消色差技術的案例
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。
展開 SYNOPSYS?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?。环粗橘|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 Light | 復消色差X射線聚焦
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，其代價則是大量的X射線被浪費。
在可見光領域，消色差透鏡的使用已有百年之久，通過兩種色散力不同的玻璃并滿足相應的曲率條件的雙透鏡來實現。而在X射線領域，大部分物質對X射線的色散力差異極小，同樣的方法并不適用。
21世紀初，研究者提出一種新型的解決方案，將折射透鏡和衍射透鏡組合在一起，利用兩種類型透鏡色散力的顯著差異達成消色差的條件。然而，囿于制造技術水平的限制，這種解決方案的設計僅限于理論階段。
近年來，微納制造技術快速發展，基于雙光子聚合的3D打印技術日趨成熟，使適用于該系統的高數值孔徑的復合折射透鏡的制造成為可能。
近日，瑞士保羅謝爾研究所的Umut T. Sanli、齊鵬，巴塞爾大學的Griffin Rodgers和德國電子同步加速器研究所（DESY）的Jan Garrevoet等研究人員以 “Apochromatic X-ray focusing（復消色差X射線聚焦）”為題在Light: Science & Applications發表研究論文。
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。
展開 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建模可以基于期望的波前相位響應或者考慮實際的衍射表面結構（以連續或量化的方式）進行。
1. 摘要
每天一例 | 超消色差透鏡
最快的優化算法
SYNOPSYS?光學設計軟件
概述
? 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
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34章
二維圖
? FETCH C34L1
MSW光譜向導
? MSW ；
? 按圖中 箭頭處設置 ；
? 在0.40.9μm 范圍內選擇 10個 波長。
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)。
展開 SYNOPSYS?光學設計軟件--復消色差物鏡的公差設計
（注：更多數學、光學方面的技術文章，請搜索并關注“武漢墨光”微信公眾號）
每天一例 | 寬光譜超消色差顯微鏡物鏡
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 ?？纯慈绻?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 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建?？梢曰谄谕牟ㄇ跋辔豁憫蛘呖紤]實際的衍射表面結構（以連續或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術
10.
展開 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建?？梢曰谄谕牟ㄇ跋辔豁憫蛘呖紤]實際的衍射表面結構（以連續或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]? 配置衍射透鏡? 參數運行的配置- Usage of the Parameter Run Document [使用案例
] 9. VirtualLab Fusion 技術
10.
展開 VirtualLab 利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建?？梢曰谄谕牟ㄇ跋辔豁憫蛘呖紤]實際的衍射表面結構（以連續或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術
10.
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程三十一：超消色差
為什么曲線在右端不會再上升，就像一個真正的超消色差設計?這個程序在評價函數中平衡了一切，而不僅僅是軸向色差，少量的色球差使它稍微偏離。不過，這是一個很好的鏡頭!
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SYNOPSYS?光學設計軟件--復消色差透鏡
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?？梢酝ㄟ^玻璃庫顯示 輕松選擇它們。本例講述了如何在玻璃庫中找到更好的玻璃分配給透鏡表面并優化。
（注：更多光學、數學方面的技術性文章，請搜索并關注“武漢墨光”微信公眾號）
VirtualLab Fusion利用衍射表面消色差的混合目鏡建模
在此案例中，我們將演示混合目鏡的一個例子，其中利用衍射透鏡表面對色差進行了校正。由ZemaxOpticStudio?進行初始化設計，并導入VirtualLab Fusion進行進一步研究。建?？梢曰谄谕牟ㄇ跋辔豁憫蛘呖紤]實際的衍射表面結構（以連續或量化的方式）進行。
2. 設計與建模任務
基于波前相位響應的分析
1. 軸上情況：光線追跡分析
2. 軸上情況：場追跡分析
3. 離軸情況：光線追跡分析
4. 離軸情況：場追跡分析
基于實際表面結構進行分析
1. 衍射透鏡結構的設計
2. 近軸情況：想要的與不想要的衍射級次
3. 量化衍射透鏡結構的可視化
4. 近軸情況：不同量化的方案
5. 離軸情況：想要的與不想要的衍射級次
6. 近軸情況：不同量化的方案
7. VirtualLab Fusion一瞥
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 從Zemax OpticStudio?中導入光學系統
- Import Optical Systems from Zemax [使用案例]
? 配置衍射透鏡
? 參數運行的配置
- Usage of the Parameter Run Document [使用案例]
9. VirtualLab Fusion 技術
10.
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
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