作业帮Oslo和Zemax的特点
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：综合作业 时间：2024/05/18 06:21:01
Oslo和Zemax的特点
Oslo和Zemax都是光学设计方面的软件,请问他们各自的优缺点是什么,初学者先学哪个比较好
Oslo和Zemax都是光学设计方面的软件,请问他们各自的优缺点是什么,初学者先学哪个比较好
Oslo是光学设计的专业软件,比ZEMAX要好很多,业界一般这样排列的,顶级CODE V然后OSLO然后ZEMAX.
如果只是想学习OSLO的话,可以下载LT版的,可以设计十个面,对于一般的镜头设计足够了.
可以尝试把OSLO优化出的数据导出到CODE V里边,CODE V的建模比OSLO好一些!
OSLO 是一套 处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件. 最主要的,它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型,例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等.除此之外,它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具.
OSLO的应用范围与领域：
照相机 / 高解析成像系统
常规镜头 / 变焦镜头 / 透镜数组
高斯光束 / 激光腔
光纤耦合光学
非序列传播系统
感光偏振光学
渐变式折射率表面 / 非球面 / 绕射表面
干涉变形
光学检测仪器
天文望远镜
通信系统、军事、太空运用
精密医学设备 :胃镜、内视镜
OSLO功能说明 ：
以设计者为导向的设计
OSLO强调相互应用的光学设计,计算机对设计者提供一个令人简易了解的返回消息,这允许设计者对于做一个关键性的应用,提供了较好的解释, OSLO在交互设计控制的使用上是独一无二的,它的使用者界面越做越好.
提供能力及准确性
OSLO使用高级的设计技术,包括多样的最佳化及公差分析方法,高实行的非序列描光和推测来源模型的制造和分析.OSLO是第一套在桌上型计算机上使用的严谨光学设计程序,然而它已经广泛的被发展超过其他软件.
适应性
一个最初的理由OSLO变成导致在这世界的设计者选择这个工具是由于它容易简单去定做和适合程序的特性需要.OSLO利用高级软件的技术带领窗口进入技术演算能力范围内.事实上,OSLO提供CCL语言在应用上可比较Sun's Java 或 Microsoft's Visual Basic软件超过简易微软语言支持其他光学设计软件.
OSLO的特色
OSLO 是一套包含有几百个内建指令和功能的强大软件,OSLO模块常因使用者做更新和修补,这里不可能将所有OSLO软件可以做的功能全部详细编列出来,以下提供一般OSLO特色的概观,但这并不是完全详尽的目录.
透镜和材质数据库
特殊表面信息
变焦和多结构系统
数组和非序列群
特殊孔径
公差和组件信息
极化和薄膜镀膜
光线追迹
绕射和非同调
优化方法
公差分析
激光、光纤和高斯光束
照明分析
完美透镜和 Eikonals
光学系统设计（Zemax初学手册）
作者：veryce 提交日期：2005-07-02 10:46
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?（第一版,2005年5月22日）
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?内容纲目:
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?前言
?
?习作一：单镜片(Singlet)
?
?习作二：双镜片
?
?习作三：牛顿望远镜
?
?习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector
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?习作五：multi-configuration laser beam expander
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?习作六：fold mirrors和coordinate breaks
?
?习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces
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?前言
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? 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计画,其量测仪器基本上是个光学仪器.所以光学系统的分析乃至於设计与测试是整个酬载发展重要一环.
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? 这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习,整个需要Zemax光学系统设计软体.它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译,由蔡长青同学完成,并在Zemax E. E. 7.0上测试过.由於蔡长青同学不在参与「红色精灵」计画,所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验,整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过.我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件,使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握.（陈志隆注）
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?(回内容纲目)
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?习作一：单镜片(Singlet)
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? 你将学到：启用Zemax,如何键入wavelength,lens data,产生ray fan,OPD,spot diagrams,定义thickness solve以及variables,执行简单光学设计最佳化.
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? 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用,其focal length 为100mm,在可见光谱下,用BK7镜片来作.
?
? 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE),什麼是LDE呢?它是你要的工作场所,譬如你决定要用何种镜片,几个镜片,镜片的radius,thickness,大小,位置……等.
