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
jm[}M
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] A j, ]n>{
图1 近红外镜头初始设计 tG/a H% 4S
b SQRLxF 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： Vo%Yf9C RLE ！读取镜头 zK=dzoy 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) sltk@ FNAME '1.RLE ' ！指定文件名为1.RLE =f>HiF LOG 3119 ！日志编码 `h?LVD 'l WAVL 1.970100 1.529600 1.060000 ！定义三个近红外波长 W9dYljnZ8i APS 4 ！定义光阑面为表面4 rJu[ N(2k 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 yz ?q(] UNITS MM ！透镜单位为毫米 !Cw!+fZ\l 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 RU6 KIg{H
1 RAD 86.7200000000000 TH 4.00000000 ！表面1的半径，厚度 <"?*zx&
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 dLZjB(0eO
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 4IZlUJ?j+c
1 CTE 0.650000E-05 ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 Qm<
g b+
1 GTB U 'ZNS ' ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 I~)cYl:|G
2 RAD 256.1600000000000 TH 1.90921550 AIR ！表面2在空气中的半径，厚度 <;%0T
xK|U
3 RAD 23.3200000000000 TH 7.64871430 ！表面3的半径，厚度 \<ZLoy_
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 7F9;Su3.
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 \m f*ge\
3 CTE 0.650000E-05 ！ZNS材料的热膨胀系数 40 2x<H
3 GID 'ZNS ' ！表面3的玻璃类型为ZNS j eq :
3 PIN 1 ！表面3拾取表面1的折射率 u, eZ6
4 RAD 46.0900000000000 TH 1.00000000 AIR ！表面4在空气中的半径，厚度 lV\lj@
5 RAD 50.8000000000000 TH 3.00000000 ！表面5的半径，厚度 vf<UBa;Xm
5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264 ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 fD{II +T
5 GTB U 'AS2S3 ' ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual lto qtB\s
6 RAD 17.3870000000000 TH 28.71738800 AIR ！表面6在空气中的半径，厚度 9x? B5Ap[
7 RAD 27.1400000000000 TH 3.50000000 ！表面7的半径，厚度 g`n;R
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 Y9u;H^^G
7 CTE 0.650000E-05 ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 bg}+\/78#
7 GID 'ZNS ' ！玻璃类型为ZNS sK&,):"]R
7 PIN 1 ！表面7拾取表面1的折射率 7S<UFj
8 RAD 65.2260000000000 TH 16.29978150 AIR ！表面8在空气中的半径和厚度 D<t~e$ H
8 TH 16.29978150 %k2FPmA6
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 cD2+hp|9
9 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面9的曲率，厚度 ]d G\j^e|
END ！以END结束 `XW*kxpm
f "Vgefk
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： \0ov[T N.>
[attachment=98509] ^P?vkO"pB?
.%'Z~|K 4
{oUAP1V ^
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。 XK qK<!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。 gRAC d&)
WDkuB
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!s{i
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： ong""K4H
[attachment=98508] ,
ECLqs%
blahi]{Y9
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。 G 4qy*.
[attachment=98501] f8'MP9Lv
|TT S? 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。 O4L#jBa+ 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。 Gr: 3{o` DSEARCH输入如下： x6;j<m5Mjx CORE 4 ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 )\ZzTS TIME ！计算程序运行时间 Cqx v"NN DSEARCH 3 QUIET ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 c2 *`2qK# SYSTEM ！透镜系统输入 Bu3T/m ID NIR EXAMPLE ！镜头标识 UXH" si: 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 [A9JshMo WAVL 1.97 1.53 1.06 ！定义三个近红外波长 \:v$ZEDJ> UNITS MM ！透镜单位为毫米 a}gk T] END ！以END结束，与SYSTEM呼应 }gGkV] ^$-Ye]< GOALS ！目标设置 }$kQs!# ELEMENTS 5 ！元件数为5 ?WpenUWk FNUM 1.428 ！F数为1.428 R^n@.^8s BACK 16 .1 ！后焦距为16mm，权重为0.1 tm Jgm5v TOTL 50 .1 ！系统总长为50mm，权重为0.1 j U[
O STOP FIRST ！光阑面为表面1 2(M6(xH> STOP FIX ！光阑面固定 "e6|"w@8 NPASS 100 ！程序优化次数为100 QTmZ( >z ANNEAL 200 20 100 ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 1J}8sG2` RSTART 300 ！起始半径为300mm `f9gC3Hk TSTART 1 ！每个元件起始厚度为1mm 6CCbBA QUICK 50 90 ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； wO.iKX; FOV 0 .5 1 ！0视场、0.5视场、全视场 qAY%nA>jO FWT 2 1 1 ！相应的视场权重 'dJ/RJ ~ GLASS POS ！正透镜玻璃类型 VDGCWg6z G D-FK61 ！玻璃类型为D-FK61 55Gtp\L GLASS NEG ！负透镜玻璃类型 k?6z_vu G H-ZF88 ！玻璃类型为H-ZF88
Zy0aJN> END ！以END结束，与GOALS呼应 r~7:daG * E9}{1A SPECIAL AANT ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) "T S ACC 10 .1 1 ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； '+Xlw ACM 3 .1 1 ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； 4 !#a3=_ ACA ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 :G5RYi ASC ！自动控制所有镜头的倾斜度 g(ogXA1 END ！以END结束，与AANT呼应 ~9\zWRh GO ！启动程序 89~ =e Y TIME ！计算时间 dy>!KO )G1P^WV4 在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： 0? 0J z [attachment=98504] v2+!1r7@
图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构 DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下： +q<B.XxkA
[attachment=98502] ?rYT4vi
) C hqATKg
[attachment=98500] 51B lM%
:dI\z]Y(
相应的局部放大镜头结构 M@Q3M(z
DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 GV.A+u
PANT ++-{]wB3=.
VLIST RD ALL q MYe{{r
VLIST TH ALL HQP}w%8x
END sTRJ:fR
AANT P {aY Y85j
AEC ]3iH[,KU3
ACC q'Wr[A40j
GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 B B$oq'
GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 e8= YGx^o`
GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 790-)\:CY
M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK ^P'{U26
M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL {a(&J6$VE
ACC 10 .1 1 ^wb:C[r!V
ACM 3 .1 1 lj=l4 &.i
ACA =
u[#2!
ASC q .Y fC
END m!tx(XsXU
SNAP 0/DAMP 1.00000 aGZi9O7G}
SYNOPSYS 100 b</9Ai=
接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 Z4hrn::
GSEARCH输入如下： /4\wn?f
CORE 4 ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 +HT1 ct+dI
GSEARCH 3 QUIET LOG a| 7a_s4(
ikD1N
SURF yifY%! @Xu
1 3 5 7 9 ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 '(Gi F
END wI B`%V
7CXW#H
OFILE 'NIR.OPT.MAC' ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； #>=j79~
NAMES ！玻璃名称 \%Ves@hG>
G G-ZF52 gKz(=
G D-FK61 ev1 W6B-a
G H-ZF88 yXI >I
G H-F51 'y]\ -T
END ！以END结束 ".^VI2T
USE 2 ！至少使用两种不同的玻璃类型 YOr:sb
GO ！启动程序 ]?O2:X
运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 2d%}- nw
[attachment=98505] 图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 "tFxhKf 在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： xv{O^Ie+S [attachment=98506] ML;*e "$
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