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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
    .CdaOWM7  
    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:
    )k01K,%#)  
    图1 近红外镜头初始设计
    <9 lZ%j;  
    5%"${ywI  
    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: G3n* bv  
      RLE                                                         !读取镜头 CZRrb84  
      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) lA {  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE C=(-oI n  
      LOG     3119                                            !日志编码 ]vJZ v"ACn  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 rGuhYYvK  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 D.Rk{0se8  
      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 3#huC=zbf  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 Q W#]i  
    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
    Cbm  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 jT"P$0sJAd  
       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 ;ZX P*M9  
       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 ^I3cU'X  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 8T92;.~(  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 In^MZ)?  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 Yh_H $uW  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 l%\3'N]  
       3 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184            !玻璃材料ZNS的三个波长折射率被精确指出 Cj%SW <v|  
       3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01  !ZNS材料的折射率温度系数 GHj1G,L@\  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 o6sL~ *hQ  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS 9C}Ie$\  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 vpXC5|9U  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 g]85[xz  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 u':-DgK  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 `bu3S }m7  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual _6"vPN  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 ~R/w~Kc!/A  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 ,/6V^K  
       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 'EU{%\qM  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 ;tTM3W-h  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS Ze ~$by|9f  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 44FK%TmtF  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 I2kqA5>)j  
       8 TH      16.29978150 Q1EY!AV8  
       8 YMT      0.00000000                                 !YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 [:sPZ{  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 &;L4Cj$ q  
    END                                                                                 !以END结束 loN!&YceW  
    ='u'/g$'&  
    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: f gI.q  
    c_clpMx=  
    {`QF(WL  
    hnZI{2XzBE  
    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。 !iUdej^tx  
    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。 7iu?Q  
    zrk/}b0j  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? qd{o64;|  
    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: /]%,C   
    VaC#9Tp2X  
    ZiM#g1;  
    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。 & tQHxiDX  
    nV38Mj2U  
    '&Ox,i]t  
    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 G}ElQD  
    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。 1<A+.W  
    DSEARCH输入如下: 9\3%5B7  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 g! ~&PT)*  
    TIME                                   !计算程序运行时间 2n+j.  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 .vNfbYH(  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 {YZ)IaqZ  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 Q>7#</i\.  
    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 hKtOh  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 b0X*+q   
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 :Q2\3  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 Z)'jn8?P  
    @iB**zR/  
    GOALS                           !目标设置 Na: M1Uhb  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 _/ j44q  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 eHK}U+"\  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 FW#Lf]FJ  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 (ii 5pnq  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 dgd&ymRm :  
    STOP FIX                      !光阑面固定 v}A] R9TY  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 B) &BqZ&  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 qM3^)U2  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm U#G uB&V  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm qTC`[l  
    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); DamLkkoA  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 I'"*#QOX  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 RL~|Kr<7J  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 QI~s~j  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 WzgzI/  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 deaxb8'7  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 B;4hI?  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 Z]$yuM  
    :eS7"EG{3  
    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) n-,~Bp [  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; 3Zsqx =w  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; /r@P\_  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 ]=9%fA  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 GEA@AD=^f  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 pX6T7  
    GO                           !启动程序 OW)8Z 60  
    TIME                        !计算时间 ,qiS;2(  
    W~W^$A  
    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: Ec_ G9&  
    *bn9j>|iv  
    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:
    <S $Z  
    fouy??  
    S7aSUt!  
    PZLWyp  
    AEPgQ9#E  
    相应的局部放大镜头结构
    ""D rf=]  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 }y|% wym  
    PANT XT>e/x9'  
    VLIST RD ALL BOL_kp"   
    VLIST TH ALL 8i-?\VZD  
    END Q C~~  
    AANT P rC_K L  
    AEC :KX/`   
    ACC 1Od: I}@  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 P_-zkw  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 ddnWr"_  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 HxZ4t  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK q>Px   
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL >z^T~@m7l  
    ACC 10 .1 1 dUb(C1h  
    ACM 3 .1 1   6ap,XFRMh  
    ACA           Z|8f7@k{|+  
    ASC           \vQ_:-A  
    END lS?f?n^  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     `9K'I-hv<8  
    SYNOPSYS  100
    /f%u_ 8pV%  
    接下来,使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 `R:<(:  
    GSEARCH输入如下: W:rzfO.`Z  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 NPB':r-8  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       zztW7MG2lQ  
    "a,Tc2xk  
    SURF                                   ` |]6<<'iW  
    1 3 5 7 9                                    ! 将玻璃分配到表面1,表面3,表面5,表面7和表面9 VKik8)/.  
    END =PZs'K  
    r4D66tF  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; /%xK-z,V  
    NAMES                                    !玻璃名称 t9K.Jc0  
    G G-ZF52 <5$= Ta  
    G D-FK61 <mm}IdH  
    G H-ZF88 Ab_aB+g ]  
    G H-F51 FswFY7 8  
    END                                          !以END结束 "9WP^[  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 x<ENN>mW1  
    GO                                             !启动程序
    Zfb:>J@h6  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: YRYrR|I  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 'rR\H2b   
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: G^2"\4R]p  
    1H[lf B  
    yv'rJI~ Ps  
     
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