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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
    /LO -HnJ  
    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：
    D+>4AqG  
    图1 近红外镜头初始设计
    wQe_vY  
    Q$HG  
    接着，我们检查该近红外镜头的设计参数，仅在CW窗口中输入：SYNOPSYS AI>LE,点击‘Enter’键即可。近红外镜头代码如下： 2Ou[u#H  
      RLE                                                         ！读取镜头 -7S g62THS  
      ID MIT 1 TO 2 UM LENS          3119     ！镜头标识(ID MIT 1 TO 2 UM LENS)和日志编码(3119) rW+ =,L  
      FNAME '1.RLE  '                                    ！指定文件名为1.RLE [-\%4  
      LOG     3119                                            ！日志编码 kKAP"'v  
      WAVL 1.970100 1.529600 1.060000      ！定义三个近红外波长 GM3f- \/  
      APS               4                                         ！定义光阑面为表面4 f>W -  
      NOVIG                       ！关闭渐晕选项。只删除因光线追迹失败的光线，不删除因违反通光孔径和边缘羽化的光线 _(h&7P9  
      UNITS MM                ！透镜单位为毫米 #a<Gxj  
    OBB  0.000000  7.0000000   17.5000000  -1.0531131997458   0.0000000   0.0000000  17.5000000 ！无限远物体,半视 场角为7°,半孔径为17.5mm
       0 AIR                       ！物面处于空气中
    c2&q*]?l;  
       1 RAD     86.7200000000000   TH      4.00000000    ！表面1的半径，厚度 >N]7IU[-  
       1 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184     ！玻璃类型ZNS的三个波长折射率被精确指出 \~fONBY  
       1 DNDT  4.330E-05  4.330E-05  4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+01 ! ZNS材料的折射率温度系数 Pb?$t  
       1 CTE   0.650000E-05                                                   ！玻璃材料ZNS的热膨胀系数 @^T1XX  
       1 GTB U    'ZNS '                                                           ! 玻璃类型为ZNS，U-Unusual玻璃库 $Hj.{;eC/k  
       2 RAD    256.1600000000000   TH      1.90921550 AIR  ！表面2在空气中的半径，厚度 o| #Qu8Lk  
       3 RAD     23.3200000000000   TH      7.64871430           ！表面3的半径，厚度 JKGc3j,+#  
       3 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.28824184            ！玻璃材料ZNS的三个波长折射率被精确指出 _>| =L W@7  
       3 DNDT -1.202E-04 -1.133E-04 -1.080E-04 4.04600E-01 4.86133E-01 6.56273E-01  ！ZNS材料的折射率温度系数 dR"@`  
       3 CTE   0.650000E-05                                                          ！ZNS材料的热膨胀系数 MhR:c7,  
       3 GID 'ZNS  '                                                                        ！表面3的玻璃类型为ZNS :P<]+\m  
       3 PIN    1                                                                            ！表面3拾取表面1的折射率 ch0{+g&  
       4 RAD     46.0900000000000   TH      1.00000000 AIR    ！表面4在空气中的半径，厚度 #)C[5?{SNq  
       5 RAD     50.8000000000000   TH      3.00000000            ！表面5的半径，厚度 1XD,uoxB  
       5 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.46973264             ！玻璃类型为AS2S3的三个波长折射率 {buo^kgj`]  
       5 GTB U    'AS2S3   '                                                          ！玻璃类型为AS2S3，U-玻璃库Unusual vJ'2@f$  
       6 RAD     17.3870000000000   TH     28.71738800 AIR   ！表面6在空气中的半径，厚度 M7@2^G]p  
