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
&> .
w* 打开保存在路径C:\Synopsys\Dbook\中示例镜头C11L1。
*75?%l 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
qd7 86~ 图1中相应的局部放大镜头结构
g}\ Yl. SqF9#& F 在CW中输入：SYNOPSYS AI>LE，打开该镜头的.RLE文件，代码如下：
H[a1n' "<: RLE ！读取镜头
lB0: 4cIj ID COOKE TRIPLET F/4.5 670 ！镜头标识(ID COOKE TRIPLET F/4.5)和日志编码(670)
-`o22G3w FNAME 'C11L1.RLE ' ！指定文件名为'C11L1.RLE'
</OZ ,3J= 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；
C/w!Y)nB= 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
xxlYn9ke APS -3 ！定义表面3为实际光阑面；负号(-)表明真实光瞳有效；
lQolE P.pc WAP 3 ！定义广角光瞳选项3
.Y"H{|]Mnh UNITS MM ！定义
透镜单位为毫米
^Cs5A0xo#s OBB 0.000000 20.0000000 5.5550000 -2.9848806206109 0.0000000 0.0000000 5.5550000
]^63n/Twj ！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。
;
iK9'u 0 AIR ！表面0(物面)的折射率为1
+Xg]@IS-eg 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
f;k'dqlv 1 RAD 21.4939500000000 TH 2.00000000 ！表面1半径为21.49395mm，厚度为2mm；
~HH# aXh* 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
:$`"M#vMX 率为1.62040602，波长3折射率为1.62755182；
k>8,/ AZd 1 CTE 0.630000E-05 ！定义表面1的热膨胀系数(CTE)
g`}+K U 1 GTB S 'SK16 ' ！定义表面1的玻璃
材料，S-玻璃库Schott，'SK16 ' -玻璃类型
5+gSpg]i 2 CAO 4.25560632 0.00000000 0.00000000 ！表面2外孔径为 4.25560632，X方向无偏心，Y方向无偏心
JY|f zL 2 RAD -124.0387000000000 TH 5.25509000 AIR ！定义表面2半径，厚度，折射率
cG"+n@ \ 3 CAO 3.19251725 0.00000000 0.00000000 ！表面3外孔径为3.19251725
V*m@Rs!)2 3 RAD -19.1051800000000 TH 1.25000000 ！定义表面3半径，厚度
D- [` wCa, w1je |Oil 3 N1 1.61163844 N2 1.61658424 N3 1.62846980 ！表面3的三个波长折射率
|G5Me 3 CTE 0.830000E-05 ！表面3的热膨胀系数
\Ami -< T 3 GTB S 'F4 ' ！表面3的玻璃材料
i5>]$j1/ 4 CAO 3.15978037 0.00000000 0.00000000 ！表面4的外孔径大小
AC$:.KLI 4 RAD 21.9794700000000 TH 4.93473000 AIR ！表面4的半径，厚度，折射率
@@,l0/ 5 CAO 3.48158127 0.00000000 0.00000000 ！表面5的外孔径大小
]0VjVU- 5 RAD 328.3317499999989 TH 2.25000000 ！表面5的半径，厚度；
_dT,%q 5 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 ！表面5的三个波长折射率；
>^8=_i ! 5 CTE 0.630000E-05 ！表面5的热膨胀系数
ctv =8SFv( 5 GID 'SK16 ' ！表面5的玻璃类型为'SK16'
}K!)Z}8 5 PIN 1 ！表面5拾取表面1的折射率
uHv9D%R 6 CAO 4.00000022 0.00000000 0.00000000 ！表面6的外孔径大小
7n-;++a5] 6 RAD -16.7537700000000 TH 43.24303731 AIR ！表面6的半径，厚度，折射率
wX_s./#JJ 6 TH 43.24303731 ！表面6的厚度
@c<*l+Qc 6 YMT 0.00000000 ！YMT求解在表面7上指定的轴向边缘光线高度为0时所对应的厚度
Pw^ lp'dO 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面7的曲率，厚度，折射率
ZE ())W" END ！以END结束
OIuEC7XM^C p/4\O R).?lnS ;$Eg4uX 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。
p? mQ\O8F 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。
]vJ]
