SYNOPSYS 光学设计软件课程十八：什么是好光瞳？

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镜头设计师已经知道两种常见的光瞳定义：一种是简单结构或者光阑位于系统的最前方。对于更复杂的系统，“光线瞄准”，用于模拟光阑在系统内部的情况。

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镜头通常在系统内部有一个“光阑”，如下例所示（可在X32.RLE中找到）。（对于这张图片，我们修改了镜头以显示正确的光瞳类型。你看到的是第二种光瞳类型。）

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这里是镜头文件:

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各个视场的光线充满了表面7的孔径，这被称为光阑。当你告诉程序追迹光线时，它首先必须知道瞄准光线的位置，以便知道到达光阑上的位置。例如，HBAR = 1且YEN = 1的光线（全视场边缘光线）应该在表面7的边缘处。它是如何知道瞄准目标的？这是光瞳定义的问题。

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最常用的两个定义是近轴和真实光瞳。首先，让我们看一下使用简单的近轴光瞳得到的结果

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可以使用输入在镜头文件中声明该光瞳定义

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但是你会注意到这个定义有两个问题：主光线不会穿过表面7的中心，而边缘光线不会填满那个表面的孔径。让我们依次解决这些问题。首先，我们声明表面7是一个真正的光阑，用

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减号表示这是一个真正的光阑，必须通过迭代找到主光线。这激活了仅针对主光线的光线。

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现在主光线还可以，但边缘光线不行。我们需要另一个命令，它将调整光瞳的大小，以便很好地充满光阑。这是WAP 2选项（有三种广角 – 光瞳（WAP），您可以在用户手册中阅读。它通过在光阑的边缘迭代一些光线来找到入瞳的形状。但是这个选项需要在光阑表面上设置一个硬性通光口径，以便于光线瞄准。我们假设当前没有定义孔径。您可以执行CAP列表 - 查看所有当前孔径的值 - 然后为表面7指定一个“通光口径”。该值结果为3.9937，因此我们可以在CHG文件中输入该值或使用工作表。以下是使用CHG文件的方法：

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     更简单的方法是在CHG文件或WorkSheet编辑窗格中键入7 CFIX。这可以修复当前值，所以您不需要自己键入它。现在再次使用工作表更改为WAP 2 ...

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然后单击“更新”按钮。你得到的镜头如上图第一张图所示。现在，主光线和边缘光线都到达了表面7上的正确位置。在这里，我们开启了光线，总共瞄准了五条光线。到到目前为止，这并不复杂。假设您正在优化镜头并且表面7上所需的孔径不断变化。在这种情况下，我们固定的孔径值将会出现问题。没问题。我们指定一个选项，每次更换镜头时重新计算该孔径。这是通过将指令CSTOP添加到镜头输入文件来完成的。现在程序将改变7上的CAO，因此它总是等于那里的近轴边缘光线高度。如果镜头的光瞳像差太大，以至于真正的轴向边缘光线需要与近轴光线有不同的孔径，请将其更改为CSTOP REAL。您甚至可以指定用于定义此孔径的真实光线，如UM中所述。但是所有这些选择的意义何在？是不是只是为了更容易的对付那种“光线瞄准”？其它程序是不是也可以？是的，它更容易 - 但速度要慢得多。通常实现时，当这些程序追迹任何类型的像质分析的光线网格时，它们在光阑处创建一个方形网格，然后迭代每条光线，使其通过该网格点。所有迭代都需大量时间。下图是一个超广角镜头设计的例子。这是镜头文件：

光阑位于表面9上，并且由WAP 2选项很好地填充。让我们看一下表面上的足迹，它显示来自全视场的光线：

这肯定不是一个均匀的方格！采用“光线瞄准”的那些程序以错误的方式分布填充该孔径，根据该点处的实际光线密度改变每条光线的有效光焦度。虽然这确实可以产生对像质的正确评估，但人们不得不问为什么在所有光线迭代中花费了这么多时间。相反，SYNOPSYS找到入瞳的大小和形状，然后用均匀的网格填充它。对于上述镜头，表面1上的光瞳如下。

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SYNOPSYS中的光瞳选项模拟了此分布的轮廓，因此常规网格可以按原样填充它。没有必要迭代每条光线，因此它更快，并且在光阑处的分布被正确建模。对于这个极端的例子，一个简单的轮廓并不是很好（但通常它是由椭圆形建模）。在这种情况下，通过在镜头文件中声明RPUPIL可以找到更好的光瞳。现在它以一个包围该椭圆的矩形开始，并删除分布在孔径外的任何光线。这是进入镜头时的形状：

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以下是通过的光线：

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我们更喜欢使用这种方法，而不是其他代码中使用的计算比较慢“光线瞄准”。不要忘记查看对话框MPW（菜单，光瞳向导）和MOW（菜单，物面向导），您可以通过复选框和从各种选项中选择来定义所需的光瞳类型。这两个对话框都做了很多相同的事情，但它们的原理方式不同; 您可以根据您的喜好选择。

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光瞳向导：

物面向导：

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在PAD中查看：

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此时镜头已在表面4上指定了一个近轴孔径。在PAD中，单击PAD顶部按钮，然后选择绘制单根光线的选项。单击“确定”，将打开一个小框，您可以使用两个滑块选择要绘制的光线。将顶部滑块移至全视场（HBAR = 1），将底部移至全孔径（YEN = 1）。此对象已定义为正角度，这意味着“全视场”光线从轴下方的对象开始。

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您可以按预期看到全视场边缘光线。

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现在将顶部滑块移动到视场的底部（HBAR = -1）。

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再来一次，光线进入光瞳的顶部。这是近轴光瞳的基本情况。关闭光线显示对话框，打开工作表，并将光阑指定更改为APS -4，

在工作表中。请记住，全视场位于负Y坐标处，远离镜头左侧。现在再次打开单光线对话框，再次将其设置为全孔径和全视场。

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“全孔径”光线现在位于光瞳的底部。为何如此？

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简单，此功能旨在使您可以轻松纠正羽化边缘，无论您在哪个视场寻找。如上图所示，如果羽化是一个问题，你可以沿着“上部”边缘光线（显示的光线）进行校正。现在转到较低的视场，HBAR = -1。

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要纠正的光线仍然是上边缘光线！程序根据您要追迹的视场的方向旋转整个入瞳。如果您在倾斜视场中追迹一个点，“上边缘光线”将变成极端歪斜光线，因此您可以轻松控制羽化边缘。如果我们让所有视场上边缘光线和下边缘光线的定义相同（就像光瞳一样）; 你必须找出要修复的倾斜光线，然后为它创建一个像差。

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那么如何才能轻松找出要检查或纠正羽状边缘的光线？简单。PAD显示屏打开时，按F7键。只显示“较低”的边缘光线。F8键仅显示“上部”。只需按一下键就可以判断哪条光线在哪里！

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有关旋转光瞳的示例，请参阅用户手册中的第2.6.2节。

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程序根据全视场物体高度的符号决定哪条光线称为“上部”光线。由于在这个例子中光线在是负视场的，它将边缘光线翻转为正HBAR。在负HBAR处，对象来自正Y坐标，并且光线不会翻转。

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在HBAR = 0？为避免混淆既不是正视场也不是负视场，程序会在那里显示一个非常小但非零的视场。