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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
    Eqt>_n8  
    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:
    { *Wc`ZBY  
    图1 近红外镜头初始设计
    R #m1Aa  
    ;:ocU?  
    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: x>[ gShAV!  
      RLE                                                         !读取镜头 k%({< ul  
      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) 1);E!D[  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE -k@Uo(MB  
      LOG     3119                                            !日志编码 "I45=nf  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 >  ,P,{"  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 :J6FI6  
      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 )$E'2|Gm/  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 BKW%/y"  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 !无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       !物面处于空气中
    fH;lh-   
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 9B1bq#  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     !玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 ._}Dqg$  
       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 IS }U2d,W  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 \'Ca%j  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 lKy4Nry9  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 [{rne2sA  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 U,^jN|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 Z+! 96LR  
       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 ]"\XTL0  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 FGRG?d4?h  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS Yk#$-"c/a  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 <p8>"~ R  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 aW$))J)0  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 ;5}y7#4C  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 C= PV-Ul+  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual hUMFfc ?  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 fZJO}  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 (`K ~p Z  
       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 0Ewt >~n  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 %v1*D^))  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS F[U0TP@&*  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 M% FKg/  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 x\6i(k-  
       8 TH      16.29978150 }zV#?;}  
       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 Dlu]4n[LB  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 Q02:qn?T  
    END                                                                                 !以END结束 ]7_O#MY1  
    fm^)u"  
    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: 5%(xZ  6  
    >oc&hT  
    rZ7)sE5L  
    u&ozc  
    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。 jT q@@y  
    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。 e!*%U= [Q  
    }WG -R  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? FuZLE%gP  
    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: s2\6\8Ipn  
    O(f&0h !  
    9w,u4q  
    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。 >d#6qXKAU  
    ||sj*K  
    AA0zt N  
    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 oq}Q2[.b  
    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。 xDBHnr}[  
    DSEARCH输入如下: {uMqd-Uu  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 Yo#F;s7  
    TIME                                   !计算程序运行时间 X~Vr}  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 wa4(tM2  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 /2PsC*y  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 SB`"%6  
    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 s_N]$3'[E  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 s|=.L&"   
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 auT$-Ki8  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 Dhe ]f#d  
    #>byP?)n  
    GOALS                           !目标设置 y[@<goT  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 4FgY!k  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 0^{?kg2o_  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 4$!iw3N(  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 6M758K6v  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 kaj6C_k|  
    STOP FIX                      !光阑面固定 xd`!z`X!,s  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 ~.wDb,*  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 RDu'N  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm \V,;F!*#G  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm +~A<&7[}  
    QUICK 50 90     !启用快速模式;迭代50次执行快速搜索,然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置); )vFZl]  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 NTtRz(   
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 {1ic* cZS  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 35[8XD  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 2 <@27 C5  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 .%4{zaB  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 _}B:SM  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 B:\TvWbu  
    KGm"-W  
    SPECIAL   AANT   !特殊像差控制;系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) -f-2!1&<3h  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; 21BlLz  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; h7S&tW GU  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 r. :H`  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 pMX#!wb  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 Bu$GCSrX  
    GO                           !启动程序 Ng} AEAFp  
    TIME                        !计算时间 XHlx89v7  
    QAy9RQ0  
    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: zoV-@<Eh  
    1!E+(Iq  
    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:
    ?DC3BA\)  
    jbqhNsTNK  
    X=p~`Ar M{  
    Vhww-A  
    h,V#V1>Hu  
    相应的局部放大镜头结构
    Ek,s6B)'d  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 hsQrHs'k  
    PANT f#p.=F$  
    VLIST RD ALL B94mh  
    VLIST TH ALL u= K?K  
    END ^J>jU`)CJ  
    AANT P [D H@>:"dd  
    AEC imtW[y+4  
    ACC B K'!WX  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 URW'*\Xjb  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 OZ q/'*  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 '* +]&~b  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK U jC$Mi`O  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL .O'gD.|^N  
    ACC 10 .1 1 kl|KFdA;  
    ACM 3 .1 1   iw(\]tMt  
    ACA           d+|8({X]D8  
    ASC           $s hlNW\  
    END NdQXQa?,  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     )^^r\  
    SYNOPSYS  100
    L$`!~z 1  
    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。 (0qdU;  
    GSEARCH输入如下: 6!i0ioZzi0  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 C<6IiF[>%  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       =ot`V; Q>  
    h.QKbbDj  
    SURF                                   Fa9]!bW  
    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\`20-1<  
    END )*^PMf  
    SF;;4og  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; S[NV-)r=  
    NAMES                                    !玻璃名称 ZBJYpeGe  
    G G-ZF52 E<a~ `e  
    G D-FK61 CPGXwM=   
    G H-ZF88 (G"b)"Qum  
    G H-F51 EPr{1Z  
    END                                          !以END结束 fZXJPy;n  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 }_M .-Xm  
    GO                                             !启动程序
    -?!Z/#i4  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: LIVVb"V|,  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 ;2}0Hr'|  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: ~]A';xH&  
    }qW%=;!  
    + &b`QcH<  
     
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