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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
    w0iE x1i  
    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:
    0sa EcJ-  
    图1 近红外镜头初始设计
    T*m_rDDt  
    jC%I]#!n  
    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: h>?OWI  
      RLE                                                         !读取镜头 6s;x@g]  
      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) q-#fuD^  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE )SuJK.IF  
      LOG     3119                                            !日志编码 g,nEiL  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 xmDwoLU  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 .anL}OA_q  
      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 ,")7uMZaF\  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 H'2 =yhtVh  
    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%(0AL  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 G)Y!aX  
       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 566EMy|  
       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 O9Aooe4W=  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 x& S>Mr  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 S%2qB;uw  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 d<o  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 N<x5:f#+  
       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 J7ln6Y  
       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 _PF><ODX2  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 6c:$[owC  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS -SQYr  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 uw]Jm"=w  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 a$ }^z  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 f+ &yc'[  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 )8;'fE[p}  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual Z5Cv$bUc  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 >:=TS"}yS}  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 0Ko,S(M_  
       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 '5%DKz  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 7Do)++t  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS 8Bhng;jX  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 (_* a4xGF  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 {q^KlSjm  
       8 TH      16.29978150 pmC@ fB  
       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 ="`y<J P  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 <FP -]R)  
    END                                                                                 !以END结束 ep5aBrN]"  
    ,Gfnf%H\8>  
    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: x {rt\OT  
    x K/`XY  
    k(MQ:9'|  
    +=R:n^r^,  
    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。 aD4ln]sFxG  
    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。 -Je+7#P1  
    ]n+:lsiV  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? *)`:Nm~y  
    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}T]f(>}  
    G 6][@q  
    HBt?cA '  
    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。 >,DR{A2hSB  
    Y !`H_Qo  
    nJ,56}  
    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 J(Bn  n  
    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。 $z<CkMP!U7  
    DSEARCH输入如下: P5N"7/PfW  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 4ngiad6bR  
    TIME                                   !计算程序运行时间 #8PjYB  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 ;,viE~n  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 :7R\"@V4  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 $1axZ~8sS  
    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 '!_o`t@  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 9`xq3EL2T  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 3}"VUS0wh  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 f~]5A%=cZ  
    ^#G>P0mG%  
    GOALS                           !目标设置 c6e?)(V>  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 ;>PV]0bOm>  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 U*-%V$3+w5  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 0Vg8o @  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 >6@UjGj54  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 pPIH`Iq  
    STOP FIX                      !光阑面固定 1Ao"DxZHy7  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 }\1V;T  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 pD){K  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm R8ZW1  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm &oT]ycz%  
    QUICK 50 90     !启用快速模式;迭代50次执行快速搜索,然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置); \\[P^ tsF  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 ~WVrtYJu  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 v'|Dj^3[  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 *QrTZ$\C  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 *`dGapd3  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 le*pd+>j  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 j3$KYf`T}  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 b+{yF  
    Z rvb %  
    SPECIAL   AANT   !特殊像差控制;系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) b+w|3bQa  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; tf>?;  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; aa$+(  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 ^.k}YSWut  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 9D&ocV3QV  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 |`,%%p|T%  
    GO                           !启动程序 Rrsz{a  
    TIME                        !计算时间 d=q2Or   
    +|^rz#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: 6}[W%S]8  
    ;0ake%v]  
    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:
    qg+ 8i9Y!  
    :[,n`0lH  
    4O2O0\o:  
    n`}vcVL;  
    si)920?E&  
    相应的局部放大镜头结构
    ZU/6#pb  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 qRTy}FU1  
    PANT ,b2Cl[  
    VLIST RD ALL EWbFy"=  
    VLIST TH ALL 7 v#sr<  
    END mlX^5h'  
    AANT P ,LG6py&aT  
    AEC ) _"`{2  
    ACC e3&R3{  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 "(/.3`g  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 l,L#y 4#  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 |]^OX$d  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK q0$}MB6  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL waldLb>7D  
    ACC 10 .1 1 1)H+iN|im/  
    ACM 3 .1 1   S$ dFz  
    ACA           ]r{y+g|  
    ASC           GJU84Xn7  
    END Wcw$ Zv  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     !fjDO!,!  
    SYNOPSYS  100
    zaa>]~g.  
    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。 ?~hC.5  
    GSEARCH输入如下: c:M~!CXO  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 o[0Cv*  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       zJOL\J'  
    YrFB~z.V  
    SURF                                   WM~@/J  
    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 89@gYA"Su  
    END )mS Aog<  
    _5y3<H<?  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; *?+E?AGe  
    NAMES                                    !玻璃名称 44b;]htv  
    G G-ZF52 7vubkj&  
    G D-FK61 &V:iy  
    G H-ZF88 .e~17}Ka}  
    G H-F51 q0&g.=;  
    END                                          !以END结束 EE=!Y NP]  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 :iP2e+j  
    GO                                             !启动程序
    C0Z mv  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: Hcq?7_)  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 O'*KNJX  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: 9s7sn*aB#5  
    \x5b=~/   
    mbK$_HvU  
     
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