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設計者コラム

#118 ZemaxとOpTaliXの温度解析

最近は温度解析ネタが多くなっています。
ZemaxとOpTaliXには双方ともに環境温度が変化した際の光学性能に与える影響をシミュレーションする機能が搭載されています。
Zemaxはマルチコンフィグレーションとして、OpTaliXはマルチコンフィグレーションなしで評価することになっています。
OpTaliXでも20℃、100℃といった温度を変えたマルチコンフィグレーションとして評価は可能です。
通常ではマルチコンフィグレーションなし、という意味です。
マルチコンフィグレーションは設定や扱いが面倒なので、なしで出来るのはありがたいです。

 

下図はZemaxに付属するサンプルファイルのうち、"Tessar lens using vignetting factors.zmx"というファイルを基に少々最適化を行ったレンズの外観図です。
オリジナルのままですと光学性能があまり良くなかったため、最適化しています。

fig01

温度解析の条件ですが、レンズに使用しているガラスの線膨張係数や屈折率の温度変化情報はZemax、OpTaliXそれぞれのガラスデータに元々入っている数値が適用されます。
レンズ間隔を決めている枠材料の線膨張係数はアルミを仮定し、23×10-6を全ての空気間隔に入力します。
またZemaxでは光学有効半径の他に、チップゾーンや機械的半径といったレンズ径を決める設定があります。
このレンズ半径によって評価の結果が変わるため、Zemaxでは今回、光学有効径=機械的半径(チップゾーンはゼロ)としています。
この状態で、軸上の20本/mmのMTFのピーク位置でどの程度両者でデフォーカスが発生するかシミュレーションしてみました。
温度は20℃と100℃の2条件です。

fig02

細かい数値は兎も角、グラフの形状やデフォーカス位置など良く整合しています。
両者のマニュアルを見ると、温度解析のアルゴリズムは全くと言っていい程同じなので当然と言えば当然の結果です。
どちらのソフトを使っても良さそうですね。