35章:3次元光線追跡演習(2)

  1. タイプB等倍光学系の3次元光線追跡


     図32-3に示すタイプB等倍光学系の3次元光線追跡を行ってみましょう。

  2. 3次元光線追跡プログラムの起動
    (1)VBA_C光線追跡.xlsをダブルクリックで起動します。この時マクロは有効にして開いて下さい。

  3. 計算条件設定シート「IN_FM」の作成
    (1)シート「IN_FM (演習2)」の全体をコピーし、シート「IN_FM」に貼り付けます。
     以下の表が完成します。

      図35-1 タイプB等倍光学系シート「IN_FM」

  4. スポットダイアグラム計算実行
    (1)シート「操作」の「スポットダイアグラム計算実行」ボタンを押します。

  5. シート「スポット要約」の確認
     以下の計算結果が表示されます。

               図35-2 スポット要約 

     図35-2 スポット要約において
    ・No2のX方向入射光線高さとNo8のX方向投影倍率を確認します。
     投影倍率誤差が約2/10000あることがわかります。
    ・No4とNo5の出射光線角度を確認します。
     設定0.01radに対してMax、Minとも誤差があることが確認できます。
    ・No3のテレセン度を確認します。
     平均角度が0.001145 radと大きく、テレセン度が良くない ことが確認できます。

  6. シート「光線図」の確認

               図35-3 光線図

     図35-3 光線図から大まかな光線の経路が確認できます。
    ・NA絞り位置での光線高さを確認します。
     上側が1.054mm、下側が-0.938mmです。 従って、NA絞りの半径を1.054mmにするか0.938mm なやむことになります。
    ・出射側の中央の光線が水平になっているかを確認します。
     これから、正確なテレセン度は難しいです。

  7. シート「スポット図」の確認

               図35-4 スポット図

     図35-4 スポット図から、光線スポットの収束状況が確認できます。
     図は青、緑、赤の3波長合成の光線スポットとなっています。

  8. シート「OUT_M」の確認
     シート「OUT_M」には、光線スポットの生データが記録されています。
     生データからは、下記のスポット図等を作成できます。


     スポット図から、あまり良く収束していないことがわかります。

  9. 波面収差計算実行
    (1)シート「操作」の「波面収差計算実行」ボタンを押します。

  10. 波面収差の確認
     以下の図に示す表が表示されます。

      図35-6 波面収差(波長481.6nm、X方向)

     図35-6において、U[0]は入射光線の角度(rad)、 X[NUMB-1]は出光線の位置(mm)、UX[NUMB-1]は 出射光線の角度(rad)、ABは波面収差(λ)です。
     AB波面収差(λ)が0.25以下が収差の判定基準です。
     AB<0.25 を確認しましょう。

     0次から6次の値は、上記の波面収差を6次の多項式で近似 した場合の各次数の係数です。
     2次がフォーカス、3次がコマ収差、4次が球面収差、 5次が高次のコマ収差、6次が高次の球面収差です。

     各波長でのXY方向波面収差を纏めると下記の表のようになります。
    486.1nm-X 486.1nm-Y 546.1nm-X 546.1nm-Y 656.3nm-X 656.3nm-Y
    0次 -1.94E-11 -1.67E-11 3.57E-11 4.11E-11 -2.59E-11 -1.65E-11
    1次 1.89E-09 5.97E-16 1.63E-09 -2.06E-16 1.26E-09 2.09E-16
    2次 -2.81E-01 -1.58E-01 -2.63E-01 -1.45E-01 -2.13E-01 -1.08E-01
    3次 -1.91E-04 -2.36E-15 -3.02E-04 8.65E-16 -2.34E-04 -8.85E-16
    4次 -2.51E-03 -2.68E-03 -2.25E-03 -2.39E-03 -1.90E-03 -2.02E-03
    5次 -1.64E-05 1.86E-15 -1.58E-05 -6.92E-16 -1.43E-05 7.16E-16
    6次 3.53E-06 3.58E-06 3.19E-06 3.23E-06 2.71E-06 2.73E-06
     上記の表において、波長486.1nmの2次の値(X方向)が0.25λを僅かにオーバー しています。


  11. 計算条件設定シート「IN_FM2」の作成
    (1)シート「IN_FM2 (演習2)」の全体をコピーし、シート「IN_FM2」に貼り付けます。
     以下の表が完成します。

      図35-7 タイプB等倍光学系シート「IN_FM2」


  12. シート「IN_FM」の軸間距離調整
    (1)シート「IN_FM」のD21セルの値を96.247→96.95に変更します。
      この値はテレセン度の結果をみながら、思考錯誤的に決定しています。


  13. レンズ間隔最適化計算実行
    (1)シート「操作」の「レンズ間隔最適化計算実行」ボタンを押します。

  14. シート「OUT_M」の確認
     以下の図に示す表が表示されます。

      図35-8 レンズ間隔最適化計算実行結果

     図34-6において
    ・Eは、目標に対する誤差量を示しています。
    ・D(0)は補正後の軸間距離を示しています。
     D(0)の値を98.463→97.71に変更すると最適となります。

  15. D(0)の値変更
    (1)シート「操作2」を選択します。
    (2)「間隔最適化コピー」ボタンを押します。
    (3)シート「IN_FM」を確認します。


  16. 最適化後のスポット要約の確認
     以下の図のようになります。

      図35-9 最適化後のスポット要約
     図35-9において
    ・テレセン度が改善
    ・倍率誤差が低減
    しています。

  17. 最適化後の光線図の確認
     以下の図のようになります。

      図35-10 最適化後の光線図

     図35-10からNA絞りの半径は0.996mmが適正であることがわかります。


  18. 最適化後のスポットダイアグラム確認
     以下の図のようになります。

     図35-11において、スポット径が僅かですが小さくなっています。

  19. 最適化後の波面収差の確認
     以下の表のようになります。
    486.1nm-X 486.1nm-Y 546.1nm-X 546.1nm-Y 656.3nm-X 656.3nm-Y
    0次 7.54E-11 5.76E-11 2.44E-13 -1.90E-12 1.30E-11 -4.09E-12
    1次 1.78E-09 3.17E-17 1.47E-09 5.96E-18 1.21E-09 6.95E-19
    2次 -1.41E-01 -8.97E-03 -1.38E-01 -1.26E-02 -1.09E-01 2.88E-03
    3次 -3.77E-04 -1.29E-16 -4.47E-04 -2.10E-17 -3.39E-04 -2.31E-18
    4次 -2.68E-03 -2.85E-03 -2.40E-03 -2.55E-03 -2.03E-03 -2.15E-03
    5次 -1.57E-05 1.03E-16 -1.52E-05 1.62E-17 -1.38E-05 1.66E-18
    6次 3.64E-06 3.66E-06 3.29E-06 3.29E-06 2.80E-06 2.78E-06
     上記の表において、全て0.25λ以下を満足しています。


  20. タイプB等倍光学系の纏め
    (1)タイプA等倍光学系の適正NAは0.01である。
    (2)この場合の、適正フィールドサイズはΦ16mmである。
    (3)NA絞りの直径はΦ1.993mmである。
    (4)タイプB型はフィールドサイズは大きめでNAは小さめになる基本配置です。




36章:波面収差を考慮した投影像の計算に行く。

トップページに戻る。