       7 RAD     27.1400000000000   TH      3.50000000            ！表面7的半径，厚度 K2J \awX  
       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 i70w rW#k  
       7 CTE   0.650000E-05                                                        ！玻璃类型ZNS的热膨胀系数 . koYHq  
       7 GID 'ZNS   '                                                                     ！玻璃类型为ZNS >[_f3;P  
       7 PIN    1                                                                             ！表面7拾取表面1的折射率 H[S%J3JI  
       8 RAD     65.2260000000000   TH     16.29978150 AIR   ！表面8在空气中的半径和厚度 &o,<ijJ:^m  
       8 TH      16.29978150 X4 A<[&F/  
       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 l]8D7(g  
       9 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR   ！表面9的曲率，厚度 "x3lQ  
    END                                                                                 ！以END结束 pKit~A,Q  
    g7O qX \  
    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： U$_xUG  
    . r[Hu40p  
    xHz[t6;4;  
    X pBj%e:  
    由图可知，半通光孔径为17.5mm，半视场角为7°，后焦距约16.3mm，元件总长约50mm，F数为1.4286。 4}4Pyjh  
    我们希望尽可能避免红外材料ZNS和AS2S3的使用。而是通过使用普通玻璃材料对近红外镜头进行设计，新镜头也满足上述镜头的一阶特性。 e> (<eu~P  
    m^GJuP LW  
    关键问题是：如何选择用于近红外波段的普通玻璃类型呢？ F.w 5S!5Q  
    点击PAD图中的图标 ，选择玻璃表‘Guangming’，然后点击‘Graph’按钮，并选择下图中的选项： P!+'1KR  
    M#As0~y  
    UN]f"k&  
    圈出四种在近红外有潜力的玻璃类型，分别为D-FK61，G-ZF52，H-ZF88，H-F51。 G0^2Wk[  
    !f&Kf,#b`  
    b\-&sM(W"  
    接下来，使用SYNOPSYS软件独特的DSEARCH搜索定焦镜头功能来自动设计近红外镜头。在这里，我们需要注意的是：首先必须在DSEARCH中指定两种玻璃类型，用于红外系统。 dIRm q+d^  
    为什么要这么做呢？原因是：如果在DSEARCH中无指定玻璃类型，那么透镜都被赋予一个玻璃模型（该玻璃模型用于可见光系统）。而对于红外系统，透镜将被赋予指定玻璃类型的其中之一。 Z|5?7v;h5  
    DSEARCH输入如下： c6X}2a'  
    CORE 4                            ！核心数为4，DSEARCH支持多核并行计算 @8;W\L$~1  
    TIME                                   ！计算程序运行时间 H\qC["  
    DSEARCH 3  QUIET         ！最好透镜保存在透镜库位置3，并显示在PAD图中 0},PJ$8x  
    SYSTEM                            ！透镜系统输入 m0cP(  
    ID NIR EXAMPLE            ！镜头标识 PzA|t;*  
    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 D"J!\_o  
    WAVL 1.97 1.53 1.06          ！定义三个近红外波长 W!6qqi{  
    UNITS MM                         ！透镜单位为毫米 8;Yx<woR  
    END                                     ！以END结束，与SYSTEM呼应 , ]+z)   
    ,0hA'cp  
    GOALS                           ！目标设置 XI22+@d6  
    ELEMENTS 5               ！元件数为5 89wU-Aggq  
    FNUM 1.428                  ！F数为1.428 K)\M5id]  
    BACK 16 .1                   ！后焦距为16mm，权重为0.1 $aN&nhoO<  
    TOTL 50 .1                    ！系统总长为50mm，权重为0.1 bZ|FnY}FB  
    STOP FIRST                   ！光阑面为表面1 sIK;x]Q)  
    STOP FIX                      ！光阑面固定 h\PHK C2  
    NPASS 100                      ！程序优化次数为100 >]W)'lnO  
    ANNEAL 200 20 100       ！模拟退火，200-起始温度，20-冷却速率，100-优化次数 V\^EfQ  
    RSTART 300                    ！起始半径为300mm L (khAmm  
    TSTART 1                        ！每个元件起始厚度为1mm 4Qo]n re!  
