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2002/10/25ORAｾﾐﾅｰ2002

株式会社ジェネシア

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Integrated Optical Design and Analysis

CodeV/LightToolsと

機械設計/構造解析/熱解析ソフトウェアの複合利用


金井美一

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特殊環境光学系あるいは高精度光学系の設計には、

光学CAD(CodeV/LightTools)と

構造CAD(機構設計/構造解析/熱解析)の

複合利用が必須となります。

各CADデータを統合した設計/解析により、

光学系を構成する光学部品と機構部品の最適化が実現されます。

光学CADと構造CADを複合した光学系の設計/解析手法と

その事例について紹介します。

概概要要

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解析項目解析項目

光路干渉迷光解析

荷重変形/熱変形(配置/面形状/屈折率)

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構造解析/熱解析を基にした

機構の最適化

構造/熱解析を基にした光線追跡の最適化

光学設計 / 照明解析

機構設計

構造解析 / 熱解析

製品

仕様

製作 / 計測計測結果を基にした光線追跡の最適化

機構設計と光学設計を組合せた解析

設計設計//解析手順解析手順

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光学設計/解析[ CodeV / LightTools ]

機構設計(3次元)

[ Pro-E / SolidEdge 他 ]

構造解析[ ANSYS / NASTRAN

他 ]

熱解析[ SYNDA / NEVADA 他 ]

形状変形応力分布振動特性

機構設計3次元ﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ

温度分布熱伝熱輻射

光学設計/最適化光学性能評価照明/迷光解析

解析ソフトの関連性解析ソフトの関連性

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光学設計/解析ｿﾌﾄ

機構設計ｿﾌﾄ

構造解析ｿﾌﾄ熱解析ｿﾌﾄ

.LTS

データ変換データ変換

照明解析ｿﾌﾄ.SEQ

変換作業

Zernikeﾌｨｯﾃｨﾝｸﾞ変位/傾斜ﾃﾞｰﾀ

屈折率ﾃﾞｰﾀ[ 手作業/ﾏｸﾛ/変換ｿﾌﾄ ]

IGES/STEP etc.

TEXT etc.

.INT etc. IGES/DXF

IGES/STEP etc.

FEMAP etc.

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CodeVCodeVデータデータ

面形状変形位置/角度変化

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光学特性評価光学特性評価

幾何収差

波面収差

ﾃﾞｨｽﾄｰｼｮﾝ

主光線経路

ＭＴＦ

ｴﾝｻｰｸﾙﾄﾞ･ｴﾈﾙｷﾞｰ

偏光

・

・

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事例紹介事例紹介天体観測分光器天体観測分光器（干渉（干渉//光路解析）光路解析）

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事例紹介事例紹介衛星搭載太陽望遠鏡衛星搭載太陽望遠鏡

（迷光解析）（迷光解析）

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事例紹介事例紹介望遠鏡多入射瞳分光器望遠鏡多入射瞳分光器

（構造物重力変形解析）（構造物重力変形解析）

- 重力変形解析 -

光学装置を構成する各ユニットや定盤が

重力 (あるいは加速度) により変形するとき

そのことが光学特性に与える影響を解析する

京都大学(理）宇宙物理学教室菅井先生御提供

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最終像面上の主光線座標を確認（重力変形による像位置の変位）

!Cameras83xde -0.9341E-03yde 0.2379E-02zde -0.8013E-02ade -0.1169E-02bde 0.3696E-03cde 0.5878E-03

!Grisms75xde -0.1063E-02yde 0.1692E-02zde -0.5367E-02

：すべての機構要素について同様

：

カメラ光学系、分散素子ユニット等

すべての機構要素のシフトと

ティルトを定義

Ansys出力（構造変位）を

CodeV形式に変換する

自社プログラム使用

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事例紹介事例紹介衛星搭載赤外分光ユニット衛星搭載赤外分光ユニット

（保持機構温度変化解析）（保持機構温度変化解析）

- 光学部品保持変形 -

光学部品と保持機構部品が

温度変化(あるいは締付力)により変形するとき


宇宙科学研究所御提供

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事例紹介事例紹介衛星搭載太陽望遠鏡衛星搭載太陽望遠鏡

（太陽光起因の熱光学収差解析）（太陽光起因の熱光学収差解析）

- 光起因の熱光学解析 -

光学部品と保持機構部品が

入射光に起因する熱により

変形および屈折率変化するとき


国立天文台御提供

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分割波長の規定

照度解析光学モデル作成

FEMモデルの作成 FEM解析収差解析

鏡筒設計光弾性定数の調査発熱量計算

変形光学モデル作成

面形状変形屈折率分布

複屈折

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宇宙衛星搭載光学系

低温冷却赤外光学系

天体観測望遠鏡光学系

車両搭載光学系

飛翔体搭載光学系

振動機械搭載光学系

高出力レーザー光学系

ファイバ･カップリング光学系

等

環境温度変化が大きな条件下で使用する場合

輻射光/熱が大きい環境条件下で使用する場合

装置が大型で姿勢変化を伴う場合

移動/加速度運動を伴う物体に搭載される場合

振動環境下で使用する場合

入射光強度が極端に大きい場合

高精度/高安定結像性能が要求される場合

等

応用例応用例

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