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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 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
    ueg%yvO  
    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：
    +m_ .?V6  
    图1 近红外镜头初始设计
    /cS8@)e4  
    ]H`wE_2tu  
    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： t%@iF U;}  
      RLE                                                         ！读取镜头 |dIR v  
      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) 9FEhl~&  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE  ;LS.  
      LOG     3119                                            ！日志编码 WO>A55Xya  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 _ $PeFE2  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 rEr=Mi2  
      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 cfmwz~S6i  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 33` bKKO}  
    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
    c((3B  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 su0K#*P&I  
       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 $GoS?\G  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 nS#F*)  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 CW`^fI9H  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 `=Mk6$%Cs  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 #jbC@A9Pe  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 IO7z}![V;  
       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 e {6wFN  
       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 D(z#)oDr  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 :7@[=n  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS CW;zviH5  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 Q_ T,=y  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 TJ)Nr*U3_  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 Cq@7oi]W0  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 fD%/]`y  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual Md X4Rp'  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 6I[*p0j5  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 =u0=)\0@r  
       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 dC<%D'L*  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 I/'>MDB!  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS + s}!+I8 P  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 28JVW3&)  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 *wAX&+);  
       8 TH      16.29978150 +sJ{9#6  
       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 tE>FL  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度  -raK  
    END                                                                                 ！以END结束 %2RXrH2&H  
    .0nT*LF  
    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： fq1w <e  
    [\F:NLjiUy  
    ,T;sWl  
    dLQp"vs$  
    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。 Zn1((J7  
    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。 ^PdD-tY<  
    Cpzdk~+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？ (9bU\4F\  
    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： .KYs5Qu  
    lBn<\Y!^  
    @MQfeM-@  
    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。 OL=X&Vaf<  
    kFJ]F |^7  
    };2Lrz9<  
    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。 va~:Ivl-)  
    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。 e?\Od}Hbw  
    DSEARCH输入如下： DvN_}h^nX  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 jHMP"(]  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 AsS~TLG9p  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 :z?T /9,C  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 &WCVdZK:  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 B'Nvl#  
    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 qPN  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 6o#J  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 )p!") :'fv  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 1>_$O|dE  
    xR'd}>`  
    GOALS                           ！目标设置 a"+VP>4  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 q q^[(n  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 M#o=.,  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 qvsfU*wo?  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 D9(4%^HxV1  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 8}z PDs  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 4P2p|Gc3  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 I%?M9y.u6  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 ^ ' )4RU  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm 4/o9K*M+  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm N}|1oQkjf  
    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)； b9f5  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 Z\-Gr 2k  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 #.j:P#  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 $~EY:  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 L8;`*H  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 Y5>'(A>  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 6yaWxpW  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 oxCfSA  
    >03JQe_#*L  
    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) /[3!kW  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； a.<!>o<t:  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； I7ySm12}  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 ?$7$# DX  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 WsM/-P1Y  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 :Ea ]baM"  
    GO                           ！启动程序 Dx3Sf}G `  
    TIME                        ！计算时间 "MT{t><  
    (w'k\y  
    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： .Vq_O u  
    I>3G"[t  
    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：
    }>Lz\.Z/+[  
    ~m'8BK  
    ^q~.5c|  
    :;x#qtv~Iz  
    aG1[85:,\i  
    相应的局部放大镜头结构
    =1kjKE !  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 !P)7t`X  
    PANT TLzcQ|  
    VLIST RD ALL an?g'8! r:  
    VLIST TH ALL -E!V;Tgc%U  
    END p4zV<qZ>e  
    AANT P X?"Ro`S  
    AEC r(=3yd/G$  
    ACC qoD M!~  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 T\HP5&  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 =HvLuVc  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 ~oBSf+N  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK 7<ES&ls_  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL ].w$b)G   
    ACC 10 .1 1 yYTiAvN  
    ACM 3 .1 1   ;,&1  
    ACA           P(r}<SM  
    ASC           Z.0^:rVp~  
    END k}Vu!+cz  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     >7V&pH'  
    SYNOPSYS  100
    fx4X!(w!B  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 aKCXV[PO   
    GSEARCH输入如下： h:+>=~\  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 C>7k|;BvF  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       KH&xu,I  
    , v6[#NU_Z  
    SURF                                   PFIL)D |G  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 L``K. DF  
    END WaWx5Fx+  
    5k}UXRB?  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； STB=#z  
    NAMES                                    ！玻璃名称 #/1,Cv yj  
    G G-ZF52 hpym!G  
    G D-FK61 SIRZ_lt$r  
    G H-ZF88 CLD*\)QD\  
    G H-F51 C31SXQ  
    END                                          ！以END结束 {ByT,92  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 f-6E>  
    GO                                             ！启动程序
    [OsW   
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： sOW-GWSE<  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 #PmF@ CHR  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： 'bg%9}  
    ]IkjZ=  
    B: uW(E  
     
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