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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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    只看楼主 正序阅读 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
    ^Q#g-"b  
    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:
    yog(  
    图1 近红外镜头初始设计
    a7>^^?|  
    9 gc0Ri[4m  
    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: oFi_ op  
      RLE                                                         !读取镜头 sTu]C +A  
      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) zHX7%x,Cq  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE +C36OcmT~  
      LOG     3119                                            !日志编码 0 K(&EpVE  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 K2qKkV@  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4  6hO]eS  
      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 .)c+gyaQ  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 szs.B|3X@*  
    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
    B!x7oD9  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 ^2`*1el  
       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 7Tc^}Q  
       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 !!<H*9]+W;  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 n[gc`#7|{e  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 IMSLHwZ  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 0i>>CvAl}  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 a_ \t(U  
       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 @M*oq2U;  
       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 $ vBFs]h  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 Q%QIr  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS ':7gYP*v  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 |Sv}/ P-  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 HE:]zH  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 f~?kx41dq  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 x"P@[T  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual )@],0yL  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 y-uSpW  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 he|.Ow  
       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 owzcc-g  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 $#-O^0D  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS y[';@t7CC  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 /pWKV>tjj  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 {XH3zMk[  
       8 TH      16.29978150 CsJ&,(s(  
       8 YMT      0.00000000                                 !YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 07G'"=  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 +W"DN5UV  
    END                                                                                 !以END结束 :{ Lihe~\  
    S|O#KE  
    在CW窗口中输入:SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性: 'F^1)Ga$  
    <C_FRpR<f  
    1Q7]1fRu  
    |qf ef &  
    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。 ZKJhmk  
    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。 o|APsQE  
    g f<vQb|  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? ~Kt2g\BSok  
    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: O jH"qi  
    K}vYE7n:  
    `(xzCRX  
    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。 ?>NX}~2cf  
    SNC)cq+{  
    ~!P&LZ  
    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 p@eW*tE  
    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。 _~ 3r*j  
    DSEARCH输入如下: deOk>v&U  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 #i=m%>zjN  
    TIME                                   !计算程序运行时间 EKUiX#p: M  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 Y/f8rN  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 N j:W6? A  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 r` sG!  
    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 a28`)17z  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 ft$!u-`  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米  63VgQ  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 I7+yu>  
    k{ulu  
    GOALS                           !目标设置 }" STc&1  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 jEm =A8q  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 '26 ,.1  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 bZ}T;!U?I  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 zh5ovA%  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 1-.(pA'  
    STOP FIX                      !光阑面固定 jP.dQj^j&  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 ywj'O e41  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 ,"5xKF+cS  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm {a,U{YJ\H  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm C?]+(P  
    QUICK 50 90     !启用快速模式;迭代50次执行快速搜索,然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置); U:gvK 8n  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 p3qKtMs0!  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 YoSBS   
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 QC(ce)Y  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 e\ }'i-  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 HE-ErEtGB  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 'OU`$K7n  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 *JO%.QNg  
    ~BgNM O;|  
    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) SqVh\Nn  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; :ay`Id_tm  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; w$aejz`[  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 s6!! ty;Y  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 EME}G42KN  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 2>)::9e4  
    GO                           !启动程序 <1<0odB  
    TIME                        !计算时间 db.~^][k  
    yY!@FGsA  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构,评价函数最低,如图2所示: :/6u*HwZh  
    ;".]W;I*O  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下:
    A`V:r2hnb  
    ,qIut|C*  
    4+Y9":<  
    PQ" v  
    o`nJJ:Cxq-  
    相应的局部放大镜头结构
    AIw~@*T  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 fz%e?@>q  
    PANT 1_> w|6;e  
    VLIST RD ALL 54Vb[;`Kkb  
    VLIST TH ALL ;oOv~ YB7H  
    END G%T<wKD<  
    AANT P ODKS6E1{  
    AEC E0eZal],  
    ACC 1n#{c5T  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 mzcxq:uZ5  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 L"}2Y3  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 yS4nB04`=  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK 8O0]hz  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL c#a>> V  
    ACC 10 .1 1 2,p= %  
    ACM 3 .1 1   |9mGX9q  
    ACA           3u'@anre  
    ASC           ~/!jKH7`j  
    END `rpmh7*WV  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     ?$=Ml$  
    SYNOPSYS  100
    US&:UzI.  
    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。 ]T%wRd5&-  
    GSEARCH输入如下: B] PG  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 *7C l1o  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       ~uuM0POo  
    T5aeO^x  
    SURF                                   X + B=?|M  
    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 Se [>z(  
    END =j8g6#'u  
    &_3o1<  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; )SfM`W)Y  
    NAMES                                    !玻璃名称 =!=DISPo  
    G G-ZF52 *s!T$oc  
    G D-FK61 +Rq]_ sDu  
    G H-ZF88 /Tp>aW%}"  
    G H-F51 sd |c/ayh~  
    END                                          !以END结束 1Ch0O__2L  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 qcfg 55]'c  
    GO                                             !启动程序
    , 1il&  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: cLIeo{H  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 .FvIT] k-  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: Olr'n% }  
    _:G>bU/^  
    [-1Yyy1}  
     
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