OpticStudioは、包括的なシステムのレンダリングと視覚化に使用されるAnsysソフトウェアパッケージであるSpeosで使用するためにOpticStudioで設計された光学システムの低次モデルを生成するための組み込みツールを提供します。ファイルタブにある[Speos Lens Systemへのエクスポート] (Export to Speos Lens System)ツールは、Speosに低次モデルとして読み込むことができる.OPTDistorionファイルを作成します。このようにして、カメラのレンズシステムを正確にシミュレートすることができます。この記事では、ツールの使用方法と、結果の出力ファイルを新しいSpeos環境にロードする方法について説明します。

Authored By Kevin Scales

ダウロード

記事の添付ファイル

はじめに

[Speos Lens Systemへのエクスポート] (Export to Speos Lens System) ツールは、[エクスポート] (Export) グループにあります。ツールの使用については、携帯電話レンズの例で説明します。また、出来上がったファイルをSpeosにロードすることで、完全なワークフローを例示します。

Speosは、.OPTDistortionファイルを使用して、複雑なレンズ設計を1組の光線変換で模倣します。この光線変換をSpeosの環境に入れることで、より大きなモデル環境でカメラレンズ設計の効果をモデル化することができます。Speosで使用可能なセンサータイプのうち、現在カメラセンサーがサポートされています。KBAの記事の 携帯電話のカメラレンズの設計パート1：光学系 で紹介されている携帯電話のカメラレンズは、偶数次非球面を使用したオリジナルの定式化に基づいて使用されるモデルですが、Speosやエクスポートツールではサポートされていないモデルガラスではなく実際のガラスを使用します。これは、Speosやエクスポートツールでサポートされていません。

セクション1では、OpticStudioツールを使用してOpticStudioをSpeosに変換するプロセスについて説明し、表示します。

セクション2では、結果の.OPTDistortionをSpeosにロードするプロセスについて説明し、表示します。この手順を実行するには、OpticStudioとSpeosの両方の有効なライセンスが必要です。

変換プロセスに関する質問は、サポートケースを開くことでZemaxサポートに問い合わせることができます。

Speos Lens System へのエクスポート

ツールを起動するボタンは、[ファイル] (Files) タブの[エクスポート] (Export) グループにあります。

「Cell Phone Camera.zar」という添付ファイルからファイルをロードします。カメラ付き電話レンズのモデルです。

エクスポータを起動すると、デフォルト入力を含む次のダイアログボックスが表示されます：

[サンプル点数] (#Sample Points)と [光線本数] (#of Rays) の値はデフォルト値で、ユーザは自由に変更できます。上の図は、サンプリングポイントの配置も示しています。一部の複雑なシステムでは、デフォルトの10ポイントでは不十分な場合があるため、パフォーマンスに識別可能な変化が見られないまでサンプリングを増やすことをお勧めします。[センサー幅] (Sensor Width) と [センサー高さ] (Sensor Height) のデフォルト値は、像面の [クリア半径] (Clear Semi-Diameter)にSqrt (2)を掛けた値に等しいレンズ単位で設定されます。ほとんどの場合、十分なカバー範囲を提供できる正方形のセンサーサイズの推定値です。

エクスポータを実行して出力を保存すると、ウィンドウに各瞳孔の位置について計算されたパラメータが表示されます。

[終了] (Exit) をクリックして終了します。[OK] をクリックすると、ツールが再度実行されます。

ツールは2つのファイルを作成します。そのうちの1つは、Speosに使用される.OPTDistortionファイルです。変換ツールのウィンドウ出力を複製するテキストファイルも、.OPTDistortionファイルと同じフォルダに書き込まれて保存されます。このファイルには、入力された光線と結果の出力に関する情報が含まれています。.OPTDistortionファイルの形式の詳細については、「Speosユーザーガイド」を参照してください。つまり、ファイルに関する情報を含むヘッダー、コメント行（現在は「コメント」という単語だけが出力されています）、そして光線方向と開始点の座標系タイプ、放射面のタイプなど、幾何学システムと物理学に関する情報が続きます。サンプリング情報が書き込まれます。最後に、ファイルの残りの部分には、個々の光線の方向、開始点、放射率、焦点距離、および放射面のデータ行が含まれています。これらの数量の詳細については、「Speosガイド」のSpeos Lens System を参照してください。

変換ツールは、レンズ系を反転するプロセスによって機能します。このプロセスでは、ファイルの一時コピーが作成され、すべての変数がエディタから自動的に削除され、[曲率半径] (Radius)、[厚み] (Thickness)、[クリア半径] (Clear Semi-Diameter)、および [機械的半径] (Mechanical Semi-Diameter) のすべての値が [固定] (Fixed) に設定されます。次に、[デザインの固定] (Design Lockdown) が実行され、入力を実際の製造に適した入力に設定します。反転処理に問題がある場合は、警告メッセージが表示され、計算が中断されます。この場合、「反転をスキップする」のチェックボックスを使用できます。ツールを実行する前に、システムを手動で反転する必要があります。このプロセスの詳細と説明については、[デザインの固定] (Design Lockdown)のヘルプページを参照してください。 

この時点で、最後から2番目の面の厚みが物体面 （面0）にコピーされ、[エレメントを反転] (Reverse Elements) ツールが面1から最後から2番目の面に変更され、最終的な像面が削除されます。変換プロセスでエラーが発生しなかった場合、システム要素が反転されます。視野においては、現在の設定が削除され、タイプが[物体高] (Object Height) に設定され、1つの視野がXで設定され、その値は前の視野の最大値に設定されます。物体面 （面 0）は、（まだ割り当てられていない場合）[グローバル座標基準面] (Global Coordinate Reference Surface)として割り当てられます。

