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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
    3 }rx(  
    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:
    )fT0FLl|1  
    图1 近红外镜头初始设计
    $- Z/UHT  
    wz'in  
    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: O_SM!!,  
      RLE                                                         !读取镜头 D>wo>,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) ?H!X p  
      FNAME '1.RLE  '                                    !指定文件名为1.RLE Ga *  
      LOG     3119                                            !日志编码 LGCeYXic  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      !定义三个近红外波长 Lr>4~1:`  
      APS               4                                         !定义光阑面为表面4 KkHlMwv  
      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 L\<J|87p?  
      UNITS MM                !透镜单位为毫米 nm,Tng oj  
    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
    ;Y &2G'  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    !表面1的半径,厚度 y|.dM.9V  
       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 TF,a `?c`  
       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 .F(*kh  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   !玻璃材料ZNS的热膨胀系数 klj.\wg/p{  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS,U-Unusual玻璃库 lU3Xd_v O  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  !表面2在空气中的半径,厚度 VqB9^qJ]!  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           !表面3的半径,厚度 _lk5\bu  
       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 K;f=l5  
       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 &-Z#+>=H(  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          !ZNS材料的热膨胀系数 7.v{=UP  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        !表面3的玻璃类型为ZNS D_cd l^  
       3 PIN    1                                                                            !表面3拾取表面1的折射率 @] {:juD~  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    !表面4在空气中的半径,厚度 (WS<6j[q  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            !表面5的半径,厚度 t== a(e  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             !玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 h1?.x  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          !玻璃类型为AS2S3,U-玻璃库Unusual O$peCv   
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   !表面6在空气中的半径,厚度 pvd9wKz  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            !表面7的半径,厚度 IRDD   
       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 ]GHx<5Q:\  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        !玻璃类型ZNS的热膨胀系数 gq?~*4H  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     !玻璃类型为ZNS n!XSB7d~X  
       7 PIN    1                                                                             !表面7拾取表面1的折射率 > qIZ  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   !表面8在空气中的半径和厚度 X1h*.reFAL  
       8 TH      16.29978150 fm,:8%  
       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 qS2]|7q?Tc  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   !表面9的曲率,厚度 @Cd}1OT)  
    END                                                                                 !以END结束 ]G2%VKkr  
    v&ZI<Xt+  
    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: GEf[k OQ  
    d`Em) 3v  
    QWxl$%`89<  
    6NqLo^ "g  
    由图可知,半通光孔径为17.5mm,半视场角为7°,后焦距约16.3mm,元件总长约50mm,F数为1.4286。 k+&1?]   
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计,新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 CU(W0D  
    gIXc-=Ut  
    关键问题是:如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢? FUTDR-q O  
    点击PAD图中的图标 ,选择玻璃表‘Guangming’,然后点击‘Graph’按钮,并选择下图中的选项: ()i!Uo  
    su]ywVoRT  
    ma4r/8Q  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型,分别为D-FK61,G-ZF52,H-ZF88,H-F51。 \\~4$Ai[  
    x@>^c:-f  
    *C?x\.\C  
    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。 a'|Dm7'4t  
    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。 _`Sz}Yk  
    DSEARCH输入如下: h?:Y\DlU'  
    CORE 4                            !核心数为4,DSEARCH支持多核并行计算 /2!"_?<L  
    TIME                                   !计算程序运行时间 4.mbW  
    DSEARCH 3  QUIET         !最好透镜保存在透镜库位置3,并显示在PAD图中 TS<uBX  
