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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
    e$&n)>%  
    现有的近红外镜头设计文件为1.RLE，其保存路径为C:\Synopsys\Dbook\。我们首先选择该路径，然后在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>FETCH 1,点击‘Enter’键。再在CW中输入：SYNOPSYS AI>PAD,点击‘Enter’键。这样，即可获得近红外镜头初始设计结构，如图1所示：
    {]$)dz5  
    图1 近红外镜头初始设计
    2rb@Md]dx  
    R*2F)e\|  
    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： ex66GJQe1  
      RLE                                                         ！读取镜头 lbC,*U^  
      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) !'B='].  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE R@U4Ae{+  
      LOG     3119                                            ！日志编码 | /n  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 IR8yE`(h  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 45OAJ?N  
      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 7m}fVLk  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 ,5AEtoF  
    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
    R`B} T<*  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 Pz 0TAb  
       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 {d.K)8\  
       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 nj1PR`AE  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 <j3|Mh_(I  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 ~wO-Hgd  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 EV7lgKM^  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 Ys|SacWC  
       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 kI2+&  
       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 YOUB%N9+  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 G,<l}(tEG  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS :zNNtv iA  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 M27H{} v  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 2\;/mQI2A  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 6;wKL?snO  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 -!K&\hEjj  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual T|0d2aa  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 Ijk hV  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 H!>>|6OPF  
       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 ~Yc!~Rz  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 [ako8  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS c _!!DEe7  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 %?Q&a ]  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 ap2g^lQXq  
       8 TH      16.29978150 "h|kf% W  
       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 L\t_zf_0  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 a6O <t;&  
    END                                                                                 ！以END结束 L27WDm^)  
    b=U3&CV9  
    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： 6 N:Ps8Hg  
    ).A9>^6?{  
    :8HVq*itS  
    Od:-fw  
    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。 H6Bw3I[  
    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。 dCo3VF"u  
    d={o|Mf  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ 3s67)n  
    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： %(W8W Lz}  
    +S`cUn7  
    9!kp3x/`  
    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。 <XtE|LG  
    Xo&\~b#-  
    /7fd"U$Lh  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 3:xKq4?  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 F ^aD#  
    DSEARCH输入如下： 7(a1@VH  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 "z;R"sv\  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 9NNXj^7  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 t\TxK7i  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 _N)&<'lB<  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 `w`F-ke]I  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm l2}X\N&q  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 )!caOGvhJ  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 {cb<9Fii  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 >EZZEd   
    ^!0z+M:>^  
    GOALS                           ！目标设置 e9tb]sAG  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 vxLr034  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 8n-Xt7z  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 z[myf] @  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 /y6f~F  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 ,D]g]#Lq  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 ?u/UV,";y  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 U_ j[<.aN)  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 #NYHwO<0-  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm }L&LtW{X  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm }/,Rp/+7]  
    QUICK 50 90     ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； V aG Qre  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 nc\2A>f`  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 G%AO%II  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 9I;~P &  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 4*Gv0#dga  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 ~G-W|>  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 TA2ETvz^  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 4y?n62N8$  
    &/ED.K  
    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) yT5OFD|T  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； NO@`*:.^Y  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； R5%CK_  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 sR[!6[AA  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 DwZRx@  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 12m-$/5n+  
    GO                           ！启动程序 !H[01  
    TIME                        ！计算时间 'GX x|.  
    ~zG)<S"q  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： f1+  
    @"1Z;.S8V  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下：
    '`. -75T  
    0t}v@-abU  
    8q9ATB-^>  
    JbS[(+o  
    aq8./^  
    相应的局部放大镜头结构
    (V\N1T,f  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 ,(zV~-:9  
    PANT 2f@Cy+W'[  
    VLIST RD ALL 8ih_S2Cd  
    VLIST TH ALL Ui"{0%  
    END N6\rjYx+7  
    AANT P h6^|f%\w*i  
    AEC D GcpYA.7'  
    ACC W=w]`'  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 qsbV)c  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 EU%v |]  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 s-+-?$K  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK C;K+ITlJ  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL 4%w<Ekd  
    ACC 10 .1 1 vmrs(k "d#  
    ACM 3 .1 1   }r,xx{.u7  
    ACA           OuEcoIK  
    ASC           SA&(%f1d  
    END L 6fbR-&Lt  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     R=D}([pi  
    SYNOPSYS  100
    3Il._]#  
    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。 v[{7\Hha  
    GSEARCH输入如下： k{{3nenAG  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 v<g=uEpN  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       6Aq]I$  
    oe2*$\?.  
    SURF                                   B5vLV@>]  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 fpf,gb8[$n  
    END Qg~w 3~  
    zGyRzxFN  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； fRLA;1va  
    NAMES                                    ！玻璃名称 <N$Hb2b  
    G G-ZF52 @4 8!e-W  
    G D-FK61 `PL}8ydZ  
    G H-ZF88 f_[dFKoX  
    G H-F51  Fpn*]x  
    END                                          ！以END结束 8 b~  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 OG?7( UJ  
    GO                                             ！启动程序
    w9VwZow  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： ^Cp2#d*  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 G dNhEv  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： dVj2x-R)  
    7x>^ip"7  
    Ui (nMEon  
     
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