非球面設計激光整形的案例
SYNOPSYS?光學設計軟件---非球面激光束整形器
概述
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為什么使用非球面設計激光整形器
激光整形器初始系統
優化模擬退火
FLUX非球面設計的光通量均勻性
TFAN子午光扇分析
DPROP衍射傳播特性
ADEF非球面鏡與最佳擬合球體距離
ADEF最佳擬合球體條紋圖
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第16章
為什么使用非球面透鏡
使用全球面透鏡設計激光整形器需要六片透鏡。
使用非球面或衍射元件需要更少的透鏡，因此值 得額外的制造麻煩。
六個球面透鏡是否比兩個非球面鏡更便宜？如果 沒有，那么非球面設計看起來更具吸引力。
展開 SYNOPSYS?光學設計軟件--球面激光束整形器
SYNOPSYS?光學設計軟件--球面激光束整形器
概述
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激光整形器
檢查能量密度或光通量均勻性的三種方法：
– FLUX
– FLUX像差
– DPROP
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參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第15章
激光整形器
激光器的輸出具有高斯強度分布，這是非均勻的，并且對于某些應用，人們希望使其均勻。激光整形器使其均勻。
設計激光整形器有多種方法：
·對于具有球形表面的簡單透鏡，它需要以重新分布光的方式平衡相當大量的球差，降低光束中心的能量密度，同時增加邊緣附近的能量密度，同時保持波前像差在掌握之中。
·使用非球面表面更容易，其中人們可以更好地控制要引入的像差量，并且如果使用衍射光學元件也更容易。
展開 VirtualLab Fusion：模擬由衍射光束整形器和非球面透鏡組成的非近軸光束整形系統
MO.001（1.3）
作者：Michael Kuhn （LightTrans）
相關案例：23.01
相關教程：-
需求：VirtualLab Fusion-基本工具箱
許可證：CC-BY-SA 3.0
1.建模任務
? 偏振：x方向的線性偏振
? 激光直徑（1/e2）：3.26mm
? 波長：632.8nm
衍射光束整形器元件傳輸
像素大?。?1.5×21.5um
像素：250×250
直徑：5.4×5.4mm
相位級次：4
2.光路圖
開始光學系統仿真
3.系統仿真
? 目標屏上的強度
? 效率：72%
? 均勻性誤差：3.7%
4.結論
? 可以仿真近軸和非近軸透鏡以及透鏡系統。
? 已存儲的傳輸函數允許將任意振幅和相位調節引入到光波。
? 允許仿真衍射光學元件產生的效應。
展開 VirtualLab Fusion：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 
VirtualLab運用：在大孔徑非球面的焦點區域模擬激光光束
激光系統>光束傳輸
任務/系統說明
?傳播與評價光的完整矢量電磁場→允許評估偏振效應
?準確考慮透鏡表面的菲涅耳損耗
說明：光源
說明：聚焦非球面
說明：探測器
結果：3D系統光線追跡
結果：殘余相位像差
結果：考慮Ex，Ey，Ez
文檔和技術信息
VirtualLab運用：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 VirtualLab運用：對使用非球面透鏡的激光掃描系統進行性能分析
激光系統＞掃描系統
任務/系統描述
亮點
? 對用戶自定義的掃描過程建模
? 多樣的可選擇的角度定義
? 完全掃描以及附加光學設置過程中的高速仿真
? 已掃描光斑的畸變評價
說明：光源
說明：掃描鏡系統
說明：非球面透鏡作為掃描光學系統
說明：探測器
結果：3D系統光線追跡
結果：3D光線追跡（軸上&離軸）
結果：軸上光束輪廓
結果：離軸光束輪廓
結果：離軸光束輪廓（傾斜探測器）
結果：掃描過程
文件&技術信息
VirtualLab運用：使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
激光掃描系統（LSC.0001 v1.0）
使用非球面透鏡對激光掃描系統進行性能分析
應用案例概述
系統細節
光源
- 綠光二極管
元件
- 雙軸振鏡掃描儀
- 非球面透鏡
探測器
- 場曲和畸變
- 光束強度剖面
- 焦點區域探測器
- 光束參數
模擬/設計
- 光線追跡：分析場曲和畸變，場追跡引擎的探測器的定位
- 場追跡：考慮衍射效應，進行更精確的光束尺寸和剖面的研究
系統說明
激光掃描系統的性能評估
一個激光掃描系統的掃描光學部分包含了一個掃描儀單元和一個非球面透鏡，在一維掃描過程中（沿入射角Theta），通過分析光束的場曲和畸變來評估其性能。
