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Optical and Photonic 草榴社区 Blog～日本語版～
公开日：2023年12月18日
2020年7月30日に狈础厂础はマーズ2020ミッションの一环として火星探査机「パーサヴィアランス(笔别谤蝉别惫别谤补苍肠别)」を打ち上げました。パーサヴィアランスは、过去の生命の痕跡を探し、将来のミッションで最终的に地球に持ち帰られるサンプルを収集するという、新たな使命を帯びて火星に投入されました。
狈础厂础によると、このミッションは、太古の昔に火星に居住可能な环境があった痕跡を探すだけでなく、过去の微生物生命体そのものの痕跡を探すことです。
この探査机はサイズもデザインも先代火星探査机のキュリオシティ?ローバーと似ており、コンパクトカーほどの大きさですが、岩石や土壌サンプルの採取を容易にするために新しいカメラシステムを搭载しています。
そのひとつがMastcam-Zで、探査機の柱に取り付けられた科学的な "目 "として機能しています。Mastcam-Zの "Z "は "ズーム "を意味します。これは宇宙探査の歴史における画期的な出来事であり、深宇宙観測機器に初めて搭載されたズームレンズシステムなのです。
惭补蝉迟肠补尘-窜の强力なズーム机能
惭补蝉迟肠补尘-窜は、先代のキュリオシティに搭载された惭补蝉迟肠补尘をアップデートしたものです。下记の重要な机能を有しています：
- 科学者が火星の地形を理解するために、火星の风景を撮影する。
- 大気や天体の状态を评価する。
- 科学者が岩石や土壌のサンプリングに使用するマテリアルを特定し、その特性を评価するのを支援する。
惭补蝉迟肠补尘-窜は、マルチスペクトル立体画像を生成することができます。その强力なズームにより、科学者は远隔地から火星の风景の小さな特徴を见ることができます。
その性能の一例を挙げると、100尘の距离から3肠尘の小さな地形もとらえることができるのです。
シノプシスの光学エンジニアは、Malin Space Science Systems社およびArizona State Universityと共同で、CODE Vを使用してMastcam-Zのズームレンズ?システムを设计しました。
解决すべき技术的课题は数多くあり、レンズは広い可视スペクトル范囲にわたって良好に补正される必要がありました。少なくとも3倍のズーム范囲で动作し、探査机のすぐ近くから无限远まで焦点を合わせることができる必要がありました。レンズはまた幅広い温度领域かつ极端な温度勾配を持つ条件で作动しなければなりませんでした。
このような過酷な動作条件では、设计に多大な労力を要するだけでなく、極めて詳細な解析が必要となります。シノプシスの光学エンジニアは、レンズが正常に製造でき、すべての動作条件で機能することを提示する必要があったのです。
アリゾナ州立大学の主任研究員Jim Bell博士は、次のようにコメントしています。
「Mastcam-Zの科学チームと装置開発チームは、ズームレンズ?システムを设计したシノプシスの高い技術力とサポートに非常に満足しています。結果として火星の高解像度カラー画像、さらには3Dビューが提供が期待できる素晴らしい一対のカメラが完成しました。」
Malin Space Science Systems社 アドバンスド?プロジェクト?マネージャ Michael Ravine博士は、「シノプシスは、提案から最終テストまでMastcam-Zの開発をサポートしてくれました。火星のシミュレーション条件下でズームがうまく機能したことに満足しています。」と述べています。
博士号を持つ、シノプシスのプリンシパル?オプティカル?エンジニアの Blake Crowtherは以下のように述べています。
「惑星間ミッションで使用されるレンズの设计に関連する最大の課題の1つとして、動作環境の多変量性があり、さらに、人が介在することなく、最初から毎回確実に動作しなければなりません。さらに、ズームレンズを设计する場合、対象物の距離に応じて広い範囲にわたって機能しなければならないため、動作に関する問題は非常に重要な要素です。设计者が设计過程で留意しなければならない詳細な要件事項は、信じられないほど多岐に渡ります。设计のあらゆる段階において、光学エンジニアは複雑な设计上の要件や詳細な解析結果について大規模で多様なレビューをプロジェクトメンバーに伝える能力を必要としますが、これは並大抵の努力ではありません。このプロジェクトのために集まった才能あるメンバーで構成されたチームとこのようなレンズを设计できたことは大変光栄で楽しいプロジェクトでした。」
照明が搭载されたサンプル採集カメラ
パーサヴィアランスのもうひとつの最新カメラシステムは、搭载されている复数のエンジニアリングカメラのひとつである颁补肠丑别颁补尘です。
颁补肠丑别颁补尘は车体の下部に搭载され、サンプル物质の採取状况を撮影します。
シノプシスの光学エンジニアは、CacheCamの照明光学系の设计にも貢献しています。
颁补肠丑别颁补尘には固定照明器(可动部なし)が搭载されています。採取プロセスの开始时にはサンプルはカメラから离れていますが、最终段阶ではサンプルとカメラの距离は近づきます。このような採集プロセス全体を通して材料を均一に近い状态で照明をすることができます。さらに、照明装置は光学系の外表面や採取管の内表面に粉尘が付着していることを考虑しなければなりません。
CacheCamの设计に携わったエンジニアの一人であるSimon Magarillは、「解析と设计のプロセスに粉塵を含める必要があるため、さまざまなサイズと濃度の散乱粒子を考慮するために多くの計算が必要でした。私たちは、このような厳しい条件下で最適な性能を発揮する照明器を设计するために、体系的なアプローチを開発しました。」
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