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
A , CW_ 打开保存在路径C:\Synopsys\Dbook\中示例镜头C11L1。
z't? ?6 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
'crlA~&#/ 图1中相应的局部放大镜头结构
:Eh\NOc_ O 5IOFSy` 在CW中输入：SYNOPSYS AI>LE，打开该镜头的.RLE文件，代码如下：
0C<[9Dl.G8 RLE ！读取镜头
mvW% ID COOKE TRIPLET F/4.5 670 ！镜头标识(ID COOKE TRIPLET F/4.5)和日志编码(670)
HD,xY 4q&N FNAME 'C11L1.RLE ' ！指定文件名为'C11L1.RLE'
'C$XS > S LOG 670 ！日志编码;每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码，并自动增加；
mC&=X 6Q] WAVL .6562700 .5875600 .4861300 ！定义可见光三个
波长，按长波到短波的顺序，默认权重为1
(@X~VACT APS -3 ！定义表面3为实际光阑面；负号(-)表明真实光瞳有效；
-50 HB`t WAP 3 ！定义广角光瞳选项3
%98' @$:0 UNITS MM ！定义
透镜单位为毫米
&*G<a3 Q OBB 0.000000 20.0000000 5.5550000 -2.9848806206109 0.0000000 0.0000000 5.5550000
@J{m@ji{ ！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。
i"zuil 0 AIR ！表面0(物面)的折射率为1
\y6OUM2y 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
2 &/v] 1 RAD 21.4939500000000 TH 2.00000000 ！表面1半径为21.49395mm，厚度为2mm；
~AY N 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
J] W5[)L 率为1.62040602，波长3折射率为1.62755182；
M7f;Pa 1 CTE 0.630000E-05 ！定义表面1的热膨胀系数(CTE)
eD$M<Eu 1 GTB S 'SK16 ' ！定义表面1的玻璃
材料，S-玻璃库Schott，'SK16 ' -玻璃类型
n%h^o 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
(npj_s!.C) 2 RAD -124.0387000000000 TH 5.25509000 AIR ！定义表面2半径，厚度，折射率
j.a`N2]WE 3 CAO 3.19251725 0.00000000 0.00000000 ！表面3外孔径为3.19251725
mOo`ZcTU 3 RAD -19.1051800000000 TH 1.25000000 ！定义表面3半径，厚度
+[\eFj|= #QC phhG 3 N1 1.61163844 N2 1.61658424 N3 1.62846980 ！表面3的三个波长折射率
iu**`WjI\ 3 CTE 0.830000E-05 ！表面3的热膨胀系数
$ VAx:Y| 3 GTB S 'F4 ' ！表面3的玻璃材料
j Ja$a [ 4 CAO 3.15978037 0.00000000 0.00000000 ！表面4的外孔径大小
XxHx :mi 4 RAD 21.9794700000000 TH 4.93473000 AIR ！表面4的半径，厚度，折射率
ly% F."v 5 CAO 3.48158127 0.00000000 0.00000000 ！表面5的外孔径大小
Vz14 j_ 5 RAD 328.3317499999989 TH 2.25000000 ！表面5的半径，厚度；
RMO,ZV q 5 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 ！表面5的三个波长折射率；
86@c't@ 5 CTE 0.630000E-05 ！表面5的热膨胀系数
U$oduY# 5 GID 'SK16 ' ！表面5的玻璃类型为'SK16'
Z, BC* 5 PIN 1 ！表面5拾取表面1的折射率
I%|>2}-_U 6 CAO 4.00000022 0.00000000 0.00000000 ！表面6的外孔径大小
mw_Ew]& 6 RAD -16.7537700000000 TH 43.24303731 AIR ！表面6的半径，厚度，折射率
Y|8v O 6 TH 43.24303731 ！表面6的厚度
gTRF^knrY 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
aA7=q= 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面7的曲率，厚度，折射率
L
lqM c END ！以END结束
6y%0`! E {6~oZ#L Q1V9PRZX sNun+xsf^ 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。
XdH \OJ 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。