?
? 然后选取你要的光,在主选单system下,圈出wavelengths,依喜好键入你要的波长,同时可选用不同的波长等.现在在第一列键入0.486,以microns为单位,此为氢原子的F-line光谱.在第二、三列键入0.587及0.656,然后在primary wavelength上点在0.486的位置,primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics,即first-order optics)下的几个主要参数,如focal length,magnification,pupil sizes等.
?
? 再来我们要决定透镜的孔径有多大.既然指定要F/4的透镜,所谓的F/#是什麼呢?F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值.所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm).於是从system menu上选general data,在aper value上键入25,而aperture type被default为Entrance Pupil diameter.也就是说,entrance pupil的大小就是aperture的大小.
?
? 回到LDE,可以看到3个不同的surface,依序为OBJ,STO及IMA.OBJ就是发光物,即光源,STO即aperture stop的意思,STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜,你在设计一组光学系统时,STO可选在任一透镜上,通常第一面镜就是STO,若不是如此,则可在STO这一栏上按滑鼠,可前后加入你要的镜片,於是STO就不是落在第一个透镜上了.而IMA就是imagine plane,即成像平面.回到我们的singlet,我们需要4个面 (surface),於是在STO栏上,选取insert cifter,就在STO后面再插入一个镜片,编号为2,通常OBJ为0,STO为1,而IMA为3.
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? 再来如何输入镜片的材质为BK7.在STO列中的glass栏上,直接打上BK7即可.又孔径的大小为25mm,则第一面镜合理的thickness为4,也是直接键入.再来决定第1及第2面镜的曲率半径,在此分别选为100及-100,凡是圆心在镜面之右边为正值,反之为负值.而再令第2面镜的thickness为100.
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? 现在你的输入资料已大致完毕.你怎麼检验你的设计是否达到要求呢?选analysis中的fans,其中的Ray Aberration,将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate作图.其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的.纵轴为EY的,即是在Y方个的aberration,称作tangential或者YZ plane.同理X方向的aberration称为XZ plane或sagittal.
?
? Zemax主要的目的,就是帮我们矫正defocus,用solves就可以解决这些问题.solves是一些函数,它的输入变数为curvatures,thickness,glasses,semi-diameters,conics,以及相关的parameters等.parameters是用来描述或补足输入变数solves的型式.如curvature的型式有chief ray angle,pick up,Marginal ray normal,chief ray normal,Aplanatic,Element power,concentric with surface等.而描述chief ray angle solves的parameter即为angle,而补足pick up solves的parameters为surface,scale factor两项,所以parameters本身不是solves,要调整的变数才是solves的对象.
?
? 在surface 2栏中的thickness项上点两下,把solve type从fixed变成Marginal Ray height,然后OK.这项调整会把在透镜边缘的光在光轴上的height为0,即paraxial focus.再次update ray fan,你可发现defocus已经不见了.但这是最佳化设计吗?再次调整surface 1的radius项从fixed变成variable,依次把surface 2的radius,及放弃原先的surface 2中thickness的Marginal Ray height也变成variable.再来我们定义一个Merit function,什麼是Merit function呢?Merit function就是把你理想的光学要求规格定为一个标准(如此例中focal length为100mm),然后Zemax会连续调整你输入solves中的各种variable, 把计算得的值与你订的标准相减就是Merit function值,所以Merit function值愈小愈好,挑出最小值时即完成variable设定,理想的Merit function值为0.
?
? 现在谈谈如何设Merit function,Zemax 已经default 一个内建的merit function,它的功能是把RMS wavefront error 减至最低,所以先在editors中选Merit function,进入其中的Tools,再按Default Merit Function 键,再按ok,即我们选用default Merit function ,这还不够,我们还要规定给merit function 一个focal length 为100的限制,因为若不给此限制则Zemax会发现focal length为
?时,wavefront aberration的效果会最好,当然就违反我们的设计要求.所以在Merit function editor第1列中往后插入一列,即显示出第2列,代表surface 2,在此列中的type项上键入EFFL(effective focal length),同列中的target项键入100,weight项中定为1.跳出Merit function editor,在Tools中选optimization项,按Automatic键,完毕后跳出来,此时你已完成设计最佳化.重新检验ray fan,这时maximum aberration已降至200 microns.
