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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
    4`uI)N(}*  
    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：
    :|xV}  
    图1 近红外镜头初始设计
    S5]rIcM  
    %76N$`{u  
    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： U]Q2EL\%  
      RLE                                                         ！读取镜头 O [GG<Um  
      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) 9/ R|\  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE `V[{(&?,n  
      LOG     3119                                            ！日志编码 niY9`8  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 {4tJT25  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 *,!6#Z7  
      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 cMxTv4|wui  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 -%"Kxe  
    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
    dC;@ Fn  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 W@jBX{k  
       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 .x7d!t:(D  
       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 01q5BQ7u  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 0}jB/Z_T  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 5=/H2T!F  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 gS ~QlW V  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 1t/#ZT!X/  
       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 mjG-A8y  
       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 >lxhXYp  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 /,A:HM>B  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS he;;p="!*  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 lw0l86^Y  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 U bT7  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 #:v}d+  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 7:t+  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual HkFoyy  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 PvX>+y5  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 b_@MoL@A!  
       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 S1NM9xHJ  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 85YE6^y  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS Mp9wYM*  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 ;muxIr`?  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 !lp *0h(7  
       8 TH      16.29978150 sI/Jhw)  
       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 V~` ?J6  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 GZQy~Uk~  
    END                                                                                 ！以END结束 >8+:{NW  
    q-O=Em<*  
    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： >p Y0f }  
    _oxhS!.*  
    i E>E*!aBg  
    Q)S0z2  
    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。 ]Sg4>tp  
    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。 f}b= FV{  
    p me5frM|  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ +G*2f 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： rkh+$*t@i7  
    tWy0% -  
    gnF]m0LR  
    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。 hDI_qZ  
     2bwf(  
    zts%oIgV  
    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。 7<['4*u  
    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。 < TJzp  
    DSEARCH输入如下： 6Pc3;X~  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 Lgl%fO/<t  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 `''\FPhh  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 Ge=+ 0W)&  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 0w}OE8uq  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 f]N2(eM  
    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 o_hk!s^4m  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 -@f5d  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 V uZd  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 _Vr>/f  
    &y"e|aE  
    GOALS                           ！目标设置 R@Ch3l@  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 .jW+\mIX  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 <hazrKUn  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 A]^RV{P  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 ew8f7S[  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 z)N8#Y~vn  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 :^7/+|}9p  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 nw|ls2   
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 p\T.l <p  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm  >sk vg  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm *CG-F=  
    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)； ak]:ir`o  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 v.Wkz9 w}  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 T@0\z1,~S  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 x%HX0= (  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 >.^/Z/[.L  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 H<bYm]a%  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 !0Hx1I<*x  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 CYD&#+o  
    uM|*y-4  
    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) ZdQt!  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； /~RY{ c@#L  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； rbfP6t:c3  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 AP*Z0OFE  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 b7&5>Q/ g  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 ghtvAG  
    GO                           ！启动程序 ; C/:$l  
    TIME                        ！计算时间 d'Cn] <  
    M}Sn$h_  
    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： -'ff0l  
    Z_^i2eJYT  
    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：
    iK&s_}i:  
    }',/~T6  
    yr=$a3web;  
    R0|dKKzS  
    3 sUTdCnNf  
    相应的局部放大镜头结构
    GZ xG!r -  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 B.)!zv\{  
    PANT 90ZMO7_  
    VLIST RD ALL w"?H4  
    VLIST TH ALL `<}Q4p  
    END X)P;UVR0  
    AANT P =z_.RE  
    AEC /1A3 Sw  
    ACC @APv?>$)  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 %#5yC|o9Pn  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 |ipL.<v7  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 jhU'UAn  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK &d1|B`gL|  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL >/W  
    ACC 10 .1 1 1< 22,  
    ACM 3 .1 1   XEK%\o}  
    ACA           U7GgGMw  
    ASC           `[.b>ztqgJ  
    END v[-.]b*5A$  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     fjD/<`}v  
    SYNOPSYS  100
    mar6/*`I#+  
    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。 ~=xiMB;oH  
    GSEARCH输入如下： }2@Aj  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 E]T>m!6  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       HP/f`8  
    .x6c.Y.S  
    SURF                                   W|C>X=zTi  
    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 J3 Y-d7=|  
    END &A}@@d  
    c*fMWtPp  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； &`]Lg?J  
    NAMES                                    ！玻璃名称 DcjF $E  
    G G-ZF52 32#|BBY  
    G D-FK61 Vr%>'XN>"  
    G H-ZF88 yH YqJ|t  
    G H-F51 D7v-+jypp  
    END                                          ！以END结束 by*?PhfF  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 qe M`z  
    GO                                             ！启动程序
    k 5~#_D>  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： i -kj6N5  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 }02#[vg  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： NoSq:e  
    JI"&3H")g%  
    ,Z_aZD4  
     
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