復消色差透鏡的案例
Light | 復消色差X射線聚焦
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 SYNOPSYS?光學設計軟件--復消色差透鏡
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 光學設計軟件---消色差透鏡
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。
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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 
SYNOPSYS?光學設計軟件--復消色差物鏡的公差設計
預估公差結果
拖動Command Window 的滑塊進度條，找到預估公差分析結果
結果非常糟糕
表面1和2的空氣間隔公 差是0.0016英寸
表面2和3的空氣間隔公 差是0.0049英寸，Vnumber的公差是0.054 ，偏心公差是0.00024
無法做出此公差的透鏡
公差靈敏度
THIRD SENS各參數含義見每天一例23-三階像差。
這個列表展示了各個平面對于各種像差的貢獻度及其導數的平方和。這里有一個概念就是如果這些參數很大，即使它們被其他的表面的貢 獻所補償了，但是系統會對微小的誤差非常的敏感，因為沒有辦法做的這么好。 SAT 的值，球差的總和為 8.363。
每天一例 | 超消色差透鏡
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。
歡迎加入SYNOPSYS光學設計QQ群965722997，共同探討，共同學習。
展開 VirtualLab Unity應用：遠攝型復消色差航拍物鏡
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、優化以及結果展示。
案例說明
VirtualLab Unity應用：遠攝型復消色差航拍物鏡
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、評價函數定義、優化以及結果展示。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
根據案例說明，可以選擇《近代光學系統設計概論》中提供的“AP-10”鏡頭作為初始系統的前組鏡頭，并且后組鏡頭應具備以下原則：
評價函數定義
優化
展開 每周更新三個課程 | SYNOPSYS?光學設計實例
以下是整個課程大綱：
課程大綱
第一課 課程概述
第二課 SYNOPSYS概述
第三課 符號法則和非球面
第四課 近軸光學
第五課 光闌和光瞳
第六課 玻璃和景觀物鏡
第七課 像差概述
第八課 求解和評價函數
第九課 透鏡拆分
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
第二十一課 目鏡設計
第二十二課 場鏡和光學窗口
第二十三課 反射鏡和校正板
第二十四課 對稱式消色差透鏡和漸暈
第二十五課 望遠鏡
第二十六課 離焦、像散和場曲
第二十七課
展開 為什么要使用 OpTaliX ?! ——實際案例(四）
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。
實際案例（四）- 12 干涉圖分析
可以從系統波前計算合成干涉圖，該系統模擬在干涉測試設置中獲得的結果。
考慮了光圈遮蓋（如圖所示）和漸暈。經過公差模擬，不僅可以獲得理論干涉圖，而且可以獲得實際制造系統的預期結果。
產生干涉圖的波前顯示在圖的右側。不包含在OpTaliX-LT中。
電話：13510388719
郵箱：market@union-optics.com
網址：www.union-optics.com
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展開 線上課程 | SYNOPSYS? 成像設計基礎入門中文版課程招生中...
8月13日 下午（14:00-17:00）
光學成像的計算以及評估
點列圖
光線像差
衍射分析和 MTF 分析
非球面的使用和波前差分析
施密特-卡塞格林望遠鏡的實例
邊緣的定義
近紅外復消色差透鏡
鬼像分析
公差分析
問題解答
培訓詳情
主辦單位：
武漢墨光科技有限公司
主講人員：武漢墨光資深光學設計師
開課時間：2021/8/12 下午(14:00—17:00) 2021/8/13 下午(14:00—17:00)共計（1天）
培訓地點
展開 
OpTaliX 幾何分析能力
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。
透射率也可以針對波長或視場作圖。
聯合光學科技有限公司是一家專業的光學產品與軟件研發、銷售及技術咨詢服務的公司。涉及領域包括幾何光學，物理光學等方面的模擬和仿真，已蛻變為一家國際化的高科技專業技術服務公司。為廣大客戶提供全方位的光學軟件產品服務和專業化的軟件課程培訓。
聯合光學
技術交流
長按識別二維碼
展開 OpTaliX | 衍射分析能力
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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OpTaliX | 幾何分析能力
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。
透射率也可以針對波長或視場作圖。
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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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