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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
    ." m6zq  
    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：
    7k<4/|CQ{  
    图1 近红外镜头初始设计
    ub "(,k P  
    zS Yh ?NB5  
    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： Fr%LV#Q  
      RLE                                                         ！读取镜头 JJnZbJti  
      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) D_6GzgZ  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE lu^ c^p;  
      LOG     3119                                            ！日志编码 +uF!.!}  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 E"Z9 NDgl#  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 9T47U; _)  
      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 1i}Rc:  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 _tfZg /+)  
    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
    ^n@.  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 >4:W:;R  
       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 U.oxLbJ`  
       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 @:@0}]%z9  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 *G^n<p$"  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 l`2X'sw[/  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 eNlE]W,=  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 6 ^X$;  
       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 5/Ng!bW  
       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 {xw*H<"f<  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 D[)")xiG  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS gmfux b/  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 j.$#10*:  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 pti`q )  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 }DTpl?l  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 0 &U,WA  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual  M/5e4b  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 &nk6_{6 c  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 40pGu  
       7 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184             ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 N2_j[Pe  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 W[o~AbU  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS BRP9j y  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 7?K?-Oj  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 wVBY^TE  
       8 TH      16.29978150 ?;.j)  
       8 YMT      0.00000000                                 ！YMT求解在表面9上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度 ?@9kVB*|  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 b .k J&c  
    END                                                                                 ！以END结束 KQ3]'2q  
    c,KT1me  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： UYH;15s  
    cA"',N8!5  
    W|@EKE.k  
    4-[L^1%S[  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 KO(+%>^R  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 9+.0ZP?  
    (LPMEQhI:  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ -zg,pK$+  
    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： RqW ZhHI1M  
    [7?K9r\#  
    BQv+9(:fQB  
    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。 S\GC^ FK  
    cbl@V 1  
    Q44Pg$jp  
    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。 80cBLGG  
    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。 ~oI7TP  
    DSEARCH输入如下： < vU<:S  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 ^~0Mw;n&  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 4EzmH)4G  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 D;)Tm|XizW  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 zF%CFqQ  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 goi.'8M|/b  
    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 ,#&lNQ'I  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 @(PYeXdV6&  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 `h12  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 $ud5bT{n  
    S =q.Y  
    GOALS                           ！目标设置 sTdD=>  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5  W-@A  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 ; A~S){  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 _{&znXf>?6  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 ^AMcZ6!\  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 UiA\J  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 .pQH>;k]K  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 ZAzn-n  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 CJk$o K{Q  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm `@ULG>   
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm jdQ`Y+BC  
    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)； LF <fp&C)h  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 z71.5n!C  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 #gi0FXL  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 y5iLFR3z  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 $6h:j#{JE  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 -_.)~ )P  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 Adgh:'h  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 ,Cj1S7GFR  
    d/Xbk%`p  
    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) %d*k3 f }  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； MhNzmI&`  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； 8I04Nx  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 BFt?%E/]  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 <Bb $d@c  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 V0z.w:-  
    GO                           ！启动程序 !HL7a]PB  
    TIME                        ！计算时间 *W,"UL6U8y  
    8AT;9wZqt  
    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： Hv(0<k6oH  
    MPA<?  
    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：
    $'dJ+@  
    ] o tjoM  
    AU}e^1h  
    br+{23&1R#  
    %)8`(9J*  
    相应的局部放大镜头结构
    5#s?rA%u  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 (Mhj-0xf$  
    PANT Ra<mdteZT  
    VLIST RD ALL z+FhWze  
    VLIST TH ALL S*Scf~Qp  
    END 6Lz{/l8  
    AANT P ?JDZDPVJ)  
    AEC 1w'iD X  
    ACC |/C>xunzz  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 mb~w .~%  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 Oyhl*`-*t  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 Sx+.<]t2A  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK :.f =>s]  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL :XcU@m  
    ACC 10 .1 1 P!'Sx;C^f  
    ACM 3 .1 1   k1i*1Tc  
    ACA           Bu">)AnN  
    ASC           NmYSk6kWJ  
    END qCOv4b`  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     a h>k=t8(  
    SYNOPSYS  100
    Kc_QxON4  
    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。 Lw\ANku  
    GSEARCH输入如下： ) Yz` 6  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 .5|AX6p+^  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       kc^ Q ?-?  
    tiSN amvG1  
    SURF                                   }"wWSPD  
    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 7g}4gX's  
    END ,Y=r] fk  
    OJ\IdUZ   
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； a{^[<  
    NAMES                                    ！玻璃名称 T5.1qrL  
    G G-ZF52 _%w-y(Sqn  
    G D-FK61 HE(|x 1C)j  
    G H-ZF88 Yv }G"-=  
    G H-F51 frbKi _1  
    END                                          ！以END结束 > xkl7D  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 g* F?  
    GO                                             ！启动程序
    JDfkm+}uY  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： )Y}t~ Zfx  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 o $oW-U  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： FFb`4.  
    HGfV2FtTz  
    lHv;C*(_=  
     
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