Oslo

Introduction to Optical System Design

Dr. Ricardo B. Flores Hernandez 95

Introduccion a OSLO

La figura de abajo muestra las 6 ventanas m�s usadas de OSLO

1,2,3

4,5,6

Ventana 1.- Informaci�n de construcci�n del sistema y Entrada de datos y comandos.

Ventana 2.- Graficas de aberraciones transversales y longitudinales.

Ventana 3.- Forma de frente de onda en h=0 (en eje), h=0.7 y h=1 (borde del campo).

Ventana de barras deslizantes, para modificaci�n manual de algunos par�metros.

Ventana 4.- Ventana de textos: Despliega valores numericos del sistema y sus propiedades

Ventana 5.- Diagramas de manchas en h=0 (en eje), h=0.7 y h=1 (borde del campo).

Centana 6.- Corte transversal del sistema y paso de rayos meridionales “a” y “b”

Al arrancar OSLO aparecen las opciones de inicio de

trabajo:

Los titulos son auto-explicativos.

En este caso empezaremos una nueva lente, el

famoso triplete Cooke, asi que la opci�n ser� “Start a

new lens”

Al marcar esa opci�n y dar “OK” aparece la ventana:

Arriba a la derecha

esta el icono:

que nos permite

insertar renglones en

esta tabla de datos.

AST= Aperture Stop

IMS = Image Surface



Insertaremos SEIS superficies, cuatro antes del STOP y dos antes del plano imagen:

Note que por default el

objeto es plano

Radius(OBJ) , esta a

infinito Thickness(OBJ),

es de tama�o infinito

ApertRad(OBJ) y est� en

aire.

Ahora debemos dar los

datos del sistema, el

orden en que los demos

NO es importante.

Tomemos uno de los tripletes Cooke de Zeiss:f # F D Diaf. 1/2 fov h(i) Diaf(.#) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

15 70 ¿? 9º 3 5 12.2 -30 -19.8 6.8 Inf 25.2 -35.6

Unidades = cm, Angulo en grados

T1 T2 T3 T4 T5 T6 G1 G2 G3

1.3 0.6 0.4 1.6 1.8 0.7 BaK4 LF5 BaSF1

Cargamos radios y grosores en mm y pasamos a la Selección de vidrios:

Seleccionamos “Schott”, porque es un

diseño con vidrios antiguos, que

probablemente no estén en el nuevo

catálogo Schott 2000.

Al dar click en Schott aparece la lista de

vidrios, se marca el deseado (aparece la

tabla con toda su información) y se

aprueba la selección con la palomita verde.

Note que existen opciones de clasificación

para seleccionar el material más apropiado

a nuestras necesidades.

La distancia de la ultima superficie al plano imagen se encuentra automaticamente con:

Seleccionando

cero

en la ventana

que aparece

después.



Cargando los datos faltantes en las posiciones correspondientes, tenemos hasta ahora:

Suministrados:

FieldAngle = 9º

Ent.BeamRadius=

= 7 mm

Nombre:

TripleteCooke-1

Automático:

Efl = 156.26mm

h.Imag=24.75mm

El primer boton de la ventana principal “Gen” sirve para fijar las condiciones generales del

sistema que estamos cargando:

En nuestro caso no

hay que modificar

nada, aceptamos

esta información

dando click en la

palomita verde.

En la opción “Lens” seleccionamos “Lens drawing conditions” y definimos:

De donde a donde

queremos que se

dibujen los rayos:

InitialDistance=10mm

FinalDistance=25mm

DrawApert.Stop=ON

Numero de rayos en

cada campo: 3,5,7 para

alturas 0, 0.7 y 1

respectivamente.

Aceptamos.



El trazo de rayos en el

dibujo del sistema y las

aberraciones transversales

[Meridionales(y) y sagittales(x)],

Distortion; las Longitudinales

(Astigmatism, Long. Sph.Aberr.,

Chromatic focal shift) y las de

campo (Distortion y Lateral color)

se activan en la ventana de

gráficos con:

Note que los rayos llegan hasta el

plano imagen, que está curvado

hacia adentro.

En la opción “Evaluate” de la ventana principal seleccionamos: “Spot Diagram” y luego “Report

Graphic” para activar la graficación del disco de Airy .

