習(xí)作二：雙鏡片 fcn_<Yh0W
你將學(xué)到：畫出layouts和field curvature plots,定義edge thickness solves, field angles等。 $WM8tF?H
一個(gè)雙鏡片是由兩片玻璃組成，通常黏在一起，所以他們有相同的curvature。藉著不同玻璃的dispersion性質(zhì)，the chromatic aberration可以矯正到first order所以剩下的chromatic aberration主要的貢獻(xiàn)為second order，于是我們可以期待在看chromatic focal shift plot圖時(shí)，應(yīng)該呈現(xiàn)出parabolic curve的曲線而非一條直線，此乃second order effect的結(jié)果（當(dāng)然其中variation的scale跟first order比起來必然小很多，應(yīng)該下降一個(gè)order）。 @s?oJpo
跟習(xí)作一一樣，我們?nèi)匀灰O(shè)計(jì)一個(gè)在光軸上成像，focal length為100mm的光學(xué)系統(tǒng)，只不過這次我們用兩塊玻璃來設(shè)計(jì)。 :!hk~#yvJ9
選用BK7和SF1兩種鏡片，wavelength和aperture如同習(xí)作一所設(shè)，既然是doublet，你只要在習(xí)作一的LDE上再加入一面鏡片即可。所以叫出習(xí)作一的LDE，在STO后再插入一個(gè)鏡片，標(biāo)示為2，或者你也可以在STO前在插入一面鏡片標(biāo)示為1，然后在該鏡片上的surface type上用滑鼠按一下，然后選擇Make Surface Stop，則此地一面鏡就變成STO的位置。在第一、第二面鏡片上的Glass項(xiàng)目鍵入BK7即SF1，因?yàn)樵贐K7和SF1之間并沒有空隙，所以此doublet為相黏的二鏡片，如果有空隙則需5面鏡因?yàn)樵贐K7和SF1間需插入另一鏡片，其glass type為air。 現(xiàn)在把STO旱地二面鏡的thickness都fixed為3，僅第3面鏡的thickness為100且設(shè)為variable，既然要最佳化，還是要設(shè)merit function，注意此時(shí)EFFL需設(shè)在第三面鏡上，因?yàn)榈?面鏡是光線在成像前穿過的最后一面鏡，又EFFL是以光學(xué)系統(tǒng)上的最后一塊鏡片上的principle plane的位置起算。其他的merit function設(shè)定就一切照舊。 fX$ 6;Ae
既然我們只是依習(xí)作一上的設(shè)計(jì)規(guī)范，只不過再加一面SF1鏡片而已，所以其他的merit function設(shè)定就一切照舊。現(xiàn)在執(zhí)行optimization，程序如同習(xí)作一，在optimization結(jié)束后，你再叫出Chromatic Focal Shift來看看，是否發(fā)現(xiàn)first order的chromatic aberration已經(jīng)被reduced，剩下的是second order chromatic aberration在主宰，所以圖形呈現(xiàn)出來的是一個(gè)parabolic curve，而且現(xiàn)在shift的大小為74 microns，先前習(xí)作一為1540 microns。 aH9L|BN*
再看其他的performance效果，叫出Ray aberration，此時(shí)maximum transverse ray aberration已由習(xí)作一的200 microns降至20 microns。而且3個(gè)不同波長通過原點(diǎn)的斜率大約一致，這告訴我們對每個(gè)wavelength的relative defocus為很小。再者，此斜率不為0(比較習(xí)作一Fig E1-2)，這告訴我們什么訊息呢？如果斜率為0，則在pupil coordinate原點(diǎn)附近作一些變動(dòng)則并不產(chǎn)生aberration代表defocus并不嚴(yán)重，而aberration產(chǎn)生的主要因素為spherical aberration。故相對于習(xí)作一(比較他們座標(biāo)的scale及通過原點(diǎn)的斜率)，現(xiàn)在spherical aberration已較不嚴(yán)重(因?yàn)閍berration scale已降很多)，而允許一點(diǎn)點(diǎn)的defocus出現(xiàn)，而出現(xiàn)在rayfan curve的S形狀，是典型的spherical balanced by defocus的情況�，F(xiàn)在我們已確定得到較好的performance，但實(shí)際上的光學(xué)系統(tǒng)長的什么樣子呢？選擇Analysis，Layout，2D Layout，除了光學(xué)系統(tǒng)的擺設(shè)外，你還會(huì)看到3條分別通過entrance pupil的top，center，bottom在空間被trace出來，他們的波長是一樣的，就是你定的primary wavelength(在此為surface 1)。這是Zemax default的結(jié)果。 aEZJNWv
但是現(xiàn)在還有一個(gè)問題，我們憑直覺定出STO的thickness為3，但是真正在作鏡片的時(shí)候，STO和surface 2鏡面會(huì)不會(huì)互相交錯(cuò)穿出，即在edge的thickness值為正數(shù)或負(fù)數(shù)，還有是不是應(yīng)該改一下設(shè)計(jì)使lens的aperature比diameter小，如此我們可預(yù)留些邊緣空間來磨光或架鏡。 *ig5Q(b*N
于是我們可能更改的是diameter，STO的thickness來解決上述問題。先在STO的diameter上鍵入14來蓋過12.5，此時(shí)會(huì)有一個(gè)”U”字出現(xiàn)代表user define，現(xiàn)在設(shè)想我們要edge thickness固定為3mm，可是你或許會(huì)問這樣系統(tǒng)豈不是弄亂了嗎？defocus又會(huì)出現(xiàn)，關(guān)鍵是再一次執(zhí)行optimization即可。在STO的thickness上按一下，選擇Edge Thickness項(xiàng)目，則會(huì)出現(xiàn)”Thickness”及”Radial Height”兩項(xiàng)，設(shè)thickness為3及radial height為0(若radial height為0，則Zemax就使定user define的semi-thickness)按OK跳出，你會(huì)發(fā)現(xiàn)STO的thickness已改變，且會(huì)出現(xiàn)一個(gè)”E”字代表an active thickness solve在該項(xiàng)的parameter上。 $$/S8LmmK
既然edge thickness已改變，所以focal length也一定有些許變動(dòng)，為了維持原有的EFFL，現(xiàn)在再執(zhí)行optimization一次即可。現(xiàn)在我們想看看off-axis的performance，從system的Fields中的Field Data，選用3個(gè)field來作比較，怎么選呢？在第2及第3個(gè)列中的”Use”項(xiàng)中各按一下，在第2列的y field行中鍵入7(即7 degree)，在第3列中鍵入10，第一列則讓它為0即持續(xù)on-axis。而設(shè)所有的x field皆為0，對一個(gè)rotational對稱的系統(tǒng)而言，他們的值很小，按OK鍵跳出�，F(xiàn)在Update rayfan，你可看到如Figure E2-4之圖。圖中T代表tangential，S為sagittal，結(jié)果顯示off-axis的performance很差，這是因?yàn)橐婚_始我們就設(shè)計(jì)系統(tǒng)在on-axis上來作optimization，這些aberration可以用field curvature plot來估計(jì)，選Analysis中，Miscellaneous的Field Curv/Dist。則出現(xiàn)如Figure E2-5的圖，左圖表示shift in paraxial focus為field angle的函數(shù)，而右圖為real ray的distortion，以paraxial ray為參考ray。在field curvature plot的訊息也可從rayfans中得知，為field curvature plot是正比于在rayfan plot中通過原點(diǎn)的斜率。 s ~#?9vW
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