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課程三十一：超消色差本課將探索 SYNOPSYS 的一個獨特功能，當您需要出色的色差校正時，它可以提供幫助，甚至比復消色差更好。假設您正在設計一個在 0.4 到 0.9 微米范圍內使用的鏡頭。你能用復消色差嗎？讓我們來看看。這是一個初始結構的 RLE 文件，除了最后一個表面外，所有表面都是平的，這將為我們提供一個 6 英寸孔徑 F / 8 望遠鏡物鏡。

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。

4.超表面對傳統光學系統的革新與設計難題傳統光學系統通常由多個分立組件構成，例如消色差透鏡組需通過多個折射組件的組合實現色差校正，這類系統不僅體積龐大，還需對各組件進行單獨安裝與精準對準，增加了系統設計與制備的復雜度。

色差的矯正只能依靠材料，哪怕是雙膠合消色差物鏡，消色差的原理仍然是材料，低折射率高阿貝數的冕牌玻璃和高折射率低阿貝數的火石玻璃就可以矯正色差，對于復雜的系統，一般會用錘形優化來替換玻璃材料，優化方法我們后續講到。來源：瑞雪紛飛光學

-平面透鏡的薄型輪廓可能為減少透鏡表面之間的間距提供更多選擇。-平面透鏡的制造方法與傳統透鏡不同，這在特定情況下可能帶來優勢。-平面透鏡可能為可切換透鏡提供新的機會。-用平面表面替換厚透鏡表面會改變系統中的像差動態，這可能會根據具體情況增強像差校正的可能性。-使用具有強烈且相反色差的衍射透鏡來抵消光滑透鏡表面的色差，是這種潛力的一個充分記錄的實例。

-平面透鏡的薄型輪廓可能為減少透鏡表面之間的間距提供更多選擇。-平面透鏡的制造方法與傳統透鏡不同，這在特定情況下可能帶來優勢。-平面透鏡可能為可切換透鏡提供新的機會。-用平面表面替換厚透鏡表面會改變系統中的像差動態，這可能會根據具體情況增強像差校正的可能性。-使用具有強烈且相反色差的衍射透鏡來抵消光滑透鏡表面的色差，是這種潛力的一個充分記錄的實例。

物光路徑利用物鏡和消色差雙合透鏡（L1）對超透鏡成像，參考光則通過調節透鏡 L2 在 x 方向的位置，以特定角度入射至 CCD，實現離軸干涉。為優化干涉圖案重疊效果，還利用透鏡 L2 和 L3 對參考光束進行擴展。針對不同偏振態入射光響應的測量需求，光路中加入半波片、圓偏振片和檢偏器。該裝置相位測量精度達 0.05rad（<3°），展現出良好的性能。

消色差透鏡 2. 分束器 3. 自由空間傳播 4. 帶樣本的反射鏡 5. 參考鏡 6.

因此，需要為系統中的每個元素建立一個合適的模型，在精度和速度之間取得良好的平衡：1.消色差透鏡2.分束器3.自由空間傳播4.帶樣本的反射鏡5.參考鏡6.探測器交互式建模技術：消色差透鏡 消色差透鏡現有的建模技術與曲面的相互作用： 有兩種建模技術可用于計算與表面的相互作用。

由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。

圖1.單透鏡初始數據在對系統零部件根據、、C求解初始結構參數時，首先還要根據其、、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡。總之，最后都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設計計算在光學系統初始結構設計過程中十分重要。雙膠合透鏡是由兩片不同光學材料的膠合在一起的光學透鏡結構形式。

圖1.單透鏡初始數據在對系統零部件根據、、C求解初始結構參數時，首先還要根據其、、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡。總之，最后都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設計計算在光學系統初始結構設計過程中十分重要。雙膠合透鏡是由兩片不同光學材料的膠合在一起的光學透鏡結構形式。

圖1.單透鏡初始數據 在對系統零部件根據 、C求解初始結構參數時，首先還要根據其 、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡。總之，最后都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設計計算在光學系統初始結構設計過程中十分重要。 雙膠合透鏡是由兩片不同光學材料的膠合在一起的光學透鏡結構形式。

此外，超透鏡還可以使用大規模生產半導體芯片所用的工藝和設備來制造。超透鏡還可以聚焦或過濾特定顏色或波長，從而顯著減少色差。得益于這些優勢，超透鏡有望在許多應用中替代傳統折射透鏡，包括增強現實眼鏡中的投影系統，用于內窺鏡的纖薄緊湊型雙向成像/投影透鏡，以及手機和無人機中的成像攝像頭。Ansys Lumerical FDTD軟件中的超透鏡仿真。

圖1.單透鏡初始數據 在對系統零部件根據 、C求解初始結構參數時，首先還要根據其 、C的負擔選取零部件結構形式，比如是單透鏡，還是膠合透鏡，還是多片復合透鏡。總之，最后都落實到單透鏡或雙膠合透鏡上，對于消色差系統，特別多的還是雙膠合透鏡上。因此，雙膠合透鏡的設計計算在光學系統初始結構設計過程中十分重要。雙膠合透鏡是由兩片不同光學材料的膠合在一起的光學透鏡結構形式。

超消色差的理論適用于薄透鏡，并且這些薄透鏡不是很薄。回到DSEARCH的結果，這一次要求GSEARCH從Schott目錄中找到相應玻璃，與目前的玻璃相差不遠。

消色差混合目鏡的建模 具有折射和衍射表面的混合光學透鏡已被證明有許多應用。作為一個案例，我們展示了一個此種結構的混合目鏡，即包括折射和衍射表面。案例重點分析了如何利用衍射光學的色散特性來校正色差。

總結綜上所述，本研究成果成功開發的三維動態調焦超構元件，突破了 AR 顯示技術發展的關鍵技術瓶頸，為下一代高性能、輕量化 AR 顯示技術發展指明了方向。未來，可圍繞超構元件的結構與材料優化、光學效率與視場角提升、多波長消色差設計開發，以及結合先進計算成像算法等方向展開深入研究，加速推動 AR 顯示技術向實用化、商品化方向邁進。

消色差雙合透鏡的參數優化 任務描述? 光源- 平面波：波長473nm，532nm和635nm? 元件- 光學界面系列（消色差雙合透鏡）：4個圓錐形界面? 探測器和分析器- 相機探測器- 光線追跡分析器- 焦距分析器 示意圖和光路圖 設置優化目標 ? 焦距分析器

由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。