i <|b /e^q>>z =kp-[7
hcvWf\4'#q 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：
.Y8z3O CHG ！改变镜头
Ut;, Z CFREE ！移除光阑孔径
~ >af"< WAP 0 ！默认近轴光瞳
Jon<?DQj
END ！以END结束
q 1Ja*=r IpX>G]"-C $nB4Ie!WcR 运行代码后，得到具有默认孔径且无渐晕的三片式 镜头，如图2所示。镜头像质更差。
图2 具有默认孔径且无渐晕的三片式镜头，像质更差
0]C~C vO 在CW中键入POP命令，显示 表面6上有YMT求解而无曲率求解：
-.8 nEO3 我们增加一个透镜，使镜头以F/4.5工作，因此UMC求解值为-0.1111。
OC$Y8Ofr 代码如下：
+mReWf:o CHG !改变镜头
t;7 tuq
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
0-ISOA& 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。
s3+ ^q STORE 3 !将镜头结果保存在透镜库3的位置
Oy :;v 7 x
\.q zi ]ov>VF,< 在CW中键入AEE命令，新建一个宏编辑器。优化宏代码如下：
a9CY,+ z5B LOG ！日志编码，每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码
"v
@h PANT ！
参数输入
jl;%?bx VLIST RAD ALL ！改变所有表面半径
Sga/i?! VLIST TH ALL ！改变所有表面厚度
tpJe1 J< END ！以END结束
!TJCQ[Aa } - J 9K PVGvj c AANT ！
像差输入
GXV<fc"1 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
i1q he?5 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
1gEeZ\B-& 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；
Y ) kO" 5-光线数，M-多色；0-轴上视场；
#{]X<et 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；
a#i JXI 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；
|[ymNG END ！以END结束
t ta \.ic 29(s^#e8A SNAP ！每次迭代一次PAD更新一次
|K(j}^1 k SYNO 30 ！迭代次数为30次
xFU*,Y VCzmTnD J. ;9- 1l$c*STK 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
-!OFt} Nwu, :}T 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：
|/u&%w?W
AANT
$9pFRQC'q AEC
q*,g ACC
Xx~ za{p VSET 0.4 ！设置渐晕，指定光束大小为全视场光线的正常高度的40%；此命令须在生成光线命令之前
R;2tb7 o GSR .5 10 5 M 0
2f'3Vjp~G GNR .5 2 3 M .7
D -Goi-4 GNR .5 1 3 M 1
')k n END
w) A@ C ?v_ig 图4 三片式镜头重新优化，预期渐晕到40%的孔径
-e6~0% X ' +6H= Qn 点击图标
打开WS工作表，在编辑窗格中输入CFIX指令，点击按钮'Update'。现在，为每个表面
gO kq>i_ 分配了一个硬孔径CAO,其大小与当前有效的默认CAO相同。
{\!_S+}{ }bQqln)# X G]ltSOy 点击镜头的表面6，选择CAO半径，单击‘SEL’按钮。将顶部滑块指定给该孔径半径。将滑块向左移动，减小孔径。在全视场观察TFAN，在TFAN左侧40%的位置出现渐晕。如图5所示。
图5 调节表面6的孔径，镜头将在TFAN的左侧产生所需的渐晕
h,-8(
S 8]!%mrS 在表面1上执行相同的操作，在TFAN右侧出现渐晕，如图6所示。
图6 调节表面1的孔径，镜头将在TFAN的右侧产生所需的渐晕
%d<uOCf\Q '~2S BX?J zmV5 k 但是为什么PAD显示的仍然是原始的、无渐晕的光束？
0'Kbh$L U 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
|a7W@LVYD %d..L-`]ET 9>y6zFTV 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。）
NdpcfZ q q. s 2x0 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
aJ[K' 5| RP}.E i $i s|B9 B H-&Z+4 +Xs 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。
{0J T N%e )sWC5\ 图9 分配默认孔径以符合VFIELD应用渐晕的镜头
0/".2(\}T
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
n9.` 5BH7/ 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 。
