渐晕输入和输出
参考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》书中第十一章
hW cM. 打开保存在路径C:\Synopsys\Dbook\中示例镜头C11L1。
\v9<L'NP) 只需在CW窗口键入:SYNOPSYS AI>FETCH C10L1,并点击“Enter”键。然后点击按钮

得到PAD图,如图1所示,它是一个具有渐晕的三片式
镜头。由图1可知,上下视场点(绿色和蓝色)的
光束尺寸远小于轴上光束(红色)。
图1 具有渐晕的三片式镜头
HZ2 zL17 图1中相应的局部放大镜头结构
!q PUQ+ /_bM~g 在CW中输入:SYNOPSYS AI>LE,打开该镜头的.RLE文件,代码如下:
|4Q><6"G RLE !读取镜头
pk=z<OTb ID COOKE TRIPLET F/4.5 670 !镜头标识(ID COOKE TRIPLET F/4.5)和日志编码(670)
uqy~hY FNAME 'C11L1.RLE ' !指定文件名为'C11L1.RLE'
.Qj`_q6= LOG 670 !日志编码;每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码,并自动增加;
] @1ncn7N WAVL .6562700 .5875600 .4861300 !定义可见光三个
波长,按长波到短波的顺序,默认权重为1
eP3 itrH( APS -3 !定义表面3为实际光阑面;负号(-)表明真实光瞳有效;
\=~<I WAP 3 !定义广角光瞳选项3
:(x 90;DW UNITS MM !定义
透镜单位为毫米
L/cbq*L OBB 0.000000 20.0000000 5.5550000 -2.9848806206109 0.0000000 0.0000000 5.5550000
)=D9L !定义物体类型为OBB;第一个数字表明物体在无穷远处,边缘
光线角度UMP0为0;第二个数字为半视场角;第三个数字为半孔径YMP1;第四个数字为表面1上主光线高度YP1;后面三个值是光线在X-Z平面上的相应值。
aR;Q^YJ+a 0 AIR !表面0(物面)的折射率为1
})w5`?Y 1 CAO 4.69068139 0.00000000 0.00000000 !表面1外孔径为4.69068139;X方向偏心为零;Y 方向偏心为零
Y.Ew;\6U 1 RAD 21.4939500000000 TH 2.00000000 !表面1半径为21.49395mm,厚度为2mm;
Un[#zh<4 1 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 !表面1,波长1折射率(N1)为1.61726800,波长2折射
8|Y^z_C 率为1.62040602,波长3折射率为1.62755182;
|b7>kM}" 1 CTE 0.630000E-05 !定义表面1的热膨胀系数(CTE)
*XzUqK 1 GTB S 'SK16 ' !定义表面1的玻璃
材料,S-玻璃库Schott,'SK16 ' -玻璃类型
<~8W>Y\m 2 CAO 4.25560632 0.00000000 0.00000000 !表面2外孔径为 4.25560632,X方向无偏心,Y方向无偏心
K<_H`k*x 2 RAD -124.0387000000000 TH 5.25509000 AIR !定义表面2半径,厚度,折射率
L,X6L @Q 3 CAO 3.19251725 0.00000000 0.00000000 !表面3外孔径为3.19251725
)'<zC 3 RAD -19.1051800000000 TH 1.25000000 !定义表面3半径,厚度
n#]G!7 CblL1 q8 3 N1 1.61163844 N2 1.61658424 N3 1.62846980 !表面3的三个波长折射率
