SYNOPSYS代码详解-近红外镜头设计
近红外镜头设计 参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书第十四章 nj7Ri=lyS
现有的近红外镜头设计文件为1.RLE，其保存路径为C:\Synopsys\Dbook\。我们首先选择该路径，然后在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>FETCH 1,点击‘Enter’键。再在CW中输入：SYNOPSYS AI>PAD,点击‘Enter’键。这样，即可获得近红外镜头初始设计结构，如图1所示： [attachment=98503] $ Uewv
+
图1 近红外镜头初始设计 '[-H].-!
Tg:NeAN7( 接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： _IlL'c5 RLE ！读取镜头 {7/6~\'/@ ID MIT 1 TO 2 UM LENS 3119 ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) fI$, ?> FNAME '1.RLE ' ！指定文件名为1.RLE >MQW{ ^ LOG 3119 ！日志编码 Ds}6{' ]K WAVL 1.970100 1.529600 1.060000 ！定义三个近红外波长 =?*V3e3{ APS 4 ！定义光阑面为表面4 q6_1`Ew NOVIG ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 J .?p?-" UNITS MM ！透镜单位为毫米 :cynZab OBB 0.000000 7.0000000 17.5000000 -1.0531131997458 0.0000000 0.0000000 17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm 0 AIR ！物面处于空气中 Be]o2N;J
1 RAD 86.7200000000000 TH 4.00000000 ！表面1的半径，厚度 W2^eE9
1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184 ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 .{ x5(bi0S
1 DNDT 4.330E-05 4.330E-05 4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 7H >dv'
1 CTE 0.650000E-05 ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 ^E:;8h4 $9
1 GTB U 'ZNS ' ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 LoCxo Ag
2 RAD 256.1600000000000 TH 1.90921550 AIR ！表面2在空气中的半径，厚度 sg6 cq_\
3 RAD 23.3200000000000 TH 7.64871430 ！表面3的半径，厚度 .FMF0r>l
3 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184 ！玻璃材料ZNS的三个波长折射率被精确指出 _v $mGZpGY
3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01 ！ZNS材料的折射率温度系数 7L<oWAq
3 CTE 0.650000E-05 ！ZNS材料的热膨胀系数 k2+Z7#2 n
3 GID 'ZNS ' ！表面3的玻璃类型为ZNS
El+]}D"
3 PIN 1 ！表面3拾取表面1的折射率 n--`zx -['
4 RAD 46.0900000000000 TH 1.00000000 AIR ！表面4在空气中的半径，厚度 rW6w1
5 RAD 50.8000000000000 TH 3.00000000 ！表面5的半径，厚度 Xif`gb6`
5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264 ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率
w^p2XlQ<
5 GTB U 'AS2S3 ' ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual _%L3?PpF"
6 RAD 17.3870000000000 TH 28.71738800 AIR ！表面6在空气中的半径，厚度 3=K-+dhk|t
7 RAD 27.1400000000000 TH 3.50000000 ！表面7的半径，厚度 0>?m F]M
7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184 ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 9a4RW}S<
7 CTE 0.650000E-05 ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 Z$hxo )|
7 GID 'ZNS ' ！玻璃类型为ZNS QB @*/Le
7 PIN 1 ！表面7拾取表面1的折射率 C3<3
8 RAD 65.2260000000000 TH 16.29978150 AIR ！表面8在空气中的半径和厚度 B " B
8 TH 16.29978150 bFJn-g n
8 YMT 0.00000000 ！YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 ^a}{u$<
9 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面9的曲率，厚度 d[Fsp7U}
END ！以END结束 )eG&"3kFe!
#M>E{w9
在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： ypifXO;m7
[attachment=98509] ^IId
=V=2
D@ lJ^+
G?V3lQI1n
由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 p_nrua?
