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    [原创]SYNOPSYS代码详解-近红外镜头设计 [复制链接]

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    离线小火龙果
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-02-21
    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
    4ac1m,Jlt  
    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：
    O3&|}:<  
    图1 近红外镜头初始设计
    :f]!O@.~  
    i^/Di Wdyf  
    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： )(.%QSA\C  
      RLE                                                         ！读取镜头 E- KK  
      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) uOb2npPj  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE dh?S[|='  
      LOG     3119                                            ！日志编码 1)gv%_  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 :@WLGK*u.  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 &*ZC0V3  
      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 &]*|6cR$E  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 wmiafBA e  
    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
    {N Y]L==H  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 Yd.027  
       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 6yp+h  
       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 v2(U(Tt  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 6s&qZ+v-  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 -D;lS 6  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 BM.-X7)  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 n)Hk8)^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 Ef-a4Pi  
       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 dJaEoF  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 2!{N[*)  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS CR.bMF}  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 y 'mlee  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 Gk{W:866  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 ]|;7R^o3|  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 *|sxa#  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual yIlV[_  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 F"Uh/EO<  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 !>q?dhw@  
       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 0&f\7z  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 v)%[  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS (}sDm ~;s  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 |z]aa  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 8~}s 3j4  
       8 TH      16.29978150 '+tKvTU;  
       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 #!wsD7;  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 S]vW&r3`  
    END                                                                                 ！以END结束 +tPx0>p;  
    m\/>C|f\  
    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： P_v0))n{  
    VPdwSW[eM  
    hyM'x*  
    K* 0 aXr?  
    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。 2B5A!? ~>  
    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。 bx;yHIRb  
    Al=(sHc'  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ ~v^%ze  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： IPwj_jvw  
    yi sF5`+  
    ~:2&/MOP?  
    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。 `8mD7xsg$  
    4t,zHR6W  
    C{8i7D  
    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。 0`V3s]%iu  
    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。 @< wYT$  
    DSEARCH输入如下： xq#U 4E  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算  { VS''Lv  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 $+A%ODv  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 Gv!BB=ir(  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 "w(N62z/  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 #Tup]czO  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm <Z2(qZ^Z  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 nXv 7OEpTx  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 E]e, cd  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 W^5<XX,ON  
    I/oIcQS!k  
    GOALS                           ！目标设置 dMey/A/VYt  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 .WBI%ci  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 /#:Rd^  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 cBg,k[,  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 pQk=x T  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 S`ax*`  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 3Ne9% "  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 TS\9<L9S  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 (~q#\  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm -3C* P  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm Y1#-^,qg  
    QUICK 50 90     ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； 4 *Bp  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 BM|-GErE  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 NFrNm'v  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 9@$tiDV  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 fBHkLRFH  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 83{x"G3>  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 ,`ZPtnH+  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 MV Hz$hyB  
    y%{*uH}SL  
    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) Y&oP>n! ei  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； 4w;r l(s  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； S^3g]5YX  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 t}5'(9  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 f}L>&^I)  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 [z W_%O kP  
    GO                           ！启动程序 >P<k[vF  
    TIME                        ！计算时间 v< 65(I>  
    -&qRo0^3  
    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： `f\5p+!<7R  
    `ENlV9  
    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：
    %Nwyx;>9^K  
    &(5^v w<0  
    |#DC.Ga!  
    d[s;a.  
    {B'Gm]4  
    相应的局部放大镜头结构
    D)H?=G  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 j\XX:uU_  
    PANT b5iIV1g  
    VLIST RD ALL 4@/q_*3o  
    VLIST TH ALL [(D}%+2   
    END *Gk<"pEeS  
    AANT P 9s;!iDFn  
    AEC gp#bQ  
    ACC q#mFN/.(+  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 bqZ?uvc3  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 "@c';".|  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 ef;& Y>/  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK r6O7&Me<  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL qB+:#Yrx/  
    ACC 10 .1 1 a z:~{ f*-  
    ACM 3 .1 1   Y(#d8o}}#  
    ACA           (5f5P84x  
    ASC           %0ll4"  
    END |x _ -I#H  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     /tId#/Y  
    SYNOPSYS  100
    Z4wrXss~  
    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。 9,iq"dQ  
    GSEARCH输入如下： wu&|~@_s@  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 42n@:5`{+  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       # `N6<nb  
    +WV_`Rx#  
    SURF                                   wzNt c)~i  
    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 ~xlMHf  
    END 4e(9@OLP  
    nJ'>#9~a'>  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； Ovl?j&8  
    NAMES                                    ！玻璃名称 }\PE {  
    G G-ZF52 C$AIP\j- )  
    G D-FK61 a0V8L+v(  
    G H-ZF88 ijZydn  
    G H-F51 i(&6ys5  
    END                                          ！以END结束 T>%uRK$  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 Ru  vG1"  
    GO                                             ！启动程序
    _Cv[`e.  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： dCoi>PO  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 Y1U"HqNl*  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： <6}f2^  
    S,wj[;cv4  
    Q C\,  
     
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