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小火龙果 2020-02-21 19:04

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
GmeQ`;9,  
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] \FbvHr,  
图1 近红外镜头初始设计
.9on@S  
q77;ZPfs8  
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： F3v !AvA|  
  RLE                                                         ！读取镜头 B:;pvW]  
  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) ?wiC Q6*$  
  FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE 0[NZ>7wqMZ  
  LOG     3119                                            ！日志编码 'RQ+g}|Ba!  
  WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 MSQEO4ge  
  APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 \:# L)   
  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 W#4 7h7M  
  UNITS MM                ！透镜单位为毫米 H1pO!>M  
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
QuF:p  
   1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 Xtq_y'I  
   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 (lBCO?`fx  
   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 LEbB(x;@  
   1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 N ,'GN[s  
   1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 g|DF[  
   2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 d6?j`~[7#-  
   3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 t9kzw*U9  
   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 $<dH?%!7  
   3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01  ！ZNS材料的折射率温度系数 AW%#O\N  
   3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 67JA=,EE  
   3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS Xy|So|/bKd  
   3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 k2omJ$?v  
   4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 VuhGx:Xl  
   5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 knu,"<  
   5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 6"L cJ%o  
   5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual =1FRFZI!j  
   6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 I+%[d^,  
   7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 7Utn\l  
   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 KVoS C @w  
   7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 sQ UM~HD\a  
   7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS 4x=v?g&  
   7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 0rQMLx  
   8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 |B?m,U$A!  
   8 TH      16.29978150 .LPV#&   
   8 YMT      0.00000000                                 ！YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 -]N x,{  
   9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 O@T9x$  
END                                                                                 ！以END结束 n$MO4s8)  
O%WIf__Q  
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： gD-d29pQ  
[attachment=98509] &&5aM  
<prk8jSWV  
^H p; .f.  
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。 'Cb6Y#6  
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。 j nkR}wAA  
I13y6= d  
关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ %^)fmu  
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： !j8FIY'[  
[attachment=98508] lZd(emH@  
9a[9i}_  
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。 yJ[0WY8<kC  
[attachment=98501] A]_7}<<N  
a(m2n.0'>  
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。 b <tNk]7  
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。 n2"a{Ofhlf  
DSEARCH输入如下： qJf?o.Pv  
CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 ]}>2D,;  
TIME                                   ！计算程序运行时间 Hc;[Cs0  
DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 =}<IfNA  
SYSTEM                            ！透镜系统输入 lB8-Z ow  
ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 bt@< ut\  
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 E'f{i:O "~  
WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 Ij7p' a  
UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 *[Imn\hu  
END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 7zl5yK N  
,5P0S0*{  
GOALS                           ！目标设置 s-NX o  
ELEMENTS 5               ！元件数为5 >1X|^  
FNUM 1.428                  ！F数为1.428 xS5vbJ  
BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 +i6GHBn~J  
TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 +X\FBvP&  
STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 (fhb0i-  
STOP FIX                      ！光阑面固定 DcS+_>a\{l  
NPASS 100                      ！程序优化次数为100 :^<3>zk  
ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 kl" hBK#D%  
RSTART 300                    ！起始半径为300mm "6("9"  
TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm i9:C4',sw0  
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)； 8:q1~`?5"b  
FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 K$z2YJ%  
FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 #]-SJWf3  
GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 fQ7V/x!  
G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 tb 5`cube  
GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 mwO6g~@ `  
G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 qRu~$K  
END                      ！以END结束，与GOALS呼应 3h]g}&k  
7:e{;iG  
SPECIAL   AANT   ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) d.aS{;pse  
ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； a6 ekG YW  
ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； M+oHtX$  
ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 E[OJ+ ;c  
ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 uIY#e<)}G  
END                         ！以END结束，与AANT呼应 y1z4ik)Sd@  
GO                           ！启动程序 AI2~Jp  
TIME                        ！计算时间 IM*y|UHt  
_OYasJUMG  
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： m 1b?J3   
[attachment=98504] 6dHOf,zjm  
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：
&.3"Uo\#  
[attachment=98502] 7o\@>rNWP  
NCveSP  
[attachment=98500] A]*}HZ ,  
/>C^WQI^  
相应的局部放大镜头结构
P|`8}|}a  
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 vo?9(+:|e  
PANT .C%<P"=J4h  
VLIST RD ALL `&qL(66  
VLIST TH ALL DmK57V4L^  
END UJUEYG  
AANT P , };& tR  
AEC cs48*+m  
ACC " > ypIR<  
GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 !6 #X>S14  
GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 %64 )(z  
GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 TT%M' 5&  
M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK oE @a'*.\  
M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL qfF~D0}  
ACC 10 .1 1 RIR\']WN  
ACM 3 .1 1   J[&@PUy  
ACA           a"1t-x  
ASC           `b&%Hm  
END 85= )lu  
SNAP   0/DAMP    1.00000     alJ)^OSIe  
SYNOPSYS  100
 y`iBFC;_  
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。 $V;i '(&7  
GSEARCH输入如下： MBK^FR-K  
CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 Mc lkEfn  
GSEARCH 3 QUIET LOG       !"e5h`/ADM  
Ng&%o  
SURF                                   6{K,c@VFd  
1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 TvoyZW\?w  
END &$BjV{,/zc  
!vi> U|rh  
OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； `?H]h"{7Q  
NAMES                                    ！玻璃名称 >IafUy  
G G-ZF52 evJ4C#Pr  
G D-FK61 E)&I@m  
G H-ZF88 AOZP*\k  
G H-F51 PN%zIkbo  
END                                          ！以END结束 OG~gFZr)6  
USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 Sz $~P9  
GO                                             ！启动程序
@)+AaC#-  
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： &<g|gsG`  
[attachment=98505]
图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构  0q  
在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： yqs4[C  
[attachment=98506] FgnTGY}  
@&!ZZ 1V8  
jabil 2025-03-06 22:55
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