?
? 其他检验optical performance还可以用Spot Diagrams及OPD等.从Analysis中选spot diagram中的standard,则该spot大约为400 microns上下左右交错,与Airy diffraction disk比较而言,后者大约为6 microns交错.
?
? 而OPD为optical path difference(跟chief ray作比较),亦从Analysis中挑选,从Fans中的Optical Path,发现其中的aberration大约为20 waves,大都focus,并且spherical,spherochromatism及axial color. Zemax 另外提供一个决定first order chromatic abberation 的工具,即 the chromatic focal shift plot,这是把各种光波的back focal length跟在paraxial上用primary wavelength 计算出first order的focal length之间的差异对输出光波的wavelength 作图,图中可指出各光波在paraxial focus上的variation.从Analysis中Miscellaneous项的Chromatic Focal Shift即可叫出.
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?(回内容纲目)
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?●习作二：双镜片
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? 你将学到：画出layouts和field curvature plots,定义edge thickness solves, field angles等.
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? 一个双镜片是由两片玻璃组成,通常黏在一起,所以他们有相同的curvature.藉著不同玻璃的dispersion性质,the chromatic aberration可以矫正到first order所以剩下的chromatic aberration主要的贡献为second order,於是我们可以期待在看chromatic focal shift plot图时,应该呈现出parabolic curve的曲线而非一条直线,此乃second order effect的结果（当然其中variation的scale跟first order比起来必然小很多,应该下降一个order）.
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? 跟习作一一样,我们仍然要设计一个在光轴上成像,focal length为100mm的光学系统,只不过这次我们用两块玻璃来设计.
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? 选用BK7和SF1两种镜片,wavelength和aperture如同习作一所设,既然是doublet,你只要在习作一的LDE上再加入一面镜片即可.所以叫出习作一的LDE,在STO后再插入一个镜片,标示为2,或者你也可以在STO前在插入一面镜片标示为1,然后在该镜片上的surface type上用滑鼠按一下,然后选择Make Surface Stop,则此地一面镜就变成STO的位置.在第一、第二面镜片上的Glass项目键入BK7即SF1,因为在BK7和SF1之间并没有空隙,所以此doublet为相黏的二镜片,如果有空隙则需5面镜因为在BK7和SF1间需插入另一镜片
如果只是想学习OSLO的话,可以下载LT版的,可以设计十个面,对于一般的镜头设计足够了.
可以尝试把OSLO优化出的数据导出到CODE V里边,CODE V的建模比OSLO好一些!
OSLO 是一套 处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件. 最主要的,它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型,例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等.除此之外,它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具.
OSLO的应用范围与领域：
照相机 / 高解析成像系统
常规镜头 / 变焦镜头 / 透镜数组
高斯光束 / 激光腔
光纤耦合光学
非序列传播系统
感光偏振光学
渐变式折射率表面 / 非球面 / 绕射表面
干涉变形
光学检测仪器
天文望远镜
通信系统、军事、太空运用
精密医学设备 :胃镜、内视镜
OSLO功能说明 ：
以设计者为导向的设计
OSLO强调相互应用的光学设计,计算机对设计者提供一个令人简易了解的返回消息,这允许设计者对于做一个关键性的应用,提供了较好的解释, OSLO在交互设计控制的使用上是独一无二的,它的使用者界面越做越好.
提供能力及准确性
OSLO使用高级的设计技术,包括多样的最佳化及公差分析方法,高实行的非序列描光和推测来源模型的制造和分析.OSLO是第一套在桌上型计算机上使用的严谨光学设计程序,然而它已经广泛的被发展超过其他软件.
适应性
一个最初的理由OSLO变成导致在这世界的设计者选择这个工具是由于它容易简单去定做和适合程序的特性需要.OSLO利用高级软件的技术带领窗口进入技术演算能力范围内.事实上,OSLO提供CCL语言在应用上可比较Sun's Java 或 Microsoft's Visual Basic软件超过简易微软语言支持其他光学设计软件.