    QUICK 50 90     ！启用快速模式；迭代50次执行快速搜索，然后使用90次迭代执行基于光线的优化阶段 (此过程忽略NPASS设置)； sK7+Q  
    FOV 0 .5 1            ！0视场、0.5视场、全视场 D?0zhU  
    FWT 2 1  1            ！相应的视场权重 hED=u/ql[  
    GLASS POS          ！正透镜玻璃类型 jSwf*u  
    G D-FK61            ！玻璃类型为D-FK61 |Tm!VFd  
    GLASS NEG         ！负透镜玻璃类型 ui@2s;1t  
    G H-ZF88             ！玻璃类型为H-ZF88 "Q?k'^@  
    END                      ！以END结束，与GOALS呼应 w*|7!iM  
    v0YG,)_  
    SPECIAL   AANT   ！特殊像差控制；系统默认自动控制边缘厚度(AEC)和控制中心厚度(ACC) '*k'i;2/1  
    ACC 10 .1 1             ！控制元件中心厚度不超过10mm，权重0.1，窗口1； GF5^\Rf  
    ACM 3 .1 1              ！控制中心厚度不小于3mm，防止元件厚度太薄； rORZerM  
    ACA                         ！自动控制临界角，防止光线超过临界角，导致光线失败 ;\\@q"n%<  
    ASC                          ！自动控制所有镜头的倾斜度 ltD37QZQ  
    END                         ！以END结束，与AANT呼应 /Ne<V2AX  
    GO                           ！启动程序 d\FJFMW*9  
    TIME                        ！计算时间 'I /aboDB  
    >+ 4huRb  
    在PAD图中显示最好的五片式镜头结构，评价函数最低，如图2所示： =?s 3iP  
    %B)6$!x  
    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：
    sSQs#+ &=[  
    ea 00\  
    mBG=jI "xh  
    !ZI7&r`u;  
    ulER1\W  
    相应的局部放大镜头结构
    ^+m+zd_  
    DSEARCH生成一个自动优化宏DSEARCH_OPT，将其改成NIR.OPT。 ,ML[Wr'2  
    PANT " $ew~;z  
    VLIST RD ALL BZXUwqEh  
    VLIST TH ALL *s>BG1$<  
    END L   
    AANT P Z+StB15  
    AEC m~D&gGFt  
    ACC en:4H   
    GSR     0.000000     2.000000      4  M     0.000000 /2HN>{F^Y  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     0.500000 YTjkPj:  
    GNR     0.000000     1.000000      4  M     1.000000 a<A+4uXyD  
    M   0.160000E+02  0.100000E+00 A BACK F1Hh7 F  
    M   0.500000E+02  0.100000E+00 A TOTL _C+b]r/E  
    ACC 10 .1 1  =Mb1o[  
    ACM 3 .1 1   _%x4ty  
    ACA           [F[K^xYTlg  
    ASC           1<h>B:  
    END d|*"IFe  
    SNAP   0/DAMP    1.00000     o8Z[+;  
    SYNOPSYS  100
    MCP "GZK6W  
    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。 f(eQ+0D  
    GSEARCH输入如下： hHPs&EA.p  
    CORE 4                                     ！核心数为4，GSEARCH支持多核并行计算 S i nl  
    GSEARCH 3 QUIET LOG       eJo3 MK  
    Zv_jy@k  
    SURF                                   i#%a-I:M  
    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 }BmS )J q  
    END .Xdj(_&  
    jkF8\dR  
    OFILE 'NIR.OPT.MAC'           ！打开文件‘NIR.OPT.MAC’,文件类型必须为‘.MAC’； f N "tA  
    NAMES                                    ！玻璃名称 1'4J[S\cM  
    G G-ZF52 }N*>QR5K  
    G D-FK61 vwr74A.g0  
    G H-ZF88 XIWm>IQ[)  
    G H-F51 o_Si mJFK  
    END                                          ！以END结束 2 /y}a#s  
    USE 2                                        ！至少使用两种不同的玻璃类型 8:.nEo'  
    GO                                             ！启动程序
    . /p|?pu  
    运行GSEARCH命令后，近红外镜头结构得到改善，如图3所示： rz(0:vxwA  
    图3 GSEARCH反馈回的近红外镜头结构 (Bo bB]~a  
    在CW中输入指令SPEC，得到近红外镜头的特性： cMzkL%  
    FhIqy %X  
    8)VgS &B~  
     
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