復消色差透鏡
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-04-24
復消色差透鏡的實例教程
消色差(achromatic)透鏡由具有不同色散能力的兩個透鏡組成，可將兩個不同波長的光聚焦到同一點，從而在一定波長范圍內達到消色差效果。
復消色差(apochromatic) 透鏡可以認為是消色差透鏡的改進版，色偏移曲線是三次方程，可將三個不同波長的光聚焦到一點，使消色差的波長范圍提升數倍，見圖1。
圖1：X射線復消色差聚焦原理：折射透鏡和菲涅爾波帶片以特定間隔前后放置，色差相互糾正，三種不同的能量/波長的X射線可同時聚焦于點F。
在可見光領域，消色差和復消色差透鏡存在已有百年之久。而在X射線領域，直到2022年世界上首個消色差透鏡才剛剛問世。本文報道了該研究團隊在消色差透鏡的工作基礎上，使用滿足特殊條件的菲涅爾波帶片 (FZP) 和復合折射透鏡 (CRL)，成功研制的世界上首個X射線復消色差透鏡系統。實驗顯示，該復消色差透鏡在7 keV到12 keV的能量范圍內表現出良好的消色差效果，相比消色差透鏡，消色差范圍提高了四倍，可以更廣泛地應用于折射和衍射透鏡的色差校正。
該研究開發的復消色差X射線透鏡系統由兩個相互獨立的光學元件組成：一個是雙光子聚合3D打印技術制造的復合折射透鏡，另一個是通過電子束光刻和金電鍍制造的菲涅爾波帶片，見圖2。
圖2. X射線復消色差透鏡的組成部分。a）3D打印的發散型CRL置于250納米厚的氮化硅膜上的光學顯微鏡圖像；b）復合折射透鏡和c）45度視角的波帶片的掃描電子顯微鏡圖像；d）復合折射透鏡（左下角）與火柴棒的對比。
展開 消色差透鏡的理論表明選擇的三種玻璃不能在圖中 一條直線上，必須成三角形，面積越大越好。
N-SK4玻璃特性
點擊Properties按鈕
N-SK4玻璃不是那么穩定：濕度等級為 3，酸敏 感度為 5。
尋找更好的玻璃
關閉Properties窗口，再次點擊Graph按鈕。
點擊Acid Sensitivity和OK按鈕。
點擊 按鈕放大數字1的綠色圓圈。
點擊Full Name選項 。
紅垂直線表示酸敏感度，N-SK4的這條線很 長，因為這種玻璃不耐用，左邊的N-BAK2 沒有線。
N-BAK2玻璃特性
點擊N-BAK2的紅色圓圈
點擊Properties
N-BAK2的酸敏感度為1，耐濕性更好，價格更低
N-BAK2分配給表面1
在Surface框中輸入表面編號1 ，
點擊\Apply/按鈕，
點擊Spots Only選項，
點擊Graph，選擇No Graph，點擊OK。
優化
點擊Open MACro按鈕，
打開C12M1.MAC，點擊Open按鈕，
點擊Run按鈕 。
離焦-波長曲線
在Command Window中輸入如下命令行 – CHG – NOP – END – PLOT DELF FOR WL = .45 TO .65，
NOP意思是刪除所有的透鏡拾取和求解，
DELF意思是近軸離焦，離焦約0.0026英寸，
w L意思是波長，波長范圍為0.45-0.65μm，
為什么不繪制后焦距-波長圖呢？因為當用NOP指令刪除所有求解，后焦距是固定的，但是近軸離焦是隨波長改變的。
總結
本例介紹如何設計具有比使用簡單雙合透鏡更好 的色差校正的鏡頭，它的要點是，必須使用滿足 某些特性的三種不同玻璃。
展開 SYNOPSYS 消色差透鏡
概述
? 如何添加元件
? 如何在Worksheet中修改表面
? 如何優化
? 評價函數的選擇
? 優化命令的含義
? 優化中心厚度
? 自定義命令字符
? 玻璃庫菜單(MGT)? 保存
設置工作目錄
選擇擇Dbook 工作目錄
打開編輯器
在Command Window中輸入以下命令EE 這條命令將打開Excellent Editor, 如下所示
二維圖
FETCH C5L1,點擊SketchPAD按鈕
顯示二維圖
添加元件
點擊checkpoint 按鈕 設定還原點，以便得不到理想結果時，點擊 可返回到還原點、點擊worksheet 按鈕 執行以下命令、 點擊 “Insert Element” 按鈕 添加元件
修改表面3
點擊表面 3, 在WorkSheet中輸入以下命令 3 GLM 1.6 44
GLM的意思是用玻璃模型公式估計正常 玻璃的部分色散，1.6是玻璃折射率，44 是阿貝數或色散系數。
展開 SYNOPSYS?消色差透鏡
概述
如何添加元件
如何在Worksheet中修改表面
如何優化
評價函數的選擇
優化命令的含義
優化中心厚度
自定義命令字符
玻璃庫菜單(MGT)
保存透鏡
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第6章
打開編輯器
在Command Window中輸入以下命令EE
這條命令將打開Excellent Editor, 如下所示
二維圖
FETCH C5L1
點擊SketchPAD按鈕 顯示二維圖
添加元件
點擊checkpoint 按鈕 設定還原點，以便得不到理想結果時，點擊 可返回到還原點。
點擊worksheet 按鈕 執行以下命令
點擊 “Insert Element” 按鈕 添加元件
點擊PAD上的單透鏡后面添加第二個元件
