非球面鏡頭設計的案例
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 SYNOPSYS 光學設計 第40課 從Scratch開始的非球面相機鏡頭
評價函數值為0.037，我們有一個很棒的設計！
9 GTB H BSC7
我們將表面9上的材料更改為客戶想要使用的真正的玻璃材料：Hoya型BSC7。 為此，我們打開WorkSheet（WS）并在編輯窗格中鍵入
9 GTB H BSC7
單擊“更新”，然后保存檢查點。 該模型已被替換。 現在我們打開真實玻璃菜單（MRG）并選擇U目錄。 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。
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 短焦微型非球面投影物鏡設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第69課
只有中間三片是球面玻璃，因此只選擇表面3到7
優化完畢后在第5表面前插入表面，并設置為真實光闌：
注釋掉優化宏中的 VY 0 YP1，運行優化退火（50,2,50），針對性地對分析指標進行優化宏的修改，增加控制指令命令行（修改評價函數權重控制 MTF ）再次進行優化退火：
【評論留言聯系工作人員獲取代碼】
優化后得到以下結構：
查看像差指標：
基本參數
全視場MTF：@55lp/mm（>30%）
畸變（<4%）
主光線角度
相對照度（>0.8）
鏡頭數據
至此，采用前后兩片非球面+中間三片球面透鏡進行設計的一個非球面短焦投影物鏡就搭建完畢了，達到了設計要求的同時也保證了投影鏡頭良好的遠心度，各位讀者可以自行嘗試對本文案例的搭建，也可以嘗試提高指標要求搭建得到更好的鏡頭結構，感謝閱讀。
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。
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