切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • Zemax光学设计从入门到精通 Zemax光学设计从基础到实践 成像衍射光学元件设计及应用 现代光学与光子学技术
    讯技光电:VirtualLab Fusion独家供应商 微小光学与微透镜阵列 光学设计与光学元件 计算光学带来的成像革命
    发帖 回复
    返回列表
    • 2092阅读
    • 0回复

    [原创]SYNOPSYS代码详解-近红外镜头设计 [复制链接]

    		 上一主题 下一主题
    离线小火龙果
    工程师
     
    发帖
    925
    光币
    2136
    光券
    0
    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
    ?'<nx{!c  
    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：
    lHhUC16>  
    图1 近红外镜头初始设计
    48*Do}l]  
    FG) $y[*  
    接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： ANps1w#TP  
      RLE                                                         ！读取镜头 n2fbp\I  
      ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) ,Y>Bex_v  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE Y2?.}ZO  
      LOG     3119                                            ！日志编码 &Y^WP?HS  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 f?'JAC*  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 fOMvj%T@2  
      NOVIG                       ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 ;asP4R=  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 uIDuGrt  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    %C=]1Q=T)  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 pe{; ~-|6  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 NwZ@#D#[ Y  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 cJL'$`gWf  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 :bC40@  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 [ U w i  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 MKWyP+6`  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 6O}`i>/6M  
       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 U8G%YGMG.4  
       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 .fdL&z  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 6l4mS~/  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS FTeu~<KpM  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 Z%x\~ )~  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 8{Fsm;UsY  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 HO' '&hz  
       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(K; zo*S(  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual ]Qe{e3p;  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 oI#a_/w  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 vVgg0Y2  
       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 {pHM},WJ  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 -^ C=]Medl  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS Nq@+'<@p$  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 ubmrlH\d  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 56Vb+0J'  
       8 TH      16.29978150 h)Ff2tX  
       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 NMi45y(Y  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 j8sH#b7Z  
    END                                                                                 ！以END结束 ^'ryNa;"  
    59Gk3frk(  
    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： yOwA8^q  
    Bk+{RN(w  
    @_LN3zP  
    2~t[RY  
    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。 YXI'gn2b#  
    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。 %=BMZRn  
    q/4 [3h  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ lbuAE%  
    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|5u\D-  
    E.U_W  
    Q[d}J+l4{  
    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。 k{<,\J  
    c-Pw]Ju  
    c?%(Dp E  
    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。 V$uk6#  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 !XzF67  
    DSEARCH输入如下： Z?O *'#yn  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 &EpAg@9!  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 {iq3|x2[:  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 q@jq0D)g  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 i>joT><B  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 LbII?N8`N  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm [S@}T zE  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 }E7:ihy  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 a:_I  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 8Y#\xzod  
    G!XIc>F*  
    GOALS                           ！目标设置 _fwb!T}$  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 36n>jS&  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 .&x}NYX4  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 )nd\7|5#  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 X7g3  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 Rtjqx6-B;  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 ZKdeB3D  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 & V)6!,rb  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 0n/gd"M  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm 9Mgq1Z  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm NxLXm,  
    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)； ?r2#.W  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 2z@\R@F  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 1lpwZ"  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 L.=w?%:H=  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 )$Z=t-q  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 @EoZI~  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 E~kG2x{a  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ^xZ e2@  
    d;+[i  
    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) Z,X'-7YkU  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； W<<9y  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； SZ_V^UX_  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 b,IocD6v;P  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 ~j'l.gQb  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 9V.u-^o&  
    GO                           ！启动程序 JO'>oFv_W  
    TIME                        ！计算时间 Vj!rT <@  
    @WKzX41'  
    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： LA[g(i 7  
    Cbs5dn(Y  
    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：
    J/6`oh?,Q  
    cc44R|Kr$$  
    |0z;K:5s  
    X1vNF|o~  
    1JEnnqu  
    相应的局部放大镜头结构
    5#E |R  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 pN&c(=If  
    PANT g`>og^7g  
    VLIST RD ALL ! <WBCclX  
    VLIST TH ALL sFDG)  
    END bOI3^T  
    AANT P ;<Km 3  
    AEC 5TUNX^AW  
    ACC *x>3xQq&  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 Y $-3v.  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 Bg8#qv  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 ejXMKPE;  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK aTzDew  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL gLsU:aeCT  
    ACC 10 .1 1 Q7bq  
    ACM 3 .1 1   Q# ?wXX47  
    ACA           aJqeD'\>  
    ASC           A*tKF&U5  
    END \b*X:3g*  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     m%#`y\]I  
    SYNOPSYS  100
    ir3VTqz  
    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。 >`jU`bR@  
    GSEARCH输入如下： 0qFH s  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 6> {r6ixs1  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       t_ur&.^SB  
    4Tct  
    SURF                                   0D~ C 5}/4  
    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 =i HiPvP0  
    END W@\ (nfD2  
    Jg$xO@.  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； q|)Q9+6$+  
    NAMES                                    ！玻璃名称 n +1y  
    G G-ZF52 X%9*O[6{  
    G D-FK61 <a le$[  
    G H-ZF88 rgcWRt  
    G H-F51 M*pRv  
    END                                          ！以END结束 :1 )DqoAJ  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 P6U%=xaC  
    GO                                             ！启动程序
    [XlB<P=|>  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： TQ9D68 ,  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 lnbmoHv  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： ] q~<=   
    s4T}Bs r  
    8X&Ya =  
     
    回复
    举报
    分享到
    发帖 回复
    返回列表