修改表面3
點擊表面3, 在WorkSheet中輸入以下命令 3 GLM 1.6 44。
GLM的意思是用玻璃模型公式估計正常玻璃的部分色散，1.6是玻璃折射率，44是阿貝數或色散系數。介質的折射率越大，色散越厲害，阿貝數越小；反之，介質的折射率越小，色散越不明顯，阿貝數越大。
點擊‘Update’ 按鈕
修改表面4
點擊表面4, 在WorkSheet中輸入以下命令 4 UMC -.125 YMT 。
UMC意思是角度求解，-.125是所需角度的tan值，也是1/(2FNUM)，所以F/number為4。
展開 確定10個波長的起始透鏡
優化
? 點擊 New MACro Window 按鈕 ：
LOG STO 9
PANT
VLIST RAD 1 2 3 4 5
VLIST TH ALL
VLIST GLM ALL
END
AANT
ACM .5 1 1
LUL 5 1 1 A TOTL
END
SNAP
SYNOPSYS 50
? 將光標放在 AANT 部分的LUL 和END命令之間的空白行，然 后單擊 按鈕。選擇Merit function 6，點擊Back to MACro editor。
? 將AEC改為AEC .1 .1 1 。
? 點擊Run按鈕 。
? 點擊 ，選中Free GLM，模 擬退火參數(50,2,50)。
優化后鏡頭
波長-離焦曲線
? 在Command Window中 輸入AEE ：
STORE 9
STEPS = 50
CHG
NOP
END
PLOT DELF FOR WAVL = .365 TO 0.9
GET 9
? NOP的意思是移除所有的求解和拾取。
? 點擊Run按鈕。
總結
本例講述了 MSW 光譜向導，波長-離焦曲線，FST 選擇玻璃組合，BFO 彎曲反轉優化。
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遠攝型復消色差航拍物鏡在航空攝影、遙感測繪及無人機航拍等高精度成像領域得到廣泛應用。憑借其遠攝光學結構與復消色差設計，該類鏡頭能夠在遠距離拍攝條件下實現卓越的空間分辨率和精確的色彩校正，同時兼具色差抑制能力強、成像清晰銳利及視場均勻性高等優勢。在本案例中，將通過設計一個典型的遠攝型復消色差航拍物鏡，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統建立、像質分析、評價函數定義
應用場景
遠攝型復消色差航拍物鏡在航空攝影、遙感測繪及無人機航拍等高精度成像領域得到廣泛應用。憑借其遠攝光學結構與復消色差設計，該類鏡頭能夠在遠距離拍攝條件下實現卓越的空間分辨率和精確的色彩校正，同時兼具色差抑制能力強、成像清晰銳利及視場均勻性高等優勢。在本案例中，將通過設計一個典型的遠攝型復消色差航拍物鏡，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統建立、像質分析、
該研究開發的復消色差X射線透鏡系統由兩個相互獨立的光學元件組成：一個是雙光子聚合3D打印技術制造的復合折射透鏡，另一個是通過電子束光刻和金電鍍制造的菲涅爾波帶片，見圖2。
圖2. X射線復消色差透鏡的組成部分。
左側的參數圖顯示了典型復消色差折射透鏡的斯特列爾比與波長的關系，每條曲線代表一個單獨的場點。藍色曲線在軸上，而紅色曲線在0.5 o的半場對角線上。
不包含在OpTaliX-LT中。
二級光譜
近軸焦點的縱向位置與波長的函數關系，此處顯示了合適的復消色差折射透鏡。
透射比與表面
顯示光學系統中每個表面對透射損耗的貢獻。為系統中定義的所有視場繪制。左圖顯示了具有13個透鏡（26個表面）的系統。每個表面對傳輸損耗的貢獻在4％到9％之間（取決于透鏡的折射率）。內透鏡鍍有抗反射涂層，而外透鏡則沒有。
左側的參數圖顯示了典型復消色差折射透鏡的斯特列爾比與波長的關系，每條曲線代表一個單獨的場點。藍色曲線在軸上，而紅色曲線在0.5 o的半場對角線上。
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近軸焦點的縱向位置與波長的函數關系，此處顯示了合適的復消色差折射透鏡。
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顯示光學系統中每個表面對透射損耗的貢獻。為系統中定義的所有視場繪制。左圖顯示了具有13個透鏡（26個表面）的系統。每個表面對傳輸損耗的貢獻在4％到9％之間（取決于透鏡的折射率）。內透鏡鍍有抗反射涂層，而外透鏡則沒有。
左側的參數圖顯示了典型復消色差折射透鏡的斯特列爾比與波長的關系，每條曲線代表一個單獨的場點。藍色曲線在軸上，而紅色曲線在0.5 o的半場對角線上。
不包含在OpTaliX-LT中。
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第十課 球差
第十一課 透鏡彎曲和像差平衡
第十二課 對稱和周視鏡頭
第十三課 彗差和像散
第十四課 場曲和平像場校正器
第十五課 畸變
第十六課 位置色差和消色差透鏡
第十七課 消色差透鏡的彎曲
第十八課 二級光譜
第十九課 大空氣間隔消色差透鏡和法式景觀物鏡
第二十課 復消色差透鏡
