）
• 'family' → cell_width （横ピッチ）

GDS相当のマスクデータ(dictionary)を読み出します。
'map'には各セルに「どのメタ原子 ID が配置されているか」を示す 2D 配列
'member'は「メタ原子IDと物理パラメータ（半径・ズレ等）」を示す 2D 配列

component_config = json.load(open("export_spaticalphaseplate.json","r"))
cell_height = component_config['family']['cell_height']
cell_width  = component_config['family']['cell_width']

dictionary = json.load(open("mask_spacialplhaseplate.json","r"))
map = np.array(dictionary['map'])

metacell_group_members = dictionary['members']

radius_map と 座標マップ作成

map と同じサイズの 曲率半径マップを初期化しておきます。

radius_map = np.zeros_like(map, dtype=float)

x_range = np.arange(0, cell_width  * radius_map.shape[1], cell_width)
y_range = np.arange(0, cell_height * radius_map.shape[0], cell_height)
absolute_x_loc_map, absolute_y_loc_map = np.meshgrid(x_range, y_range)

メタ原子パラメータ → radius 2D map に反映

メタ原子の 物理形状パラメータ(今回は曲率半径、メタ原子の中心からの微小オフセット)を取得、曲率半径マップに書き込んでいきます。

for metacell_member in metacell_group_members:

   member_name = metacell_member['alias']
   member_id   = metacell_member['id']

   # radius & center_coord が入っているレイヤ
   structure_info = metacell_member['layers'][1]['layer_parameters']

   member_radius       = structure_info['radius']['value']
   member_center_coord = structure_info['center_coord']['value']

   # radius map に書き込み
   radius_map[map == member_id] = member_radius

   # 座標の補正
   absolute_x_loc_map[map == member_id] += member_center_coord[1]
   absolute_y_loc_map[map == member_id] += member_center_coord[0]

radius_map を CSV 出力

後は、半径 2D マップを CSV として保存します。

output_csv = "radius_map_spaticalphaseplate.csv"

with open(output_csv, "w", newline="") as f:
   writer = csv.writer(f)
   for row in radius_map:
       writer.writerow(row)

print(f"半径 2 次元 map を CSV に出力しました: {output_csv}")

変換結果

GDSファイル出力（直径表示）と、CSVへ変換結果(半径表示)の比較結果です。
回転対称系の為、座標が一致して変換されました。
注意点：非回転対称系の際は、GDSと表示を合わせる場合、CSVマップを90°反転してください。

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