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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
    @*"H{xo.U  
    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：
    g;._Q   
    图1 近红外镜头初始设计
    lL6W:Fq@(  
    Gcp!"y=i  
    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： L`n Ma   
      RLE                                                         ！读取镜头 xk@fBa }  
      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) uj^l&"  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE G Q])y  
      LOG     3119                                            ！日志编码 I6.}r2?;A  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 XTS%:S  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 "C'T>^qw*  
      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 [z> Ya-uz7  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 0;SRmj@W  
    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
    U^ Ulj/%6  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 E .%_i8s  
       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 -_+,HyJP  
       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 T.GB *  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 Jt|W%`X>D  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 NjP7?nXSx  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 )L/o|%r!  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 5rUDRFO6  
       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 Ew>lk9La(  
       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 >A ?{cbJ  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 1`v$R0 `!  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS vD3j(d  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 ~LSD\+  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 B0dv_'L}L  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 L6n<h  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 <EM'|IR?  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual Z<W`5sop^  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 'RzzLk|$  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 y vo4 .u  
       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 /6yH ,{(a  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 SPo}!&p$~  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS &hSF  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 Kl]LnN%A{  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 kJK:1;CM?.  
       8 TH      16.29978150 *7G5\[gI$  
       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 f3"sKL4|  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 CN!~(1v  
    END                                                                                 ！以END结束 o6c>sh  
    Wk-jaz  
    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： +MvO+\/  
    0S$6j-"  
    v%!'vhf_K  
    6 6Bx,]"6  
    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。 $E h:m&hq  
    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。 7]lUPLsl  
    Tv /?-`Y  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ x{I, gu|+  
    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.hy"y2&  
    =}m'qy  
    b_>x;5k  
    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。 DA9f\q   
     MKZq*  
    :BpXi|n;  
    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。 4StoEgFS  
    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。 (Qj;B)  
    DSEARCH输入如下： *rv7#!].  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 #55_hY#  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 !G~`5?CvE  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 EVW\Z 2N.  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 *TC#|5  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 F@rx/3 [  
    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 xa$4P [  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 5"2pU{xmK  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 W~d^ *LZt  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 Tjj-8cg  
    H.#zbKj  
    GOALS                           ！目标设置 $3yn-'o'A  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 (%SKTM  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 ?C*}NM  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 /[,0,B9!3  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 !(#d 7R  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 _<6B.{$\7m  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 a&%v^r[  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 (65|QA   
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 WWN2  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm ]qO*(m:}o  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm mae@L  
    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)； @Jc^ur  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 't'2z  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 (R-(  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 L)9uBdF  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 DQ hstXX  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 kWbD?i-  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 I T gzD"d  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 @|d+T"f  
    uL |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) |DLmMsS4  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； ; ~#uH7k  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； 8DcIM(;Z  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 J8?V1Ad{  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 npMPjknl  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 x/uC)xm  
    GO                           ！启动程序 *nlDN4Y[  
    TIME                        ！计算时间 QS%t:,0lp  
    tG*HUN?*  
    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： DT3koci(  
    _ pO1XM  
    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：
     wkKSL  
    <~n%=^knE  
    DvY)n<U1qA  
    +%? \#EQJ  
    s7s@!~  
    相应的局部放大镜头结构
    u+qj_Ej  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 U?A3>  
    PANT :ioD  *k  
    VLIST RD ALL CtE <9?  
    VLIST TH ALL ,L-G-V+  
    END %s ">:  
    AANT P }TRVCF1  
    AEC ?6//'bO:%  
    ACC z9JZV`dNgz  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 S^_F0</U,  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 vQmqYyOc2  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 RuWu#tk  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK q@XxCP]  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL Zb$P`~(%  
    ACC 10 .1 1 ZG8Xr "  
    ACM 3 .1 1   Ny G?^  
    ACA           Zqj EVVB  
    ASC           zXML<?w  
    END gXe`G( w  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     8y'.H21:;  
    SYNOPSYS  100
    &;[e  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 zR5KC!xc  
    GSEARCH输入如下： .x][ _I>  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 f{)nxd >#  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       Ao$|`Lgj=z  
    Lc_cB`  
    SURF                                   6xoCB/]  
    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 o ^""=Z  
    END e@{Rlz   
    p{[(4}ql  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； kHd`k.nW  
    NAMES                                    ！玻璃名称 MY l9 &8  
    G G-ZF52 qkBCI,X_Y  
    G D-FK61 b{}ao  
    G H-ZF88 =H8Y  
    G H-F51 bVOJp% *s  
    END                                          ！以END结束 sE!$3|Q  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 Kon|TeC>d  
    GO                                             ！启动程序
    - *v)sP"@  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： 0}N"L ml  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 [wn! <#~v  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： h6Cqc}P  
    Q:8t1ZDo  
    WkDXWv\{,{  
     
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