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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
    <LLSUk/  
    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：
    *'`-plS7  
    图1 近红外镜头初始设计
    0 Q1}u@G  
    u(lq9; ;Th  
    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： q|6lw 74`  
      RLE                                                         ！读取镜头 @r .K>+1  
      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) >%W"u` Q  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE c''!&;[!  
      LOG     3119                                            ！日志编码 E*'O))  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 *]H ./a:1  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 {<|0M%v  
      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 \K)q$E<!  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 @cXY"hP`  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    T$q]iSgu  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 EM([N*8o  
       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 f j"S|]e  
       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 k,&W5zBKe  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 C( r?1ma  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 */ qv}  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 UkGUxQ,GU  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 VX- 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 %b_zUFHPp  
       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 lvFHr}W  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 z3$PrK%  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS ciXAyT cG  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 \^YJs?  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 $AX!L+<!  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 .jRXHrK;  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 wv*r}{%7g[  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual 2R1W[,Ga!  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 jy1*E3vQ  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 !G8SEWP  
       7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184             ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 G.BqT\ o'  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 =6%0pu]0  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS v8WoV*  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 TQ>1u  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 @ 8SYV}0H  
       8 TH      16.29978150 , R]7{7$  
       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 Karyipn}  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 IYrO;GQ  
    END                                                                                 ！以END结束 i .'f<z$<  
    {j(,Q qB;f  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： "%sW/ph  
    E>7[ti_p5  
    LUCpZ3F1  
    ^h' wZ7-\  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 .]jKuTC\<  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 |w:\fK[  
    XCk \#(VSE  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ uEk$Y=p7!  
    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： u'iOa  
    le1'r>E$  
    _E?(cWC  
    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。 oinF<-(  
    ]pFYAe ?  
    \BS^="AcpP  
    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。 qUVV374N  
    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。 d_OHQpfK  
    DSEARCH输入如下： hd '!f  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 ;[*7UE+#7  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 +p_SKk!%+  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 -\r*D#aHBN  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 Dzp9BRS 2f  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 ?6a:!^eL  
    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 2.CI^.5&  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 !,I}2,1%k  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 =>ignoeI  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 *}LYMrP  
    7Xw #  
    GOALS                           ！目标设置 \N!k)6\  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 &"25a[x{B  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 {@({po  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 t\'URpa+5%  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 Pxl7zz&pl=  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 `L0}^ |`9  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 $Y>LUZ)b&8  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 6o {41@v(  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 #IgY'L  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm =)'AXtvE  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm cnQ( G$kh  
    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)； @m#7E4 +  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 A5 /Q:8b  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 6 Rg{^ERf  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 Dy5'm?  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 _g 3hXsA  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 F~&bgl[YZ  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 m+,a=sR  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ;}1*M !  
    8NA2C.gOZ  
    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) cgml^k\k^  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； >P/.X^G0  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； V"k*PLt  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 >e'6RZRLA  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 W}XDzR'<  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 1dHN<xy  
    GO                           ！启动程序 O cd ^{u  
    TIME                        ！计算时间 MejM(o_kk  
    I6zKvP8pb  
    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： 1iig0l6\m  
    FG'F]f c%  
    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：
    A6pPx1-&  
    [|E 93g  
    w}X<]u  
    c|IH|y  
    K-Y;[+#g1o  
    相应的局部放大镜头结构
    4ZSc'9e9  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 k0Rd:DxO  
    PANT p^<*v8,~7  
    VLIST RD ALL "NMX>a,(  
    VLIST TH ALL M9M~[[   
    END #J# x,BLI  
    AANT P T}M!A|   
    AEC A )tGB&  
    ACC fH}#.vy  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 ewvFUD'j  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 ot8UuBq  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 R %aed>zo  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK $!H;,Jxv  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL aHuZzYQ*"j  
    ACC 10 .1 1 L9W'TvTwo  
    ACM 3 .1 1   M&wf4)*%0+  
    ACA           Gx,<|v  
    ASC           e5W 8YNA  
    END Pp#  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     Py_yIwQqg  
    SYNOPSYS  100
    nc4KeEl  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 DI"KH)XD  
    GSEARCH输入如下： Wl\.*^`k  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 :2ILN.&  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       8eGq.+5G  
    'I^3r~_  
    SURF                                   t<h[Lb%{T4  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 waT'|9{  
    END 3k3-Ts  
    +#ufW%ZG  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； 9EHhVi  
    NAMES                                    ！玻璃名称 HQGn[7JW  
    G G-ZF52 .FYxVF.  
    G D-FK61 rvfS[@>v  
    G H-ZF88 R2,Z`I  
    G H-F51 VC~1QPC9  
    END                                          ！以END结束 "Tt5cqUQoY  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 57@6O-t-  
    GO                                             ！启动程序
    &|MdBJ  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： OYW:I1K<5  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 uC$!|I  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： Lp31Y . 4  
    EC;R^)  
    6Uh_&?\%  
     
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