?,),%JQ 3 CTE 0.830000E-05 !表面3的热膨胀系数
CGg6n CB 3 GTB S 'F4 ' !表面3的玻璃材料
)5V1HWjU 4 CAO 3.15978037 0.00000000 0.00000000 !表面4的外孔径大小
en~(XE1 4 RAD 21.9794700000000 TH 4.93473000 AIR !表面4的半径,厚度,折射率
->#7_W 5 CAO 3.48158127 0.00000000 0.00000000 !表面5的外孔径大小
Vgm{=$ 5 RAD 328.3317499999989 TH 2.25000000 !表面5的半径,厚度;
Pr/&p0@aV 5 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 !表面5的三个波长折射率;
*'t`;m~ 5 CTE 0.630000E-05 !表面5的热膨胀系数
$fvUb_n 5 GID 'SK16 ' !表面5的玻璃类型为'SK16'
)DLK<10 5 PIN 1 !表面5拾取表面1的折射率
da^9Fb 6 CAO 4.00000022 0.00000000 0.00000000 !表面6的外孔径大小
F;NZJEy 6 RAD -16.7537700000000 TH 43.24303731 AIR !表面6的半径,厚度,折射率
YvHn~gNPhs 6 TH 43.24303731 !表面6的厚度
@+!d@`w:z2 6 YMT 0.00000000 !YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度
Zd%\x[f9ck 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR !表面7的曲率,厚度,折射率
<(t<gS # END !以END结束
6qA{l_V t[
MRyi)LF aY+>85?g =UP)b9*h WAP3选项调整入射光瞳尺寸,使得每个视场点处的边缘光线清除所有定义的透镜孔径。除了表面7之外的所有表面都被分配了一个硬通光孔径CAO。
|O+binq WAP3选项是处理渐晕的一种方法。但是在
优化过程中,当镜头变化时,光束的大小可在每个表面发生变化,当你不知道完成后的光束大小时,将硬CAO指定到表面是无意义的。因此,在优化过程中永远不要使用WAP 3选项,只在必要时使用。
wb9zJAsc ! O>mu6:Rf M*{e e0\`r RGKJO_*J2 相反,
采用分段渐晕。首先删除所有CAO和声明WAP,使用代码如下:
|3cR'|<Ual CHG !改变镜头
6u7HO-aa CFREE !移除光阑孔径
tw')2UGg WAP 0 !默认近轴光瞳
^b.J z} END !以END结束
U5PCj ]-Xt fjJIF% ?d%}K76V< 运行代码后,得到具有默认孔径且无渐晕的三片式 镜头,如图2所示。镜头像质更差。
图2 具有默认孔径且无渐晕的三片式镜头,像质更差
Q'Tn+}B& 在CW中键入POP命令,显示 表面6上有YMT求解而无曲率求解:
abv] 我们增加一个透镜,使镜头以F/4.5工作,因此UMC求解值为-0.1111。
OWkK]O 代码如下:
n#fg7d% CHG !改变镜头
5VcYdu3 6 UMC -.1111 !UMC求解在表面6的曲率,并给出相对于光轴的近轴轴向边缘光线角U的规定
^YZ#P0 y 值。U的正切值为1/(2*FNUM)=0.1111,负号表示边缘光线在图像下端。
1FX-#Y`e STORE 3 !将镜头结果保存在透镜库3的位置
;g*6NzdA Vqr&)i"b$ j?(QieBH 在CW中键入AEE命令,新建一个宏编辑器。优化宏代码如下:
w$!n8Aqs LOG !日志编码,每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码
W2k~N X#@ PANT !
