1 雙膠合透鏡設計規格參數
EPD: 50mm
F/8
10 FFOV
波長:F,d,C
邊界限制:最小中心和邊厚4mm, 最大18mm
材料自選
優化最小 RMS Spot Radius, 最小色差
2 系統參數的輸入
2.1 入瞳直徑
2.2 輸入視場
輸入波長
3 雙膠合透鏡初始結構
單透鏡是由兩個表面加中間材料構成的,雙膠合透鏡在設計時增加了一種材料,相當於兩種材料的兩個單透鏡貼合在一起,但由於膠合連接部分是一個表面,所以雙膠合由3個面組成。
對於材料的選取,需要了解阿貝常數的概念:即表示玻璃色散強弱的一個係數。通常色散係數計算時多用中間波長d光作參數,用Vd表示玻璃色散強弱,公式如下:
Vd = (Nd-1)/(Nf - Nc)
表示不同波長的光,通過材料後最短波長和最長波長的分離情況。色散能力越強的材料Nf-Nc值越大,而這個值作爲Vd的分母使Vd越小。所以我們有這樣一個結論:Vd越小色散越強,Vd越大色散越弱。通常Vd值以50爲界限,Vd大於50表示低色散材料,常值冕玻璃類型,名稱中有K表示。Vd小於50表示強色散材料,常指火石玻璃,名稱中有F表示。
在雙膠合消色差的原理中,就是通過強色散玻璃與弱色散玻璃組合,使色散相互補償,達到消色差目的。本例中使用BK7和F2。
3.1 鏡頭數據編輯
3.2 第3面Radius設置
4 設置變量和評價函數
4.1 設置變量
4.2 設置評價函數
5優化雙膠合透鏡
5.1查看雙膠合透鏡結構光路圖與像差畸變圖
從光斑圖上看,可明顯看出視場像散及場曲作爲目前系統的主導像差,從虛擬面的厚度設置爲變量。
5.2重新優化雙膠合透鏡
在透鏡數據編輯器“STO”單擊左鍵,按“Insert”鍵插入1個面。將此面設置爲光闌面,即選擇Make Suface Stop。
並將光闌面厚度設置爲變量
重新優化後的光斑圖和光扇圖結果
從圖上分析系統的主導像差:可以從光斑圖的第3個視場上明顯看出3種波長光斑分離,在光扇圖上第3個視場也可以明顯看出3個波長的像差曲率分離程度。這都說明了當前系統的主導像差從之前的像散轉化爲現在的像差。爲進一步提供像質,我們需要重點校正系統的色差。
6 玻璃優化-矯正色差
系統主導像差爲什麼由之前的像散佔主導變爲了色差佔主導?我們把光闌從透鏡上移出後,軸外視場像差(像散、場曲、慧差)都會得到較大的改善,而色差和畸變會相應變差,但總體光斑卻是變小的,這就是像差的平衡方法。
想進一步提高系統光斑,就要減小主導像差:色差。色差大小受視場光闌和材料影響。只能提供改變材料來嘗試提高。
開始使用的BK7和F2兩種材料組合,但並不一定是最佳材料組合,我們可以讓軟件替換這兩種材料,找到其他最佳組合形式,這就是玻璃的優化。
在玻璃材料欄上單擊右鍵,打開玻璃求解類型,其中有個Substitute,稱爲玻璃替代,在優化時,軟件會自動從當前玻璃庫中提取材料,對當前材料進行替換,然後優化得到一個結果,然後再替換其他玻璃再優化。
將兩種材料都設置爲Substitute求解類型,此時注意:玻璃的替代是一種離散取值,不能用Optimization方法來優化,因爲它是局部連續優化。需要用錘形優化(Hammer Optimization)來優化。 下面來優化玻璃
在透鏡數據編輯器欄“BK7”處點擊鼠標右鍵,如下設置
在透鏡數據編輯器欄“F2”處點擊鼠標右鍵,如下設置
如下選擇Hammer Optimization
點擊Start開始優化,優化後可以手動點擊Stop停止優化
查看優化結果