Si seleccionamos la gráfica del diagrama de manchas con el botón , observamos que

en el plano imagen paraxial el disco de Airy casi no se ve, porque tenemos muchas aberraciones y

los diagramas de manchas son muy grandes, es necesario re-enfocar a un nuevo plano imagen:

y obtenemos la

mejor imagen

axial hasta ahora:

Lamentablemente el sistema está tan mal, que

solo con zoom en Focus

Shift = 0 se ve el disco de

Airy DENTRO del diagrama

de manchas.

El sistema deja mucho que

desear.

Note la deformación de los diagramas

de manchas en h=0.7 y h=1, debidas a Coma,

Astigmatismo, Cromática longitudinal y

Curvatura de campo.



En la ventana de TEXTOS, dando click en “Pxc”= Paraxial constants

vemos que f# =11 y la especificación pide f# = 15, esto implica que debemos

cambiar el “Entrance beam radius” a: 7 * (11.162/15) = 5.2mm, con lo cual

“mejora” aparentemente el comportamiento del sistema, porque el disco de Airy

se hace más grande y el sistema pasa a estar “Limitado por difracción” para la

longitud de onda central (Amarillo del Sodio), que coincide con el disco de Airy:

La especificación del sistema indica f = 70mm y nosotros tenemos 156.26, es necesario

escalar el sistema. En la ventana “Surface

data” damos click derecho en “Efl” para

obtener el cuadro de diálogo:

Y seleccionar “Scale to new focal

length”, para darle el valor especificado

(70mm). Todo el sistema se escala, conservándose el f# = 15.

Ahora el sistema parece estar mejor, el diagrama de manchas del Amarillo

está bién adentro del disco de Airy, pero esta “mejora” aplica solo para el

punto imagen axial, que todavía sufre de bastante aberración cromática y

los puntos imagen fuera de eje tienen valores graves de las aberraciones

geométricas, es entonces solo una mejora “estética”.

Quitemos el desenfoque ( t(i)=0 ) para regresar al plano imagen paraxial.

En la ventana de

TEXTO, damos

click en “Abr” y

obtenemos las

aberraciones

totales del

sistema:

PY, PU, PI = Altura, angulo de propagacion y angulo de incidencia del rayo “a” en el Pla. Imag.

PYC, PUC, PIC = “ , ” , “ del rayo principal “b” en el Plano Imagen.

PAC, SAC = Principal Axial Chromatic, Secondary Axial Chromatic.

PLC, SLC = Principal Lateral Chromatic, Secondary Lateral Chromatic.

SA3, CMA3, AST3, PTZ3, DIS3=Esfer.,Coma, Astig., Petzval, Distorsion de 3er orden (Seidel)

e igualmente para las de 5º orden en el ultimo renglon.

OBSERVE que los renglores empiezan con “SUM” , es

decir son las sumas totales del sistema, aqui no podemos

ver cuales superficies son las “culpables” de esos valores

de aberración, para saberlo debemos usar “Evaluate” en la

ventana principal, y tomar la opción “Aberration

coefficients”:



En orden de importancia, las

mayores contribuciones a Lch son

de las superficies 3,7 y 2

Igualmente para Tch.

Dando ahora la opción

“Seidel Image”, obtenemos

las contribuciones de cada

superficie a las cinco

aberraciones de Seidel.

Vemos que las más graves

son las superf. Nums. 3, 2 y

7

Las curvaturas de

ESTAS superficies son la primera opción de

VARIABLES para la optimización.

Dando click al boton derecho de la columna

“Radius”, declaramos “V” = Variable a esos

radios de curvatura.

En la ventana principal seleccionamos

“Aberration Operands” como se muestra

en la Fig. de la izquierda.

Inicialmente todos los “pesos”

(WGT) son unitarios.

Pero por ahora queremos enfocar

nuestra atención en Lch, Tch, Esferica,

Coma y Astigmatismo. Hacemos

CERO todos los otros pesos.

