第四周题目：复消色差

洛必达

关于系统的公差要求和单件的公差要求有个疑问，为啥单件要求±0.1，系统光路的公差要求±0.01，怎么平衡单件和系统的公差要求的关系呢

偷影子的人

这周题目有一定难度，如果和前几周的相比这周相当于陡然提升了几个台阶，我看着文献做了一个结构和大家分享下，先说下我的思路；
1、按照文献里的或复消色差的公式，先找出最基本的三片镜子的光焦度，这里玻璃的选择就要参考文献了，自己找好难；
2、将这三个镜子进行初步的优化，消除一下基本的色差，但要维持每个镜子的焦距，为了最开始的复消色差；
3、一般上面三个镜子MTF不会太高，这时考虑加一片镜子，文献里说加折射率大的，原因我也不太清楚，这时优化的变量有很多，应该结果还可以
4、调整光阑位置，可以优化一部分像差
5、逐渐增大视场，一点点优化。
这是我做这个时候的经验，不对的地方欢迎大家指正，我也有一些问题
1、具体什么时候考虑加镜子呢？
2、MTF该怎么拉上去呢，这里题目没有要求具体的MTF数值
3、题目中的要求9“允许所有谱段同时工作，且均成像在同一固定像面处”如何理解，在软件哪里看
10、无热化设计如何考虑
参考：
《Introduction to lens design》
《宽光谱复消色差》
《消色差平行光管设计》

iamcream2

过程：
1.玻璃的选择是根据书上的玻璃转换成成都光明的对应玻璃。通过matlab计算初始结构，得到三胶合透镜。
2.逐步增加透镜并优化。这一步是随便添加的玻璃，可以说毫无依据。
3.单独设置个玻璃库，锤形优化替换玻璃，得到最终结果。
公差：
采用了Q5等级公差，收紧了折射率，倾斜和偏心。
用的是衍射MTF，蒙特卡洛200次。



疑问：
1.这次优化的结果接近衍射极限，光斑也很小。但是复消色差的标准是什么，好像有点不好理解，什么样的水平算是消色差了？
2.公差分析中设定的公差值有什么依据，比方说小镜头和大镜头设置公差方面有什么区别？


给大家分享一下三胶合复消色差结构计算的matlab文件以及将zemax玻璃改成替换的宏语言文件，输入1为设置为替换（s），输入其他数字为取消替换。

matlab文件算完后按这个顺序输入玻璃。

yjcao

来晚了

设计要求：
1、有效焦距：250mm  250mm
2、F数：5   50221
3、视场：18度    18度
4、波段：0.4-0.7um（改为了连续光谱）   F、d、C光
5、最大畸变：3%    1.5%
6、后焦距（BFL）大于50mm     51mm
7、系统总长： 小于340mm                    319.1mm
8、设计MTF：所有谱段成像尽量近衍射极限，可略微降低点。     接近衍射极限
9、允许所有谱段同时工作，且均成像在同一固定像面处，无任何调整机构和参数。   无任何调整机构？在公差分析的时候，是否还要勾选上后焦补偿？

10、使用成都光明玻璃材料，因为系统要无热化设计，镜片数量不得超过8片，使用材料不得超过3种，且不得使用dn\dt非常大的材料。（选做）   使用三款成都光明材料，生产频次为A及MA。未考虑无热化

设计过程：
1.初始结构采用的系统例子，双高斯，然后在适当的增减玻璃优化。
2.将A级以上的玻璃整合到一个玻璃库中进行玻璃替换锤型优化。

公差分析：采用的是Q2标准，不知道该标准，不知道这个标准算不算太严。
求各位大佬指导下

xiaopingzi227

mang2004 发表于 2017-7-15 08:21
初始结构：最简单的方法

前辈你好，过了这么久，不知道您是否还能看见，看了您的解答，我有个疑问一直想不通，同样用的材料为 H-Bak2(n=1.54, v=59.72 , PgF=0.544) \ TF3(n=1.612, v=44.09 , PgF=0.5634) \ H-BaF6(n=1.608, v=46.2 , PgF=0.5680),为什么在求第一片消色差透镜时候，您的色散值分别写的是v11=27.7、v12=20.1和v13=21.0呢? 另外您用的部分色散是怎么得到的，感觉和成都光明提供的玻璃材料数据也不对应？