[Speos Lens System へのエクスポート] (Export to Speos Lens System) はOpticStudioで比較的簡単に使用することができます。できあがった .OPTDistortion ファイルが正しく読み込まれ、正しく動作することを Speos で確認することができるようになりました。次のセクションでは、Speosに多少精通していることを前提としています。

Speos Lens SystemのSpeosへのロード

.OPTDistortionファイルは、SpeosソフトウェアパッケージのSpeos Lens Systemを定義します。レンズシステムはファイルです。記事の冒頭にある添付ファイルには、プロジェクトファイル「Speos Cell Phone Lens 1.scdocx」が含まれています。このファイルでは、いくつかの基本設定が事前に選択されています。Speosでは、.OPTDistortionファイルの使用方法を示す3つの手順があります。1つ目は、「Light Simulation」タブにあるカメラセンサーを作成することです。カメラの原点を設定した後、「Definition」 ウィンドウに「Axis System」、「Optics」、および「Sensor」の特性に関する情報が表示されます。カメラのDefinitionセクションでは、OPTDistortionファイルが使用されます。ファイルは、OpticsセクションのDistortionで選択する必要があります。パネルは次のようになります：

設定の一部はデフォルトです。Opticsセクションでは、OpticStudioの携帯電話レンズの設定から焦点距離とF値を取得します。この記事を執筆時点では、Speosの最新バージョンでは厳密には必要とされていません。同様に、最新バージョンではImager distanceはゼロに設定されています。

波長の関数としての透過率は、スペクトルファイルに含まれており、サンプルスペクトルTransmission.spectrumがこの記事の添付ファイルに含まれています。センサーは、赤、緑、青の3つの入力チャンネルに対する感度を備えています。これらの感度は.spectrumファイルでも処理され、サンプルファイルには次の3つがロードされています。これらの感度も.spectrumファイルで処理され、サンプルファイルには次の3つがロードされています：gaussian_red.spectrum、gaussian_green.spectrum、gaussian_blue.spectrumこれらの各オプションの詳細については、「Speos ユーザーガイド」を参照してください。

「Distortion」は、エクスポートツールが作成した.OPTDistortionファイルの名前が入ります。このファイルを含める場所になります。「Sensor」 データはユーザの好みによって選択されることがほとんどであり、このセクションでは表示されている値を使用します。‍値は自動的に入力されません。また、Speos Lens System ファイルにはこの情報が含まれていません。この例では、カメラのレンズに基づいて指定された幅と高さの値を指定し、ピクセル数はシステムの目的の解像度に対してユーザ定義されます。これらは、この例のユーザが考慮すべき4つのフィールドです。

次に、「Display」が作成され、ソースとして使用されます。表示オブジェクトは、「Light Simulation」タブにもあります。「Speos Cell Phone Lens 2.scdocx」ファイルには、この手順が含まれています。「Display」項目をダブルクリックすると、次のような「Display」定義パネルが表示されます：

カメラと同様に、一部の設定はデフォルト値です。XとY rangeは、ソース画像のサイズ（Test Pattern.png）に基づいて設定されます。OpticStudioの[物体面] (OBJECT) の [クリア半径] (Clear Semi-Diameter) では、このサイズを設定する方法がわかります。ここでは、600 mmと450 mmの値を使用しています。「Axis system」セクションでは、一方の方向が反転し、もう一方の方向が反転しないことに注意してください。これは、光源がカメラに向かって戻ってくるように方向を変えるためです。 

センサと光源は、シミュレーションを実行するために必要な最小限の物理オブジェクトです。残りのステップでは、シミュレーションの方法を定義します。再度、「Light Simulation」タブで、「Inverse Simulation」を選択する必要があります。

「Simulation」をダブルクリックして、「パスの長さ」や「パスの数」などのシミュレーションパラメータを定義します。前者にはTrue、後者にはFalseを選択し、続いて1分間の時間を選択します。

「Simulation」をダブルクリックすると、ツールガイドアイコンには、ソースとセンサーの両方を選択および検証するための項目が表示されます。これらを選択するまで、「Simulation」の準備は完了しておらず、「Simulation」にカーソルを合わせると、次のようなメッセージが表示されます。

ここで定義されているものを選択して検証するだけです。

添付ファイル「 Speos Cell Phone Lens 3.scdocx 」には、準備がすべて整っています。シミュレーションを実行するには、「Compute」アイコンをクリックします。シミュレーションが完了すると、計算されたファイルがシミュレーションツリーの下に表示されます。 

対象となるファイルは放射照度マップです。これはシミュレーションの下に表示されます。

出力されるレポートは以下のとおりです： 

これは像面の放射照度マップです。オリジナルのOpticStudioのシステムは、Speos Lens Systemでシミュレートされています。Speos では、エクスポート ツールの範囲を超える追加のイメージャ処理を追加できますが、ここでは説明しません。ユーザは画像解析などのOpticStudioのツールを実行して、シミュレーション画像がどのように表示されるかを比較することができます。

結論

Zemax OpticStudioとSpeosは、異なる環境下での光学モデリングと可視化の問題を扱うAnsysファミリーの光学ソフトウェアパッケージです。そのため、両ソフトウェア間でファイルを共有することで、両ソフトウェアのユーザが利用できるモデリング能力を向上させることができます。[Speos Lens Systemレンズシステムへのエクスポート] (Export to Speos Lens System) ツールを使用すると、OpticStudioを使用してSpeos用の光学系を作成し、より大きなシナリオでカメラをモデル化することができます。このツールが登場する前は、共通のフレームワークをつなぎ合わせるために外部のソフトウェアが必要でしたが、OpticStudioのユーザはこれらの入力を直接作成できるようになりました。