Todos los renglores son “Aberraciones” que el programa vá a tratar de hacer cero, por eso el de la

Distancia Focal Efectiva (EFL) lo declaramos como OCM21 - 70 para que se mantenga siempre

la distancia focal deseada. (Ver Figura siguiente)



En la ventana de TEXTO seleccionamos “Ope” =

“Operands” para tener una idea del énfasis

(% CNTBR) = “Contribución porcentual” que se

aplicará a cada aberración en la “Función de Mérito”:

SALVAMOS el sistema antes de correr el primer ciclo de optimización, por si acaso

deseamos modificar después las variables y/o los pesos de optimización de las aberraciones.

Seleccionando “Ite” en la ventana

de Textos, corre el primer ciclo de

optimización que nos reporta 10 loops:

(se detuvo por haber llegado CERCA de

un mínimo).

Veamos cómo ha mejorado el sistema. Ya se distingue el disco de Airy en el borde del campo, pero

todavía tenemos

muchas

aberraciones Lch,

Petzval,

Astigmatismo y

Coma. Es

necesario incluír

a Petzval en la

lista de

aberraciones a

minimizar y subir

los pesos de Lch

y Astig.



Regresamos a la configuración inicial (rechazamos esta optimización): Ventana principal

“File” + “Open Lens” (el programa emite una advertencia, la rechazamos).

Probemos ahora con:

Y haciendo la corrida de optimización obtenemos:

Observamos que todavía falta

peso a Coma, Astig. y Lch

Probemos con:

Peso Aberr

5 PAC

3 PLC

3 SA3

9 CMA3

5 AST3

3 PTZ3, etc (Igual que

antes para las otras)

Con esos pesos el sistema mejora un poco más, pero COMA3 sigue siendo el problema más

grave. Estamos tratando de minimizar SEIS aberraciones con solo TRES variables, esto constituye

un problema para OSLO, lo más que puede hacer es llevarnos a un mínimo local, que NO es el

mejor de todos los que posiblemente tenga el sistema.

Observando las contribuciones de cada superficie, vemos que ahora las contribuciones de la

superficie Num. 1 ya son significativas. Conviene incluír esta superficie en las variables, para que

OSLO pueda salir del agujero poco conveniente en que ha caído.

Aceptamos este resultado (salvamos el sistema

como está ahora con el nombre TripleteCooke-1b).

Declaramos la nueva variable. Aumentamos el

peso de PAC, CMA3 AST3 a 15, 20 y 9

respectivamente, dejando los otros pesos iguales.

Obteniendo:

Observe que en eje ya hemos llegado a limite de

difracción para las tres líneas espectrales F,d,C.

Aunque coma sigue siendo el problema más grave.

Aceptemos el sistema como está salvándolo como (TripleteCooke-1c) y con los mismos pesos

PERO ahora declarando a TODAS las superficies como variables hagamos una corrida final

El sistema mejora, pero no de manera admirable.



Yo acostumbro dejar hasta el

final el empleo de una rutina especial

que tiene OSLO: “Genii”:

En esta opción, OSLO declara

un conjunto de rayos que pasan por

diversos puntos de la pupila de entrada,

viajando hacia los tres puntos imagen declarados (default) y trabaja para minimizar las desviaciones

transversales respecto de los puntos imagen paraxiales (sistema perfecto).

Las condiciones de trabajo de Genii son:

Las funciones de aberración que vá a minimizar son casi 40

(ver listado en “Optimize” + “Operands”.

Usualmente el resultado es muy satisfactorio....... veamos ahora:

El cambio es “dramático” (como dicen los vecinos del norte):

En los tres primeros loops mejoró 52% para llegar a:

Lo cual es una

sensible mejora en

las aberrs.

geométricas, pero

hay un residuo de

Lch y ya se nota la

presencia de

ESF5.

En las gráficas de MTF (Modulation Transfer Function) y de forma de los frentes de onda en

la pupila de salida para los tres campos h=1, h=0.7 y h=0 vemos:



MTF: El sistema se porta casi igual en las tres h(i).

Frentes de onda: (extrema derecha: Existe aberración Esf. de 5º orden). (Centro y extrema Izq:

Existe Coma y Ast. de 5º orden, el más grave es Astigmatismo).

La gráfica de PSF =”Point Spread Function” nos confirma la uniformidad de resolución del

sistema en todo el campo:



Lo mismo sucede en la “Through-Focus MTF Analysis”, para la frecuencia espacial de 25

ciclos por mm que por default definió la rutina Genii.