此外，計算了不同掃描位置處的光束尺寸和輪廓。
展開 衍射透鏡設計激光光束整形器 | SYNOPSYS 光學設計軟件第75課
</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-center"><strong style="color: rgb(51, 51, 51);">2.1設計要求</strong></p><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(51, 51, 51);">下面是一個衍射透鏡設計激光光束整形器的指標：</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(51, 51, 51);">將最細直徑為0.35 mm的氦氖激光束擴展成變動范圍在10%以內的直徑為 10 mm 的均勻激光束。只使用兩個元件, 每個的一側都有一個 DOE。
展開 球面像差 | RP 系列激光分析設計軟件
</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 人們可以使用</span>非球面透鏡<span style="color: rgb(0, 0, 0);">，它改變了表面形狀，從而避免了球面像差。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 人們可以使用球面透鏡的組合，其設計可以很好地補償球面像差。例如，這種方法經常用于</span>攝影目標。</p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">在某種程度上，我們還可以根據所需的配置選擇合適類型的鏡頭來減少球面像差（見圖 3）：</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 對于將小光斑成像為相同尺寸的光斑，對稱雙凸透鏡非常適合。然而，最好組合使用兩個平凸透鏡，且平面位于外側。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 對于非對稱應用，例如聚焦準直光束或準直強發散光束，平凸透鏡可能更合適。最好的解決方案實際上是兩側曲率半徑均經過優化的非對稱透鏡，但平凸透鏡通常足夠接近。它的定向必須使彎曲表面位于準直光束的一側。兩個透鏡表面都有助于聚焦作用。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件---設計可加工制造的非球面
概述
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? AGT非球面自動G項測試
? ASY列出非球面項系數
? ADEF與非球面最接近擬合球面
? ADEF非球面條紋圖
設置工作目錄
選擇Dbook工作目錄
二維圖
FETCH 6
優化
點擊 按鈕，打開C24M1.MAC
點擊 按鈕
使用AGT 來查看添加一些通用的非球面項是否會改進，將測試表面1的高階項 G 3,6,10 和 16，將評價函數降低1％或更多
AGT自動G項測試
在PANT文件前添加AGT 5 QUIET 1 .01 3 6 10 16
點擊 按鈕
ADA的意思是Automatic DOE Assignment，自動衍射光學元件分配
ASY列出非球面項系數
在Command Window中輸入ASY，該程序報告只有第 G 3 項有用，ASY 列表給出了非球面項系數
ADEF與非球面最接近擬合球面
ADEF 1 PLOT，ADEF意思是Analyze，DEFormed surface，分析變形表面
表面1與最接近球面(CFS)，的最大垂直差異有5.8μm。
展開 
SYNOPSYS 光學設計軟件課程二十：設計容易制造與加工的非球面
課程二十：設計容易制造與加工的非球面
在本課中，我們展示如何將球面替換成非球面，從而改善像質。然后我們重新優化它，控制非球面與最接近球面（CFS）的 RMS 偏離，以便更容易制造。
這是一個初始鏡頭，一個校正不佳的三片式鏡頭：
（如果您想自己運行此案例，始鏡頭名為 6.RLE。）
讓我們做一個簡單的優化運行。首先，我們只使用球面。這是 MACro：
鏡頭質量得到改善，但 5 階球差和 3 階球差沒有得到平衡：
轉換成非球面。將下面的命令行添加到 PANT 文件并重新優化。
VY 1 G 3
VY 1 G 6
VY 1 G 10
正如所期望的那樣，現在鏡頭要好得多 - 但是非球面看起來如何？ASY 列表給出了系數：
我們使用了22個 G 非球面系數項中的三個。查看該表面與最貼近的球面的貼合程度（CFS）。
輸入命令 ADEF 1 PLOT
