SYNOPSYS 光学设计软件

定焦镜头宏

变焦镜头宏

ZSEARCH设计长波非制冷双视场镜头

设计要求：

光学系统F数：0.9~1.1/1.0~1.2/1.4~1.6
也可在范围内自行选择固定F数
工作波长：8~12um
探测器大小：640X480，17um
焦距：40~120mm
变倍比：3倍
镜片数：≤8
面型：可用衍射非球面
不要求高低温处理

设计步骤

ZSEARCH输入：

LOG                 ! to keep track of things later
TIME                ! to see how long this run took
CORE 12             ! to run faster
ZSEARCH 1 QUIET     
SYSTEM
ID ZSEARCH TEST
OBB 0 9.65 20		
UNI MM
WAVL 12 10 8
NOVING
END
GOALS
ZOOMS 5
GROUPS 1 2 2 2      
ZGROUP 0 Z Z 0     
GIHT 6.8 6.8 10
BACK 10 10
FINAL               
OBB 0 3.24 60  
ZSPACE NONLIN 0.5 
APS 7  
FOV 0 .75 1.0  
FWT 1 1 1  
SNAP 10
COLOR M            
NPASS 30
ANNEAL 200  20  Q 30
QUICK 30 30         
AGROUP
GLASS POS
U GE
GLASS NEG
U ZNSE
END
SPECIAL PANT
END
SPECIAL AANT
ADT 10 10 1
ACC 15 5 1
END
GO                   ! start ZSEARCH
TIME

ZSEARCH设计变倍激光扩束镜

设计要求：

波长：632nm
变倍比：1~10X
入射光束直径：<=5mm
输出光束直径：<=50mm
确保从全孔径出射的光与光轴之间的角度小于0.03°。
总长：<200mm

设计步骤

ZSEARCH输入：

CORE 12
TIME
ZSEARCH 4 QUIET
SYSTEM
ID AFOCAL ZOOM 
OBB 0 .001 25
WA1 .6328
AFOCAL
UNITS MM
END

GOALS
ZOOMS 10
GROUPS 2 2 2 2
ZGROUPS 0 Z Z 0
BACK 10 1
FINAL
OBB 0 .01 2.5

ZSPACE NONLIN 2

GIHT .01 .1 0
APS 1
NPASS 30
ASTART 15
COLOR MONO

ZMOM .2 1 1

AFOCAL
TOPD .1
NGRID 6
FOV 0
FWT 1
SNAP 1
ANNEAL 30 10 Q 30
QUICK 30 30
AGROUP
END

SPEC AANT
M 2.5 1 A P YA 0 0 1 0 LB1
LUL 200 2 2 A TOTL
END

GO
TIME

DSEARCH设计监控镜头

设计要求：

焦距EFL：8mm
最大成像圆：6.7mm
Sensor单个像素大小：2.9um
总长：小于30mm
后焦：大于3.5mm
设计波长：436,486,546,587,656
波长对应权重：11；23；27；29；10
F数：1.5
CRA：小于15°
MTF要求：0F>0.5;1.0F>0.3
镜片个数：无限制
结构形式：无限制

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 12
 DSEARCH 1  QUIET
 SYSTEM
 ID MONI DSEARCH
 OBB 0  22.7 2.67   ！物距无穷远，半视场角22.7°，半孔径2.67mm
 WAVL 0.6563 0.5876 0.4861  !设置CDF线
 UNITS MM
 END
 GOALS
 ELEMENTS 8
 FNUM  1.5 1     ！F数
 BACK  0 0
 TOTL  0 0
 STOP MIDDLE
 STOP FREE
 RT  .75
 FOV 0.0 0.5 0.75 1.0
 FWT 1.0 1.0 1.0 1.0
 NPASS 50
ANNEAL 50 2 Q  30
 COLORS M
 SNAPSHOT 10
 QUICK 50 50
 END

