光学設計入門

スマートフォンなどに搭載されているカメラ、セキュリティ・認証システム、医療機器、照明機器等、現代社会には光学技術が欠かせない製品が溢れており、光学設計のニーズもかつてないほどに高まっています。しかし、光学設計を始めようと光学設計ソフトウェアを導入したとしても、闇雲に操作するだけでは高度化する要求に応えられる設計は出来ません。光学設計には多くのパラメーターが必要であり、その全てを自動的に最適化するのは非常に困難だからです。 　本講座では、最初に光学系の基本的な用語と、光学設計の基本となる近軸理論・三次収差について解説します。そして、それをベースに色々な光学系の実例を示しながら、このようなときはどういう構成にすべきなのか、どうすれば性能が良くなるのか、といった光学系の骨組みの作り方を説明します。光学設計ソフトウェアを使ってさらに高いレベルの設計を進めていくための出発点となる講座です。

1. 幾何光学
   1. 波面と光線
   2. 光線の経路
      1. スネルの法則
      2. 屈折と反射
2. 近軸光学
   1. 近軸量
      1. 物体と像
      2. 理想結像
      3. 焦点距離と画角
      4. 倍率
      5. 絞りと瞳
      6. 明るさ・Fナンバー
   2. 近軸結像
      1. 近軸光線追跡
      2. 結像公式
      3. 近軸公式の活用
3. 収差
   1. 収差の分類
      1. 三次収差
      2. 色収差
      3. 正弦条件
   2. 収差係数
   3. 単レンズの収差
      1. レンズの形状と収差
      2. レンズの配置と収差
   4. 非球面の効果
4. 光学系の性能
   1. 収差図の示すもの
   2. 設計性能の評価
   3. 誤差感度の低減
5. 光学系の構成
   1. 非球面単レンズの設計
   2. 色消しレンズの設計
   3. 望遠レンズの設計
   4. 広角レンズの設計
   5. 標準レンズの設計
   6. ズームレンズの設計