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 [6RODp3')
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] 0'F/z%SMj
图1 近红外镜头初始设计 7c(j1:Ku -
FNraof @Oy 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： ;6hoG( 3
+ RLE ！读取镜头 _GxC|d 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) :l]qTCmY FNAME '1.RLE ' ！指定文件名为1.RLE Ewkx4, `Ff LOG 3119 ！日志编码 :F"IOPfU5[ WAVL 1.970100 1.529600 1.060000 ！定义三个近红外波长 DTA$,1JuD APS 4 ！定义光阑面为表面4 {jYVA~.|Z NOVIG ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 TC<Rg?&yb UNITS MM ！透镜单位为毫米 ^g(qP tQ OBB 0.000000 7.0000000 17.5000000 -1.0531131997458 0.0000000 0.0000000 17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm 0 AIR ！物面处于空气中 jG &HPVr
1 RAD 86.7200000000000 TH 4.00000000 ！表面1的半径，厚度 [! ;sp~
1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184 ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 VOr: G85*s
1 DNDT 4.330E-05 4.330E-05 4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 ,\
1X\
1 CTE 0.650000E-05 ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 Y J ,"@n_
1 GTB U 'ZNS ' ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 e?;c9]XO,o
2 RAD 256.1600000000000 TH 1.90921550 AIR ！表面2在空气中的半径，厚度 zMp vS rc
3 RAD 23.3200000000000 TH 7.64871430 ！表面3的半径，厚度 FXT^r3
3 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184 ！玻璃材料ZNS的三个波长折射率被精确指出 DRRQ] eK0
3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01 ！ZNS材料的折射率温度系数 ,S
d j"C
3 CTE 0.650000E-05 ！ZNS材料的热膨胀系数 ,(h -
3 GID 'ZNS ' ！表面3的玻璃类型为ZNS u8JH~b
3 PIN 1 ！表面3拾取表面1的折射率 6B@e[VtG$
4 RAD 46.0900000000000 TH 1.00000000 AIR ！表面4在空气中的半径，厚度 Z > g&%3j
5 RAD 50.8000000000000 TH 3.00000000 ！表面5的半径，厚度 Xa>'DO2
5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264 ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 8 0nu^ _
5 GTB U 'AS2S3 ' ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual +`"Tn`O
6 RAD 17.3870000000000 TH 28.71738800 AIR ！表面6在空气中的半径，厚度 b7^q(}qE
7 RAD 27.1400000000000 TH 3.50000000 ！表面7的半径，厚度 g "'BsoJ
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 2jhJXM=~
7 CTE 0.650000E-05 ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 dr"$@
7 GID 'ZNS ' ！玻璃类型为ZNS |;|r[aU
7 PIN 1 ！表面7拾取表面1的折射率 TtrO _D
8 RAD 65.2260000000000 TH 16.29978150 AIR ！表面8在空气中的半径和厚度 'C7R*
P
8 TH 16.29978150 MkG Q
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 w3
vZ}1|
9 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面9的曲率，厚度 cX1?4e8
END ！以END结束 r$4d4xtK
PhuHfw4$y,
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： PJm@fK(j
[attachment=98509] _oa*E2VN
|PYyhY
go=xx.WJ
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。 <<cezSm
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。 H1?C:R
56kqG}mg&
关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ k1g-%DB
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： $ Lfbt=f
[attachment=98508] 8q]" CFpa
JT<JS6vw#
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。 sF :pwI5^
[attachment=98501] f-i5tnh