我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 d)AkA\neWo
p,0 \NUC
关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ "bO]
点击PAD图中的图标 [attachment=98507]，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： e,4G:V'NX
[attachment=98508] o . _^
u}h'v&"e,
圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 U! `'Qw;
[attachment=98501] DxD0iJ=W
}9k q? 接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 <;T7q EIlo 为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 L7b{H2 2 DSEARCH输入如下： x SUR< CORE 4 ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 ~i SW^mi TIME ！计算程序运行时间 Af%?WZlOq DSEARCH 3 QUIET ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 IpP0|:} SYSTEM ！透镜系统输入 [/k O > ID NIR EXAMPLE ！镜头标识 x?F{=\z/o OBB 0 7 17.5 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm %2+]3h >g WAVL 1.97 1.53 1.06 ！定义三个近红外波长 LH8?0 N[ UNITS MM ！透镜单位为毫米 :({<"H)!' END ！以END结束，与SYSTEM呼应 th<]L<BP/ g\Z k*5( GOALS ！目标设置 h ^c'L=dR ELEMENTS 5 ！元件数为5 PLyu1{1" z FNUM 1.428 ！F数为1.428
1W8W/Y=hT BACK 16 .1 ！后焦距为16mm，权重为0.1 f: SF&t* TOTL 50 .1 ！系统总长为50mm，权重为0.1 u rOG Oa$ STOP FIRST ！光阑面为表面1 @W,Y_8: STOP FIX ！光阑面固定 r/v&tU NPASS 100 ！程序优化次数为100 !L _ SHlU ANNEAL 200 20 100 ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 Y ^G3<.B RSTART 300 ！起始半径为300mm 5zGj,y>u TSTART 1 ！每个元件起始厚度为1mm R;yAqr29 QUICK 50 90 ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； 7 AiCQW f9 FOV 0 .5 1 ！0视场、0.5视场、全视场 pSP_cYa#(# FWT 2 1 1 ！相应的视场权重 cmeyCyV* GLASS POS ！正透镜玻璃类型 K6U>Qums G D-FK61 ！玻璃类型为D-FK61 xRUYJ=|oh GLASS NEG ！负透镜玻璃类型 g}-Z]2(c# G H-ZF88 ！玻璃类型为H-ZF88 D^{:UbN END ！以END结束，与GOALS呼应 MocH>^, v3"xJN_,[p SPECIAL AANT ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) ?X1#b2 s ACC 10 .1 1 ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； .g~@e_;): ACM 3 .1 1 ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； t;]egk ACA ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 (?!0__NN; ASC ！自动控制所有镜头的倾斜度 57>ne)51 END ！以END结束，与AANT呼应 #V 6
-* GO ！启动程序 #77UKYj2L- TIME ！计算时间 < &2,G5XA pYG,5 +g 在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： D2p6&HNT [attachment=98504] c5R{Sl
图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构 DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下： G= cx c_9
[attachment=98502] Anv8)J!9u
bEKLameKv
[attachment=98500] zTB9GrU
E'8Bw7 Tz
相应的局部放大镜头结构 q1Sm#_7
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 O| ] Ped9
PANT gxM 8IQ
VLIST RD ALL to 6Q90(
VLIST TH ALL +d f?N
END A.O~'')X
AANT P ntV >m*^
AEC j!\0Fyr
ACC @W8}N|jek
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 ?<' W~Rm6n
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 RH Vv}N0
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 S$52KOo
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK b<AE}UK
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL XB-|gPk
ACC 10 .1 1 E{ s|#
ACM 3 .1 1 QtQ^"d65
ACA =bWq 3aP)P
ASC QJWES%m`
END Rk%M~ D*-
SNAP 0/DAMP 1.00000 dY<#a,eS
SYNOPSYS 100 I%9 19
接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 %k
#Nu
GSEARCH输入如下： %E"/]!}3
CORE 4 ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 X.l"f'` l
GSEARCH 3 QUIET LOG yQ{_\t 1Wd
J. 2]km
SURF ,jsx]U/^
1 3 5 7 9 ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 Ko)T>8:
END (B,t
1+%
@ ^cgq3H'
OFILE 'NIR.OPT.MAC' ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； o%PoSZZ
NAMES ！玻璃名称 D{c>i` \G
G G-ZF52 $Wzv$4;
G D-FK61 Y0O<]2yVx
G H-ZF88 hX| UE
G H-F51 oy
bzD
END ！以END结束 S\g7wXH
USE 2 ！至少使用两种不同的玻璃类型 <S@mQJS!y
GO ！启动程序 n UCk0:{
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 9c}]:3#XO
[attachment=98505] 图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 b[o"Uq@8? 在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： >ha Ixs`9 [attachment=98506] 1vK(^u[
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