每天一例 | 宽光谱超消色差显微镜物镜

我们将进行一项高级的镜头设计任务，该任务将利用您在 前几章中学到的许多强大工具。

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“多色”，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。