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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
    $}+t|`*q8]  
    现有的近红外镜头设计文件为1.RLE，其保存路径为C:\Synopsys\Dbook\。我们首先选择该路径，然后在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>FETCH 1,点击‘Enter’键。再在CW中输入：SYNOPSYS AI>PAD,点击‘Enter’键。这样，即可获得近红外镜头初始设计结构，如图1所示：
    CEzwI _  
    图1 近红外镜头初始设计
    vr/*z euA  
    zg>4/10P1q  
    接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： ?> )(;Ir9  
      RLE                                                         ！读取镜头 3 vr T`  
      ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) 6ZKSet8  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE <a_ytSoG1  
      LOG     3119                                            ！日志编码 ^N# z&oh  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 4E:kDl*@  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 m%7T ~  
      NOVIG                       ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 @~1}n/  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 FK ? g  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    II;   
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 Ts)ox}rYVm  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 DNwqi"  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 mQwP-s  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 4@0y$Dv\  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 nz+k ,  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 @~g][O#Fu  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 q}x+#[Ef  
       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 {_[\k^98>  
       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 m6+4}=Cn  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 3FetyW l'  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS ;fi H=_{us  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 A*b>@>2  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 'TwvkU"  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 Cg#@JuwHa  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 3IB||oN$T  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual `!- w^~c  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 MbbKo-7F$  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 \A#YL1hh  
       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 iC(&U YL  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 <e)u8+(  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS Wks?9 )Is  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 pA?kv]l(  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 C] dK/~Z#r  
       8 TH      16.29978150 S29k IJ  
       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 >n(Ga9E  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 &[#iM0;)W0  
    END                                                                                 ！以END结束 Z~[EZgIg  
    R%EpF'[~[  
    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： K."%PdC  
    F4:giu ht  
    HuB\92u  
    ;nx? 4f+6h  
    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。 YZ\a#s ,0  
    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。 ~Y)h[  
    sR;^7(f!m  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ 2WF7^$^:  
    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： d,y%:F 4  
    Thc"QIk&4  
    mu$0x)  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 hAi`2GP.  
    SJ0IEPk  
    -h%!#g  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 P&$ m2^K  
    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。 e09('SON(  
    DSEARCH输入如下： _DD.#YB</  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 #t8{z~t3  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 a@?2T,$  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 8n2MZ9p]  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 1w~@'ZyU  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 6R=dg2tKT  
    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 Bj1{=Pvl  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 hO?RsYJ.F  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 #Y>os3]  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 31*0b|Z  
    W|,Y*l  
    GOALS                           ！目标设置 %pd-{KR  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 Rzj1D:?X@  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 y/9aI/O'  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 HAca'!p  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 r5wy]z^  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 IUZ@n0/T  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 {vf4l4J(  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 azKiXr#_(  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 a}p}G\b|  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm aePLP  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm aMq|xHZ  
    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)； "54t7  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 k. @OFkX.  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 7Z7e}| \W  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 |XV@/ZGl~  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 z]d2 rzV(_  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 &ZR}Z7E*=  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 Bsc&#  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ~k[mowz0  
    kKlcK_b;  
    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) u|eV'-R)s  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； [OU[i(,{  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； <n|ayxA)  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 !ma%Zk  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 ;D>*Pzj  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 TDY2 M  
    GO                           ！启动程序 %j4AX  
    TIME                        ！计算时间 :`X!no; {  
    ]hHL[hoFC  
    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： s k>E(Myo  
    ")xd '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：
    X8uAwHa6F  
    ]8~{C>ch$  
    lHI ;fR  
    1RM@~I$0  
    @ )< 3Z  
    相应的局部放大镜头结构
    </B<=tc  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 q y\Z2k  
    PANT @SX-=Nr  
    VLIST RD ALL yZc_PC`  
    VLIST TH ALL #fQ}8UxU,  
    END ymo].  
    AANT P (;6vT'hE  
    AEC ^(c.A YI  
    ACC 5S/YVRXq  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 u+_6V  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 xk\n F0z  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 Z^_-LX:%  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK \YMe&[C:o  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL d:&=|kKw  
    ACC 10 .1 1 U5!~ @XjG>  
    ACM 3 .1 1   kh5VuXpe  
    ACA           wRsh@I<  
    ASC           *MD\YFXR  
    END ,B8u?{O  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     Gw@]w;ed  
    SYNOPSYS  100
    -RKqbfmi=  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 }T1.~E  
    GSEARCH输入如下： 29tih{ xx  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 6t!PHA  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       `SM37({c  
    QTLGM-Z  
    SURF                                   dHO8 bYBH  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 NO'37d  
    END d,+a}eTP'  
    gT0N\oU"  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； QFX/x  
    NAMES                                    ！玻璃名称 AR?1_]"=  
    G G-ZF52 TRzL":  
    G D-FK61 <yg! D21Y  
    G H-ZF88 XN %tcaY  
    G H-F51 2R=Fc@MXs  
    END                                          ！以END结束 ms/!8X$Mz  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 qS?uMms7w  
    GO                                             ！启动程序
    3D^!U}E  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： x3tos!Y  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 $ts1XIK%  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： SDHJX8Hq  
    3Q:HzqG  
    45aFH}w:  
     
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