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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 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
    DF`?D +  
    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:
    c D0-g=&  
    图1 近红外镜头初始设计
    s?pd&_kOv3  
    9?L,DThQ  
    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: RZrQ^tI3"  
      RLE                                                         !读取镜头 1$1[6 \3v  
      ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     !镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) l %M0^d6M  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE Lj#K^c Ee  
      LOG     3119                                            !日志编码 s6+`cC4  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 RhQ[hI  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 w4%yCp[,  
      NOVIG                       !关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线,不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 (>usa||  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 <-rw>,  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 !无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       !物面处于空气中
    uE%$<o*#  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 O[RivHCY  
       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 "CcdwWM  
       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 %UnL,V9)  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 ^oYudb^%  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 p81Vt   
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 V_p[mSKJv  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 {Xw6p  
       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 gSn9L)k(O  
       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 SoPiEq  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 wM aqR"%  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS 0<'Q;'2* L  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 &w7Ev21  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 m&!4*D  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 4k4 d%  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 hiBZZ+^[  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual l Taw6;  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 C0v1x=(xiM  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 Ap)[;_9BD  
       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 4/:}K>S_  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 ecIZ +G)k  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS ^Pp2T   
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 BfUM+RC%5  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 >.4mAO  
       8 TH      16.29978150 CYFi_6MFl  
       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 jS<(O o  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 "Di8MMGOY  
    END                                                                                 !以END结束 p^>_VE[S  
    pN?geF~t|  
    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: 9qcA+gz:|  
    {$H-7-O$  
    {a6cA=WTPd  
    e/s8?l  
    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。 (Xv' Te?  
    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。 ~>-MVp  
    r=74 'g  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? *}<Uh'?  
    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: 6)j4-  
    QMAineO  
    d.Im{-S  
    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。 IF~E;  
    B/F6WQdZ  
    m]Gxep0%  
    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 fWk,k*Z 9  
    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。 g:rjt1w`D  
    DSEARCH输入如下: ky#5G-X  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 c+A$ [  
    TIME                                   !计算程序运行时间 ]9]o*{_+(f  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 [Zxv&$SQ  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 7H!/et?S,  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 T j(MIFi|5  
    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 "\`>Ll  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 E>I\m!ue  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 UYw=i4J'  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 ~;S  
    -g\;B  
    GOALS                           !目标设置 "&Rt&S  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 sFbN)Cx  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 ZULnS*V;5  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 ?DrA@;IB  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 JEh(A=Eu>  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 dtx3;d<NsJ  
    STOP FIX                      !光阑面固定 kJ[r.)HU  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 j[Q9_0R~lR  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 j/p1/sJ[y  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm NXHe;G  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm $H8B%rT]  
    QUICK 50 90     !启用快速模式;迭代50次执行快速搜索,然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置); i9koh3R\  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 /nWBol,  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 *hvC0U@3  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 %5$)w;p.$'  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 {|{;:_.>  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 W\Df:P {<  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 L.?QZN%cN  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 ~J:]cy)Q  
    cNl NJ  
    SPECIAL   AANT   !特殊像差控制;系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) Us2IeR  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; K;Fs5|gFU  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; 4&kC8 [r  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 c:I %jm  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 38#Zlc f  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 V jLv{f<p  
    GO                           !启动程序 bY UG4+rD  
    TIME                        !计算时间 o]M1$)>b +  
    c> 0R_  
    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: ,n3e8qd  
    /*2)|2w  
    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:
    Xti.yQx\  
    ~JQ6V?fucD  
    Bwl@Muw  
    \2))c@@%  
    ey@ccc*sZ9  
    相应的局部放大镜头结构
    {n\Ai3F-  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 4$+1&+@ ]  
    PANT < Dt/JA(p  
    VLIST RD ALL I%:\"g"c  
    VLIST TH ALL t>! Ok  
    END !nU|3S[b  
    AANT P V+5av Z}  
    AEC 7epil  
    ACC B~B,L*kC2  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 l;d4Le  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 M}e}3w  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 N*+L'bO  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK \`;1[m  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL H<") )EJI  
    ACC 10 .1 1 Z4oD6k5oc  
    ACM 3 .1 1   -}u1ZEND  
    ACA           rf+Z0C0WYi  
    ASC           hg2Ywzfm-  
    END eLIZ<zzW0}  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     &=]!8z=  
    SYNOPSYS  100
    [,3E#+y  
    接下来,使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 l >~Rzw  
    GSEARCH输入如下: qP0UcG  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 ,rV;T";r  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       Gz52^O :  
    f0879(,i  
    SURF                                   1 -$+@Xl  
    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 Eh^gR`I  
    END : { iK 5  
    5"y)<VLJX  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; T+q5~~\d  
    NAMES                                    !玻璃名称 zs6rd83#  
    G G-ZF52 B@v (ZY  
    G D-FK61 orOq5?3  
    G H-ZF88 aLl=L_  
    G H-F51 =ld!=II  
    END                                          !以END结束 nDcH;_<;9a  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 g/(BV7V  
    GO                                             !启动程序
    <0;G4fE7[H  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: r KYQ 8T  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 c/^l2CJ0  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: +koW3>  
    -24ccN;  
    Ii# +JY0k  
     
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