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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
    {bJ`~b9e  
    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：
    C -\S/yd  
    图1 近红外镜头初始设计
    zi]\<?\X  
    e[&L9U6GW-  
    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： ;\14b?TUH  
      RLE                                                         ！读取镜头 ^eo|P~w g  
      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) ^,/RO5  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE EfCx`3~EX  
      LOG     3119                                            ！日志编码 -"=U?>(  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 Bq D'8zLD  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 _j< K=){  
      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 tjdaaN#,V  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米  UA48Ug  
    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
    19E 8'@  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 P)Rh=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 ;C3US)j  
       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 A8uVK5  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 .QZaGw=,z  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 Wu[&Wv~  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 7 "20hAd  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 _"bHe/'CI  
       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 }:us:%  
       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 :h\Q;?  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 H!5\v"]WB  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS w5Ay)lz  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 KH(%?  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 mOy^vMa  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 @+Si?8\  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 4dO~C  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual MvK !u  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 ]rWgSID  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 q7_ m&-0)  
       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 c:<005\Bg  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 pTPi@SBaP{  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS fI{&#~f4C  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 M>~Drul  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 m[~V/N3  
       8 TH      16.29978150 WD]p U  
       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 nbm&wa[  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 N G "C&v  
    END                                                                                 ！以END结束 rH_\ d?b  
    \;qW 3~  
    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： kYG/@7f/  
    gW>uR3Ca4  
    Fl kcU `j  
    tzZ`2pSh  
    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。 wy0tgy(' |  
    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。 /fZe WU0W  
    *=]&&<  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ O_wEcJPE  
    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： Nl^;A> <u  
    9$cWU_q{  
    WY?[,_4U  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 QZ6D7t Uc8  
    7gj4j^a^]{  
    *5%d XixN  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 :~2vJzp@?  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 gp>3I!bo[K  
    DSEARCH输入如下： `UD/}j@  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 sH{4Y-J  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 -w9pwB  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 &dM. d!  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 YC++& Nk  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 c3 jx+Q  
    OBB 0 7 17.5                 ！定义物体类型，无限远物体，半视场角7°，半孔径17.5mm OGK}EI  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 X:HacYqtC  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 ?[@J8  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 W42 iu"@  
    B"h#C!E  
    GOALS                           ！目标设置 NQBpX  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 D{GfL ib"U  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 K2TcOFQ  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 B2>H_dmQ  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 'u*D A|HC  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 yv t.  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 %j.0G`x9 +  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 B3We|oe!  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 */sS`/Lx  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm b$N 2z  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm X{5vXT\/y  
    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)； eD,.~Y#?=  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 GeyvId03H  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 ]{3)^axW;  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 }AB, 8n`  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 f(/lLgI(  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 Cn,d?H  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 r)y=lAyF>  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 nV"~-On  
    A,JmX  
    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) [w0QZyUn  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； '))0Lh l  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； k.uH~S_  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 SheM|I~de  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 KaPAa:Q  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 J%u=Ucdh  
    GO                           ！启动程序 ;&9)I8Us  
    TIME                        ！计算时间 8<X#f !  
    h;p>o75O  
    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： ,]|#[8  
    `7c~m ypx  
    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：
    &v56#lG  
    CyJEY-  
    ;Y 00TGU  
    uZNTHD  
    (/=f6^}  
    相应的局部放大镜头结构
    A 9( x  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 {#ZlM  
    PANT joFm]3$;  
    VLIST RD ALL "sS}N%!  
    VLIST TH ALL ?M8dP%&r  
    END j]{_s"O  
    AANT P nr95YSH  
    AEC fY{1F   
    ACC xcd#&  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 '=39+*6?  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 C6VLy x  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 WA5&# kg\  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK bp* ^z,w  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL BBaQ}{F8>2  
    ACC 10 .1 1 t>L;kRujVJ  
    ACM 3 .1 1   R cAwrsd  
    ACA           Z?6%;n^ 54  
    ASC           V[RF </2T  
    END pV9IHs}  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     p, h9D_  
    SYNOPSYS  100
    >=qf/K +#  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 ynq}76 H0k  
    GSEARCH输入如下： Bc(Y(X$PK  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 ap.K=-H  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       (jnQ -  
    I5`4Al  
    SURF                                   lNz7u:U3  
    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 TITKj?*o  
    END P Y_u/<u  
    RmI]1S_=  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； P2NQHX  
    NAMES                                    ！玻璃名称 *T- <|zQ  
    G G-ZF52 )Lk639r  
    G D-FK61 ERUz3mjA/  
    G H-ZF88 };mA^xO]j  
    G H-F51 wrc,b{{[iM  
    END                                          ！以END结束 VF&(8X\   
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 /sUYU (3  
    GO                                             ！启动程序
    h:W;^\J:-  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 9Z|jxy  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 ?ME6+Z\  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： +O"!qAiK  
    *M[?bk~~  
    zkt+7,vI  
     
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