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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
    -Mvw'#(0  
    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：
    *!/#39  
    图1 近红外镜头初始设计
    Ju[`Qw`I  
    7x]nY.\  
    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： 6V?RES;X  
      RLE                                                         ！读取镜头 O*v+<|0!l  
      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) pdHb  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE bx^EaXj(r  
      LOG     3119                                            ！日志编码 T!A}ipqb  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 B3t>M) 9  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 ?t42=nvf  
      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 c):*R ]=  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 &s;^q  
    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
    x=#5\t9  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 zn!  
       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 Ve1] ECk  
       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 |P7f^0idk  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 /xbZC{R  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 l,L=VDEz,  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 O*{H;7Pv  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 0Ida]H  
       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 e:D"_B  
       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 s3Ce]MH  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 xm0#4GFUS  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS y;Ln ao7i  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 XL=R]IC<.  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 ;Hb[gvl   
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 U3K<@r  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 L)'rM-nkFh  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual mVAm^JK  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 3a}`xCO5  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 3F}KrG  
       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 z 2VCK@0  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 "4hpU]4j  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS m Ap|?n/K  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 .l5" X>  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 WbWW=(N'd  
       8 TH      16.29978150 o'C.,ic?C  
       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 $2CGRhC  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 z8 ;#H tr  
    END                                                                                 ！以END结束 }cej5/*  
    ^p zxwt  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： G1_@! 4  
    b N e\{k  
    `A _8nW)  
    "HfU,$[  
    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。 xM//]  
    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。 x <\D@X^  
    ^MHn2Cv/~  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ 7QiCZcb\  
    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： m{.M,Lm:  
    U.7y8#qf3R  
    tq:tY}:4  
    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。 ?b7g9 G4  
    9Y%?)t.2  
    UdW(\%  
    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。 b\;u9C2y'  
    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。 :t{vgi D9  
    DSEARCH输入如下： .7gE^  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 .!8X]trEg  
    TIME                                   ！计算程序运行时间  pl,Z  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 ?wf+{x-dPP  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 1 j^c  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 zMYd|2bc  
    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 G6 8Nv:  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 [&qbc#L  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 1uS-Tx  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 zL},`:(.  
    M 1^C8cz  
    GOALS                           ！目标设置 _`Q It>R  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 bxdXZB n  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 <VaMUm<2  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 P b8Z))9j  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 "8muMa8Q%  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 5nx<,-N*BP  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 aR)en{W  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 v^c<`i;  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 ;\.JV '  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm '#N5i  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm !b]2q%XM  
    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)； [+l  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 p + l_MB  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 \_*MJ)h)X  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 F%#*U82  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 y2#>c*  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 W8,tl>(  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 5M Wvu,'%8  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 _MdZDhtm  
    0/:=wn^pg  
    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) 1U7,X6=~  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； 9vp%6[  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； M[K0t>ih  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 ]`@]<6  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 7SK 3  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 \|~?x#aA  
    GO                           ！启动程序 ^'7C0ps+A  
    TIME                        ！计算时间 MxgLzt Y  
    nQ642i%RQ  
    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： dm2CA0   
    TmYP_5g:  
    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：
    *f TG8h  
    Xn/ n|[  
    \o B'  
    W{A #]r l  
    8Z dUPW\e  
    相应的局部放大镜头结构
    }. xrJ52Tz  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 >:jM}*dnL  
    PANT z+k=|RMau  
    VLIST RD ALL Ns2,hQFc  
    VLIST TH ALL CQSpPQA  
    END oSn! "<x  
    AANT P ;+i'0$;*w  
    AEC "]T$\PJun  
    ACC JY2/YDJ  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 `S\zqF<  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 ;P;"F21^>  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 0iJ!K;A2%  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK J%\- 1  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL I /On3"U%  
    ACC 10 .1 1 '%SR.JL  
    ACM 3 .1 1   R <;OEN  
    ACA           W|25t)cJ8h  
    ASC           X*!Dc,0.k  
    END <)O >MI' 4  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     bo@,4xw  
    SYNOPSYS  100
    :K~rvv\L7  
    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。 vZ$U^>":  
    GSEARCH输入如下： FxCZRo&  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 q^ a|wTC  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       ](W5.a,-$L  
    wjTNO0hj  
    SURF                                   !K3})& w  
    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 9 Uha2o  
    END XXW]0{k:y  
    c,y|c`T 2  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； +T0op4  
    NAMES                                    ！玻璃名称 ba uA}3  
    G G-ZF52 7qe7F l3  
    G D-FK61 S!;L F4VA  
    G H-ZF88 q,B3ru.?d  
    G H-F51 }* QO]_U?  
    END                                          ！以END结束 I^~=,D  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 w6T[hZ 9  
    GO                                             ！启动程序
    FR:d^mL  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： X^}A*4j  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 AF^T~?t  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： ^GMJ~[]  
     i"vawxm  
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