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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 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
    1C{n\_hR  
    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:
    r G6/h'!|  
    图1 近红外镜头初始设计
     =%`"  
    Y#,MFEd  
    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: e^TF.D?RS  
      RLE                                                         !读取镜头 .}wir,  
      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) g<Xwk2_=g  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE =\.|'  
      LOG     3119                                            !日志编码 T~Cd=s(T"  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 bcG-js-  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 he #iWD'  
      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 AH+J:8k  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 tK*f8X+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
    |)?T([  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 kLP^q+$u)!  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     !玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 z7o5 9&  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 G 2##M8:U0  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 fz*6 B NJ  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 2NM} u\%c/  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 o\N}?Z,Kk  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 K"61i:F  
       3 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184            !玻璃材料ZNS的三个波长折射率被精确指出 v.MWO]L  
       3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01  !ZNS材料的折射率温度系数 =v8q  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 +]X^bB[  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS t$J-6dW  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 DWG}}vN:&  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 AyUVsIuPT=  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 ;A_QI>>  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 p5\b&~ g  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual [(XKqiSV  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 ?a% u=G  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 ]So%/rOvX  
       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 d{ &z^  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 =0Mmxd&o=M  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS ?`xId;}J#7  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 WW.=>]7;  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 ,aeFEsi  
       8 TH      16.29978150 WG,{:|!E  
       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 Yi:+,-Fso  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 O;~1M3Ii  
    END                                                                                 !以END结束 B!Y;VdX  
    0(n/hJ  
    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: b3ZPlLx6  
    I/adzLQ  
    ;rX4${h  
    JW$#~"@r  
    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。 4D8q Gti  
    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。 ji "*=i  
    <_+8c{G  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? .3[YOM7h  
    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: 28-@Ga4  
    ^>>Naid  
    %}@^[E)  
    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。 #8A|-u=3  
    ^U52 *6  
    nxG vh4'i8  
    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)lV'!Bd  
    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。 F~m tE8B:  
    DSEARCH输入如下: MxYCMe4S[  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 ^;'3(m=  
    TIME                                   !计算程序运行时间 MDRSI g  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 c7'Pzb)'  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 .gB#g{5+J  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 E @7! :  
    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 D,2,4h!ka  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 {YkW5zC(L  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 J4<- C\=4  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 B;EdLs}  
    PpbW+}aCF  
    GOALS                           !目标设置 %9IM|\ulp  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 jYU#] |k~  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 {W0@lMrD  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 9 eP @}C6  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 18Ty )7r'  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 # H4dmnV  
    STOP FIX                      !光阑面固定 e|`&K"fnq  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 2D "mq~ V  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 .; :[sv)  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm ce@(Ct  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm _9<Ko.GVq  
    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); ) yjHABGJ  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 hNQ,U{`;^  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 K]RkKMT,  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 L./UgeZ  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 rK];2[U  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 zdr?1=  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 ifuVVFov  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 mWtwp-  
    MLUq"f~N  
    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) J6jrtLh  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; JTx&_Ok#  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; Q|:\  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 __)9JF  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 Hq=RtW2  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 (d_{+O"  
    GO                           !启动程序 zc(- dMlK  
    TIME                        !计算时间 o#G7gzw)  
    Rf7py)  
    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: Z[|(}9v?~  
    P\SE_*&  
    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:
    ,rQznE1e  
    >hHn{3y  
    -8g ;t3z  
    O0wD"V^W  
    <UeO+M(  
    相应的局部放大镜头结构
    ceAK;v o  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 V"gnG](2l  
    PANT |FH/Q-7[  
    VLIST RD ALL A2]N :=  
    VLIST TH ALL ]kR 93  
    END  Q9{%  
    AANT P FD[* mCGZ  
    AEC zf#V89!]C"  
    ACC wOINcEdx  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 \S3C"P%w  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 $KKrl  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 &%rX RP  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK .hnGHX  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL T5o9pm D  
    ACC 10 .1 1 (Zx;GS  
    ACM 3 .1 1   $f_Brc:n {  
    ACA           gZ:)l@ Wu  
    ASC           cvi+AZ=  
    END |0BmEF  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     pz~AsF  
    SYNOPSYS  100
    Qr$ uFh/y  
    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。 &!a[rvtZ+  
    GSEARCH输入如下: 9w(QM-u  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 b>?X8)f2e  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       \%f4)Qb  
    o^2.&e+dQ  
    SURF                                   $U3s:VQ'  
    1 3 5 7 9                                    ! 将玻璃分配到表面1,表面3,表面5,表面7和表面9 |v:8^C7  
    END qVx0VR1:  
    &$|k<{j[<f  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; yD$rls:v<  
    NAMES                                    !玻璃名称 0O|T\E8 e  
    G G-ZF52 Z'hW;^e%_z  
    G D-FK61 ^7V9\Q9  
    G H-ZF88 hBO I:4u[  
    G H-F51 h{VCx#!]  
    END                                          !以END结束 XQ.JzzY$  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 b> Iq k  
    GO                                             !启动程序
    JEGcZeq)  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: %BC*h}KGH  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 y;3vr1?  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: +(QGlRd  
    `dx+Qp  
    /!uxP~2U  
     
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