SPECIAL PANT

 END

SPECIAL AANT
LLL 3.50  1  0.01  A  BACK    ！后焦距
LUL 33 1 0.1  A  TOTL    ！系统总长
 A  BACK
LLL 10 1 1 A  RAD  1

 END
 GO

DSEARCH设计塑料非球面相机镜头

设计要求：

物在无穷远
半视场角：41.3°
半孔径：0.285mm
F/# :2.7
后焦距：0.4mm
镜片数：5，带0.3mm保护玻璃，其余镜片为塑料非球面
像高：2.7mm
元件中心厚度不超过1mm
可见光

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 14
DSEARCH 1 QUIET
SYSTEM
ID DSEARCH ASPHERIC CAMERA LENS
OBB 0 41.3 .285	! 物在无穷远，半视场角41.3°，半孔径0.285mm
UNI MM			! 透镜单位
WAVL CDF		! 可见光波段
END

GOALS
ELEMENTS 5 		! 带有保护玻璃的5片式镜头
BACK 0.4 SET	! 指定后焦距0.4mm
FNUM 2.7 10 	! 分别设置F/# 的目标值，和权重
THSTART .5		! 全局搜索的厚度起始值
RSTART 30		! 全局搜素的半径起始值

ASPH R 		! 真实模式下，使用定义的所有非球面项；
ASPH Q		! 快速模式下，使用非球面项CC；
ASPH 3		! 在这里，定义三个非球面项: CC, 孔径的4次幂和孔径的6次幂；

ANNEAL 10 1 Q 30
SNAP 5   		! PAD图的更新频率
STOP FIRST		! 光阑在表面1
STOP FIXED		! 光阑固定
RT 0.5
QUICK 50 50		! 快速模式迭代计算50次，真实模型迭代计算50次；
NGRID 6
NPASS 50     	! 程序迭代次数
TOPD
FOV 0 .2 .4 .6 .8 1	 !定义6个视场点
FWT 5 4 3 3 3 3	    !视场权重
COVER .3 1.51872 64	! 指定保护玻璃厚度0.3mm，相应的玻璃模型折射率1.51872和阿贝数64.
PLASTIC 1 3 5 7	! 4个元件均为塑料模型
END

SPECIAL PANT
RDR .001
TLIMIT 3 .1
SLIMIT 5 .1
END

SPECIAL AANT
ACC 1.0		! 元件中心厚度不超过1mm
ACM .2 .1 .2
ACA 55 1 1
AEC .1 .1 .1
M 1.35 10 A P YA 1	! 全视场主光线在像面的高度值为 1.35mm；
M .945 10 A P YA .7	! 0.7视场主光线在像面的高度值为 0.945mm；
M .54 10 A P YA .4  ! 0.4视场主光线在像面的高度值为 0.54mm；这三个视场是为了控制畸变；

END
GO

DSEARCH设计手机镜头

设计要求：

半视场角41.3°
半孔径0.285mm
F数：2.7
后焦距：0.4mm
可见光
使用非球面和塑料材料
镜头数：5P+保护玻璃（0.3mm）

设计步骤

DSEARCH输入：

TIME
CORE 12

DSEARCH 1 QUIET	
SYSTEM			
ID DSEARCH ASPHERIC MOBILE LENS	
OBB 0 41.3 0.285	 ! 无限远物体，半视场角 41.3 °, 半孔径0.285mm
UNI MM			
WAVL CDF		! 可见光波长C，D，F line
END			

GOALS			
ELEMENTS 6 		! 带有保护玻璃的6片式镜头
BACK 0.4  SET	! 后焦距
FNUM 2.7 10 	!  F/2.7, 权重 10
THSTART .5		
RSTART 30		

