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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 正序阅读 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
    J<'7z%2w  
    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:
    kd3vlp  
    图1 近红外镜头初始设计
    nYF;.k  
    O*%@(w6  
    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: ,f(:i^iz!  
      RLE                                                         !读取镜头 W.O]f.h  
      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) ^]A,Q%1q^  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE 'K:zW>l  
      LOG     3119                                            !日志编码 ?~_[/  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 &|8R4l C|  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 6_#:LFke  
      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 #;WKuRv   
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 [fjP.kw;J  
    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
    tXWh q  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 2xEG s Q  
       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 .dvOUt I[  
       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 o(5eb;"yi>  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 ha -KfkPFE  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 zQNkjQ{mx  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 / ~\ I  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 ),u)#`.l G  
       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 Munal=wL  
       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 F=qG +T  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 zZ11J0UI  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS 8qi6>}A  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 m+ww  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 dQkp &.  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 wP: w8O  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 -T0@b8  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual rbEUq.Yk]~  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 /l)|B  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 !eH9LRp  
       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 R | &+g\{;  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 U/|;u;H=  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS *;noZ9{"+  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 mTsl"A>  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 J_H=GHMp}  
       8 TH      16.29978150 d77->FX2  
       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 `7))[._  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 E7K(I ?  
    END                                                                                 !以END结束 * t-Wol  
    W_sAk~uK/  
    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: {}W9m)I  
    <:t D m  
    ofu {g  
    r{Cbx#;  
    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。 <Z -d5D>  
    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。 ~ }g"Fe  
    .-[d6Pnw  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? rpZ^R}B%*v  
    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: '0juZ~>}  
    |1@/gqa  
    < SIe5" {  
    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。 7P!Hryy  
    Xaca=tsO  
    3,QsB<9Is  
    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 X4D>  
    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。 3ZF-n`  
    DSEARCH输入如下: xMb)4cw}  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 5dPPm%U{  
    TIME                                   !计算程序运行时间 z'(][SB  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 jYv`kt  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 Pl>S1  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 V\ 7O)g  
    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"dCc  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 h dw~AGO#  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 w[A$bqz   
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 ,xJ1\_GI`  
    PS13h_j  
    GOALS                           !目标设置 OjUZ-_J  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 n&`=.[+A  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 has \W\(  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 S S/9fT"[  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 4Hk eXS.  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 BfcpB)N&.K  
    STOP FIX                      !光阑面固定 I`~ofq?r  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 $eI=5   
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数  bK7j"  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm TxN'[G  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm 7<ZP(I5X  
    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); YCWt%a*I'  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 NJVAvq2E.  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 SXA`o<Ma  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 Td7=La0   
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 }=+J&cR  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 " wB~*,Ny  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 CPw=?<db  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 aMxg6\8  
    Ed(6%kd  
    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) Gs2| #*6  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; )o:%Zrk  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; <vP{U  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 OF4iGFw  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 ?D6?W6@  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 sO5~!W>Z  
    GO                           !启动程序 OMi_')J  
    TIME                        !计算时间 aQMUC6cPM@  
    /4]<ro67E6  
    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: U X?EOrfJ  
    XtJ _po  
    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:
    kb27$4mm  
    ?8g*"& cn  
    P|>pm]>C  
    ^9{mjy0Q  
    <3[,bTIk  
    相应的局部放大镜头结构
    ot"3 3I  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 X0h`g)Bbf  
    PANT &vDK6w,  
    VLIST RD ALL EH*Lw c  
    VLIST TH ALL sS 5aJ}Qs  
    END cTU%=/gbc<  
    AANT P XIgGE)n  
    AEC k u@sQn  
    ACC %Km^_JM  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 P6n9yJ$,cb  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 6`ZHFem  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 w?r   
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK 'zEmg}  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL KA=cIm  
    ACC 10 .1 1 deRnP$u0  
    ACM 3 .1 1   dB{VY+!  
    ACA           W? `%it5  
    ASC           lK}W%hzU  
    END TqvgCk-  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     VZ#@7t  
    SYNOPSYS  100
    ,)S(SnCF  
    接下来,使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 +"u6+[E  
    GSEARCH输入如下: XLog+F$`  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 >uu ]K  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       NrHh(:  
    t_VF=B^LuR  
    SURF                                   8lI'[Y?3.  
    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 jD`p;#~8  
    END $.7Ov|  
    O|5Z-r0<  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; $Ur-Q d  
    NAMES                                    !玻璃名称 0q@U>#  
    G G-ZF52 *dTI4k  
    G D-FK61 cZ<@1I5QK  
    G H-ZF88 }JF,:g Lk  
    G H-F51 '@{'T LMCi  
    END                                          !以END结束 T i{~  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 ckglDhC  
    GO                                             !启动程序
    LD.^.4{c:  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: zKnHo:SV  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 .4t-5,7s%  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: i^i^g5l!  
    ;Q1/53Y<  
    A6D@#(D  
     
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