参数输入
f<'C<xnf VLIST RAD ALL !改变所有表面半径
RPWYm VLIST TH ALL !改变所有表面厚度
?m.4f&X END !以END结束
N@>S>U8C M@3H]t? 4c yv
8 AANT !
像差输入
s5dh]vNN AEC !自动控制玻璃元件和空气间隙的边缘厚度,防止边缘厚度太薄,默认值为1mm
'37b[~k4 ACC !自动控制玻璃元件中心厚度,防止中心厚度太厚,默认值为1inch
koU.`l. GSR .5 10 5 M 0 !校正轴上视场光线网格中的5条光线产生的XC像差;0.5-孔径占比;10-权重;
b,W'0gl 5-光线数,M-多色;0-轴上视场;
\NqC i'& GNR .5 2 3 M .7 !校正0.7视场光线网格中的光线产生的YC和XC像差;
Ww~0k!8,t GNR .5 1 3 M 1 !校正全视场光线网格中的光线产生的YC和XC像差;
5W48z%MN
END !以END结束
Z-?9F`} {mQJ6
G'ny SNAP !每次迭代一次PAD更新一次
Mg$Z^v|}0 SYNO 30 !迭代次数为30次
UTt#ltun ? vX\e*
v uwka 2aSS 2o/`8+eJu 运行优化宏后,消除了边缘羽化,镜头结构如图3所示。由图可知,像差失控,特别是全视场。
图3 消除边缘羽化的三片式镜头
dw|0K+-PH ]lY9[~
v 需要进一步优化,将光束大小设置为全视场光线高度的40%,可通过向AANT中添加VSET指令来完成,代码如下:
^q`*!B9@ AANT
P.:T
zk6 AEC
9vu8koL ACC
11sW$@xs
9 VSET 0.4 !设置渐晕,指定光束大小为全视场光线的正常高度的40%;此命令须在生成光线命令之前
QFYy$T+W GSR .5 10 5 M 0
5PPpX =\ GNR .5 2 3 M .7
|*5nr5c_L GNR .5 1 3 M 1
qu%s 7+ END
?+\,a+46P_ A@OV!DJe] 图4 三片式镜头重新优化,预期渐晕到40%的孔径
V]}b3Y!( bRK9Qt#3 点击图标

打开WS工作表,在编辑窗格中输入CFIX指令,点击按钮'Update'。现在,为每个表面
`N|CL 分配了一个硬孔径CAO,其大小与当前有效的默认CAO相同。
fL;p^t u3 *@nUas2" ?
h%+2 点击镜头的表面6,选择CAO半径,单击‘SEL’按钮。将顶部滑块指定给该孔径半径。将滑块向左移动,减小孔径。在全视场观察TFAN,在TFAN左侧40%的位置出现渐晕。如图5所示。
图5 调节表面6的孔径,镜头将在TFAN的左侧产生所需的渐晕
Kc0OLcu^d fna>> 在表面1上执行相同的操作,在TFAN右侧出现渐晕,如图6所示。
图6 调节表面1的孔径,镜头将在TFAN的右侧产生所需的渐晕
!*gAGt_ Hi9z<l=$
0 y%R 但是为什么PAD显示的仍然是原始的、无渐晕的光束?
[\1l4C 我们可通光关闭开关65激活渐晕;也可在CW中键入指令WAP 3来激活渐晕。
图7 关闭开关65激活渐晕光束的镜头
{)qP34rM (&,R1dLo M'iKk[Hjfx 另外,也可通过声明一组VFIELD参数。在CW中输入FVF 0 .5 .8 .9 1;程序会计算出通光孔径的五个视场点的渐晕因素。(在使用FVF命令之前,必须为镜头指定一个实际光阑值。)
l0{DnQA>I Tt|6N*b' PAD显示了应该呈现的渐晕光束,如图8所示。
图8 通光减小孔径和VFIELD来进行渐晕
]o$/xP FF/R_xnx D$E9%'ir rR~X>+K 前面我们声明的孔径都是硬孔径CAO。现在,在WS中输入CFREE,单击‘Update’。镜头再次有默认孔径。这次是根据VFIELD光瞳计算的,如图9所示。
;G]'}$`/q ;g
jp&g9Q 图9 分配默认孔径以符合VFIELD应用渐晕的镜头
p%1m&/`F
现在,我们移除VSET指令重新优化,并进行边缘控制,你也可以通过边缘向导(MEW)调整边缘几何,如图10所示。
图10 最后三片式镜头。正确分配渐晕和孔径。
图10中相应的局部镜头放大结构
h$\hPLx WAP 3和VFIELD设置渐晕后的镜头看起来大致相同,它们的区别在哪?答:
软件每次进行光线追迹时,WAP 3 都需要瞄准五条光线。这是一个相当缓慢的选择。而VFIELD 在完成这个计算之后,后续仅需要对准主光线,在请求的视场上进行快速插值 。