該圖表顯示與 CFS 有很大不同。這可能難以準確控制。讓我們繼續優化，是否能得到更容易制作的非球面。在 PANT 文件中添加
VY 1 G 3
VY 1 G 6
VY 1 G 10
VY 1 G 16
在AANT文件中添加了這些
M 0 100 CLINK
ADEF 1
CD1 FILE 6
= CD1
然后運行這個宏，
這里我們使用 CLINK 選項，它使優化程序運行下一個命令（在這種情況下為 ADEF ），然后從文件緩沖區中獲取所需的數量。（要了解此強大功能，請在中鍵入 HELP CLINKCW）。
SYNOPSYS 已經有了這種分析的命令，如用戶手冊的第 10.3.3 節所述，但如果沒有，你會怎么做？
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程五十九：短焦微型非球面投影物鏡設計
課程五十九：短焦微型非球面投影物鏡設計
投影物鏡通常指 LCD、DLP、LCOS 等投影儀使用的物鏡。
投影物鏡有以下特點：
1.投影物鏡的物是空間光調制器 SLM ，包括上面提到的 LCD 和 DLP ，它決定了物鏡的視場線和分辨率，從而影響系統外形尺寸和信息量。但實際設計時會倒置設計，將其放在像面。
2.像方遠心：在像空間中，出瞳位于無限遠，所有視場的主光線都和光軸平行，從而和 SLM 垂直，這是空間光調制器物理效應的基本要求。
3.大部分物鏡帶有一個耦合棱鏡，如 LCD 投影儀的 X 棱鏡和 DLP 投影儀的 TIE 棱鏡，這些棱鏡厚度較大，對像差有較大的影響，是整個成像光路的一部分。
4.定焦和變焦物鏡：為了適應不同的應用環境，投影物鏡大部分是變焦物鏡。
技術指標：
1.焦距：f=9mm，
2.相對孔徑：D/f=1/1.8
3.全視場：FOV=46°
4.總長小于等于40mm
5.鏡片數為5片
6.光學系統為像方遠心光路
7.畸變<3%
8.成像器件 DMD 尺寸為1/3英寸
9.投影效果：100mm處畫像對角線長85mm
10.在63lp/mm，中心線對 MTF>0.45，全視場>0.3
搜索宏文件：
請掃描文章底部二維碼聯系工作人員獲取代碼
搜索出來的初始結構：
基本參數：
物高為-42.4475，滿足100mm處畫像對角線長85mm。
畸變：
MTF：
由上圖可知，畸變和 MTF 基本已滿足要求。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十六：一個激光二極管光束整形器
課程四十六：一個激光二極管光束整形器
這節課將展示如何設計從一個激光二極管到一個圓形準直光束的光學轉換器。我們從一個典型的激光二極管的規格開始，它在 X 方向和 Y 方向上有不同的發散角，設計任務比較復雜。以下是我們的設計規格:
Y 方向的光束發散度: 8.5°
X 方向的光束發散度: 19°
波長為0.403um
我們將使用 OBG 命令，它需要高斯束腰半徑作為參數。首先我們要把發散角轉換成半徑值。
在用戶手冊的3.1.2節中，我們了解到該程序利用公式將光束半徑轉換為發散角
DIV = WAV(p) M2 / π WAIST No
WAIST = WAV(p) M2 / π DIV No
從這里我們得到了 y 方向的 GWR = 0.0008644和 x 方向的 GWR =0.0003868?，F在我們創建 RLE 文件。在 EE 編輯器中鍵入 RLE 文件
RLE
ID LASER DIODE BEAM CONVERTER
UNI MM
WA1 .403
OBG 0.0008644 1 .0003868
1 TH 20
2
END
然后運行這個宏，你會得到一個結構簡單初始結構。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程四十：從 DSEARCH 開始設計非球面相機鏡頭
課程四十：從 DSEARCH 開始設計非球面相機鏡頭
在開發一款現代手機鏡頭或針孔相機時，設計師們越來越多地使用非球面。它們通常是很小的塑料元件，盡管制作模具很昂貴，但鏡頭可以大量生產，成本很低。甚至可以用法蘭機直接模壓到元件上，使組裝更簡單，這種方法可以使某些元件尺寸保持在非常小的公差范圍內。
為幫助設計此類系統，DSEARCH? 可以對具有非球面的系統進行全局搜索。建議用戶閱讀 SYNOPSYS? 用戶手冊中關于這一強大功能的介紹。我們在此給出一個如何將DSEARCH 用于典型系統的示例。
PROJ ! 開始項目的計時器
CCW ! 清除命令窗口
CORE 16 ! 使用16個核心以提高速度
DSEARCH 1 QUIET ! 啟動DSEARCH；將最好的鏡頭放在庫中的位置1。SYSTEM ! 定義系統規格
ID DSEARCH ASPHERIC CAMERA LENS ! 識別ID
OBB 0 41.3 .285 !
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