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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
    p$] 3'jw  
    现有的近红外镜头设计文件为1.RLE，其保存路径为C:\Synopsys\Dbook\。我们首先选择该路径，然后在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>FETCH 1,点击‘Enter’键。再在CW中输入：SYNOPSYS AI>PAD,点击‘Enter’键。这样，即可获得近红外镜头初始设计结构，如图1所示：
    sBT2j~jhJ  
    图1 近红外镜头初始设计
    T4Pgbop  
    9sYMSc~Bm  
    接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： Jdj2~pTq  
      RLE                                                         ！读取镜头 !Dn,^  
      ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) !Wntd\w  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE I 5^!y  
      LOG     3119                                            ！日志编码 Q+{xZ'o"Z  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 s"r*YlSp"  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 _@ qjV~%Sy  
      NOVIG                       ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 OrY/`+Cog  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 52Z2]T c ,  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    nAsh:6${  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 nFHUy9q  
       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 :(P9mt  
       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 ,is3&9  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 6d<r= C=  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 qN9(S:_Px  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 (R=:X+ k  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 (c=6yV@  
       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 6 ob@[ @  
       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 Z>k#n'm^z  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 T $>&[f$6  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS Y!w`YYKP  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 98IJu  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 <lPm1/8  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 Bq%Jh  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 Z&+ g;(g  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual +V ;l6D  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 @k,#L`3^  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 2lH&  
       7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184             ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 k<CJ{u0<  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 |6sp/38#p  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS >* f-Wde  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 5H<m$K4z  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 U)] oO  
       8 TH      16.29978150 -P$PAg5"2  
       8 YMT      0.00000000                                 ！YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 @<hb6bo,N  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 N2^=E1|_  
    END                                                                                 ！以END结束 'T*&'RQr  
    _7Ju  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： /|6N*>l)y  
    S6Q  
    p_gm3Q  
    24 'J  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 XPXIg  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 r= `Jn6@  
    _Eo[7V{NY  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ \h/H#j ZJ  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： q_[o" wq/  
    G:<aB  
    k_#ak%m/  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 ]g3JZF-  
    >C>.\  
    1hY{k{+o  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 mp1@|*Sn  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 _aSxc)?  
    DSEARCH输入如下： {BN#h[#B{  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 GY'%+\*tj  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 O3,jg |,  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 U)o-8OEZ9  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 ~g]Vw4pv  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 .5_2zat0H  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm T4Uev*A  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 _`j7clEz  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 {UI+$/v#  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 *w`sM%]Rq  
    sUO`uqZV  
    GOALS                           ！目标设置 Q~ w|#  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 yS'I[l  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 F0TB<1  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 +5*95-;0  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 `Y$4 H,8L  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 N#_H6TfMG  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 `4J$Et%S  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 7&)bJ@1U  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 M'O <h  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm Dw.J2>uj  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm }j)e6>K])  
    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)； 194)QeoFw  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 NH4#  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 <)H9V-5aZ  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 xJ]\+ 50  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 K($Npuu]  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 +mj y<~\  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 kVMg 1I@  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 WSB 0~+  
    <iC(`J$D  
    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>Y-fN`,  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； N =}A Z{$  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； %5n_ p^xp  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 T.BW H2gRP  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 ![=yi tB  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 *] ) `z8Ox  
    GO                           ！启动程序 .t!x<B  
    TIME                        ！计算时间 F^;ez/Gl  
    X.{S*E:$u  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： \Gvm9M  
    [RhO$c$[\  
    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：
    g}cq K  
    }&J q}j  
    ##>H&,Dp[  
    '-~~-}= sJ  
    l'_r:b  
    相应的局部放大镜头结构
    @qAS*3j  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 f2`2,?  
    PANT ]{@-HTt  
    VLIST RD ALL $<EM+oJ|ER  
    VLIST TH ALL Z@!+v 19^  
    END pl?`8@dI  
    AANT P hHnYtq  
    AEC $'M!HJxb  
    ACC htF] W|z  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 3XV/Fb}!(i  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 m;QMQeGz  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 2^ nxoye  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK W^l-Y %a/o  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL 1oGw4kD^x  
    ACC 10 .1 1 >|UOz&  
    ACM 3 .1 1   S.NPZ39}ZE  
    ACA           e(t\g^X  
    ASC           /82b S|  
    END + cN8Y}V  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     XW] tnrs  
    SYNOPSYS  100
    k5pN  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 YIYmiv5  
    GSEARCH输入如下： UP,c|  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 M8(t 'jN  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       cVF "!.  
    yY q,*<G  
    SURF                                   jNk%OrP]  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 i8]S:49  
    END SwMc pNo  
    ud('0 r',D  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； fNFY$:4X  
    NAMES                                    ！玻璃名称 X'iWJ8  
    G G-ZF52 &tj!*k'  
    G D-FK61 DB,J3bm  
    G H-ZF88 cbTm'}R(G  
    G H-F51 5=ryDrx  
    END                                          ！以END结束 c\j/k[\<  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 eJ-nKkg~a  
    GO                                             ！启动程序
    A*BeR0(  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： I; rGD^  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 \dah^mw"  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： a\*yZlXKs  
    6Z"X}L,*  
    x[e<} 8'$(  
     
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