非球面光學設計的案例
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 !
展開 短焦微型非球面投影物鏡設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第69課
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。
本文將展示使用 SYNOPSYS 軟件進行短焦微型非球面投影物鏡的設計，與上次課程不同的地方是本次設計中使用了非球面面型進行搭建。
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---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 第40課 從Scratch開始的非球面相機鏡頭
該目錄沒有普通的光學玻璃 - 但它確實有塑料材料。 當您指定U目錄時，ARGLASS程序（從MRG對話框運行）會自動選擇塑膠材料，并且替換RLE文件中指定為PLASTIC的GLM。 它有兩種模式; 它可以按數字順序替換鏡頭，或者可以對它們進行分類，以便它首先取代最遠離真實材料的鏡頭。 第二個選項有時更好，因此我們在MRG對話框中選擇Sort，選擇Quiet選項，然后選擇OK。
有時換成真正的玻璃材料會導致光線故障。 程序調整曲率以保持元件光焦度，但如果存在非球面項，則某些光線仍然可能失效。 如果發生這種情況，請在更改其他材料后再次運行ARGLASS。 這通常有效。
現在都是真實的材料。 為了確保我們有一個最佳設計，我們刪除PANT文件中的GLM變量（或將它們更改為單個VLIST GLM ALL，這只會改變鏡頭中已有的GLM），并進一步優化。 現在是時候嘗試更多的非球面項了。 我們在PANT文件中添加了如下命令
VY 1 G 10
VY 2 G 10
VY 3 G 10
VY 4 G 10
并再次優化。但是現在全視場的OPD TFAN開始向上邊緣光線偏離。
因此，我們在AANT文件中添加了一個新命令行，并進行了更多優化。 結果好多了！
M 0 .5 A P OPD 1 0 1
以下是此設計的MTF曲線。 它接近完美。
現在你知道如何使用這個程序了，但是我們能做些什么不同的呢?這種設計達到衍射極限，但在全視場的MTF要比在軸上低得多。這是為什么呢?由于鏡頭前面有光闌，我們正在校正畸變，因此圖像必然會顯示cos ** 4變暗。 事實上，在41.3度的視場角，這意味著邊緣比中心暗32％。 它如何做到這一點？ 通過改變有效F /number！
展開 SJ5900光學型輪廓儀：衍射非球面精準測量新利器
衍射非球面是一種特殊形狀的光學元件，其曲率在不同方向上不均勻變化，與傳統的球面形狀不同，在衍射非球面上，光線通過非球面的表面時會發生衍射現象，這種衍射會使得光線的波前形狀被改變，從而實現特定的光學功能，提高成像質量和性能。
衍射非球面
衍射光學元件是以光的衍射效應為基本工作原理，通過表面微浮雕結構來調制入射波面，從而得到所希望的波面。為了實現更豐富的光學功能，增加光學設計自由度，通常把衍射元件的微結構疊加在非球面的基底上。
在光學設計軟件 CODE V 中，旋轉對稱衍射面表示為：
式中：n1、n2 分別是衍射面之前的介質折射率和衍射面之后的介質折射率；λ0為等效設計波長；c1、c2、c3 分別是衍射面2、4、6 次相位系數；HOR為衍射級次。從公式中可以看出，衍射面方程涵蓋了非球面基底以及衍射微結構特征，其光學設計含義如下圖所示。衍射光學元件是將連續折射 面形折疊為衍射結構，在達到相同光學性能的條件下，實現光學系統的小型化及輕量化。
衍射非球面廣泛應用于各個領域，包括光學鏡頭、顯微鏡、攝影鏡頭、激光光束整形、天文望遠鏡等，它們在科學研究、醫療診斷、工業檢測、通信傳輸等領域中發揮著重要作用。通過精確的光學設計和加工工藝，衍射非球面鏡片可以實現更廣闊的視場、更高的分辨率和更好的像差控制。
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
（更多精彩技術案例，請搜索并關注“武漢墨光”微信公眾號）
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
設置工作目錄
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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 Zemax 21.2 版本發布——歡迎試用全新 OpticStudio STAR 模塊
STAR 模組具有直觀的使用者介面，而且還支援透過 STAR（STAR-API）和 OpticStudio（ZOS-API）中的應用程式設計介面實現工作流程自動化。
這樣，STAR 模組加強了 Zemax 解決方案和其他工程模擬工具之間的聯系。
“當結構和熱負載影響光學性能時，我們的客戶需要分析并解決復雜的多學科影響，” Zemax 技術長 S. Subbiah 博士說。“我們構建了 STAR 模組，以提供強大，準確的 STOP 分析，并將其設計為易于集成到光學設計和制造工作流程中。”
Zemax OpticStuido 21.2
OpticStudio 21.2 帶來了多項功能改進，簡化了設計中設置傾斜和偏心的過程，實現了在非序列模式下對體全息光柵的完全模擬。
產品特點
1、原生非序列模式體全息
OpticStudio 21. 2 引入了可以在非序列模式下使用的體全息表面。和 21.1 中引入的序列模式的體全息相似，該功能允許對體積全息光柵的完全模擬。該體全息功能通過添加新的表面參數支持全息透鏡、全息面和環面全息。全息 1、全息 2、環面全息面通過轉換為 NSC 組工具可以轉換為原生體全息表面。
2、支持非序列模式Q型非球面
Q 型非球面物體對于 Q 型非球面的建模方法與 Q 型非球面序列表面相似。這種在數學上帶有正交項的非球面可以簡化設計和制造。
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