問題の記述と初期データ
将来のレンズが35,786 kmの高度で静止軌道にあると仮定します。 レンズの角度フィールドは、地球全体がレンズに落ちるようなものでなければなりません。 多かれ少なかれ。 レシーバーは、10mm x 10mm = 100mm2の寸法のフォトダイオードになります。 入射瞳の直径（この場合、最初の唯一の光学素子の最初の表面の直径）は20 mmです。
光学設計
光学スキームを構築するには、システムに必要な角度フィールドと焦点距離を決定する必要があります。
システムの角度フィールド
地球の表面からシステムの入射瞳までの距離と地球の平均直径を知っています。 このデータから、システムの角度フィールドを計算できます。
地球の平均直径D = 12 742 km（R = 6 371 km）
地表からレンズまでの距離= 35 786 km
システムの角度フィールドは17.2度です。
次に、システムに必要な焦点距離を計算する必要があります。
この式からの焦点距離はF '= 33.2 mmになります。
図 回路図
いいね！ 作業の半分以上がすでに完了しています。
計算用の追加パラメーターのコレクション
まず、利用可能なデータを確認する必要があります。
私たちは知っています：
-システムの曲面の数、
-システムの入射瞳の直径、
-システムに必要な焦点。
まだわかりません：
-光学部品の厚さ、
-光学部品のガラスグレード、
-光学システムが機能する波長。
このデータは自分で選択できます。 しかし、宇宙を探求している先進的な企業で働いていると想像してください:-)
光学部品の厚さ
私は研究所で、軸に沿った光学部品の最小厚さは直径の少なくとも10％であるべきだと教えられました。 小さな負の焦点で光学コンポーネントを計算する場合（おそらく両凹レンズ）、直径の10％の軸方向の厚さで十分です。 この例では、正の焦点を持つ実際の画像（散乱レンズ内の虚像）を形成する集光レンズがあります。 したがって、表面のたわみの矢印を考慮して、レンズの厚さを選択する必要があります。これにより、軸に沿ったコンポーネントの厚さが増加します。 最初の近似では、直径の20％を取ります。 この場合、計算のためのコンポーネントの厚さは次のようになります。
レンズの厚さ= 20mm x 20％= 4mm
ガラスブランドの選択
耐放射線性の専門家が耐放射線性ガラスの使用を推奨したとします。 また、熱の専門家は、レンズのフレームがチタンまたはスーパーインバーで作られるため、熱膨張率が最も低いガラス材料の使用を推奨しました。 一般的に、彼らはまだ決定していません。
勧告を受けて、KU-1ブランドの石英ガラスは完璧であると判断されました。 すぐに言ってやった！
波長選択
ほとんどすべてのデータが消費されているようです。 カランバ！ しかし、システムのスペクトル範囲はどうでしょうか？ 私たちはイニシアチブを取り、自分で開発者に行き、必要な情報を取得します。 その後、数日待って他の便利なことを行います。 3日目に、開発者が来て、レンズのメイン波長を変更することに決めたと言います。 すぐに言ってやった！ 動作波長= 0.644μm。 これで、光学計算を続行できます。
Zemaxを使用したシステム計算
Zemaxソフトウェアは、光学システム設計者の作業を容易にします。 これは、ソフトウェア自体がクールな光学システムを設計するという意味ではありません。 しかし、十分な数のオプションを分析する必要がある光学システムを設計する場合、Zemaxは開発時間を大幅に短縮するのに役立ちます。 カウンターのプログラムは不可欠だと思います。 もちろん、元のライセンスを購入したという1つの条件があります;-)
ここでは、プログラムのすべての魅力の詳細については説明しませんが、すぐに実際の動作を示します。
プログラムをダウンロードするとき、まず、レンズデータエディターウィンドウに慣れる必要があります。
このウィンドウには、現在の光学システムに関する情報が含まれています。 データセットは、私が研究所で個人的に会った光学リリース形式に似ています:-)
現時点で利用可能なデータから、ここまではレイトレーシング用のサーフェスの数、ガラスの厚さ、グレードのみを示すことができます。 ガラスのブランドとして、ガラスの選択された波長の屈折率を設定する必要があるモデルの形でデータ表現を選択します。 選択したKU-1ガラスのブランドはロシアのGOSTであるため、その中でデータを検索する必要があります（この場合、GOST 15130-86「光学石英ガラス」）。
0.644ミクロンの波長に対するKU-1ガラスの屈折率は1.4567です。 これが摂氏+20度の温度であることは注目に値します。 そして、機内で最大+20度まで加熱します:-)
合計、現時点では：
[ 一般]ウィンドウの[ 開口 ]タブで、入射瞳の直径20mmを指定します。
システムの角度フィールドを指定します。
自動最適化のセットアップ
システムを計算するとき、Zemaxに組み込まれているOptimizationを使用します。
まず、最適化中に変更できるパラメーターを示します。 私たちの場合、これらはレンズ表面の曲率半径です：
第二に、現在のシステムの評価関数（デフォルトのメリット関数）を作成する必要があります。
RMSに基づいて評価関数を作成します。 ここで、このパラメーターは、レイトレーシング中の波面光線の標準偏差を示します。
最適化中に、私たちが努力する唯一のパラメーター-必要な焦点距離を示します。 これを行うには、EFFLパラメーターを追加し、次の設定を指定します。
すべてのパラメーターが設定されたので、最適化機能を使用できます。
このウィンドウでは、最適なオプションを選択するときに、反復回数を手動で制御できます。 または、自動計算を使用して最適なオプションを見つけることができます。
最適化します。 終了をクリックします 。
これで、何が起こったのかを確認できます。
それはいいようです:-)
しかし、システムの最終焦点は33.67 mmで、ターゲットとはわずかに異なります-33.2 mm。
必要なフォーカスを取得する方法は？
EFFLパラメーターのWeight値が高いほど、計算におけるこのパラメーターの優先度が高くなります。
パラメータWeight = 100,000では、最適化されたフォーカスは33.21 mmでした。 シーケンスは上記と似ているため、説明しません。
まとめ
要件が満たされています。 やった！ :-)
PSプログラムの全機能を習得する時間はまだありません。 はい、そして光学システム、私はずっとずっと多くを特に計算しなかったので、何かが間違っている場合すみません。 コメントやコメントを歓迎します:-)
PPSこれは私の最初の投稿なので、どのトピックを投稿するのが良いかわかりませんでした。 正しくない場合は、転送先を教えてください。 ありがとう