OSLO的特色
OSLO 是一套包含有几百个内建指令和功能的强大软件,OSLO模块常因使用者做更新和修补,这里不可能将所有OSLO软件可以做的功能全部详细编列出来,以下提供一般OSLO特色的概观,但这并不是完全详尽的目录.
透镜和材质数据库
特殊表面信息
变焦和多结构系统
数组和非序列群
特殊孔径
公差和组件信息
极化和薄膜镀膜
光线追迹
绕射和非同调
优化方法
公差分析
激光、光纤和高斯光束
照明分析
完美透镜和 Eikonals
光学系统设计（Zemax初学手册）
作者：veryce 提交日期：2005-07-02 10:46
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?（第一版,2005年5月22日）
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?内容纲目:
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?前言
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?习作一：单镜片(Singlet)
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?习作二：双镜片
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?习作三：牛顿望远镜
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?习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector
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?习作五：multi-configuration laser beam expander
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?习作六：fold mirrors和coordinate breaks
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?习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces
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?前言
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? 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计画,其量测仪器基本上是个光学仪器.所以光学系统的分析乃至於设计与测试是整个酬载发展重要一环.
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? 这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习,整个需要Zemax光学系统设计软体.它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译,由蔡长青同学完成,并在Zemax E. E. 7.0上测试过.由於蔡长青同学不在参与「红色精灵」计画,所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验,整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过.我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件,使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握.（陈志隆注）
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?习作一：单镜片(Singlet)
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? 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用,其focal length 为100mm,在可见光谱下,用BK7镜片来作.
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? 然后选取你要的光,在主选单system下,圈出wavelengths,依喜好键入你要的波长,同时可选用不同的波长等.现在在第一列键入0.486,以microns为单位,此为氢原子的F-line光谱.在第二、三列键入0.587及0.656,然后在primary wavelength上点在0.486的位置,primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics,即first-order optics)下的几个主要参数,如focal length,magnification,pupil sizes等.
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? 再来我们要决定透镜的孔径有多大.既然指定要F/4的透镜,所谓的F/#是什麼呢?F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值.所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm).於是从system menu上选general data,在aper value上键入25,而aperture type被default为Entrance Pupil diameter.也就是说,entrance pupil的大小就是aperture的大小.
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? 回到LDE,可以看到3个不同的surface,依序为OBJ,STO及IMA.OBJ就是发光物,即光源,STO即aperture stop的意思,STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜,你在设计一组光学系统时,STO可选在任一透镜上,通常第一面镜就是STO,若不是如此,则可在STO这一栏上按滑鼠,可前后加入你要的镜片,於是STO就不是落在第一个透镜上了.而IMA就是imagine plane,即成像平面.回到我们的singlet,我们需要4个面 (surface),於是在STO栏上,选取insert cifter,就在STO后面再插入一个镜片,编号为2,通常OBJ为0,STO为1,而IMA为3.
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? 再来如何输入镜片的材质为BK7.在STO列中的glass栏上,直接打上BK7即可.又孔径的大小为25mm,则第一面镜合理的thickness为4,也是直接键入.再来决定第1及第2面镜的曲率半径,在此分别选为100及-100,凡是圆心在镜面之右边为正值,反之为负值.而再令第2面镜的thickness为100.
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? 现在你的输入资料已大致完毕.你怎麼检验你的设计是否达到要求呢?选analysis中的fans,其中的Ray Aberration,将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate作图.其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的.纵轴为EY的,即是在Y方个的aberration,称作tangential或者YZ plane.同理X方向的aberration称为XZ plane或sagittal.
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? Zemax主要的目的,就是帮我们矫正defocus,用solves就可以解决这些问题.solves是一些函数,它的输入变数为curvatures,thickness,glasses,semi-diameters,conics,以及相关的parameters等.parameters是用来描述或补足输入变数solves的型式.如curvature的型式有chief ray angle,pick up,Marginal ray normal,chief ray normal,Aplanatic,Element power,concentric with surface等.而描述chief ray angle solves的parameter即为angle,而补足pick up solves的parameters为surface,scale factor两项,所以parameters本身不是solves,要调整的变数才是solves的对象.