Opticrookie

这周的任务感觉比较困难，一开始看到时候完全没有思路，后来查阅了些资料后开始尝试做一下，做的时候忽略了选做的部分，所以最后使用的玻璃种类超过了3种。
首先明确下任务要求，最重要的是在400um-600um的范围内实现复消色差，根据《Introduction to lens design》中的介绍，复消色差就是要求F,C,D光的聚焦点要在同一位置上，其实最根本的目的就是要让不同波长的焦点尽可能地靠近，所以我个人认为复消色差的衡量指标得从色焦移上看，最大焦移量越小越好，但是具体要达到多少就得根据实际的分辨率要求了，另一种判断标准就是从轴向像差图上看，不同波长间的像差曲线越靠近越好(这是我个人的理解)
《Introduction to lens design》中的复消色差章节只提供了一个三胶合透镜，但是本次任务的视场和孔径都比较大，而且要求MTF要接近衍射极限，所以单靠一个三胶合透镜肯定不够的，于是，我参考楼主给的文章里面的复消色差结构，用两个三胶合外加一个单片透镜来组成结构，镜片数目7片刚好不超过要求。
1.初始结构
参考文章中的结构，玻璃材料就用了《Introduction to lens design》里的三胶合玻璃组合，我又联想《现代光学镜头的优化设计方法与实例》中设计双高斯物镜时的方法，把前面两个三胶合的半径全部破坏掉，求解单片镜最后一个折射面来保证焦距，利用默认优化函数以及LONA操作数(用来控制色差，这里是从色差原理出发，控制0.7孔径的FDC光的焦点之间的轴向间距最小)进行全局的优化，最后找到个不错的初始结构



2.优化后




可以看到，色焦移在14um左右，MTF接近衍射极限，存在比较大的球差，可以通过取消胶合，增加空气间隙的方式进一步优化(这里我看MTF不错了，就没有继续往下做了)，玻璃的话有两种是比较贵的(复消色差是需要用到比较昂贵的玻璃材料的，所以感觉能够接受)
3.公差分析
最初用Q4公差分析

收紧下折射率

4.零件和光路图

爱飞的老鼠

用的是zebase的复消色差的镜头做初始结构，进行优化，焦距251，光学总长276,采用都是经常生产玻璃

XGXBXY

23年更新的后生，欢迎大家来指点一下

思路：
1、用复消色差的公式整理一个三胶合的设计方案

2、三胶合复消色差只瞒住小角度入射情况，半视场先设置为1°，逐步加大角度优化
3、评价函数方面限制了球差、色差、二阶色差 逐步加大视场优化。发现无法优化到衍射极限时就添加一个平板镜片，再放开优化。（做到这里用了1天）
4、前期不对光线入射角度、透镜形状、甚至产品的材料也没约束就放开锤（这里用了一天）
5、7片结构以后先规整材料折射率（目标是3种材料）材料确定CAF2与另外两种材料  ；第一种材料确定是依据7片锤形优化的材料折射率、阿贝数接近的最多选项。另一种就不断的调整，最终整理成3种材料。（这里用了两天）
6、定好的三种材料再锤形优化，其余材料直接拾取对应的元件就行（这里优化了两天没动静）
7、形状整理，可加工性优化（评价函数添加Z系数）；公差分析，用的是波前作为评价项。最终80%在略差于衍射极限。50%满足衍射极限



布局图如下

点列图

轴向色差

光线光栅图

场曲畸变

镜头数据

MTF图


设计如下：

张张张

第一步初始结构选了三胶合

默认评价函数+EFFL 250优化出来的图

畸变不满足要求，且MTF图很差，也不胶合了

开始加镜片，加了三片，做对称结构，加了控制畸变和后焦距的操作数，锤形优化后MTF图接近完美，但镜头总长超了，于是又加了控制总长的操作数

MTF结果

或许还可以更好，今天没时间了，后边有空再优化
又优化了一下，这么好的MTF曲线是真实存在的吗？


公差分析

赖东东

这次初始结构是由三胶合并前后各添加一片镜片做为初始结构。后续发现优化不出来，于是由添加了两片，总共7片。做出来有一点运气成分，因为完全不知道材料怎么组合，全靠锤形。





公差分析采用Q2等级，因为试了Q3等级不够