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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
    x"h)"Y[c5  
    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：
    +2_6C;_DX  
    图1 近红外镜头初始设计
    Hi4@!]  
    SjNwT[.nr7  
    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： <|>:UGAR  
      RLE                                                         ！读取镜头 f@x( ,p  
      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 ydhe  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE  +lf@O&w  
      LOG     3119                                            ！日志编码 <}x|@u  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 ,:Rq  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 H?zCIue3  
      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 O}\"$n>  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 -$!Pf$l@  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    %]= 'Uv^x  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 3vvFF]D5k  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 +XaO?F[c  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 UdM5R [  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 [7 Kj$PB3  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 qT-nD}  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 #D*J5k>2  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 e[VJ0 A=  
       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 L^ jC& dF  
       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 ;r@R (Squ  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 3Jk?)D y  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS BX)cV  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 dQ2i{A"BKz  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 x.4)p6  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 4@V<Suw  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 Ivgwm6M  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual <xh'@592  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 + 1%^c(3  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 Zv7$epDUz  
       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 6;=wuoJi  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 ^ {]sD}Q"  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS KX`nHu;  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 ~Sem_U`G  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 :Tl6:=B  
       8 TH      16.29978150 gu%'M:Xe  
       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 8@C|exAD`  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 2W-NCE%K)T  
    END                                                                                 ！以END结束 f`";Q/rG  
    I`}vdX)  
    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： gZ%O<XO  
    0dX=  
    (R 2P< Zr  
    DDCQAf  
    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。 y.]]V"'2  
    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。 l?<z1Acd&  
    N)I T?  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ arH\QPaka'  
    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： I z=w2\r  
    {zN_l!  
    /WgWe  
    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。 2]3Jb{8FI>  
    ob5nk ^y  
    Ol5xyj  
    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。 qN,FX#DP  
    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。 %+W >+xRb  
    DSEARCH输入如下： Z1lF[d,f;  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 jHw2Q8s|R  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 WMl^XZO  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 ]SR`96vG  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 4g^+y.,r_f  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 :mHtK)z~  
    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 hBSJEP  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 J#Eh x|  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 '9Odw@tp  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 g~D6.OZU  
    cTx/Y&\9  
    GOALS                           ！目标设置 [cAg'R6  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 b1^Yxe#L  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 *K^O oS  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 X',0MBQ0  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 M{RZ-)IC  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 O!+5As  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 exKmK!FT  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 FAl6  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 VIdoT2  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm O7*i;$!R  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm V xs`w  
    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)； z(68^-V=:  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 xyWdzc] (p  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 ^TuEp$Z=  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 E }j8p_p  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 F@K;A%us)  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 sBI%lrO  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 5kNs@FP  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ''07Km@x  
    ;7*@Gf}R  
    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) 0! %}  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； s hvcc  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； <&Xq`i/(  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 uL AXN  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 3m7V6##+  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 lc#zS_  
    GO                           ！启动程序 nQ3goVRFP  
    TIME                        ！计算时间 M 7$4KFNp  
    s4k%ty}  
    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： x^skoz  
    N0hU~|/  
    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：
    MCG~{#`  
    DQnWLC"u  
    ;>Qd )'  
    umn^QZ,  
    FWN%JCOj@  
    相应的局部放大镜头结构
    8QBL:7<  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 Z"T(8>c;g  
    PANT Ls*=mh~IY  
    VLIST RD ALL aC 0Jfo  
    VLIST TH ALL 2MeavTr  
    END U# B  
    AANT P VbR.tz  
    AEC Z`t?kXDNoI  
    ACC W RaO.3Q@.  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 Jz'+@q6h  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 Mp=+*I[  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 7?] p\`  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK ~C x2Q4E  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL qNL~m'  
    ACC 10 .1 1 5C?1`-&65V  
    ACM 3 .1 1   ir#^5e @  
    ACA           *X=-^\G  
    ASC           h_!"CF <n  
    END S}O\<6&  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     iK:]Q8b  
    SYNOPSYS  100
    WQL`;uIX  
    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。 &X(-C9'j  
    GSEARCH输入如下： yG4MqR)J  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 it vdzPO  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       KZNyp%q  
    *[n^6)  
    SURF                                   wv-8\)oA  
    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 c*Nbz,:  
    END `_)dEu  
    ;v\n[  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； _R6> Ayw*  
    NAMES                                    ！玻璃名称 I),8EEf\  
    G G-ZF52 ZeZwzH)BD  
    G D-FK61 _jz=BRO$  
    G H-ZF88 -AQX-[B  
    G H-F51 A[bxxQSP\H  
    END                                          ！以END结束 h6t>yC\  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 06$9Uz9  
    GO                                             ！启动程序
    ,V?,I9qf  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： (6{ VMQ  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 B"v=Fr[  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： p3'+"sFU  
    DBRJtU!5x  
    H"l'E9k.&p  
     
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