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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
.c@Y ?..+  
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] ^Pu:&:ki  
图1 近红外镜头初始设计
gN7 3)uJ0  
/(u? k%Q  
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： C~"UOFX  
  RLE                                                         ！读取镜头 rl$"~/ oz  
  ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) s1#A0%gx  
  FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE L$+_  
  LOG     3119                                            ！日志编码 #Q-#7|0&  
  WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 @#-\ BQ;  
  APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 5ug|crX  
  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 yJ ljCu)f  
  UNITS MM                ！透镜单位为毫米 lFSvHs5  
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
kt\,$.v8  
   1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 ("}C& 6)cB  
   1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 Tr|PR t  
   1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 ".N{v1  
   1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 V}7)>i$A  
   1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 P{:Zxli0  
   2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 . &`YlK  
   3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 v;Q*0%~  
   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 ka ;=%*7T  
   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 #b:YY^{g_  
   3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 ur=:Ha  
   3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS AkdO:hVtG  
   3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 }[drR(]`dO  
   4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 $/5\Hg1  
   5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 kzNRRs\e  
   5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 yHlQKI  
   5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual i_l{#*t  
   6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 )C{20_  
   7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 I&gd"F _v}  
   7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184             ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 fo`R=|L[  
   7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 UUZm]G+  
   7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS @p}_"BHYWt  
   7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 ],~[^0  
   8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 9V&+xbR&  
   8 TH      16.29978150 }|N88PN  
   8 YMT      0.00000000                                 ！YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 .J&89I]U  
   9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 ["Tro;K#  
END                                                                                 ！以END结束  98^7pa  
.a(G=fk  
在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： #w\x-i|  
[attachment=98509] MLM/!N 7  
]@Z nP,8  
&)JoB  
由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 Y6hV ;[\F  
我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 wq!9wk9  
6#K.n&=*  
关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ P>)J:.tr0  
点击PAD图中的图标 [attachment=98507]，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： S~ S>62  
[attachment=98508] xfC$u`e=  
v6Y[_1  
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。 X eY[;}9  
[attachment=98501] wgolgof  
`.3.n8V  
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。 br 3-.g  
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。 I@O9bxR?  
DSEARCH输入如下： "x HK*  
CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 gzH;`,  
TIME                                   ！计算程序运行时间 0T#z"l<L  
DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 NV?XZ[<*<  
SYSTEM                            ！透镜系统输入 .d$Q5Qae  
ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 =OV5DmVmQ  
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 s'l|Ii  
WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 llh +r?  
UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 kTT%< e  
END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 ePIN<F;I  
|;t{L^  
GOALS                           ！目标设置 vlZmmQeJm  
ELEMENTS 5               ！元件数为5 `' EG7  
FNUM 1.428                  ！F数为1.428 9%3+\[s1  
BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 V*(x@pF  
TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 X%JyC_~<  
STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 7IkEud  
STOP FIX                      ！光阑面固定 UWS 91GN@  
NPASS 100                      ！程序优化次数为100 |r?0!;bN0  
ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 s6 (md<r  
RSTART 300                    ！起始半径为300mm F1B/cd  
TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm @2d9 7.X  
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)； C2=PGq  
FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 k{b|w')  
FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 +%Kk zdS'  
GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 h)j#?\KYm9  
G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 (18ZEKk  
GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 99By.+~pX  
G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 AFvv+ ss  
END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ! 9*l!(  
be]/ROP>H  
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) i[FYR;C  
ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； GE=S.P;  
ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； "cly99t  
ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 i;]# @n|  
ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 0:4>rYBC   
END                         ！以END结束，与AANT呼应 n c~JAT# '  
GO                           ！启动程序 Otq1CD9  
TIME                        ！计算时间 "*l{ m2"  
*3@8,~_tp  
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： B1E:P`t  
[attachment=98504] T \- x3i  
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：
oTXIs4+G  
[attachment=98502] hgE :2@  
`U\l: ~]e  
[attachment=98500]  ^4Xsdh5  
ya^8mp-  
相应的局部放大镜头结构
fGs\R]  
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 Le bc @,  
PANT K]M@t=  
VLIST RD ALL A:z  
VLIST TH ALL .H qJ)OH  
END 7 H:y=?X6  
AANT P 0YfmAF$/B  
AEC 0o6o<ggi  
ACC 8@S]P0lk  
GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 J]S30&?  
GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 ~7g$T Ae{  
GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 p8YOow7)  
M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK #<sK3PT  
M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL zzo93d  
ACC 10 .1 1 ,C 0y3pL  
ACM 3 .1 1   _zzNF93Bn  
ACA           \.sC{@5K  
ASC           0CXXCa7!  
END kv+^U^WoU  
SNAP   0/DAMP    1.00000     6o9&FU  
SYNOPSYS  100
8==M{M/eM  
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。 >py[g0J  
GSEARCH输入如下： iPWr-  
CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 \b!E"I_^  
GSEARCH 3 QUIET LOG       l.Ev]G/5  
}fo_"bs@  
SURF                                   `l.bU3C  
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 7w8UnPuM  
END _G.!^+)kEm  
NW3qs`$-(  
OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； um_J%v6ER  
NAMES                                    ！玻璃名称 !hS)W7!ik  
G G-ZF52 9b,0_IMHH  
G D-FK61 59W~bWHCP  
G H-ZF88 ~$j;@ 4  
G H-F51 l`:u5\ rM  
END                                          ！以END结束 N$C+le  
USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 |4 2;171  
GO                                             ！启动程序
?K2}<H-  
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： % a.T@E  
[attachment=98505]
图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 j)YX=r;xM  
在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： #9.%>1{6Y  
[attachment=98506] Dr=$}Y  
wpi$-i`  
jabil 2025-03-06 22:55
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