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? 在surface 2栏中的thickness项上点两下,把solve type从fixed变成Marginal Ray height,然后OK.这项调整会把在透镜边缘的光在光轴上的height为0,即paraxial focus.再次update ray fan,你可发现defocus已经不见了.但这是最佳化设计吗?再次调整surface 1的radius项从fixed变成variable,依次把surface 2的radius,及放弃原先的surface 2中thickness的Marginal Ray height也变成variable.再来我们定义一个Merit function,什麼是Merit function呢?Merit function就是把你理想的光学要求规格定为一个标准(如此例中focal length为100mm),然后Zemax会连续调整你输入solves中的各种variable, 把计算得的值与你订的标准相减就是Merit function值,所以Merit function值愈小愈好,挑出最小值时即完成variable设定,理想的Merit function值为0.
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? 现在谈谈如何设Merit function,Zemax 已经default 一个内建的merit function,它的功能是把RMS wavefront error 减至最低,所以先在editors中选Merit function,进入其中的Tools,再按Default Merit Function 键,再按ok,即我们选用default Merit function ,这还不够,我们还要规定给merit function 一个focal length 为100的限制,因为若不给此限制则Zemax会发现focal length为
?时,wavefront aberration的效果会最好,当然就违反我们的设计要求.所以在Merit function editor第1列中往后插入一列,即显示出第2列,代表surface 2,在此列中的type项上键入EFFL(effective focal length),同列中的target项键入100,weight项中定为1.跳出Merit function editor,在Tools中选optimization项,按Automatic键,完毕后跳出来,此时你已完成设计最佳化.重新检验ray fan,这时maximum aberration已降至200 microns.
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? 其他检验optical performance还可以用Spot Diagrams及OPD等.从Analysis中选spot diagram中的standard,则该spot大约为400 microns上下左右交错,与Airy diffraction disk比较而言,后者大约为6 microns交错.
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? 而OPD为optical path difference(跟chief ray作比较),亦从Analysis中挑选,从Fans中的Optical Path,发现其中的aberration大约为20 waves,大都focus,并且spherical,spherochromatism及axial color. Zemax 另外提供一个决定first order chromatic abberation 的工具,即 the chromatic focal shift plot,这是把各种光波的back focal length跟在paraxial上用primary wavelength 计算出first order的focal length之间的差异对输出光波的wavelength 作图,图中可指出各光波在paraxial focus上的variation.从Analysis中Miscellaneous项的Chromatic Focal Shift即可叫出.
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?(回内容纲目)
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?●习作二：双镜片
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? 你将学到：画出layouts和field curvature plots,定义edge thickness solves, field angles等.
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? 一个双镜片是由两片玻璃组成,通常黏在一起,所以他们有相同的curvature.藉著不同玻璃的dispersion性质,the chromatic aberration可以矫正到first order所以剩下的chromatic aberration主要的贡献为second order,於是我们可以期待在看chromatic focal shift plot图时,应该呈现出parabolic curve的曲线而非一条直线,此乃second order effect的结果（当然其中variation的scale跟first order比起来必然小很多,应该下降一个order）.
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? 跟习作一一样,我们仍然要设计一个在光轴上成像,focal length为100mm的光学系统,只不过这次我们用两块玻璃来设计.
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? 选用BK7和SF1两种镜片,wavelength和aperture如同习作一所设,既然是doublet,你只要在习作一的LDE上再加入一面镜片即可.所以叫出习作一的LDE,在STO后再插入一个镜片,标示为2,或者你也可以在STO前在插入一面镜片标示为1,然后在该镜片上的surface type上用滑鼠按一下,然后选择Make Surface Stop,则此地一面镜就变成STO的位置.在第一、第二面镜片上的Glass项目键入BK7即SF1,因为在BK7和SF1之间并没有空隙,所以此doublet为相黏的二镜片,如果有空隙则需5面镜因为在BK7和SF1间需插入另一镜片