＜はじめに＞

「リバース エレメント」ツールは、光学系内の単一の要素または一連の要素を反転させるために使用します。
光学系全体を反転させる目的で作成されたツールではありませんが、簡単な手順を追加することでその目的にも使用できます。

＜システムを反転させるための準備＞

ZEMAX で光学系全体を反転させる方法のデモンストレーションについては、このトピックの最後のページに添付されている次のシーケンシャル ZEMAX ファイルをダウンロードしてください。

ファイル : Reverse_Start.ZMX

これは、典型的な無限共役のクック トリプレット写真対物システムです。

システムを反転させるための最初の手順は、反転したシステムでどのようなシステム アパーチュア定義を使用するかを検討することです。
可能であれば、システム アパーチュア定義を「Float By Stop Size」に変更します。
この定義が推奨されるのは、元のシステムと反転したシステムで同じシステム アパーチュア定義が使用可能なためです。
これが不可能な場合は、像空間から物体空間にシステム アパーチュア定義を変換する方法を考慮する必要があります (たとえば入射瞳径と射出瞳径を入れ替えるなど)。
この例では、「Float By Stop Size」で問題ありません。
これは、メニュー オプション [System] > [General] > [Aperture] で変更できます。



次に、近軸光線照準を有効にするのは良い考えです。
元のシステムに瞳孔収差がない場合でも、反転したシステムに瞳孔収差がないとは限りません。
光線照準は、メニュー オプション [System] > [General] > [Ray Aiming] で有効にできます。
この例では、次のように設定します。



ZEMAX で光線照準を使用する方法の詳細については、ZEMAX英語版ナレッジ ベースのトピック「光線照準の使用方法」http://www.zemax.com/kb/articles/11/1/How-to-use-Ray-Aiming/Page1.htmlを参照してください。
システムを反転したときに光学系のサイズが変化しないように、各面の半径を固定します。
これは、メイン メニュー オプション [Tools] > [Apertures] > [Convert Semi-Diameters to Circular Apertures] を使用して簡単に実行できます。

作業を続行する前に、反転したシステムでの視野点をどのように定義するかについても検討する必要があります。
そのためには、元のシステムの像面の各視野点から発する主光線の位置または入射角のいずれかが必要になります。
反転したシステムが物体空間内でフォーカルである場合、位置または入射角のいずれかのデータがあれば、角度またはオブジェクトの高度の定義を使用して視野点を指定することができます。
一方、反転したシステムが物体空間内でアフォーカルである場合、主光線の入射角データを使用し、角度を基にして視野を指定する必要があります。
位置と入射角のデータは光線追跡計算 (メニュー オプション [Analysis] > [Calculations] > [Ray Trace]) で求められます。
位置データは、スポット ダイアグラム分析 (主光線参照を使用) でも求めることができます。

この例では、反転したシステムは物体空間内でフォーカルであるため、像面の各視野点からの主光線の位置が利用できます。
[Spot Diagram] ウィンドウを開き、ボタン バーの [Spt] ボタンをクリックします。
次に、各視野点の像座標をメモします。



この例では、像座標は 0、12.419mm、および 18.137mm です。
これらは、反転したシステムのオブジェクトの高度の視野点定義で使用します。

＜システムの反転＞

次に、システム内のすべての光学表面を反転します。
これは、リバース エレメント ツール (メニュー オプション [Tools] > [Miscellaneous] > [Reverse Elements]) を使用して簡単に実行できます。
反転する面の範囲を指定するときに、物体の表面と像面を除くすべての表面を含めます。



次の手順は、元のシステムの性質によって異なります。

物体空間 　　　　　像空間 　　　　　　　厚さの変換方法
フォーカル 　　　　　フォーカル 　　　　物体の表面の厚さと像面の前にある面の厚さを交換
アフォーカル　　　　フォーカル 　　　　像面の前にある面の厚さを物体の表面にコピー
フォーカル 　　　　　アフォーカル 　　　物体の表面の厚さを像面の前にある面にコピー、物体の厚さを「Infinity」に設定
アフォーカル　　　　アフォーカル 　　　変更の必要なし

この例では、元のシステムは物体空間内でアフォーカルであり、像空間内ではフォーカルです。
よって、像面の前にある面の厚さを物体の表面にコピーします。



次のようになります。



次に、[General] ダイアログの [Aperture] タブにある [Afocal Image Space] チェック ボックスの変更が必要な場合があります。
元のシステムが像空間内でアフォーカルである場合は、このボックスのチェックをはずします。
一方、元のシステムが像空間内でフォーカルである場合は (この例ではそのようになっています)、このボックスをチェックします。

同様に、[General] ダイアログの [Aperture] タブにある [Telecentric Object Space] チェック ボックスの変更が必要な場合もあります。
元のシステムが像空間内でテレセントリックである場合は、このボックスをチェックします。
一方、元のシステムが像空間内でテレセントリックでない場合は (この例ではそのようになっています)、このボックスのチェックをはずします。



最後に、先に述べたように視野定義を変換する必要があります。
元のシステムは物体空間内でアフォーカルであり、像空間内でフォーカルなので、元の主光線の像座標を使用して反転したシステムの視野点をオブジェクトの高度として設定します。



ここで新しいレイアウト ウィンドウを開くと、反転された光学系が表示されます。

＜まとめ＞

本来の目的とは違いますが、ZEMAX の「リバース エレメント」ツールは光学系全体を反転させるのに非常に役立ちます。
このツールと簡単な手順を組み合わせることで、光学系を簡単に反転させることができます。