:/SGB3gb1t 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。 )O*h79t^Q 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。 /oEDA^qx DSEARCH输入如下： {G3Ok++hc CORE 4 ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 uIO?4\s&G TIME ！计算程序运行时间 J80& npsO DSEARCH 3 QUIET ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 3TjyKB *! SYSTEM ！透镜系统输入 njJTEUd"> ID NIR EXAMPLE ！镜头标识 X xwcvE 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 .1^ Kk3 WAVL 1.97 1.53 1.06 ！定义三个近红外波长 | *ZM{$ UNITS MM ！透镜单位为毫米 /160p l 4 END ！以END结束，与SYSTEM呼应 yRQ1Szbjli 6IK> v*< GOALS ！目标设置 >2K'!@ ~' ELEMENTS 5 ！元件数为5 $!p2Kf>/Q FNUM 1.428 ！F数为1.428 tr0kTW$Ad BACK 16 .1 ！后焦距为16mm，权重为0.1 ,'Y KL", TOTL 50 .1 ！系统总长为50mm，权重为0.1 U . <c#S STOP FIRST ！光阑面为表面1 B/Q>i'e STOP FIX ！光阑面固定 )~ $ejS NPASS 100 ！程序优化次数为100 rcLF:gd] E ANNEAL 200 20 100 ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 o:5mgf7 RSTART 300 ！起始半径为300mm VFq\{@-
% TSTART 1 ！每个元件起始厚度为1mm BUi,+NdIk QUICK 50 90 ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； s^)(.e_ FOV 0 .5 1 ！0视场、0.5视场、全视场 wS$ 'gKA6 FWT 2 1 1 ！相应的视场权重 32j #kJ W GLASS POS ！正透镜玻璃类型 AGwdM-$iT G D-FK61 ！玻璃类型为D-FK61 ]{|l4e4P GLASS NEG ！负透镜玻璃类型 07(LLhk@d G H-ZF88 ！玻璃类型为H-ZF88 9.~ _swkv END ！以END结束，与GOALS呼应 &,Rye Q nWf8r8 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) r
da: ~ ACC 10 .1 1 ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； 1 Cz}| #U ACM 3 .1 1 ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； })mD{c/ ACA ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 8&+u+@H
ASC ！自动控制所有镜头的倾斜度 1 z,P"?Q END ！以END结束，与AANT呼应 X?r $o>db GO ！启动程序 *fy aAv TIME ！计算时间 P()&?C \q!TI x 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： 3WGOftLzt [attachment=98504]
VyIJ)F.c
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[ @Q iy
[attachment=98502] ;u' ;$0
C^] UK
[attachment=98500] wB[
JFy"E
X`E}2|q'
相应的局部放大镜头结构 1!+0]_8K
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 6khm@}}
PANT -0CL#RzKR
VLIST RD ALL "Rf|o 6!d
VLIST TH ALL j\B taC
END b9b`%9/L
AANT P //$^~} wt
AEC D iHj!tZN
ACC X2np.9hie
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 :.-KM7tDI1
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 hJ4 A5m.
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 3][
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK 2of+KI:
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL .lz= MUR
ACC 10 .1 1 @'J~(#}
ACM 3 .1 1 & )-fC
ACA 0o.h{BN
ASC p .~5k
END ^zG!Z: E
SNAP 0/DAMP 1.00000 sv\=/F@n
SYNOPSYS 100 Us>n`Lj@
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。 :`@W`V?6-
GSEARCH输入如下： 8rz ,MsFR
CORE 4 ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 TPZ^hL>ao
GSEARCH 3 QUIET LOG r)G)i;;~*
OtT*)8*c
SURF s"wz !{G4
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 3/su 1M[
END cgQ2Wo7tCq
|'L$ogt6
OFILE 'NIR.OPT.MAC' ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； * ^\u%Ir"
NAMES ！玻璃名称 n4AQ
G G-ZF52 DCCij N
G D-FK61 Tf Nm0=|
G H-ZF88 {\k:?w4
G H-F51 yyjgPbLN=
END ！以END结束 v) !^%D
USE 2 ！至少使用两种不同的玻璃类型 &y2D I"Ff
GO ！启动程序 M;0\fUh;
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 6"bdbV=t
[attachment=98505] 图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 niCq `! 在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： wA%,_s /U [attachment=98506] + |O& k
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