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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
    aRn""3[  
    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：
    YGyw^$.w  
    图1 近红外镜头初始设计
    i 28TH Jh  
    4Rp[>}L  
    接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： b/T k$&  
      RLE                                                         ！读取镜头 h;(mb2[R  
      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) 6 P(jc  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE 3-;<G  
      LOG     3119                                            ！日志编码 =NK'xPr  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 Om7 '_}  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 p@DVy2,EY  
      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 :zfMRg  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 h{~GzrL*  
    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
    #QOb[9(Tu(  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 h^WMv *2  
       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 h6`VU`pPI  
       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 ^{8CShUCv  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 IK4(r /  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 r|bGn#^  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 *r~6R  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 >)>~S_u  
       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 n0':6*oGW  
       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 JAwEu79sh  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 6|6O| <o  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS Csgby(D*O  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 /bC@^Y&}  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 :.-KM7tDI1  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 H\<PGC"_Y  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 "KC3+:tm  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual ?WS.RBe2  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 o/RGzPR  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 {FC<vx{42  
       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 *`bES V :  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 s9u7zqCF  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS #aP;a-Q|k  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 O15~\8#'  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 *li5/=UC5*  
       8 TH      16.29978150 3)^ 2X  
       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  $iH  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 m[N&UM#  
    END                                                                                 ！以END结束 4!M0)Nix  
    K_X(j$2Xc  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： UrS%t>6k  
    q}"HxMJ  
    uE#i3( J  
    z3fU|*_c  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 jlD3SF~2  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 u<+RA  
    `V[ hE r|  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ [Fd[(  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： kRiZ6mn  
    > 3l3  
    7'{Y7]+z+  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 fAT M?  
    m O0#xY_z  
    WD 7T&i  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 -K5u5l}  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 QP6a,^];  
    DSEARCH输入如下： )Z`OkkabnD  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 BQ!_i*14+  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 <$ nMqUu0  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 lYrW"(2  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 1lv. @-  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 ,fs>+]UY3  
    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 xl@  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 sQ82(N7l  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 fd1z XK#Z2  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 .YIb ny1  
    !wjD6 NK  
    GOALS                           ！目标设置 m8v=pab e  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 &<5oDdC  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 %e=UYBj"  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 9q<?xO  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 _8?r!D#P;s  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 -s6;IoG/  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 EMS$?"K  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 u|&a!tOf2  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 2{-'`l fM%  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm !~f!O"n)3r  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm tp+H]H3  
    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)； </h}2x  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 :YN,cId*  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 ;c>IM]  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 9jt+PII  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 )u5+<OG}=  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 -(![xZ1{K  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 Q-f?7*>  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 _i1x\Z~ N  
    iED gcg7  
    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) 6y)NH 8l7  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； HY'-P&H5(  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； Nc[u?-  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 {rZ )!  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 {o.i\"x;  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 Qw/H7fvh&  
    GO                           ！启动程序 NT [~AK9M  
    TIME                        ！计算时间 7-MkfWH2b6  
    g E;o_~  
    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： THDyb9_g  
    p EbyQ[  
    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：
    ."JtR  
    ;_= +h,n  
    8Ir = @  
    3n=ftkI  
    ir3EA'_>N  
    相应的局部放大镜头结构
    Kh2!c+Mw  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 .Zv uhOn^  
    PANT la[>C:8IG  
    VLIST RD ALL VTvNn  
    VLIST TH ALL 6.g k6  
    END <ULydBom  
    AANT P o@tc   
    AEC [&a=vE  
    ACC uu+)r  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 *b+ ~@o  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000  a EmLf  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 #=\nuT'oy  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK E*X-f"  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL P+t`Rw  
    ACC 10 .1 1 As-xO~+  
    ACM 3 .1 1   rc+}KO  
    ACA           rW B/#m  
    ASC           r:Rk!z*  
    END ~zT743  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     VgyY7INx9  
    SYNOPSYS  100
    @Lf-=9  
    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。 =S:Snk%  
    GSEARCH输入如下： M|xs>+r*  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 U[t/40W}P  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       p? L*vcU  
    FA3YiX(-e  
    SURF                                   E|v9khN(].  
    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 {<1 ]cP  
    END "8sB,$  
    c}r"O8M  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； -oR P ZtW  
    NAMES                                    ！玻璃名称 5isqBu  
    G G-ZF52 T.?}iz=ZEq  
    G D-FK61 Ty;P`Uv]r  
    G H-ZF88 q aZQ1<e  
    G H-F51 YecV+ K'p:  
    END                                          ！以END结束 A{Dy3tm=  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 5Gw B1}q  
    GO                                             ！启动程序
    ^'ac |+  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 0S71&I$u]  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 @K=C`N_22  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性：  -#<AbT  
    ,Vr-E  
    *~SanL\  
     
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