ASPH R 		
ASPH Q		
ASPH 3		! 三个非球面项：CC, 4th, 6th power of aperture

ANNEAL 10 1 Q 30	
SNAP 5   		
STOP FIRST		
STOP FIXED		
RT 0.5
QUICK 50 50		
NGRID 6		
NPASS 50     	! 程序迭代次数
TOPD			! 校正横向像差和OPD像差
FOV 0 .2 .4 .6 .8 1	
FWT 5 4 3 3 3 3	
COVER .3 1.51872 64 	! 保护玻璃0.3mm ，使用玻璃模型
PLASTIC 1 3 5 7 9	! 五个元件为塑料模型
END			

SPECIAL PANT	
RDR .001		
TLIMIT 3 .1		
SLIMIT 5 .1
END			
	
SPECIAL AANT	
ACC  1  1  1	
ACM .25  1  .2 	
AEC .25  10 1 		
ACA  55 1 1		

M 1.35 10 A P YA 1	! 控制3个视场的畸变
M .945 10 A P YA .7	 
M .54 10 A P YA .4

END			
GO			
TIME

ZSEARCH设计两种共轭距的变焦镜头

设计要求：

 物在无穷远（第一个共轭距）
 半视场：20°
 半孔径：12.7mm
 镜片数：8
 像高：32mm
 后焦距：不超过50mm
 元件总长：不超过350mm
 校正第二个共轭距物体，物在1000处，物高366.5mm

设计步骤

ZSEARCH输入：

CORE 14
TIME
ZSEARCH 4 QUIET
SYSTEM
ID TWO CONJUGATES ZOOM	 LENS
OBB 0 20 12.7		! 无穷远物体，半视场角20°，半孔径12.7mm
WAVL CDF
UNI MM
END

GOALS
ZOOMS 3		! 校正三个变焦位置
GROUPS 8 0 0		! 第一组8个镜片
ZGROUPS Z 0		! 第一组变焦
GIHT 32 32		! 所有变焦位置处的像高保持不变
BACK 50 .01		! 后焦距不超过50mm
RSTART 100
THSTART 10
ASTART 5
RT 0.5

FINAL
OBA 1000 -366.5 12.7	! 校正第二个共轭距，物体在1000mm处，物高366.5mm，半孔径12.7mm
APS 10			! 光阑在镜头中间
NPASS 50         ！程序迭代次数
COLOR M         ！校正所有定义的波长

FOV 0 .5 .7 1
FWT 2 1 1 1
NGRID 5           ！光线网格编号
SNAP 10           ！PAD图的更新频次
ANNEAL 30 10 Q 50
QUICK 50 50
END

SPECIAL AANT
ADT 6 .01 10
LUL 350 .1 1 A TOTL       ！元件总长不超过350mm
M 32 .1 A GIHT            ！高斯像高32mm
END

GO
TIME

DSEARCH设计近红外镜头

设计要求：

半视场：0.935°
半孔径：17.5mm
物在无穷远
镜片数：5
F数：1.428
后焦距：约16mm
元件总长：不超过50mm
近红外波段：1.06um~1.97um

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 14
TIME
DSEARCH 3  QUIET
SYSTEM
ID NIR EXAMPLE
OBB 0 .935 17.5       !无穷远处物体，半视场0.935°，半孔径17.5mm
WAVL 1.97 1.53 1.06    ! 近红外波段
UNITS MM
END

GOALS
ELEMENTS 5        !镜片数5
FNUM 1.428         ！F/#
BACK 16 .1          ！后焦距
TOTL 50 .1           ！元件总长
STOP FIRST        ! 光阑在第一面
STOP FIX          ! 光阑位置固定
NPASS 100           ！程序迭代次数
ANNEAL 200 20 100
RSTART 300
TSTART 1
QUICK 60 90
FOV 0 .5 1
FWT 2 1 1
GLASS POS 	     ! 指定正透镜玻璃材料
G D-FK61
GLASS NEG	     ! 指定负透镜玻璃材料
G H-ZF88
END

