SYNOPSYS代码详解-渐晕输入和输出

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

打开保存在路径C:\Synopsys\Dbook\中示例镜头C11L1。
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）。

[attachment=98351]

图1 具有渐晕的三片式镜头

[attachment=98352]

图1中相应的局部放大镜头结构

在CW中输入：SYNOPSYS AI>LE，打开该镜头的.RLE文件，代码如下：
RLE                                                              ！读取镜头
ID COOKE TRIPLET F/4.5       670            ！镜头标识(ID COOKE TRIPLET F/4.5)和日志编码(670)
FNAME 'C11L1.RLE '                                ！指定文件名为'C11L1.RLE'
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；
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
APS              -3                                            ！定义表面3为实际光阑面；负号(-)表明真实光瞳有效；
WAP       3                                          ！定义广角光瞳选项3
UNITS MM                                       ！定义透镜单位为毫米
OBB  0.000000   20.0000000    5.5550000  -2.9848806206109        0.0000000    0.0000000    5.5550000
          ！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。
   0 AIR                                                                             ！表面0(物面)的折射率为1
  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
   1 RAD     21.4939500000000   TH      2.00000000     ！表面1半径为21.49395mm，厚度为2mm；
   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
                                                                                             率为1.62040602，波长3折射率为1.62755182；
   1 CTE   0.630000E-05                                                  ！定义表面1的热膨胀系数(CTE)
   1 GTB S    'SK16 '                                                         ！定义表面1的玻璃材料，S-玻璃库Schott，'SK16 ' -玻璃类型
   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
   2 RAD   -124.0387000000000   TH      5.25509000 AIR  ！定义表面2半径，厚度，折射率
   3 CAO      3.19251725       0.00000000       0.00000000   ！表面3外孔径为3.19251725
   3 RAD    -19.1051800000000   TH      1.25000000          ！定义表面3半径，厚度

   3 N1 1.61163844 N2 1.61658424 N3 1.62846980        ！表面3的三个波长折射率
   3 CTE   0.830000E-05                                                   ！表面3的热膨胀系数
   3 GTB S    'F4   '                                                            ！表面3的玻璃材料
   4 CAO      3.15978037       0.00000000       0.00000000                ！表面4的外孔径大小
   4 RAD     21.9794700000000   TH      4.93473000 AIR                ！表面4的半径，厚度，折射率
   5 CAO      3.48158127       0.00000000       0.00000000                ！表面5的外孔径大小
   5 RAD    328.3317499999989   TH      2.25000000                       ！表面5的半径，厚度；
   5 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182                         ！表面5的三个波长折射率；
   5 CTE   0.630000E-05                                                                    ！表面5的热膨胀系数
   5 GID 'SK16 '                                                                                  ！表面5的玻璃类型为'SK16'
   5 PIN    1                                                                                         ！表面5拾取表面1的折射率
   6 CAO      4.00000022       0.00000000       0.00000000                ！表面6的外孔径大小
   6 RAD    -16.7537700000000   TH     43.24303731 AIR               ！表面6的半径，厚度，折射率
   6 TH      43.24303731                                                                     ！表面6的厚度
   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
   7 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR                    ！表面7的曲率，厚度，折射率
END                                                                                                  ！以END结束

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。
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。

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：
CHG                         ！改变镜头
CFREE                     ！移除光阑孔径
WAP 0                      ！默认近轴光瞳
END                         ！以END结束

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。

[attachment=98353]

图2 具有默认孔径且无渐晕的三片式镜头，像质更差

在CW中键入POP命令，显示表面6上有YMT求解而无曲率求解：

[attachment=98347]

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。
代码如下：
CHG                            !改变镜头
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
                                      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。
STORE 3                     !将镜头结果保存在透镜库3的位置

[attachment=98348]

在CW中键入AEE命令，新建一个宏编辑器。优化宏代码如下：
LOG                            ！日志编码，每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码
PANT                          ！参数输入
VLIST RAD ALL       ！改变所有表面半径
VLIST TH ALL          ！改变所有表面厚度
END                            ！以END结束

AANT                       ！像差输入
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
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
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；
                                       5-光线数，M-多色；0-轴上视场；
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；
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；
END                          ！以END结束

SNAP                        ！每次迭代一次PAD更新一次
SYNO 30                  ！迭代次数为30次

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。

[attachment=98354]

图3 消除边缘羽化的三片式镜头

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：
AANT
AEC
ACC
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
GSR .5 10 5 M 0
GNR .5 2 3 M .7
GNR .5 1 3 M 1
END

[attachment=98355]

图4 三片式镜头重新优化，预期渐晕到40%的孔径

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
分配了一个硬孔径CAO,其大小与当前有效的默认CAO相同。

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。

[attachment=98356]

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

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。

[attachment=98357]

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

但是为什么PAD显示的仍然是原始的、无渐晕的光束？
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。

[attachment=98358]

图7 关闭开关65激活渐晕光束的镜头

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。）

PAD显示了应该呈现的渐晕光束，如图8所示。

[attachment=98359]

图8 通光减小孔径和VFIELD来进行渐晕

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。

[attachment=98360]

图9 分配默认孔径以符合VFIELD应用渐晕的镜头

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。 [attachment=98361]

图10 最后三片式镜头。正确分配渐晕和孔径。

[attachment=98362]

图10中相应的局部镜头放大结构

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。

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