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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
    b37F;"G  
    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：
    ;xF5P'T?|  
    图1 近红外镜头初始设计
    r ;:5P%:  
    R T/T+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： V,t&jgG*  
      RLE                                                         ！读取镜头 / J 3   
      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) 5Y<O  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE Fw ,'a  
      LOG     3119                                            ！日志编码 YC!Tgb~H  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 pw;  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 7_t\wmvYp  
      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 lq0@)'D  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 CZ2&9Vb9I  
    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
    ygt7;};!  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 p H&Tb4  
       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 GFM $1}  
       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 W 2/`O?  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 Vgy}0pCl  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 JMp>)*YS  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 Ay?;0w0  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 yZ7aH|Q81B  
       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 ;-SFK+)R"  
       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 3Z?"M  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 MExP'9  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS j2GO ZKy  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 {2u#Q 7]|  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 6J/"1 _  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 aD yHIh8  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 yEYlQ=[#  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual O'tVZ!C#J  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 Nb.AsIR^  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 Y=RdxCCx4  
       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 J:s^F n  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 0*?/s\>PS;  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS {Rc!S? 8  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 AhjK*nJF  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 );4lM%]eb  
       8 TH      16.29978150 8?ig/HSt2  
       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 Gb)!]:8  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度  Fa  
    END                                                                                 ！以END结束 qmzg68  
    C>%2'S^.b  
    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： S`,(10Y  
    "`pI! nj  
    fiDwa ;,  
    foh>8/AL/  
    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。 sW/^82(dM  
    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。 F$TNYZ  
    :?1r.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？ r;3{%S._  
    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： 1.7tXjRd+  
    |&JCf =  
    -{z.8p}IW  
    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。 #$h~QBg  
    ;6op|O  
    4] c.mDo[T  
    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。 lq2Ah=FuN  
    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。 dP8b\H  
    DSEARCH输入如下： QR'yZ45n4  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 z[kz [  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 -Y]ue*k{  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 o K;.|ja  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 Cx>iSx  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 xyGk\= S  
    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 /jJi`'{U  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 D ==H{c1F  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 anwMG0  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 Uloa]X=Im8  
    Xg>nb1e  
    GOALS                           ！目标设置 KPGo*mY  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 $[zy|Y(  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 I!IWmU6FN  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 :r0?[#r?N,  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 l{U-$}  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 plL##?<D<  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 P,xI3U< q  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 rUC@Bf  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 FJ}RT*7_C  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm l7G&[\~  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm Kk?P89=*  
    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)； 6?-vj2,  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 " S6'<~s  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 ]^HlI4 z  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 ]MjQr0&M  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 ?C#=Q6  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 "b&[W$e  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 Y.M^tH:  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 kh3PEq   
    lp`raN No  
    SPECIAL   AANT   ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) YGVj$\  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； OhT?W[4  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； ur\v[k=  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 r|rOIAo  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 ?nOul}y/  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 TxZ ^zj  
    GO                           ！启动程序 (<f`}, QxD  
    TIME                        ！计算时间 DgOO\  
    'F[m,[T%x  
    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： KCR6@{@  
    o"F=3b~:n  
    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：
    *QAcp` ;*  
    =5bef8O  
    <uUHr,#  
    H+&c=~D\_  
    w}="}Cb  
    相应的局部放大镜头结构
    D$|@: mW  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 -3 .Sr|t  
    PANT ~(4;P%L:  
    VLIST RD ALL }EB/18  
    VLIST TH ALL 5[Sa7Mk  
    END u~Zx9>f  
    AANT P /]~Oa#SQ:  
    AEC {ETuaFDM   
    ACC ?[#nh@mI  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 > sW9n[  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 $[5S M>e]  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 [R$iX  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK =b{wzx}e  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL HyKvDJ 3_  
    ACC 10 .1 1 C*A!`Q?1Y  
    ACM 3 .1 1   >BU"C+a8g  
    ACA           QkJAjmB  
    ASC           L F\4>(C2g  
    END - inZX`afA  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     :q_(=EA  
    SYNOPSYS  100
    9VyY [&  
    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。 _tJp@\rOz=  
    GSEARCH输入如下： pSM\(kVKa  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 :77dl/d%  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       cE3g7(a  
    CAX)AN  
    SURF                                   IKT3T_\-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 /"w%?Ea  
    END 15NeC7GAh  
    !g=2U`j^  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； V/C":!;  
    NAMES                                    ！玻璃名称 )erI3?k  
    G G-ZF52 b4o`eR  
    G D-FK61 M`6rI  
    G H-ZF88  u>R2:i  
    G H-F51 1D3{\v  
    END                                          ！以END结束 ]3B8D<p  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 n o6q3<re  
    GO                                             ！启动程序
    n#F:(MSOp  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： T0=8 U; =  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 VKI`@rY4  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： wjLtLtK?  
    IGKF&s*;{[  
    s];jroW@u  
     
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