SPECIAL
ACC 10 .1 1
ACM 3 .1 1
ACA
ASC
END

GO
TIME

DSEARCH设计四片式天文望远镜

设计要求：

物距无穷远
半视场角0.7°
半孔径75mm
F数：8
元件总长不超过300mm
可见光波段
镜片数：4

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 14
TIME
DSEARCH 1 QUIET
SYSTEM
ID DSEARCH TELESCOPE
OBB 0 0.7 75                     ！物在无穷远，半视场0.7°，半孔径75mm
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861        ！可见光
UNITS MM
END

GOALS
ELEMENTS 4                    ！元件数为4
FNUM 8                         ！F/# 为8
TOTL 0 0
STOP FIRST
STOP FIX
TSTART 25
ASTART 50
RT 0
OPD
FOV 0.0 0.75 1.0
FWT 5.0 3.0 1.0
NPASS 40
ANNEAL 50 10 Q
COLORS 3
SNAPSHOT 10
QUICK 50 50
END

SPECIAL PANT

END

SPECIAL AANT
ADT 7 .1 10
LUL 300 .1 1 A TOTL            ！元件总长不超过300mm
END
GO
TIME

DSEARCH设计宽光谱显微镜物镜

设计要求：

物距无穷远
半视场角：0.8°
半孔径：1.26mm
F数：0.714
总长：小于25mm
后焦距：0.5mm
光谱范围：0.38-0.9um
畸变校正良好
像方远心
没有边缘羽化，中心厚度不超过8mm

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 14
TIME
DSEARCH 3 QUIET

SYSTEM
ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS
UNI MM
OBB 0 0.8 1.26                    ！无穷远处物体，半视场角 0.8°，半孔径 1.26mm
WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38         ! 设置五个波长
CORDER 3 1 5
END

GOALS
ELEMENTS 8                     ！元件数8
FNUM 0.7143 100                 ! F/# 0.7143
BACK 0 0
TOTL 0 0
STOP FREE
COLORS M
RSTART 400
THSTART 1
ASTART 1
RT 0.0
OPD
PASSES 50                    ！程序迭代次数
QUICK 70 70
ANNEAL 200 20 Q 70
END

SPECIAL PANT
SLIMIT 100 0.1
END

SPECIAL AANT
AEC .1 1 .05		! 自动监控边缘厚度不小于0.1mm
ACM .1 1 .05
ACC 8 1 0.5			! 元件最大中心厚度为8mm
ACA 70 1 1			! 自动监控临界角

LUL 25 1 1 A TOTL		! 限制总长上限为25mm
A BACK

M 0.5 1 A BACK		! 后焦距0.5mm
M 0 1 A P YA 1		! 控制畸变
S GIHT
M 0 1 A P HH 1		! 控制像方远心
END

GO
TIME

ZSEARCH设计30X变焦镜头

设计要求：

变焦比 30:1
半视场：14°
半孔径：3mm
镜片数：11
像高：5mm
后焦距：20mm
总长：600mm
镜头必须能够从5m到无穷远的物距范围内聚焦

设计步骤

ZSEARCH输入：

LOG
ON 99
TIME
CORE 28
ZSEARCH 3 QUIET

SYSTEM
ID ZSEARCH TEST
OBB 0 14 3      ! 无穷远处物体，半视场角14°，半孔径3mm
UNI MM
WAVL CDF
END

GOALS
ZOOMS     7            ！7个变焦位置
GROUPS   2 3 4 2         ! 镜头分成4组，共11个元件
ZGROUP   0 Z Z 0         ! 第二组和第三组元件为变焦组
ZFOCUS   5000 4 90 5     ! 校正物距5m处物体

FINAL
OBB 0 0.4666 90          ！声明最后一个变焦位置处的物体类型
ZSPACE NONLIN 1.7   !第一个变焦位置和最后一个变焦位置之间的其它位置被非线性隔开
APS 19               ！光阑位置在表面19
GIHT 5 5 10       ! 所有变焦位置处像高为5mm，权重为10
BACK 20 .1        ! 后焦距20mm
COLOR M             ! 校正所有被定义波长
ANNEAL 50 10 Q
QUICK 40 40
ASTART 22
TSTART 12
END