!4] 9!<.k I ZQHu h 9&< x17' cj11S>D 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：
a^ ,( v CHG ！改变镜头
5s(1[ ( CFREE ！移除光阑孔径
h |X^dQb] WAP 0 ！默认近轴光瞳
u!1{Vt87 END ！以END结束
`3p~m, >u9Nz0?j cqxVAzb 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
hsu{ey p 在CW中键入POP命令，显示 表面6上有YMT求解而无曲率求解：
y
q tKy 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。
);-~j 代码如下：
.`?@%{ CHG !改变镜头
ETs>`#`6o 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
p~LrPWHSTP 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。
boG_f@dv( STORE 3 !将镜头结果保存在透镜库3的位置
NnVnUgx s+tGFjq HR}bbsqxVf 在CW中键入AEE命令，新建一个宏编辑器。优化宏代码如下：
hy|b6wF& LOG ！日志编码，每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码
OR[{PU=X PANT ！
参数输入
8,dBl!G= VLIST RAD ALL ！改变所有表面半径
1}~(Yj@f% VLIST TH ALL ！改变所有表面厚度
6'xsG?{JY END ！以END结束
\W,I?Kx$ A$6$,h ||yzt!n AANT ！
像差输入
I-OJVZ( V 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
;# Q%j%J 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
LR" 9D 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；
6;b ~Ht 5-光线数，M-多色；0-轴上视场；
-W>'^1cR 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；
_V`DWR
* 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；
F2X0%te END ！以END结束
Z0l+1 iMx ID/ F SNAP ！每次迭代一次PAD更新一次
Y3Q9=u*5 SYNO 30 ！迭代次数为30次
Y))NK'B5 \6\<~UX^ r& FDEBh '] +Uu'a 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
=h l }.p 4[N^>qt = 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：
}f2r!7:x AANT
jlxpt)0i AEC
G8Du~ h!!U ACC
$8BPlqBIZ VSET 0.4 ！设置渐晕，指定光束大小为全视场光线的正常高度的40%；此命令须在生成光线命令之前
*?M GMhE GSR .5 10 5 M 0
NIw\}[-Z0E GNR .5 2 3 M .7
6uR^% W8] GNR .5 1 3 M 1
+@r*} END
-lv)tHs< p) +k=b 图4 三片式镜头重新优化，预期渐晕到40%的孔径
J`2"KzR0w" c*~]zR>s! 点击图标
打开WS工作表，在编辑窗格中输入CFIX指令，点击按钮'Update'。现在，为每个表面
4WK3.6GN 分配了一个硬孔径CAO,其大小与当前有效的默认CAO相同。
V*~Zs'L'E }u1O#L}F5 {p,] oOq\ 点击镜头的表面6，选择CAO半径，单击‘SEL’按钮。将顶部滑块指定给该孔径半径。将滑块向左移动，减小孔径。在全视场观察TFAN，在TFAN左侧40%的位置出现渐晕。如图5所示。
图5 调节表面6的孔径，镜头将在TFAN的左侧产生所需的渐晕
3 h< , 0 bo/XUpi 在表面1上执行相同的操作，在TFAN右侧出现渐晕，如图6所示。
图6 调节表面1的孔径，镜头将在TFAN的右侧产生所需的渐晕
--DoB=5%8 /7
Cn(s5 o {26ONa#i 但是为什么PAD显示的仍然是原始的、无渐晕的光束？
`/_G$_ 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
V dn&c fDP$ sW C"{k7yT 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。）
z<5m
fAm ` H e,p - 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
3'X.}>o %' T #pz K^R,Iu/M D|.ic!w' 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。
AQ ='| % R=KQ 图9 分配默认孔径以符合VFIELD应用渐晕的镜头
h ?pkE
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
Ot`VR&} 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 。
