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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 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
    ~JH:EB:  
    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：
    ?pza G{  
    图1 近红外镜头初始设计
    U,.![TP  
    Q0ON9gqqv  
    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： EE W_gFn  
      RLE                                                         ！读取镜头 9U%N@Dq`Z  
      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) A\.GV1  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE L5\WpM=  
      LOG     3119                                            ！日志编码 cx0*X*  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 s91JBP|B7  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 Zp# v Hs  
      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 g"> {9YE  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 ze]h..,]K  
    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
    l c '=mA  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 ziCHjqT  
       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 D N*t~Z3[  
       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 TU 1I} ,  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 'uxX5k/D@t  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 I'0@viF"Nx  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 =%BZ9,l  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 $ <#KA3o\  
       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 qhz]Wm P   
       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 G"XVn~]  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数  ({=gw9f  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS ez6EjUk  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 }B.H|*uO  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 qm8&*UuKJ  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 .?Gd'Lp  
       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<%Q"2hW  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual 8zR~d%pK  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 5EebPXBzB  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 ~Wa6J4B{K  
       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 byfJy^8G  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 <N9[?g)  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS y7i*s^ys{  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 Os1>kwC  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 BFOq8}fX2  
       8 TH      16.29978150 w2'f/  
       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 G JqJlgHe  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 jWE :ek*  
    END                                                                                 ！以END结束 <fFTY130:  
    ZXuv CI  
    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： 9*1,!%]  
    /x1![$oC0  
    Ub * wuI  
    9c6gkt9eB  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 *N<&GH(j  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 BjzPz  
    8 {X"h#  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ j_. 5r&w  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： :H wA 5Z#  
    0PrLuejz  
    AQ[GO6$,%H  
    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。 !_cg\K U#  
    jm Fz51  
    x-?Sn' m  
    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。 pj?f?.^  
    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。 x}8yXE"  
    DSEARCH输入如下： csW43&  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 u2?|Ue@[  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 J\M>33zu  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 7*Ej. HK  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 *5^Q7``  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 b7p@Dn?E  
    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 DuHu\>f<S  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 xe` </  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 Y/ .Z .FD`  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 ZP\-T*)l$  
    #kaY0M  
    GOALS                           ！目标设置 OD6\Mr2=  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 lUvpszH=  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 U5.LDv;  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 6U R2IxbE  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 n+A?"`6*#  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 ?1K#dC52#  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 m4l& eEp  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 u /\EtSH  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 7B\Vs-d  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm .Lsavpo  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm X6@WwM~qz  
    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)； j+uLV{~g6  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 n4R(.N00  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 UZJCvfi  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 &N\jG373  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 ~ijVmWNk  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 xk5@d6Y{r  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 li}1S  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 )E-inHD /  
    uJC~LC N  
    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) |w<H!lGe!$  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； F.=2u"[*&  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； zU gE~  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 UVd7 JGR  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 Z:sg}  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 4hTMbS_;  
    GO                           ！启动程序 K k-S}.E  
    TIME                        ！计算时间 z4jR[x,  
    vnM@QfN  
    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： uP~@U"!  
    _0]S69lp  
    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：
    6sx'S?Qa*  
    , P70J b  
    pxCK;]  
    ~&7MkkftM  
    ZK@N5/H(  
    相应的局部放大镜头结构
    x:7b/ j-  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 ?"i}^B`*  
    PANT "NXB$a!:  
    VLIST RD ALL hog=ut  
    VLIST TH ALL 34%RZG_o'  
    END =E.t`x=  
    AANT P |yQZt/*SOZ  
    AEC z8SmkL  
    ACC S~;4*7+?:  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 ->y J5smtY  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 ,D]QxbwZ  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 -ZRO@&tMD  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK S||}nJ0  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL 8&?s#5zA  
    ACC 10 .1 1  a1t4Dd  
    ACM 3 .1 1   #xQr<p$L6  
    ACA           ZjQ |Wx  
    ASC           -bT)]gA2  
    END a1+#3X.  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     2.l Z:VLN  
    SYNOPSYS  100
    i+S) K  
    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。 ]yx$(6_U  
    GSEARCH输入如下： Ay5i+)MD  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 V )x$|!(  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       t\{'F7  
    ktFhc3);!  
    SURF                                   #Ssx!+q?  
    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 [<g?WPCcC  
    END beRVD>T  
    M<.d8?p )  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； )FF>IFHG  
    NAMES                                    ！玻璃名称 si`A:14R  
    G G-ZF52 [y'f|XN  
    G D-FK61 m'6&9Ja k  
    G H-ZF88 h]5C|M|  
    G H-F51 7hlO#PYZ  
    END                                          ！以END结束 A: 5x|  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 j53*E )d  
    GO                                             ！启动程序
    J'SZ  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： Gb#Cm]  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 s:/8[(A  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： z(_Ss@ $  
    '=nQ$/!q  
    K1r#8Q!t  
     
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