La distancia focal posterior del sistema cambió, dando el nuevo valor (50.24mm) vemos que

sus parámetros finales son:

Las aberraciones de

Seidel:



Como la optimización NO llevó todos los coeficientes de aberración a cero, debido a la

presencia de Lch, podemos buscar el Focal Shift con

Mínimo RMS Spot size Policromatico �f = -0.1916mm. o con

Mínimo RMS OPD Policromático �f = -0.2542mm.

Paraxial RMS Spot RMS OPD

Vemos que en ambos casos hay una mejora, pero

debemos recordar que es sólo ¡ Estética !.

Hagamos un último intento:

Guardemos el sistema como está

(TripleteCooke-1d) e intentemos

corregir la Lch residual.

Definimos “Aberration Operands”,

“OSLO Spot Size /Wavefront” con sus

valores default excepto que pedimos

“Use all wavelengths”;

obteniendo:

Es fácil notar que el

sistema tiene un

comportamiento ideal en todo

el campo.

Hemos terminado.

Lo guardamos como

(TripleteCooke-1e)



OSLO tiene dos rutinas de análisis de tolerancias: “MTF/RMS wavefront tolerancing” =

Provides a fast, efficient way to perform the most commonly found tolerancing requirements

analysis y “MONTECARLO tolerancing analysis” = Provides a real-world manufacturing

simulation, and is the ultimate tool to verify compliance with the required specifications.

Probemos con las dos:

(Reagrupe los renglones para ahorrar espacio) Selección de la tolerancia:

Todos los

“paquetes constan de: “ITEM”=Error analizado “GRP”= Grupo, en esta caso 1a superficie de c/lente.

“VALUE”=Valor de la tolerancia de manufactura= Error permitido para que el Cooke pueda ser aceptado.

“GRADE”= Grado relativo de importancia del error: A=1er lugar, B=2o lugar, etc de importancia.

*MTF SENSITIVITY ANALYSIS - POLYCHROMATIC

TANGENTIAL (Y) AND SAGITTAL (X) MTF - SPATIAL FREQUENCY 25.00 CYCLES/MM

TOLERANCE SRF/ TOLERANCE TOLERANCE

Error de Irregularidad de cada superficie, en unidades de Franjas de interferencia contra Test Plate.

IRREG FR 1 0.5 A IRREG FR 2 0.5 A





Error de espesor, en las unidades del diseño, en este caso mm.

ELM THICK 1 0.32 C AIR SPACE 2 0.05 B

ELM THICK 3 0.5 D AIR SPACE 4 0.5 D Stop AIR SPACE 5 0.5 D

ELM THICK 6 0.5 D AIR SPACE 7 0.5 D

Error tolerable de “Melt” de los vidrios empleados.

REF INDEX 1 0.002 D REF INDEX 3 0.002 D REF INDEX 6 0.002 D

V-NUMBER 1 0.8 C V-NUMBER 3 0.7 B V-NUMBER 6 1.0 D

Error de tilt de cada superficie A= primera superficie, B= segunda superficie de cada lente.

TILT A 1 0.03 A TILT B 1 0.03 A

TILT A 2 0.01 A TILT B 2 0.01 A

TILT A 3 0.01 A TILT B 3 0.01 A

TILT A 4 0.02 A TILT B 4 0.02 A

TILT A 6 0.02 A TILT B 6 0.02 A

TILT A 7 0.02 A TILT B 7 0.02 A

Error de des-centrado de componente (Influye en redondeado de la lente y en la manufactura de monturas)

CMP DEC Y 1 0.01 A CMP DEC X 1 0.01 A



Error tolerado de Conic Constant (Asfericidad tolerada para cada Superficie) en anillos.

