チュートリアル :

サンプル レンズ光学系の

パッケージング、解析、検証

2017 年 12 月

www.zemax.jp/lmx/

japan@zemax.com

概要 このチュートリアルでは、サンプル レンズ光学系を LensMechanix でパッケージング、解析、検証する

方法を学びます。このチュートリアルの修了に向けて使用するサンプル ファイルは、OpticStudio で作

成したシーケンシャル ファイルです。OpticStudio によるシーケンシャル ファイルを LensMechanix に

読み込むと、それがどのようにノンシーケンシャル ファイルに変換されるかをこのファイルで知ることが

できます。

学習目標 このチュートリアルを修了すると、以下を実行できるようになります。

• LensMechanix を使用して、OpticStudio で作成したシーケンシャル ファイルを SOLIDWORKS

に読み込む

• 光学部品を組み込むメカ部品を構築する

• メカ部品に散乱プロファイルを追加する

• 完成した光学メカ系に対して解析を実行する

• 所定の要件に適合するようにメカ系を適宜修正する

• 光学部品とメカ部品を収めた ZAR ファイルを作成する

LensMechanix への OpticStudio ファイルの読み込み 1. SOLIDWORKS 2015 以降で、[ファイル] (File) → [新規] (New) → [アセンブリ] (Assembly) をク

リックします。

2. コマンド マネージャに [LensMechanix] (LensMechanix) タブが表示されていることを確認します。

注 : 表示されていない場合は、[ツール] (Tools) → [アドイン] (Add-Ins) を選択して

[LensMechanix] (LensMechanix) チェック ボックスをチェックします。

3. [LensMechanix] (LensMechanix) タブで、[入力 OpticStudio ファイル] (Input OpticStudio

File) をクリックして [OpticStudio ファイルの読み込み] (Load OpticStudio File) を選択します。

4. [参照] (Browse) をクリックし、Documents → Zemax → Samples → LensMechanix →

Single Gauss 25mm Sample の順にディレクトリを選択して 25mm Single Gauss SEQ.zmx を

クリックします。

図 1. コマンド マネージャの [OpticStudio ファイルの読み込み] (Load OpticStudio File) ボタン

図 2. [OpticStudio ファイルの読み込み] (Load OpticStudio File) ダイアログ ボックス

5. ファイルを読み込んだ後は [OK] (OK) をクリックしてダイアログ ボックスを閉じます。

注 : [読み取り専用] (As read-only) のチェックをはずして読み込むと、SOLIDWORKS で光学設計

を変更できます。ただし、光学設計の変更は OpticStudio でのみ実施することをお勧めします。

LensMechanix は光学設計の最適化機能を備えていません。

図 3. SOLIDWORKS に読み込まれたレンズの形状と配置

LensMechanix による光学系のパッケージング 1. [LensMechanix] (LensMechanix) タブで、[作図ジオメトリ] (Construction Geometry) をクリッ

クして [すべて表示] (Show All) を選択します。

2. [アセンブリ] (Assembly) タブの [構成部品の挿入] (Insert Components) をクリックして [新規

部品] (New Part) を選択します。

図 4. SOLIDWORKS の [新規部品] (New Part)

3. FeatureManger の [右側面] (Right Plane) をクリックします。

図 5. スケッチが右側面に配置されます。

4. [スケッチ] (Sketch) タブでメカ筐体のスケッチを作成します。

ヒント : スケッチ全体を定義するには、レンズの形状のほか、中心線、有効径、頂点、または原点

のいずれかを使用します。

5. [フィーチャー] (Feature) タブの [回転ボス/ベース] (Revolved Boss/Base) をクリックします。

図 6. [回転ボス/ベース] (Revolved Boss/Base) フィーチャー

6. 中心線を回転軸として選択します。

7. 緑色のチェック マークをクリックします。

図 7. 光軸を回転中心としてベースを回転して得られる結果

8. 部品編集モードを終了するには、グラフィック領域右上のアイコンをクリックします。

図 8. グラフィック領域右上にある、アセンブリに戻るためのアイコン

光学メカ系の解析 1. [LensMechanix] (LensMechanix) タブで、[プロトタイプの作成] (Create Prototype) をクリック

して [プロトタイプ作成ウィザード] (Create Prototype Wizard) を選択します。

図 9. コマンド マネージャの [プロトタイプ作成ウィザード] (Create Prototype Wizard) オプション

2. [解析名] (Analysis name) フィールドに「光線追跡」と入力して [次へ] (Next) をクリックします。

3. [解析設定] (Analysis Settings) ページで有効径のオーバーフィルを 10% に設定し、[像質 + 散

乱] (Image quality + scattering) を選択して [次へ] (Next) をクリックします。

4. [環境条件] (Ambient Conditions) ページで、環境条件を 25℃、1 気圧に設定し、[次へ] (Next)

