Case Study
「これまでさまざまな市販の光学設計ソフトウェアソリューションを使用してきましたが、初心者にとって一番習得しやすいのはAnsys Zemax OpticStudioだと考えています。つまり、大学での講義に最適ということです。学生たちが卒業して社会人になったときに、この経験を思い出し、仕事に活かしてくれるときが来ると信じています。」
— Nathan Hagen氏, 宇都宮大学 / 教授
宇都宮大学のNathan Hagen教授は、光工学の修士課程に在籍する学生を対象に、市販されているソフトウェアを使用したレンズの光学設計技法を導入しています。クラスは、収差理論と実践的な設計技法に関する講義で構成され、ソフトウェアの使用方法の説明と、それを応用した基本的なレンズ設計への取り組みが行われています。この取り組みは、学生が光学設計について、どんなソフトウェアを使用でき、
それがどのような使い勝手で何ができるのかを理解できるように手助けすることを目指しています。教授は、講義を通して学生たちが将来仕事の支えになるような経験を積み、光学設計業務に活かしてくれることを期待しています。
課題
宇都宮大学の学生たちは、在学中に光学設計を習得するための時間を確保しなくてはなりません。日本では、この種のトレーニングは、卒業後、入社してから大規模な社内トレーニングプログラムとして行われるのが一般的です。
Hagen教授自身の場合は、状況がまったく異なり、最初のレンズ設計コースの受講前に大学院生として光学設計に関する4つの講座を修了し、そのために毎週約12時間（学期あたり180時間）を費やさなければなりませんでした。それでも、一人前の設計者になるには、この最初のトレーニング後もさらに継続した学習が必要でした。その経験が、自身の知識を学生たちに伝えるというHagen教授の活動につながっています。
教授となってからは、一連の設計原理に学生を触れさせるための包括的な光学設計コースに自身の知識を生かしてきました。
教育的ソリューション
学期を通して、Hagen教授は、基礎となる多くの光学設計原理について説明し、そして確実に理解させるために、Ansys Zemax OpticStudioを使用しています。90分の講義の前半は座学で、その後にOpticStudioを使用した実習を行います。この後半45分間で、学生は、ソフトウェアを開き、講義で示されたとおりに一連の手順を実行してみるように指示されます。学生がつまずいた場合は手助けをしながら指導を続けていきます。各講義の後には、ソフトウェアを使ってさらに基本的な光学設計を行うという課題が与えられます。この講義パターンを学期にわたって繰り返すことで、シミュレーション駆動型環境での光学設計原理の知識が積み重ねられ、強化されていきます。
宇都宮大学工学部の教授であり、幾何光学、放射測定、および光学系設計のコースを指導している Nathan Hagen氏
宇都宮大学構内のオプティクス教育研究センター
ベネフィット
- Hagen教授は、Ansysの光学シミュレーションソフトウェアを講義に導入することにより、学生たちが講義で聞いた内容と仮想環境で達成できる基本的なレンズ設計を意味のある役立つ形で結び付けられるように支援しています。その指導により、学生たちのより深い理解と知識定着を促進しています。
- 学生たちはOpticStudioを使用した課題を通して、シングレットレンズ／瞳の瞳位置／レンズ半径の最適化、対称ダブレットへのフィールドフラットナーレンズの追加、シングレットからアクロマティックダブレットへの変換によるさらなる最適化などのトピックに触れることができます。
- 教室での講義に基づいて定期的に与えられる課題により、学生たちは、光学シミュレーションを使用して基本的な光学設計に取り組む実経験をさらに積むことができます。
- ライセンスサーバーの設定により、学期終了までの期間、学生は構内のどこからでも時間を問わずOpticStudioにアクセスできるため、各自の課題に余裕をもって取り組むことができます。
- 教室外での研究プロジェクトを支援するため、要望に応じて追加のOpticStudioソフトウェアライセンスが学生に提供されることもあります。
- こうしたトレーニングのほとんどは、通常卒業後に企業で実施されますが、Hagen教授は、学生時代にOpticStudioを使用した実践的経験が将来、卒業生の成功に寄与することを期待しています。
宇都宮大学で大学院生に光学に関する講義を行う様子
このAnsys Zemax OpticStudioでのレンズの レンダリングは、レンズ設計クラスの課題として 学生に与えられたものであり、 学生たちには対称ダブレットレンズを作成した後、フィールドフラットナーレンズを追加して 像面湾曲を低減することが求められた。 上記は加工前のペッツバールレンズ。