CMP CCT A 1 0.01 A CMP CCT B 1 0.01 A



---- La MTF del sistema cambia (debido a esos errores) dentro de los valores:

TANGENTIAL (Y) AND SAGITTAL (X) MTF - SPATIAL FREQUENCY 25.00 CYCLES/MM

NOMINAL LOW MTF MEAN STD DEV

CFG FPT FBY FBX FBZ MTF W/ TOLS CHANGE (SIGMA)

1 1 -- -- -- 0.727 T 0.691 -0.013 0.012

0.727 S 0.691 -0.013 0.012

2 0.707 -- -- 0.716 T 0.668 -0.017 0.015

0.717 S 0.675 -0.014 0.014

3 1.000 -- -- 0.674 T 0.572 -0.020 0.041

0.707 S 0.652 -0.015 0.020

-------------------------------------------------------------------------------

PROBABLE COMPENSATOR CHANGE (+/-)

NBR TYPE SRF CHANGE

1 CV 2 0.013466

2 CV 3 0.016944

3 CV 7 0.037601

4 CV 1 0.014196

5 CV 4 0.016611

6 CV 6 0.037264

El manual de OSLO nos dice:If there are any compensation variables, the PROBABLE COMPENSATOR CHANGES are displayed after the

system performance summary. The probable change of the compensator is defined to be the two-sigma (i.e., twice the

standard deviation) value of the compensator change.



Veamos ahora el resultado de analisis de tolerancias mediante Monte Carlo:

*MONTE CARLO TOLERANCE ANALYSIS

PERTURBATION DISTRIBUTIONS: DEFAULT

ERROR FUNCTION FOR NOMINAL SYSTEM: 0.001676

NUMBER OF SYSTEMS EVALUATED: 25

MEAN CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.020913 +/-

0.002569

STANDARD DEVIATION OF CHANGE: 0.012844 +/- 0.001854

MINIMUM CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.001094

MAXIMUM CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.052684

AVG DEV: 0.009908 SKEWNESS: 0.869267 KURTOSIS: -0.038841

COMPENSATOR STATISTICS

COMP MEAN STD DEV MAX

CV 2 0.006040 0.019531 0.044499

CV 3 0.005968 0.026837 0.057761

CV 7 0.003877 0.029934 0.125009

CV 1 0.002177 0.023867 0.048188

CV 4 0.005932 0.036477 0.101870

CV 6 0.005753 0.034222 0.153407

CUM PROB (%) EF CHANGE CUM PROB (%) EF CHANGE CUM PROB (%) EF CHANGE

0.0 0.001094 15.0 0.009238 86.0 0.034770

1.0 0.002850 20.0 0.011107 87.0 0.034832

2.0 0.004371 25.0 0.012883 88.0 0.035283

3.0 0.005659 30.0 0.013426 89.0 0.036371

4.0 0.006714 35.0 0.014329 90.0 0.038442

5.0 0.007535 40.0 0.014867 91.0 0.039910

6.0 0.008122 45.0 0.016898 92.0 0.041399

7.0 0.008200 50.0 0.018380 93.0 0.042909

8.0 0.008502 55.0 0.018568 94.0 0.044611

9.0 0.008717 60.0 0.019937 95.0 0.046103

10.0 0.008661 65.0 0.021885 96.0 0.047537

11.0 0.008623 70.0 0.023834 97.0 0.048912

12.0 0.008715 75.0 0.026937 98.0 0.050228

13.0 0.008850 80.0 0.028749 99.0 0.051485

14.0 0.009026 85.0 0.034708 100.0 0.052684

En estos dos análisis hemos dejado VARIABLES solamente las curvaturas, como si

pudieramos colocar las lentes con precisión una micra o menos en cuanto a sus separaciones y

tambien pudiéramos fabricarlas con 1 micra o menos de error en su espesor..



Si ahora, además de las curvaturas, declaramos como variables a TODOS los GROSORES,

el mismo análisis de Montecarlo nos reporta:

MEAN CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.013956 +/- 0.002488

STANDARD DEVIATION OF CHANGE: 0.012441 +/- 0.001796

MINIMUM CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.000398

MAXIMUM CHANGE IN ERROR FUNCTION: 0.043489

AVG DEV: 0.009647 SKEWNESS: 1.081948 KURTOSIS: 0.216954

COMPENSATOR STATISTICS

COMP MEAN STD DEV MAX

CV 2 0.000473 0.001412 0.006815

CV 3 0.000270 0.001430 0.006849

CV 7 -0.000191 0.001301 0.003071

CV 1 0.000137 0.001650 0.006781

CV 4 0.000410 0.001731 0.008302

CV 6 0.000269 0.001130 0.002717

TH 1 -0.046091 0.238068 1.170381

TH 2 6.9586e-05 0.024802 0.099557

TH 3 0.023649 0.212573 1.005547

TH 4 1.358415 1.923220 5.001044

TH 5 -1.375311 1.332411 2.467639

TH 6 0.361441 0.757460 2.358793

Note que la tolerancia del espesor Num.2 (TH 2) es MUY CRITICA, no hay espacio para error.

