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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
     H2oxD$s  
    现有的近红外镜头设计文件为1.RLE,其保存路径为C:\Synopsys\Dbook\。我们首先选择该路径,然后在CW窗口中输入:SYNOPSYS AI>FETCH 1,点击‘Enter’键。再在CW中输入:SYNOPSYS AI>PAD,点击‘Enter’键。这样,即可获得近红外镜头初始设计结构,如图1所示:
    e/_QS}OA  
    图1 近红外镜头初始设计
    FrUqfTi+W  
    "G-h8IN^O  
    接着,我们检查该近红外镜头的设计参数,仅在CW窗口中输入:SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下: i6A9|G$H  
      RLE                                                         !读取镜头 C=|8C70[%N  
      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) Fw*O ciC  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE <[D>[  
      LOG     3119                                            !日志编码 $.t>* Bq  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 Q-!gO  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 +zd/<  
      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 qp)Wt6 k?  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 ^%!SKhRIK  
    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_CVZR?  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 xkw=os  
       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 'l`prp3  
       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 zd)QCq  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 K,JK9)T  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 !zm;C@}ln  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 UX[s5#  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 w[\rS`J  
       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  BdiV  
       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 K9.Gjw  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 :s&dn%5N"  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS ]j>`BK>FE  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 |`Noj+T47I  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 fN&uat7  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 #AB5}rPEI  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 'e' p`*  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual GB^`A  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 P$0c{B4I  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 79c M _O  
       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 YvcV801Go  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 $i6z)]rjg  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS },#7  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 UKZ )Boo  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 ;@Fb>l BhX  
       8 TH      16.29978150 x~R,rb   
       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 In?#?:Q@&  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 Z]R#F0"U  
    END                                                                                 !以END结束 '2i !RT-  
    @tY]=pqn_  
    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: uSRhIKy  
    (xN1?qXB.  
    $ ,]U~7S  
    9( q(;|;Hp  
    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。 d23=WNn  
    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。 &^DVSVqs^  
    f+hHc8g  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? ^g|cRI_"  
    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: hm d3W`8D  
    {QylNC9  
    OqDP{X:  
    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。 7L6L{~8 W  
    tE {M  
    xQDQgvwa  
    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 \.O&-oi  
    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。 jq*`| m;Q  
    DSEARCH输入如下: =#[oi3k  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 hL6;n*S=  
    TIME                                   !计算程序运行时间 Y 0Fq -H  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 b^C27s  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 Iq4B%xo6G  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 N'9T*&o+  
    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 1w(3!Ps+  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 =WW5H\?  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 vg[3\!8z[  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 RU4X#gP4Vh  
    o.A:29KoU  
    GOALS                           !目标设置 sAqy(oy#M  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 J](NCD  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 6(d6Uwc`  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 l#1#3F  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 >~rlnRX  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 th[v"qD9G  
    STOP FIX                      !光阑面固定 Vi-Ph;6[  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 "QNQ00[T`>  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 g ,EDE6`8  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm F[Mwd &P@  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm CAC4A   
    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); S\N1qux{  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 z5]6"v -  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 gh ?[x.U  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 -'d:~:1f  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 0LH6G[  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 czD" mI!  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 %eg+ .  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 ;Go^)bN ;  
    94ruQ/  
    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) Oa~ThbX7  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; -i2rcH  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; ApeqbD5g&  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 >lUPOc  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 "nu]3zcd  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 ;un@E:  
    GO                           !启动程序 }u O YF  
    TIME                        !计算时间 "4\  
    EwN{|34C  
    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: h>\C2Q  
    F6[F~^9D  
    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:
    `_OrBu[  
    bp:`m>4<  
    D/."0 #q  
    n>q!m@ }<  
    =eQB-Xe8Y  
    相应的局部放大镜头结构
    T3z ovnR  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 n >y,{"J{  
    PANT Uw.')ZY=  
    VLIST RD ALL ?yef?JI$p  
    VLIST TH ALL )xV37]  
    END <N=k&\  
    AANT P Fk/I (Q  
    AEC w!20  
    ACC kx;X:I(5&P  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 Z\CvaX  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 Deh3Dtg/k  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 baII!ks  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK xyGwYv>*KO  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL Th9V8Rg+E  
    ACC 10 .1 1 z.cDbkf}  
    ACM 3 .1 1   O0qG 6a  
    ACA           x'`{#bKD  
    ASC           eW(pP>@k,  
    END }Kgi!$<aQx  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     'OtT q8G  
    SYNOPSYS  100
    ]LC4rS  
    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。 M co:eE  
    GSEARCH输入如下: 5Z!$?J4Rl  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 0#J~@1Gf  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       cRnDAn#42  
    A{zqr^/h  
    SURF                                   rc8HZ  
    1 3 5 7 9                                    ! 将玻璃分配到表面1,表面3,表面5,表面7和表面9 t`K9K"|k  
    END CXrOb+  
    M#'7hm6  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’;  _'!?fA  
    NAMES                                    !玻璃名称  +x 3x  
    G G-ZF52 / (BS<A  
    G D-FK61 |:R\j0t  
    G H-ZF88 :.+w'SEn4M  
    G H-F51 zVS{X=u  
    END                                          !以END结束  ydzsJ+dx  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 tw$EwNI[  
    GO                                             !启动程序
    4P3RRS  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: PuP"( M  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 JI!1 .]&  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: b \}a   
    >`x|E-X"  
    7p.8{zQ*  
     
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