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 T~%5^+[h
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] "twV3R
图1 近红外镜头初始设计 p&_a kQj
7% 8,*T 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： `R8~H7{I6 RLE ！读取镜头 "[H9)aAj7 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) ~m
uVQ FNAME '1.RLE ' ！指定文件名为1.RLE iTbmD LOG 3119 ！日志编码 _Ux>BJ mP WAVL 1.970100 1.529600 1.060000 ！定义三个近红外波长 [}lv!KmzW APS 4 ！定义光阑面为表面4 s Xl7 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 *ARro
Ndr UNITS MM ！透镜单位为毫米 I]Wb\&$ 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 UN YU2ze'
1 RAD 86.7200000000000 TH 4.00000000 ！表面1的半径，厚度 "C=HBJdYB5
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 pWps-e
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 c.&vWmLSGE
1 CTE 0.650000E-05 ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 O(/K@e
1 GTB U 'ZNS ' ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 6 ! g3Juh
2 RAD 256.1600000000000 TH 1.90921550 AIR ！表面2在空气中的半径，厚度 MH"c =mL:
3 RAD 23.3200000000000 TH 7.64871430 ！表面3的半径，厚度 V85a{OBm,8
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 >6ch[W5k@
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 wGISb\rr
3 CTE 0.650000E-05 ！ZNS材料的热膨胀系数 s &y
3 GID 'ZNS ' ！表面3的玻璃类型为ZNS ?ArQ{ 9c
3 PIN 1 ！表面3拾取表面1的折射率 N ~M:+ \
4 RAD 46.0900000000000 TH 1.00000000 AIR ！表面4在空气中的半径，厚度 fgl"ox
5 RAD 50.8000000000000 TH 3.00000000 ！表面5的半径，厚度 sNX$ =<E
5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264 ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 j@kBCzX
5 GTB U 'AS2S3 ' ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual IO>Cy o
6 RAD 17.3870000000000 TH 28.71738800 AIR ！表面6在空气中的半径，厚度 66)@4 3V
7 RAD 27.1400000000000 TH 3.50000000 ！表面7的半径，厚度 Os@ofnC
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 D9H|]W ~
7 CTE 0.650000E-05 ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 )zUV6U7v
7 GID 'ZNS ' ！玻璃类型为ZNS O:lD>A4{
7 PIN 1 ！表面7拾取表面1的折射率 9KXp0Q ?-$
8 RAD 65.2260000000000 TH 16.29978150 AIR ！表面8在空气中的半径和厚度 rIge 6A>I
8 TH 16.29978150 oi "Bf7{
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 pBL{DgX
9 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面9的曲率，厚度 S*#y7YKI
END ！以END结束 #|$i H kVY
% 7
J
在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： W11_ M TIU
[attachment=98509] zq4mT;rqz
M_79\Gz"
B}P,sFghw
由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 /B1< N}
我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 ~ xf9
ml
C F42 KNq
关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ SfL,_X]*
点击PAD图中的图标 [attachment=98507]，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： g s'bv#4yd
[attachment=98508] Vaq=f/
/~
V"v"7E
圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 g4Hq<W"
[attachment=98501] &]vd7Q.t
t '9E~_!C 接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 *[yCcqN. 为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 ;xth#j DSEARCH输入如下： y[ r T5ed CORE 4 ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 i x!u#7 TIME ！计算程序运行时间 O=mG L DSEARCH 3 QUIET ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 >Q5 SJZ/ SYSTEM ！透镜系统输入 &Puu Xz< ID NIR EXAMPLE ！镜头标识 ?;{A@icr OBB 0 7 17.5 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm ]"CA P% WAVL 1.97 1.53 1.06 ！定义三个近红外波长 j./bVmd . UNITS MM ！透镜单位为毫米 l0Pg`wH, END ！以END结束，与SYSTEM呼应 DMs|Q$XB 2d3wQ)2 GOALS ！目标设置 {5%<@<? ) ELEMENTS 5 ！元件数为5 o jIh;e FNUM 1.428 ！F数为1.428 cJ[n<hTv BACK 16 .1 ！后焦距为16mm，权重为0.1 Zs{ `Yf^Q TOTL 50 .1 ！系统总长为50mm，权重为0.1 7B&nV92S STOP FIRST ！光阑面为表面1 },f7I ^s| STOP FIX ！光阑面固定 &kO4^ A NPASS 100 ！程序优化次数为100 0IA
'8_K ANNEAL 200 20 100 ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 WMUw5h RSTART 300 ！起始半径为300mm 0q`'65 l x TSTART 1 ！每个元件起始厚度为1mm 9MXauTKI 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)； M6X f}> FOV 0 .5 1 ！0视场、0.5视场、全视场 Rwy:.)7B$q FWT 2 1 1 ！相应的视场权重 Nx t/R%( GLASS POS ！正透镜玻璃类型 UoKBcarm G D-FK61 ！玻璃类型为D-FK61 ?_tOqh@in GLASS NEG ！负透镜玻璃类型 c"Q H-sE G H-ZF88 ！玻璃类型为H-ZF88 E RMh% C END ！以END结束，与GOALS呼应 MPGQ4v i& BO[A1'> 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) Qu;AU/Q<([ ACC 10 .1 1 ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； qrOTb9&y ACM 3 .1 1 ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； H"&N<"hw ACA ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 k2;8~LqF ASC ！自动控制所有镜头的倾斜度 Viw{<VH= END ！以END结束，与AANT呼应 BM3)`40[] GO ！启动程序 hQet?*diU TIME ！计算时间 , 1`eH[ $@#nn5^IX 在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： (8E Z,V: [attachment=98504] t(_XB|AKm
图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构 DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下： T[;{AXLeI
[attachment=98502] 8?)Da&+f
` 8 6b
[attachment=98500] .g|pgFM?
m3|,c[M1
相应的局部放大镜头结构
( h%wO
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 0<Pe~i_ =
PANT O 42An$}
VLIST RD ALL $YSOk yC?
VLIST TH ALL y-Ol1R3:c#
END sP&E{{<QTF
AANT P 43VuH
AEC /y-P) 3_
ACC o1g[(zky
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 ~&q e" 0
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 \Lc]6?,R
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 kO9ye i
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK 9GGBJTk-
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL jBB<{VV|
ACC 10 .1 1 qxrOfsh
ACM 3 .1 1 +X- k)9
ACA 3N JH"amk
ASC L NE]#8ue
END |Y99s)2&N
SNAP 0/DAMP 1.00000 Nyo6R9 ^
SYNOPSYS 100 h*K hH>\
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。 [+%*s3`c#
GSEARCH输入如下： tN0>5'/
CORE 4 ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 ^KhFBed
GSEARCH 3 QUIET LOG FUOvH 85f
IQ~()/;3d
SURF (;M"'. C
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 C [s*Na-
END lWdE^-
h ?O-13v
OFILE 'NIR.OPT.MAC' ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； eQeNlCG
NAMES ！玻璃名称 1|]-F;b
G G-ZF52 un/R7 "
G D-FK61 +GGj*sD
G H-ZF88 ht-6_]+ME
G H-F51 XNl!(2x'pb
END ！以END结束 Kfr?sX
USE 2 ！至少使用两种不同的玻璃类型 V]8fn MH
GO ！启动程序 L\B+j+~
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： bH.">IV
[attachment=98505] 图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 Y#m0/1- 在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： &]M<G)9 [attachment=98506] (= \P|iv
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