CV = Curvatura son los incrementos máximos de curvatura que puede soportar cada superficie.

Traduciéndolos a errores tolerables de radio de curvatura:

Error Curv Error Curv

Error

Radio

Limite

Error

Radio

Limite

Error

Radio

Limite

Error

Radio

Limite

COMP Radio

Teorico

Curvatura

Teórica

MEAN

(Prom)

MAX usando

(+Mean)

usando

(-Mean)

usando

(+MAX)

usando

(-MAX)

CV 2 -19.84626 -0.05038 0.00047 0.00681 0.18806 -0.1845 3.1040 -2.3644

CV 3 -14.08767 -0.07098 0.00027 0.00684 0.05378 -0.0533 1.5044 -1.2396

CV 7 -15.416 -0.0648 -0.00019 0.00307 -0.04528 0.0455 0.7661 -0.6968

CV 1 10.09883 0.09902 0.00013 0.00678 0.013952 -0.0139 0.6472 -0.7424

CV 4 10.5631 0.09466 0.00041 0.00830 0.045550 -0.0459 0.8516 -1.0153

CV 6 -24.59547 -0.0406 0.00026 0.00271 0.16381 -0.1616 1.7613 -1.5406

El radio de curvatura más crítico es el Num.1, admite solo un error de +13.9 micras.

Y el más tolerante es el Num.2, admite error de +184 micras.

Junto con la casi nula tolerancia del espacio de aire TH(2) y la baja tolerancia de espesor

TH(1) = 46 micras hacen a la primera lente y al espacio de aire que le sigue MUY CRITICOS.

Introduction to Optical System Design Secci�n..4

111Dr. Ricardo B. Flores Hern�ndez

Introducci�n a ZEMAX

Ricardo B. Flores Hern�ndez Dr.

Al abrir Zemax obtenemos:

Para insertar superficies se da click en un rengl�n y se presiona “Ins” del teclado, por cada

superficie que se desee insertar ARRIBA de la posici�n seleccionada. Para borrar una superficie se

posiciona el cursor en el renglon que se desea borrar y de presiona “Del” del teclado.

Primer pop-down menu: Segundo: Tercero: etc.

La cantidad de opciones es enorme, conviene que Uds. Mismos

exploren las posibilidades que ofrece el programa.

Vamos a emplear como ejemplo el mismo Triplete Cooke que

usamos en OSLO:

f # F D Diaf. 1/2 fov h(i) Diaf(.#) R1 R2 R3 R4 R5

R6 R7

15 70 ¿? 9º 3 5 12.2 -30 -19.8 6.8 Inf 25.2 -35.6

T1 T2 T3 T4 T5 T6 G1 G2 G31.3 0.6 0.4 1.6 1.8 0.7 BaK4 LF5 BaSF1



Para asignar las propiedades de “Aire”, solo es necesario dejar el espacio de la columna

“Glass” en blanco. Para asignar un vidrio, se posiciona el cursor en el lugar adecuado y se da click

en , aparece el cuadro de dialogo de catalogos de vidrios, se selecciona el fabricante y se

localiza el vidrio deseado para verificar sus propiedades. NO existe un boton de “Accept”, es

necesario teclear el nombre del vidrio en la posición deseada. Por cierto: Ninguno de los catalogos

Schott contiene al BASF1.

En la hoja “Lens Data Editor” damos el semidiametro del Stop (7mm) y luego damos click

en “Gen” (Condiciones generales del sistema) para definir f# = 15.

Del directorio principal damos click en “System” y “Wavelengths”. Del cuadro de dialogo

seleccionamos “F,d,C (visible)” y damos click en “Select”.

