宽光谱超消色差显微镜物镜

opticsV

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概述
我们将进行一项高级的镜头设计任务。
镜头要求在0.38-0.9μm 的波长范围内工作，镜头F/#为0.714。其他要求：
1. 物距无限远，0.8 度半场，1.26 毫米半孔径。
2. 光谱范围0.38 - 0.9 微米。
3. F/number 0.714。
4. 总长小于25 毫米。
5. 畸变校正良好。
6. 像方远心。
7. 没有羽状边缘，中心厚度不超过 8 毫米。

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参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第35章

Dsearch优化
我们预估要达到设计要求，可能需要十片透镜，但是想逐步增加透镜数量。 设DSEARCH 的输入，搜索八片透镜的结构。 这将为您提供一些潜在的初始结构，一旦知道进度的情况，就可以根据需要增加设置。 由于光谱范围很宽，因此请设定五个波长而不是设置常用的三个波长，以避免中间波长处的大焦点误差。运行MACro（C35M1），模拟退火（50,2,50）


GSEARCH准备
色差校正是一项大挑战，下一步是找到一些有可能制造宽光谱的玻璃。 我们将通过两种方式做到这一点：首先使用超消色差理论，然后通过让 GSEARCH 自动发现玻璃的组合。 保存此版本，以便后面可以再次调用： STORE 1
接下来，创建两个文件。第一个是一个普通的优化文件。使用 DSEARCH 创建的宏，只需稍微编辑一下:如果任何组合最初都不追迹(很可能追迹)，请优化程序运行自动 ray-failure 修复例程(C35M2);折射率的大变化会使光线向不同的方向发射，从而导致失败):


GSEARCH优化
将C35M2使用名称 GSOPT.MAC 保存，然后创建第二个 MACro（C35M3），优化GSEARCH ，经过优化和模拟退火后


进一步优化
这是一个相当不错的设计，因为超消色差理论只适用于超薄透镜，而这些透镜显然并不薄。看看如果 GSEARCH 自己找到玻璃会发生什么。 回到您保存的版本，然后编辑您的MACro，以便 GSEARCH 搜索光明玻璃库中三个玻璃最接近的组合，而不是我们在上面选择的三个玻璃的组合（注意 SKIP 指令，它忽略了 EOS 命令行的输入; 使用NEAREST 选项时，USE 指令不适用）：



精简删除镜片
结果更好。GSEARCH不使用薄透镜假设，而使用超消色差理论的数值方法。 这种方法可以超越传统的技术方法。
这款镜头基本上是完美的。 但是：我们可以用更少的透镜来实现吗？ 使用自动透镜删除功能很容易找到可以被删除的透镜。 使用模型玻璃返回您保存的版本，并在优化MACro (C35M2)的顶部添加一个新行：
AED 3 QUIET 1 16


MTF图
让我们看看 MTF 在这个视场的情况。 键入 MMF，选择“Multicolor”，然后单击“执行”。


后焦VS波长图
让我们看看后焦位置与波长的函数有多稳定。 输入 AI 句子
STEPS = 100
PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9


总结
我们还试着让DSEARCH 寻找一个七片式透镜组，而不是像上面那样找到一个八片式透镜组，然后用AED 删除一片透镜。很难预测在混乱的设计树中哪条路径会是最好的，而我们所能做的就是不断尝试。我们尝试了几种透镜，并将它们与 Ohara 玻璃库匹配。 还有其他我们可以尝试的事情。如果 7 片透镜的结果不够好，我们可以尝试自动插入透镜，添加一行命令
AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50
光学设计，是个灵活的过程，只有多去尝试不同的路径，才会更有可能设计出更好的设计出来。

感谢
ASDOPTICS -- Advanced Optical System Design
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