復消色差物鏡
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-04-24
復消色差物鏡的實例教程
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
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 概述
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NCOP移除曲率求解
MSB預估公差程序
Mente-Carlo公差分析
Monte-Carlo公差分析直方圖
FAMC制造調整
MPL將公差轉化為元件圖紙
DWG帶有公差的裝配圖
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13章
二維圖
FETCH C12L2.RLE
NCOP移除曲率求解
在計算公差之前，必須先移除表面6上的曲率求解
在Command Window中輸入以下命令
CHG
6 NCOP
END
NCOP的意思是刪除所有的曲率拾取和求解
MSB預估公差程序
在Command Window中輸入命令MSB
選擇TOLERANCE選項
選擇W E選項
選中Prepare MC
點擊GO按鈕
MSB意思是Menu, Simple BTOL
BTOL意思是Budget TOLerance program
方差值
當計算已完成時，看Command Window最低行向 上一點的部分，如下圖所示：
軸上像的方差為0.05，如箭頭所示，是一個相當 大的值，視場邊緣的方差幾乎也是這個值，但我 們并不是很關心這。
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
展開 運行MACro（C35M1），模擬退火 （50,2,50）
GSEARCH準備
色差校正是一項大挑戰，下一步是找到一些有可能制造寬光譜的玻璃。 我們將通過兩種方式做到這 一點：首先使用超消色差理論，然后通過讓 GSEARCH 自動發現玻璃的組合。 保存此版本，以便后 面可以再次調用： STORE 1 接下來，創建兩個文件。第一個是一個普通的優化文件。使用 DSEARCH 創建的宏，只需稍微編輯 一下:如果任何組合最初都不追跡(很可能追跡)，請優化程序運行自動 ray-failure 修復例程(C35M2); 折射率的大變化會使光線向不同的方向發射，從而導致失敗):
GSEARCH優化
將C35M2使用名稱 GSOPT.MAC 保存，然后創建第二個 MACro（C35M3），優化 GSEARCH ，經過優化和模擬退火后
進一步優化
這是一個相當不錯的設計，因為超消色差理論只適用于超薄透鏡，而這些透鏡顯然并不薄 。看看如果 GSEARCH 自己找到玻璃會發生什么。 回到您保存的版本，然后編輯您的 MACro，以便 GSEARCH 搜索光明玻璃庫中三個玻璃最接近的組合，而不是我們在上面 選擇的三個玻璃的組合（注意 SKIP 指令，它忽略了 EOS 命令行的輸入; 使用NEAREST 選項時，USE 指令不適用）：
精簡刪除鏡片
結果更好。GSEARCH不使用薄透鏡假設，而使用超消色差理論的數值方法。 這 種方法可以超越傳統的技術方法。 這款鏡頭基本上是完美的。 但是：我們可以用更少的透鏡來實現嗎？ 使用自動 透鏡刪除功能很容易找到可以被刪除的透鏡。
展開 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。
在德國PETRA III同步輻射P06光束線上進行的X射線掃描透射顯微成像和疊層成像測量結果顯示，該透鏡系統在7至12 keV的X射線能量范圍內表現出極佳的消色差性能，見圖3。
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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。
共聚焦顯微鏡搭配50×、100×高數值孔徑的APO復消色差物鏡。在測量時由于其基于鏡頭焦深的原理不會受到樣件本身輕微抖動的影響，同時高倍APO物鏡所具有的大角度測量能力搭配儀器自身納米級的掃描分辨率，能夠輕松實現透明表面微結構的3D圖像重建和輪廓尺寸的高精度測量，在下述視頻中可直觀的了解光學膜片表面微結構的測量過程。
作者：周倩葦
衍射透鏡和折射透鏡在X射線分析和高分辨率X射線顯微系統中廣泛應用。然而這兩種透鏡的高色散特性導致不同波長的X射線焦點位置不同，從而造成成像時的色差問題，成像質量大打折扣。因此，利用衍射或折射透鏡的X射線顯微成像系統通常使用高度單色性的光來避免色差現象
概述
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NCOP移除曲率求解
MSB預估公差程序
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參考Donald Dilworth《Lens
概述
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Glass Table玻璃庫的Graph功能
N-SK4玻璃特性
N-BAK2玻璃特性
尋找更好的玻璃分配給表面1
優化
離焦-波長曲線
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參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and
最快的優化算法
SYNOPSYS?光學設計軟件
概述
我們將進行一項高級的鏡頭設計任務，該任務將利用您在 前幾章中學到的許多強大工具。
鏡頭要求在0.38-0.9μm 的波長范圍內工作，鏡頭F/#為0.714。 其他要求： 1. 物距無限遠，0.8