Dando click en “Fie” aparece el cuadro de dialogo de la izquierda, en

él definimos los mismos campos que usa OSLO, (para comparar

ambos paquetes). Dando los campos Zemax calcula los

semidiámetros de cada componente.

h(1)=9º, h(0.7)=9*0.7= 6.3º y h(0)=0º

Con estas acciones ya podemos hacer el primer

“Analysis” -> “Layout” -> “2D Layout” del

sistema para verificar que todo esta bien hasta

ahora. Hay otras opciones, por ejemplo el

Spot Diagram:



La opción “Report” -> “System data” nos dice que f = 151.33mm y nosotros queremos

f=70mm. Escalemos la lente con “Tool” -> “Make Focal” dandole el valor 70 en el espacio de

datos, con lo que obtenemos: (Tambien declaramos “variables” las curvaturas que sabemos

contribuyen más a las aberraciones de Seidel y Cromáticas, vistas en el empleo de OSLO).

Lo salvamos como CookeZeiss-1

Para poder optimizar, debemos declarar la

función de mérito, para hacerlo vamos a “Editors” -

> “Merit Function” y seleccionamos: “Default

Merit Function”

que abre el cuadro de diálogo -------------->:

Hemos seleccionado esas opciones, porque

son las más cercanas a lo que hizo la optimización

de OSLO, para poder compararlas.

Al presionar “Save” y “OK” Zemax genera

una tabla de 133 operandos de optimización que

tratará de llevar a cero.



Las propiedades

iniciales del sistema las

obtenemos con el botón

“Pre” = Prescription Data”:

Todo parece estar bién.

Hagamos la primera

corrida de optimización,

Presionamos “Opt” =

“Optimization” y surge el

cuadro de diálogo:

Dando click en “Automatic” se efectúan varios

ciclos de optimización y se muestra el efecto:

Veamos las nuevas aberraciones y radios de curvatura:

PERO no se conservó la distancia focal, Zemax escaló todo el sistema a f = 19.8 mm.



Para deshacer esto, en el pop down menu “Editors” seleccionamos “Undo”, con lo que el

sistema regresa a su estado inicial, que verificamos en la ventana “Prescription data”.

Una forma de mantener la distancia focal casi constante es:

QUITANDO el “Solve” de altura del rayo

marginal a cero (hacer t(i) = Const = 55.261.

y FIJANDO el semidiámetro del Stop= 2.02:

Con eso al menos la distancia focal posterior se mantendrá constante, el f# permenecerá

constante y el valor de distancia focal efectiva permanecerá cercano al de la prescripción del sistema.

Corriendo la misma optimización nos queda ahora:

Que podemos escalar a f = 70mm sin ningún problema. Ahora el sistema queda:

Del menú

Analysis.

Miscelaneous

tomamos las

opciones:

Chromatic focal shift , Longitudinal Aberration , Lateral color Salvamos CookeZeiss-1b



El sistema tiene mucha aberración cromática y Esférica. Igual que con OSLO tres

curvaturas variables es muy poco para optimizar el sistema. Primero escalamos el sistema a f=70,

declaramos todas las curvaturas como variables y BORRAMOS la función de mérito y creamos una

nueva. (SIEMPRE hay que hacer esto cada vez que se introduce una nueva variable).

Registramos los diagramas antes y después de una corrida de optimización automática:

El sistema ha mejorado. Lamentablemente esta versión de Zemax no puede mostrar el disco

de Airy. La barra vertical de la izquierda indica 200 micras, la de la derecha 100 micras.

Significa que estamos todavía lejos del resultado de OSLO, los tres diagramas de manchas son

cercanos a 50 micras de diámetro. Y todavía tiene aberración cromática longitudinal:

Escalamos a 70mm y salvamos como CookeZeiss-1c.

Probemos ahora con otra opción de optimización. En

el menú “Tools” existen dos posibilidades: “Global search”

que en este caso NO nos es útil, porque ya tenemos un sistema

bien definido (esta opción es para flojos y/o curiosos).

La opción que si nos sirve ahorita es “Hammer optimization”.

Después de trabajarla un minuto damos “Stop” y luego “Auto

DLS”. Por el valor inicial y final de MTF vemos que no ha

habido mejora, el sistema está en un mínimo local.

The Hammer optimization uses a random search

algorithm in the solution space surrounding the starting design.



