復消色差聚焦的案例
Light | 復消色差X射線聚焦
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(shù)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(tǒng)。實驗顯示，該復消色差透鏡在7 keV到12 keV的能量范圍內(nèi)表現(xiàn)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(fā)的復消色差X射線透鏡系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)在7至12 keV的X射線能量范圍內(nèi)表現(xiàn)出極佳的消色差性能，見圖3。
展開 SYNOPSYS?光學設計軟件--復消色差物鏡的公差設計
概述
（注更多數(shù)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）
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(diào)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
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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(wěn)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(shù)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(yōu)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 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(xiàn)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(yōu)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(tǒng)建立、像質(zhì)分析、評價函數(shù)定義、優(yōu)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(xiàn)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(yōu)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(tǒng)建立、像質(zhì)分析、評價函數(shù)定義、優(yōu)化以及結果展示。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質(zhì)，系統(tǒng)規(guī)格、額外系統(tǒng)限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優(yōu)化后系統(tǒng)的3D光線追跡視圖
初始系統(tǒng)生成
根據(jù)案例說明，可以選擇《近代光學系統(tǒng)設計概論》中提供的“AP-10”鏡頭作為初始系統(tǒng)的前組鏡頭，并且后組鏡頭應具備以下原則：
評價函數(shù)定義
優(yōu)化
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