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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
    *(nu0  
    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:
    i6E~]&~.v  
    图1 近红外镜头初始设计
    bWMb@zm  
    !:1BuiL  
    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: /tqe:*  
      RLE                                                         !读取镜头 ES[]A&tf  
      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) a,[NcdG  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE lq)[  
      LOG     3119                                            !日志编码 tU>4?`)E  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 J8DKia|h(  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 4aG}ex-s|  
      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 -4S4I  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 IVG77+O# }  
    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
    M =GF@C;b  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 ,f[Oy:fr  
       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 @G=_nZxv  
       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 iM{cr&0  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 -M`+hVs?  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 ;7g~4Uv4}  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 7T=:dv  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 \0^Je>-: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 oF5~|&C  
       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 4zf(  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 'zYx4&s  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS Qh4Z{c@  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 QeD ;GzG  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 N1'$;9 c  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 e:=+~F(f  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 =OooTZb:x-  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual $(pVE}J  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 i7xBi:Si  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 qLm g18  
       7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184             !玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 [L>AU; :  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 ngH_p>  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS 2Xp?O+b#"O  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 CNyV6jb  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 s!/Q>A  
       8 TH      16.29978150 -@`!p  
       8 YMT      0.00000000                                 !YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 ,a} vx"~  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 o,=dm@j  
    END                                                                                 !以END结束 -&r A<j  
    F2mW<REg{  
    在CW窗口中输入:SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性: -2*Pm1\Z  
    7.C~ OrGR  
    6zW3!_tz  
    jftf]n&Z(q  
    由图可知,半通光孔径为17.5mm,半视场角为7°,后焦距约16.3mm,元件总长约50mm,F数为1.4286。 -<aN$O  
    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。 $U}GX'1LZ  
    EY[J;H_b  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? 7bx!A+, t  
    点击PAD图中的图标 ,选择玻璃表‘Guangming’,然后点击‘Graph’按钮,并选择下图中的选项: R}\n @X*  
    0-zIohSJdQ  
    P:v|JER   
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型,分别为D-FK61,G-ZF52,H-ZF88,H-F51。 dL>8|  
    c=~FXV!  
    O4Hc"v  
    接下来,使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里,我们需要注意的是:首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型,用于红外系统 k>72W/L^  
    为什么要这么做呢?原因是:如果在DSEARCH中无指定玻璃类型,那么透镜都被赋予一个玻璃模型(该玻璃模型用于可见光系统)。而对于红外系统,透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 @# &y  
    DSEARCH输入如下: .06[*S  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 :HDU \|{^  
    TIME                                   !计算程序运行时间 L2^M#G@t  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 Py-}tFr  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 %PxJnMb?  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 Ct30EZ  
    OBB 0 7 17.5                 !定义物体类型,无限远物体,半视场角7°,半孔径17.5mm lAx^!#~\  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 MbjMO"}  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 :<>=,`vQD  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 y4 ~;H{!  
    d@_|  
    GOALS                           !目标设置 I]Jz[{~1  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 GJ4R f%  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 uvj`r5ei  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 e2$k %c~  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 8iwqy0<  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 A>W8^|l6+-  
    STOP FIX                      !光阑面固定 tu0agSpU  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 B]|"ePj-  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 2/V9Or 52  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm z\ ?cazQ  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm T_*R^Ukb5  
    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); \*k}RKDwT  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 <hSrx7o  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 LHJjPf)F  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型 Kn+m9  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 HCTjFW>C  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 x*2'I  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 U<H< !NV  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 |] 8Hh>  
    ]S#m o  
    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) 4` zfrT^  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; UuvI?D  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; S8$kxQg  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 XF 8$D  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 KZ;Q71  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 yDW$v/j.|  
    GO                           !启动程序 7BDRA},o  
    TIME                        !计算时间 jLu`DKB  
    J}UG{RttI  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构,评价函数最低,如图2所示: <"Cacf g  
    G 0;5I_D/  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下:
    Ysz&/ry  
    HKZD*E((  
    !9knF t43  
    u!VAAX  
    PtT=HvP!k  
    相应的局部放大镜头结构
    {Ex*8sU%p%  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 B5Y 3GWhrx  
    PANT b7_uT`<  
    VLIST RD ALL aOH$}QnS  
    VLIST TH ALL &hb:~>  
    END %8a886;2  
    AANT P !$i*u-%4  
    AEC ]c'12 g]h  
    ACC SuU_psF  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 lSzLR~=Au  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 [j]3='2}G  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 |3A/Og  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK sw'?&:<"Ow  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL Pgg\(D#X`  
    ACC 10 .1 1 Rr|&~%#z  
    ACM 3 .1 1   8(EK17rE `  
    ACA           Mr3;B+S  
    ASC           = UT^5cl(  
    END D< h+r?  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     (!@ Q\P  
    SYNOPSYS  100
    }(/")i4h  
    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。 8> -3G  
    GSEARCH输入如下: l12_&o"C~  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 %ur_DQ  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       K9YD)351t  
    @1w9!\7Vt  
    SURF                                   y.l`NTT] <  
    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 (A\p5@ht  
    END YGj3W.eH  
    kt ILKpHt"  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; u ::2c  
    NAMES                                    !玻璃名称 _ xAL0 (  
    G G-ZF52 Wx<fD()  
    G D-FK61 Vg0$5@  
    G H-ZF88 EN =oA P  
    G H-F51 ]}~[2k.  
    END                                          !以END结束 ;gC.fpu  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 g0P^O@8  
    GO                                             !启动程序
    &F*L=Ng  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: Sj$XRkbj:  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 &{Zt(%\ '  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: YtzB/q8I  
    &3Q!'pJJ  
    rl0sN5n  
     
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