Para continuar el proceso de optimización tendremos que crear una nueva “Merit function”,

que ponga más énfasis en la aberración cromática longitudina. Para empezar probemos aumentando

los anillos de 3 a 6, de esta forma, en cada punto imagen tendremos 6x6=36 rayos equi-distribuidos

en la pupila, en vez de 3x6=18 rayos, para cada longitud de onda.

Corriendo la optimización automática NO tenemos ninguna mejora.

Corriendo Hammer y DLS hay una miserable mejora, lor radios varían en fracciones de micra

Borramos la función de mérito y cremos una nueva, de tres anillos PERO modificamos los pesos de

los rayos que corresponden al punto imagen axial (Field Num. 1)

Note que subimos

todos los pesos a

0.5 solo a los rayos

que tienen

contribución

diferente de cero:

Corriendo

optimización

automática, MTF

pasa de 0.007565

a 0.00750921

Tuvimos una leve

mejora general, pero

la Lch sigue casi

igual.

NO hay ganancia.

Veamos que

nos sugiere la ayuda

vía internet de

Zemax.

En Google buscamos “Cooke achromatization zemax”. No encontré nada.

Por ahí me encontré algunos comentarios de diseñadores que reconocen que CodeV es

definitivamente el mejor de todos los programas comerciles de diseño, PERO es mu caro. Todos

votan a favor de OSLO más que por Zemax, uno de ellos:

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

> Hi All Optical Designers,

> If you can't afford Code-V, get OSLO and not ZEMAX.

The original post suggested we looked for the good points in both programmes. So in that spirit:

In favour of OSLO I would suggest:

1. A long tradition of development as a teaching tool by a first-rate academic.

2. A really good freebie version - OSLO-EDU - which has the capacity for serious optimisation tasks.

3. Several good pre-defined merit functions for getting up the optimisation learning curve really fast.

4. Original development under DOS which has left behind an excellent command-based C-like



macro language, CCL, and visibility of much of the program code written in this language.

5. A much simpler macro language, SCP, for those reluctant to master CCL.

In favour of ZEMAX I would include

1. A highly intuitive graphics interface for high quality self-explanatory presentations to the lens

designers' customers.

2. Storage with the lens of key parameters such as maximum frequency in the MTF curve, and scale

of transverse ray aberration curves, which make comparisons of successive designs easier.

3. Active display of cursor Y-Z coordinates on lens cross-section drawings, making possible quick

estimates of clear apertures etc.

4. "Adaptive spread sheets" whose headers change surface-by-surface to reflect the different data

items in the columns. These make lens data input easier to follow.

5. At least in the UK, an excellent speed of response to user's queries.

I've tried to be impartial. But I must declare a vested interest in OSLO!

Brian

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Volví a correr Hammer por casi 10 minutos y una vez más no obtuve mejora significativa.

Luego intenté introducir DENC, el help de zemax me dice:

DENC

Diffraction Encircled Energy. This operand computes the radius in microns to the specified fraction

of diffraction encircled, ensquared, x only, or y only (enslitted) energy. Optionally, the percentage

energy at a given radius may be computed (see Hy and Py below).

Int1 specifies the pupil sampling, where 1 yields 32 x 32, 2 yields 64 x 64 etc.

Int2 is the integer wavelength number; 0 for polychromatic.

Hx specifies the field number.

Hy is the fraction of energy desired, and must be between zero and 1, exclusive, if Py is 0, 1, or 2.

Px is the type: 1 for encircled, 2 for x only, 3 for y only, and 4 for ensquared.

Py is the reference point: 0 for centroid, 1 for chief ray, 2 for vertex. See Hy.

If the sampling is too low, the radius returned is a 1e+10. See also DENF, GENC and XENC.

Int1 Sampling density.

Int2 Wavelength number.

Hxy,Pxy See above

Por más que intenté no pude crear este nuevo criterio de optimización en la Merit function.

Ya me cansé, creo que en estos casos es mejor acromatizar con OSLO, es decir, tomar los datos de

aqui y cargarlos en OSLO.

Por mera curiosidad hice correr el “Global search” por una hora. Llegó a un “maravilloso

resultado: un sistema limitado por difracción, pero que parece un popote, ¡largo y delgado!.

Luego tomé el sistema original, lo salvé como CookeZeiss-1f e hice la optimización

Hammer ..... llegando a otro resultado ridículo. Definitivo: es mejor OSLO.

Oslo

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