新入社員の独り言 STEP4:CODE Vに触れてみた

現在、光学と光学設計について学んでいます。少しずつしか前へ進めませんが暖かく見守って下さい。
2月なのに外は結構暖かいですね・・・。

今回は「CODE V」を使ってみました。
自分の場合、四則演算でさえ繰り上がりが含まれると脳がABORTしてしまいますので、クリックするだけで、一瞬にして結果が表示されるスピードには驚かされました。

そんなことはさておき、勉強したことをまとめたいと思います。
少し慣れてくると、CODE Vに何か解析や描画などをさせる場合には、「用意されたメニューに沿って進むだけ」ということが分りました。自分のようなスーパー初心者にも使いやすいソフトウェアです。

このページの内容
  1. CODE Vを使ってみた
  2. レンズデータを呼び出してみた
  3. 描画してみた(2-D、3-D)
  4. 解析をしてみる
  5. コマンドウィンドウに自動的に記述されています
  6. まとめ

1.CODE Vを使ってみた

とりあえず、「光学系とは、光をコントロールしてきれいな像を得るためのもの」 であることはなんとなく理解できたので、実際に設計ソフトウェアであるCODE Vを使ってみることにしました。

まずは、立ち上げから。
デスクトップ上のアイコンをダブルクリック。何か、小さなウィンドウが出てきますが、無視します。何か、3行のエクセルシートのようなものが出てきました。
片っ端からメニューの中を開いて見ます。開きます。また開きます。そして開きます。もう、最初に何を開いたのか覚えていません。

このように、「」がたくさん見えたため、素直にテキストを開いてみることにしました。

2.レンズデータを呼び出してみた

テキストによると、予めサンプルレンズが備わっているようなので、そのうちの1つを呼び出してみました。実行した操作は以下のとおりです。
ファイル新規作成 へ進むと、「新規レンズの作成ウィザード」が開きます。更に進んで、「CODE Vサンプルレンズ」内から適当なサンプルを選択して、「OK」をクリックしました。今回は、「cv_lens:dbgauss.len(F/#=2,画角=14)」を選択しました。

すると、今まで空欄だった「レンズデータマネージャ」内にいろいろと数値が入力されました。(下図参照)

しかし、このような数値の羅列では、自分には良く分かりません。そこで、外観を確認するため、レンズの絵を描いて見ることにしました。

3.描画してみた(2-D、3-D)

どんな光学系かを確かめるために、描画してみたいと思います・・・でもどこをどう操作すればいいんでしょうか・・・?
簡単な2次元描画をするには、以下の操作を行います。
レンズレンズの描画 へ進みます。細かい指定はありますが、特に何もせず、「OK」をクリックします。

この他、視点を変えたり、光線を増やしたり消したり、レンズをスライスした状態で表示することも簡単に出来ました。

続いて、3次元の描画図を描かせてみました。操作手順は以下のとおりです。

2-Dよりは時間がかかるようですが、3-D描画も描けました。描画ウィンドウ内のツールバーをクリックすると、少しずつ描画内容を変更することが出来る様です。
マウスの右クリックをしたままマウスを動かすと、視点が変わります。ゲーム感覚です。

4.解析をしてみる

描画図を描き、レンズデータマネージャ内の数値を持つ光学系の外観を確認することが出来るようになりました。しかし、性能は外観からではわかりません。 そこで、このレンズの性能を評価することにしました。 まず、どれだけよく集光しているのか?を観るために「スポットダイヤグラム」を出力させて見ます。「スポットダイヤグラム」とは、ある面上(普通は像面や、その近傍)で、光学系を通過した光線がどの位置を通過するか、を可視化したものです。 操作手順は以下のとおりです。
解析幾何光学的解析スポットダイヤグラム 特に何も設定をせず、「OK」をクリック。
また、同時に光の通過領域を見るための「フットプリントプロット」も実行して見ました。こちらは、どの面を表示するかを指定する必要があります。
解析診断解析フットプリントプロット 

スポットダイヤグラム上に点在する「印」の1つ1つが光線の通過位置です。理想的には、すべての光線が、ある1点のみを通過するはずです。しかし、現実には、収差などの影響で、完全な1点に集まることはありません。そこで、この光線通過位置のズレを出来る限り小さくするように光学系を改良しようと試みます。

「フットプリントプロット」では、各面毎にどのような領域を光線群(あるいは光束)が通過するかを視覚的に示してくれます。

続いて「横収差」、「縦収差」なるものを出力しました。操作は次の通りです。
解析 > 診断解析 > 横収差曲線 > OK
解析 > 診断解析 > 縦収差曲線 > OK

もはや、分かりません・・・。画角が大きくなるにつれて、どこか基準となる位置から離れるにつれて、たぶん、性能が低下しているのだと予想できます。しかし、縦軸、横軸が良く分かりません。
気を取り直して、「ディストーション格子」を出力してみました。(下図参照)
解析 > 診断解析 > ディストーション格子 > OK

これは分かります。本当は黒い格子上にピッタリと重なるように像を形成してほしいのですが、実際に光線を追跡して計算した結果、赤色で描かれた格子のように、少しズレてしまっている、ということを示しています。やはり、眼で見えるものは分かりやすいです。

5.コマンドウィンドウに自動的に記述されています

ここまで、マウスクリックだけでいろいろ実行してきました。ふと、違うウィンドウ に眼をやると、何か呪文のような文字や綺麗に配列された数値が書き込まれていることに気づきました。どうやら、自分がクリックで行った操作は、コマンドとして認識、実行されているようです。今はまだ出来ませんが、将来的にコマンドを覚える場合、クリックした操作と裏で記述されるコマンドとを対応させれば良さそうです。

6.今回のまとめ

今回は、ソフトウェアを触ってみました。初めはよく分かりませんでしたが、テキストを少し読めば、何とか理解できそうです。
レンズデータの呼び出し、各種描画、簡単な解析など、ここでは全てクリックのみで操作を行いました。しかし、裏ではコマンドとして認識されているようです。

さて、ここで、自分に大きな欠陥があることに気づきました。え〜っと・・・

「収差図の意味が分かりません!」

CODE Vはとても素早く収差状況などの計算結果を出力してくれます。しかし、使っている自分が、CODE Vの返す値の意味を理解できなくては意味がありません。
絵で出力してくれる収差については、なんとなく直感で理解できます。問題は、今の自分では、グラフや数値で返される値から性能の良し悪しの判断が出来ない、ということです。

というわけで、次回は基本的な収差について勉強してみたいと思います。
せ、先輩! 基本的な収差として、どんな収差を勉強すればよいでしょうか?
ち〜とばかりヒントを下さい!

先輩社員からの一言

収差といえば、「ザイデルの5収差」です。式の導出などは少々面倒ですので、各収差の性質をまとめると良いでしょう。例えば、

「画角に依存するのか?」、「口径に依存するのか?」
「非球面による補正効果は?」

などについて調べてみると良いと思います。
また、レンズ性能は、絞り込むと改善される、と言われます。収差との関連はどのようになっているのでしょうか?そのあたりも調べてみると良いと思います。

いかがでしたか?
先輩社員への回答は、次回(STEP 5)に掲載いたします。

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