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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
    'b?.\Bm;  
    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：
    `h9)`*  
    图1 近红外镜头初始设计
    %s@S|< W  
    2 C]la  
    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： n`z+ w*  
      RLE                                                         ！读取镜头 _d| 62VS  
      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) 71"JL",  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE Y0B1xL@  
      LOG     3119                                            ！日志编码 k\#-6evT  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 0yC`9g)(  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 )| x%o(n  
      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 :-\ yy  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 C{hcK 1-K  
    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
    j"IM,=  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 ^_KD&%M6  
       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 l \^nC2  
       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 )ozcr^  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数  _7#tgZyv  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 IbJ[Og^Qyu  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 3[=`uO0\7  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 n1>,#|#  
       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>cz63}S  
       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 x:?a;muf  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 #xP!!.DF(  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS $?)3&\)R  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 i ,IM?+4  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 OOBcJC  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 3Q$'qZw p  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 ~` \9Q  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual |N$?_<H  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 fcE)V#c"g  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 80$0zbw$  
       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 Sq-3-w,R~  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 Ybt_?Q9#]  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS pH\^1xj =  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 Q-`{PJ(p  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 f>8B'%]  
       8 TH      16.29978150 ]`@]<6  
       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 7SK 3  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 /:y2Up-  
    END                                                                                 ！以END结束 #$t}T@t>  
    N2tkCkl^x9  
    在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>SPEC,点击‘Enter’键。得到关于近红外镜头的一阶特性： [X }@Ct6  
    f#v#)Gp+  
    {M@@)27gW  
    _;e!ZZLG  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 ^S#\O>GHP  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 W{A #]r l  
    8Z dUPW\e  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ }. xrJ52Tz  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： &]VQR2J}:  
    Zlk,])9Q  
    {Vxc6,=  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 6QII&Fg  
    g8I!E$  
    DikdC5>O>m  
    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。 `V&1]C8x  
    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。 CZyz;Jtk  
    DSEARCH输入如下： .kc"E  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 P{S\pWZkk  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 _~;&)cn,0  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 AfRW=&xdT  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 j2 }  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 zJ;>.0  
    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 V06CCy8n  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 :xFu_%7  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 yuHZ&e  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 S9 G+#[.|  
    Tm)GC_  
    GOALS                           ！目标设置 vZ$U^>":  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 FxCZRo&  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 sno`=+|U]  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 (#!] fF"!x  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 oZvA~]x9\  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 >ZT& `E  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 9 Uha2o  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 XXW]0{k:y  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 e}42/>}#D  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm oW 1"%i%  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm w 66 v\x~  
    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)； S&4+ e:K  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 Kt W6AZJ  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 MpO RGd  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 1 -ZJT  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 i:o}!RZ>  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 Al7<s  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 $. %L  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 Ia629gi5s  
    UJz#QkAio  
    SPECIAL   AANT   ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) &<,SV^w ag  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； HH)"]E5  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； g(aZT#ii=  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 [X,A'Q  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 QyPg |#T2>  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 ^P`NMSw  
    GO                           ！启动程序 ?Z q_9T7  
    TIME                        ！计算时间 kdp% !S%2  
    pDu{e>S|:  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： L#D9@V'z  
    d%0+i/p  
    图2 DSEARCH为近红外镜头设计返回的最佳结构
    DSEARCH生成的十种最佳配置镜头结构如下：
    Dv&>*0B  
    lT.zNhz:d9  
    x# VyQ[ok  
    UVB/vqGg  
    )^4hQ3BS  
    相应的局部放大镜头结构
    bpCNho$  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 E&*: jDg  
    PANT ![ZmV  
    VLIST RD ALL NbtGlSs8  
    VLIST TH ALL #G_F`&  
    END !tEe\K\e  
    AANT P WsR+Np@c  
    AEC ?^ZXU0IkP  
    ACC BQ#3QL't  
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 _\.{6""  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 7+}JgUh  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 B2 c@kru  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK #,L~w  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL IdPn%)>6  
    ACC 10 .1 1 |; $Bb866/  
    ACM 3 .1 1   P z ?m>>#  
    ACA           ak;6z]f8[  
    ASC           e+'%!w"B  
    END >3 l=*|9  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     \fZiL!E^7  
    SYNOPSYS  100
    <},1Ncl  
    接下来，使用GSEARCH功能自动决定哪些玻璃类型应该放在哪些透镜上。 H}Ucrv:  
    GSEARCH输入如下： _%y4q%#  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 w u)Wg-dT  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       ["y6b*;x  
    r}_lxr  
    SURF                                   %,\=s.~1  
    1 3 5 7 9                                    ！ 将玻璃分配到表面1，表面3，表面5，表面7和表面9 [4*1}}gW%5  
    END qI%&ay"/  
    a+`D'?z  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； pMR,#[U<  
    NAMES                                    ！玻璃名称 Fj1NN  
    G G-ZF52 jk*tL8?i  
    G D-FK61 ^~$\ g]  
    G H-ZF88 lCJ6Ur;  
    G H-F51 i?>tgmu.  
    END                                          ！以END结束 3J~0O2  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 ,2L$G&?  
    GO                                             ！启动程序
    %MZP)k,&U  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： .oqIZ\iik  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 \'Ssn(s  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： n[,XU|2  
    1!1!PA9u  
    Fv8f+)k)Z~  
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