をクリックします。

5. [波長] (Wavelength) ページで [次へ] (Next) をクリックします。

6. [面のプロパティ] (Surface Properties) ページで [次へ] (Next) をクリックします。

7. [精度の設定] (Precision Settings) ページで、スライダを 2 の位置に置き、[次へ] (Next)をクリック

します。

注 : メッシュ設定の「中」は、100,000 本の光線および散乱プロファイルのサンプリング R = 5 度に

相当します。

8. [許容デルタ] (Allowable Δ) ページで以下の値を追加します。

o [スポット サイズ] (Spot size) : 1.5 m

o [ビームの遮蔽] (Beam clipping) : 1%

o [像への迷光混入] (Image contamination) : 0.8%

9. [次へ] (Next) をクリックします。

10. [計算領域] (Computational Domain) の [計算で対象にする部品] (Included Components) セク

ションにすべての部品が表示されていることを確認します。

ヒント : [計算で無視する部品] (Ignored Components) セクションに表示されている部品があれば、

そのメカ部品を右クリックし、[計算領域に追加] (Add to Computational Domain) を選択してか

ら緑色のチェック マークをクリックします。

図 10. [計算領域] (Computational Domain) に存在する部品

11. 部品の散乱プロファイルを定義するには、入力ツリーの [メカ部品] (Mechanical Components) セ

クションで、作成した部品を右クリックして [面のプロパティを編集] (Edit Surface Properties) を

選択します。

図 11. 散乱プロファイルを定義する [面のプロパティを編集] (Edit Surface Properties) コマンド

12. [メカ部品エディタ] (Mechanical Component Editor) の [散乱プロファイル] (Scatter Profile) ド

ロップダウン メニューで [灰色陽極酸化処理] (Grey Anodized) を選択し、[部品に適用] (Apply

to Component) をクリックしてから緑色のチェック マークをクリックします。

図 12. [メカ部品エディタ] (Mechanical Component Editor) の [散乱プロファイル] (Scatter Profile) ドロップダウン メニュー

13. メカ部品を右クリックして [透明度変更] (Change Transparency) を選択します。

図 13. 右クリック メニューの [透明度変更] (Change Transparency) オプション

14. コマンド マネージャで、[入力の追加] (Add Inputs) をクリックして [面の屈折力の入力] (Surface

Power Input) を選択します。

図 14. コマンド マネージャの [面の屈折力の入力] (Surface Power Input)

15. 色ディテクタから最も遠い位置にあり、最も外側のレンズを選択します。

16. [表示] (Display) で [光束] (Flux) をクリックし、青色から赤色のスケールを選択します。[解像度]

(Resolution) を [高] (High) に設定してから緑色のチェック マークをクリックします。

図 15. 放射照度表示のオプションを有効にした [面の屈折力] (Surface Power) ペイン

完成した光学メカ系の性能検証 1. コマンド マネージャで [光線追跡の実行] (Run Ray Trace) をクリックします。

2. [光線追跡の実行] (Run Ray Trace) PMP で [ベースライン光線追跡] (Baseline ray trace) と [完

全な光線追跡] (Full ray trace) を選択して [実行] (Run) をクリックします。

注 : ベースライン光線追跡では、計算領域にある光学部品のみが考慮されます。完全な光線追跡

では、計算領域にある光学部品とメカ部品の両方を使用して光線追跡が計算されます。

3. 光線追跡が完了したら、緑色のチェックマークをクリックします。

4. コマンド マネージャで [OPS の表示] (Display OPS) をクリックします。

[ビームの遮蔽] (Beam clipping) タブと [像への迷光混入] (Image contamination) タブでステータ

ス インジケータが赤色で表示されます。

5. [像への迷光混入] (Image contamination) タブを選択します。

[像への迷光混入] (Image contamination) セルが赤色に変化し、元の光学性能からの変動が、規

定の許容デルタから逸脱していることが示されます。

6. 光学系を伝搬する光線の様子をより明確に確認するには [混入した光線の表示] (Display

Contaminating Rays) をクリックします。

7. グラフィック領域で [断面図] (Section View) を有効にします。

8. [平面 1] (Plane 1) セクションで [右側面] (Right Plane) を選択し、緑色のチェック マークをクリック

します。

9. 光学マネージャの出力ツリーで、光線追跡によって自動的に生成された光線群を右クリックします。

注 : 像に混入した残りの光線は、意図しない光路をたどってディテクタに到達しています。

図 15 および図 16 に面の屈折力の解析結果を示します。円筒の内面で反射している光線があること

がわかります。このことから、対応策として筒の長さを短くします。

図 16. 光学メカ アセンブリの断面図

図 17. 円筒部分の拡大表示。円筒が光線の光路に干渉していることがわかります。

10. FeatureManger デザイン ツリーで、作成した部品を展開し、スケッチを選択して [スケッチ編集]

(Edit Sketch) をクリックします。

図 18. FeatureManger の [スケッチ編集] (Edit Sketch) アイコン

11. 円筒の長さを短くし、その変更による結果に問題がないことを確認したうえで部品編集モードを終

了します。

12. [LensMechanix] (LensMechanix) タブで、[プロトタイプの作成] (Create Prototype) をクリック

して [プロトタイプのクローン作成] (Clone Prototype) を選択します。

13. [プロトタイプ名] (Prototype name) フィールドに「光線追跡 2」と入力して [OK] (OK) をクリックしま

す。

14. コマンド マネージャで [光線追跡の実行] (Run Ray Trace) をクリックします。

15. [光線追跡の実行] (Run Ray Trace) PMP で [ベースライン光線追跡] (Baseline ray trace) と

[完全な光線追跡] (Full ray trace) を選択して [実行] (Run) をクリックします。

16. コマンド マネージャで [OPS の表示] (Display OPS) をクリックします。

17. OPS で [像への迷光混入] (Image contamination) 行が緑色に変化しているので、上記の形状変

更によって、像に迷光が混入する問題が解決したことがわかります。

図 19. すべての数値指標インジケータが緑色になり、この光学メカ系が所定の設計要件に合致していることが

示されています。

図 20. 光学メカ筐体の断面図

メカ筐体が光線の光路に干渉する問題が解決したことがわかります。

適切な設計が得られています。これで、LensMechanix でサンプル レンズ光学系を無事にパッケージ

ング、解析、検証できました。