SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計軟件課程八十四：寬光譜復(fù)消色差顯微物鏡
1. 概述 < 9eQ
Y TxUKE:
現(xiàn)代的光學(xué)系統(tǒng)大多數(shù)采用CCD探測器件，CCD器件的光譜響應(yīng)范圍寬于人眼的視覺范圍，一般在0.2~1.1 um的波長范圍內(nèi)，如圖所示。某些特種材料的紅外CCD的波長響應(yīng)可擴展到幾個微米，即 CCD的光譜響應(yīng)范圍從遠紫外、近紫外、可見光到近紅外區(qū)，甚至到中波紅外區(qū)。光學(xué)系統(tǒng)的工作光譜范圍取決于光學(xué)儀器的響應(yīng)波段，為了得到更多的光譜信息和能量，最主要的是最大限度的實現(xiàn)光學(xué)儀器的功能并優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在許多領(lǐng)域上需要能夠工作在較寬光譜范圍之上的光學(xué)系統(tǒng)。為了達到高質(zhì)量的成像要求，在寬光譜段進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計需要考慮像差校正方面的一些獨特特點，主要集中在物鏡需要在寬光譜范圍內(nèi)復(fù)消色差，這就形成了現(xiàn)代某些光學(xué)系統(tǒng)獨特的光學(xué)設(shè)計要求。 *\m
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[attachment=130003] 圖一 CCD與人眼的光譜響應(yīng)范圍比較 V|
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2. 設(shè)計要求 1. 物距無限遠，0.8 度半場，1.26 毫米半孔徑。 y!GjC]/
2. 光譜范圍0.38 - 0.9 微米。 YFOK%7K
3. F/number 0.714。 N!m-gymmF
4. 總長小于25 毫米。 eSoOJ[&$
5. 畸變校正良好。 sLzcTGa2:z
6. 像方遠心。 wlBdA
7. 沒有羽狀邊緣，中心厚度不超過 8 毫米。 ~;#J&V@D
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我們預(yù)估要達到設(shè)計要求，可能需要十片透鏡，但是想逐步增加透鏡數(shù)量。 設(shè)DSEARCH 的輸入，搜索八片透鏡的結(jié)構(gòu)。 這將為您提供一些潛在的初始結(jié)構(gòu)，一旦知道進度的情況，就可以根據(jù)需要增加設(shè)置。 由于光譜范圍很寬，因此請設(shè)定五個波長而不是設(shè)置常用的三個波長。運行初始搜索宏，模擬退火（50，2，50）。 hf0G-r_ow
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[attachment=130004] En A) Rz
色差校正是一項大挑戰(zhàn)，下一步是找到一些有可能制造寬光譜的玻璃。 使用超消色差理論，找到合適的玻璃，然后通過讓GSEARCH自動進行玻璃組合。優(yōu)化GSEARCH，經(jīng)過優(yōu)化和模擬退火后得到如圖所示結(jié)構(gòu)。 6%C:k,Cx{d
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[attachment=130005] DSYtj} >
保存此版本，以便后面可以再次調(diào)用：STORE 1。 h1G]w/.w s
這是一個相當(dāng)不錯的設(shè)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 �？纯慈绻鸊SEARCH自己找到玻璃會發(fā)生什么。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。 6 + ^ V
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獲得的結(jié)構(gòu)如下所示： ;SeDxyKG
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[attachment=130006] e<YC=67n)
結(jié)果更好。 COc1np
GSEARCH不使用薄透鏡假設(shè)，而使用復(fù)消色差理論的數(shù)值方法。這種方法可以超越傳統(tǒng)的技術(shù)方法。這款鏡頭基本上是完美的。 r ^_8y8 &l
但是我們可以用更少的透鏡來實現(xiàn)嗎？ ^2|gQ'7<
重新使用上面保存的優(yōu)化玻璃版本，在DSEARCH給出的默認優(yōu)化中，添加自動刪除命令AED，獲得的結(jié)構(gòu)如下： t*zve,?}
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[attachment=130007] ^v*ajy.>
查看多視場MTF圖 rI o`n2
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[attachment=130008] je9[S_ Z:Y
在新建宏中輸入：STEPS = 100 I/jMe'Kp
PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9 djqSW9
來查看后焦距與波長的函數(shù)，可以看到后焦距的變化在10-4級別，具有良好的穩(wěn)定。這說明軸向色差得到了較好的修正。 wJ1qJ!s@
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[attachment=130009] 查看全光譜衍射點擴散圖，各色波長經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后光斑大小近乎一致。 l Vo](#W
F0o7XUt
k^z)Vu|f.
[attachment=130010] V!3G\*$?
基本滿足了設(shè)計要求。
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