    SYSTEM                            !透镜系统输入 cM'5m  
    ID NIR EXAMPLE            !镜头标识 T)B1V,2j=  
    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 *:A )j?(  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          !定义三个近红外波长 QWGFXy,=1  
    UNITS MM                         !透镜单位为毫米 eDSBs3k7H  
    END                                     !以END结束,与SYSTEM呼应 %z0@4G q  
    +nslS:(  
    GOALS                           !目标设置 aw:0R=S,>  
    ELEMENTS 5               !元件数为5 Wh> Y_ k  
    FNUM 1.428                  !F数为1.428 p{Gg,.f!HM  
    BACK 16 .1                   !后焦距为16mm,权重为0.1 Rx=pk  
    TOTL 50 .1                    !系统总长为50mm,权重为0.1 (Dl68]FX  
    STOP FIRST                   !光阑面为表面1 62LQUl]<  
    STOP FIX                      !光阑面固定 uy;3s=03^  
    NPASS 100                      !程序优化次数为100 Vkb&' rXw+  
    ANNEAL 200 20 100       !模拟退火,200-起始温度,20-冷却速率,100-优化次数 K\ \U F  
    RSTART 300                    !起始半径为300mm /_554q  
    TSTART 1                        !每个元件起始厚度为1mm fJC,ubP[5  
    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); w65 $ R  
    FOV 0 .5 1            !0视场、0.5视场、全视场 AH], >i3  
    FWT 2 1  1            !相应的视场权重 T;< >""T  
    GLASS POS          !正透镜玻璃类型  '[#uf/~W  
    G D-FK61            !玻璃类型为D-FK61 4.dMNqU  
    GLASS NEG         !负透镜玻璃类型 t(MlZ>H  
    G H-ZF88             !玻璃类型为H-ZF88 &WHEPdD  
    END                      !以END结束,与GOALS呼应 =;$&:Zjy/%  
    ;mb 6i_  
    SPECIAL   AANT   !特殊像差控制;系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) Z [5HI;  
    ACC 10 .1 1             !控制元件中心厚度不超过10mm,权重0.1,窗口1; fwQ%mU+  
    ACM 3 .1 1              !控制中心厚度不小于3mm,防止元件厚度太薄; #z t+U^#)  
    ACA                         !自动控制临界角,防止光线超过临界角,导致光线失败 tIC_/ 6  
    ASC                          !自动控制所有镜头的倾斜度 i,,>@R  
    END                         !以END结束,与AANT呼应 Dx[t?-  
    GO                           !启动程序 es(vWf'  
    TIME                        !计算时间 +T^m  
    &/, BFx"  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构,评价函数最低,如图2所示: aV(*BE/@F  
    q#Qr@Jf  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下:
    [* > @hx  
    {+t'XkA  
    *qBMt[a  
    knBT(x'+  
    a}c(#ZLs  
    相应的局部放大镜头结构
    T+4Musu{V  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT,将其改成NIR.OPT。 4!gyFi6$  
    PANT nw5#/5xw  
    VLIST RD ALL dYV)lMJ*  
    VLIST TH ALL e:V,>RbC0s  
    END $@&bK2@.(  
    AANT P =C\S6bF%  
    AEC :({lXGc}4?  
    ACC I( y Wct  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 Hab9~v ]  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 G%kXr$?W  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 sX_^H%fd  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK `g :<$3}  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL l2`8]Qr   
    ACC 10 .1 1 d) o<R;F  
    ACM 3 .1 1   rjR  
    ACA           a* IJ)'S  
    ASC           ?n@PZL= ]  
    END E>6zwp  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     v*BA\&  
    SYNOPSYS  100
    nC&rQQFF  
    接下来,使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 QX]tD4OH  
    GSEARCH输入如下: 3P\I;xM  
    CORE 4                                     !核心数为4,GSEARCH支持多核并行计算 :6M0`V;L  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       ga~vQ7I_  
    'b^:"\t'Rh  
    SURF                                   1k/l7&n"  
    1 3 5 7 9                                    ! 将玻璃分配到表面1,表面3,表面5,表面7和表面9 y?unI~4tC  
    END -owfuS?i=  
    ;5%&q6&a  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           !打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’; =0]Mc$Ih  
    NAMES                                    !玻璃名称 YHRI UY d  
    G G-ZF52 eO9nn9lql  
    G D-FK61 [a |fm*B!  
    G H-ZF88 F#<P FT4i  
    G H-F51 ~!nd'{{9  
    END                                          !以END结束 .N+xpxdG,  
    USE 2                                        !至少使用两种不同的玻璃类型 /Bwea];^Q  
    GO                                             !启动程序
    fVN}7PH7+  
    运行GSEARCH命令后,近红外镜头结构得到改善,如图3所示: ' R@<4Ib|  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 (7wR*vO^  
    在CW中输入指令SPEC,得到近红外镜头的特性: AeJM[fCMa  
    1Ev+':%  
    RYhdf  
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