這里想展示一個如何用初級像差設(shè)計物
鏡頭的一個過程,PWC方法結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計
軟件和其強大的編程能力,其潛力可能超過很多人的想象。下面這個設(shè)計非常簡單,但是只靠軟件那也是白搭。
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_FwY dzyp:\&9 設(shè)計要求:
l*<RKY8 !;;WS~no3 對一個單模
光纖出射的
激光進行準(zhǔn)直,
波長為632nm,NA=0.15,芯徑10um,出射
光束口徑為18mm,性能達到衍射極限。
~!TRR. ?ZT+4U00U 其實這就是實現(xiàn)一個
焦距為60mm的聚焦鏡頭;大家都知道,對于單片
透鏡是無法矯正球差,對于這個案例,至少需要2片;盡管這個設(shè)計很簡單,但如果完全交個軟件做,看它會產(chǎn)生什么結(jié)果,用收斂速度最快的CodeV實驗下,直接對2塊BK7平板進行
優(yōu)化,控制
系統(tǒng)總長在80mm以內(nèi)。
}`$Sr&n 1 TTzvH;S 圖1 光瞳及邊界條件
圖2
圖3 layout
默認評價函數(shù)N次優(yōu)化后直到跑到軟件極限,得如下結(jié)果
圖4 軟件自己優(yōu)化結(jié)果
從結(jié)果來看,軟件還是很傻的,這么多變量,竟然一個初級球差都矯正不了,當(dāng)然有很多手段稍微添加點約束,就可以領(lǐng)軟件跑向康莊大道直奔目標(biāo);下面我用OSLO展示下如何在短短幾分鐘之內(nèi),如何快速利用初級像差理論快速完成這個設(shè)計,為什么用OSLO呢,因為我的算法都在它里面實現(xiàn)了,因為它的編程語言C我太熟悉了。
還是從2塊平板出發(fā),系統(tǒng)NA為0.15,我們約束第一塊透鏡的第一近軸出射角度為-0.22,這樣的目的很明確,第二片負透鏡就是用來補償?shù)谝黄那烦C正球差,此為+-結(jié)構(gòu),為什么不采用-+結(jié)構(gòu),因為這樣對于物方無窮遠的負透鏡來說,要貢獻足夠量的過矯正球差,其透鏡形狀會彎曲的很厲害,這種結(jié)構(gòu)盡量避免,但要為了增大后工作距離就另當(dāng)別論了。
>TZyax<: 圖5兩塊初始薄平板
jsnk*>j 首先通過命令getextremelen 1 S1使得第一片的SA3極小,得如下結(jié)果
RS[>7-9 圖6正元件初級球差極小
[5TGCGxP{ 由圖6可見,效果還是相當(dāng)明顯的,下面再來補償其剩余初級球差,貢獻同樣量的過矯正球差,負透鏡一般會有兩種結(jié)構(gòu),我們選擇曲率半徑比較大的,如下圖
cAc>p-y% 圖7矯正初級球差
經(jīng)過上面簡單的兩步,我們已經(jīng)得到了很不錯的初始結(jié)構(gòu),由上圖明顯看出系統(tǒng)的高級球差,為了效率起見,下面直接用軟件的默認評價函數(shù)對其進行綜合優(yōu)化,即將所謂的像差平衡交給軟件去搞,并使薄透鏡變?yōu)閷嶋H的厚透鏡,得如下結(jié)果。