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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
    W{gb:^;zb  
    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：
    7Rt9od< )!  
    图1 近红外镜头初始设计
    LE>]8[ f6S  
    ^ovR7+V  
    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： aAA U{EWW  
      RLE                                                         ！读取镜头 ( ICd}  
      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) 'X2POay1  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE w*JGUk  
      LOG     3119                                            ！日志编码 (=@h23 vH  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 {jX2}  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 HoL Et8Q  
      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 H+Sz=tg5  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 j^2wb+`  
    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
    t1y4 7fX6  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 ^M>P:~  
       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 NPe%F+X  
       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 `^Em&6!!  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 l2P=R)@{  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 :zF,A,)  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 =>af@C.2  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度  1HZO9cXJ  
       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 ;VO:ph4Aj  
       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 %Qdn  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 .UY^oR=b{  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS r? E)obE  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 uGEfIy 2  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 ah+iZ}E%  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度  O+Y6N  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 u($ !z^h  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual ` v@m-j6  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 b 7?hI  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 'u |c  
       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 v<(  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 <;Zmjeb+#  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS D\NKC@(M  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 [}0haTYc4  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 zv,jM0-  
       8 TH      16.29978150 oEKvl3Hz_  
       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 U0N 60  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 @8r pD"x  
    END                                                                                 ！以END结束 aH/ k Ua  
    s{\8om '-  
    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：  DwE[D]7o  
    ~<F8ug #  
    ]*[ 2$  
    ~;{; ,8!)  
    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。 WuUk9_ g  
    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。 iN8zo:&Z  
    nwRc%C``UK  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ qm8B8&-  
    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： Fgh_9S9J  
    \B,@`dw  
    0Y{yKL  
    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。 9c,'k#k  
    pm0{R[:T7  
    zFff`]^`  
    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。 +V046goX W  
    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。 3>`mI8 $t  
    DSEARCH输入如下： .Una+Z  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 NzOx0WLF  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 9BBmw(M}  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 ex (.=X 1  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 peuZ&yK+"  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 nIy}#MUd|q  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm k(7&N0V%zz  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 ;1O_M9  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 >T3-  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 rkCx{pe9  
    &n}f?  
    GOALS                           ！目标设置 %JD,$p Ps  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 KD7dye  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 Rmt~,cW!\  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 [KaAXv .X  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 j<jN05p  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 {xB!EQ"  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 '+!1Y o'G  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 J1RJ*mo7,  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 1 A !bE  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm udUyh%n  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm JZ*/,|1}EC  
    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)； =llvuUd\n  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 u jq=F  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 ZC`wO%,  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 l2rd9 -T  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 JNYFD8J~  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 g:D>.lKd  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 #+HJA42  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 BsqP?/  
    vkd.)x`J,  
    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) #9}D4i.`}  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； n:\~'+$  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； {V$|3m>:*  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 ukfQe }I  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 E+R1 !.  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 mD0f<gJ1  
    GO                           ！启动程序 7>Ouqxh21  
    TIME                        ！计算时间 foF({4q7b^  
    $i}y8nlQ  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： &5spTMw8  
    rc>4vB_ha  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下：
    6YLj^w] %  
    \fyRsa)  
    3kIN~/<R+7  
    (Hz^)5(~  
    \y)rt )  
    相应的局部放大镜头结构
    T/Gz94c  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 '}JhzKNj  
    PANT j4qR(p(vC  
    VLIST RD ALL k)= X}=w  
    VLIST TH ALL V>)OpvoT#  
    END ^ft>@=K(|  
    AANT P m!4ndO;0vh  
    AEC @+M /&  
    ACC *:YiimOY"  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 Y. 5_6'Eo?  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 !M]uL&:  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 udF~5w H  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK f/NH:1)y  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL ?WUA`/[z  
    ACC 10 .1 1 tl4V7!U@^z  
    ACM 3 .1 1   1onM j  
    ACA           ^ f &XQQY  
    ASC           `*["UER  
    END pb?c$n$u*  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     Zq|I,l0+E  
    SYNOPSYS  100
    FQ2  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 *{@Nq=fE  
    GSEARCH输入如下： )uIe&B  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 Xy&A~F  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       }bpQq6ZF  
    wj<6kG  
    SURF                                   0hNA1Fh{U  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 bv9]\qC]T<  
    END SSg8}m5)Q  
    Ae^~Cz1qz  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； swoQ'  
    NAMES                                    ！玻璃名称 @=Uh',F  
    G G-ZF52 %lx!. G  
    G D-FK61 kr5">"7  
    G H-ZF88 Uq,^Wy  
    G H-F51 5 +YH.4R  
    END                                          ！以END结束 ;Ax }KN7  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 ' !cCMTj  
    GO                                             ！启动程序
    gA+qC7=p$  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： "f2$w  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 r1m]HFN  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： S6M}WR^,  
    <X^@*79m  
    4qbBc1,7y  
     
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