SPECIAL AANT
ACA 55 1 1
AEC 2 1 1
ACM 4 1 1
ACC 35 1 1
LUL 600 .1 10 A TOTL   ！总长不超过600mm
END

GO
TIME

DSEARCH设计相机镜头

设计要求：

半视场角20°
半孔径:12.7mm
焦距90mm
元件长度约100mm
后焦距50mm或更大

设计步骤

DSEARCH输入：

CORE 14
TIME
DSEARCH  1  QUIET
SYSTEM
ID DSEARCH SAMPLE
OBB 0 20 12.7          ！物距无穷远，半视场角20°，半孔径12.7mm
WAVL 0.6563 0.5876 0.4861      ！可见光波段
UNITS MM
END
GOALS
ELEMENTS 7
FNUM 3.54              ！F/# 3.54
BACK 0 0
TOTL 100 0.1           ！元件总长100mm
STOP MIDDLE
STOP FREE
RSTART 900
THSTART 12
ASTART 12
RT 0.75
FOV 0.0 0.75 1.0
FWT 5.0 3.0 3
NPASS 50              ！程序迭代次数
ANNEAL 200 20 Q
COLORS 3
SNAPSHOT 10
QUICK  50  50         ！启用快速模式。快速模式下迭代次数50次，真实模式下迭代次数50次
END
SPECIAL PANT

END
SPECIAL AANT
LLL 50 .1 1 A BACK      ！后焦距最小50mm
END
GO
TIME

DSEARCH设计超广角镜头

设计要求：

半视场角: 92.4度
半孔径:0.2887mm
F数: F/2.0.
后焦距：5mm
元件总长不超过90mm
最大元件厚度为10mm
可见光
球面和非球面混合
玻璃和塑料混合

设计步骤

首先创建广角前端部分，由两片镜头组成。

RLE
ID WIDE-ANGLE DESEARCH
WAVL .6562700 .5875600 .4861300              ！三个可见光波长
APS 5
UNITS MM
OBD 1.00000E+09 92.4 0.2887 -11.0345861 0 0 0.2887  ！半视场角92.4°，半孔径0.2887mm
0 AIR
0 CV 1.0000000000000E-09 AIR
1 CV 0.0356159993000 TH 2.50000000          ! 表面1为球面
1 GLM 1.50000000 55.00000000                ！镜片1为玻璃模型
2 CV 0.1318873610000 TH 2.99808431 AIR       ! 表面2为球面
3 CV 0.1145140002814 TH 1.00000000          ! 表面3为球面
3 GLM 1.50000000 55.00000000                ！镜片2为玻璃模型
4 CV 0.4600712360000 TH 4.00383115 AIR       ! 表面4为球面
5 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
END

然后，使用DSEARCH搜索镜头的后半部分，DSEARCH输入。

TIME
CORE 14
DSEARCH 2 QUIET
USE CURRENT 5 ALL                         ！从表面5开始添加镜片
GOALS
ELEMENTS 5
FNUM 2 1                                    ！F/# 为2
BACK 5 SET                                   ！后焦距5mm
STOP MIDDLE
STOP FREE
ASPHERIC 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14            ！表面5到表面14均为非球面
FOV 0 .2 .4 .6 .8 1
NGRID 6
SNAP 10
RT 0.5
RSTART 50
PLASTIC 5 7 9 11 13         ！五个镜片均为塑料
ANNEAL 50 10 Q 40
NPASS 50
END
SPECIAL AANT
ACC 10 1 1                  ！元件最大厚度不超过10m
ACA 55 1 10
ASC 85 1 1
LUL 90 .1 1 A TOTL           ！元件总长不超过90mm
END
GO
TIME

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