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
cG (%P$ 打开保存在路径C:\Synopsys\Dbook\中示例镜头C11L1。
N'PK4: 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
aWNj l 图1中相应的局部放大镜头结构
%0({ MU L 3\( <[ 在CW中输入：SYNOPSYS AI>LE，打开该镜头的.RLE文件，代码如下：
A8k $ .E RLE ！读取镜头
M,cz7, ID COOKE TRIPLET F/4.5 670 ！镜头标识(ID COOKE TRIPLET F/4.5)和日志编码(670)
;Ah eeq746 FNAME 'C11L1.RLE ' ！指定文件名为'C11L1.RLE'
qW /&. 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；
w4R~0jXy 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
E&Zt<pRf;2 APS -3 ！定义表面3为实际光阑面；负号(-)表明真实光瞳有效；
qiq=v) WAP 3 ！定义广角光瞳选项3
8w#4T:hsuN UNITS MM ！定义
透镜单位为毫米
'*EK i OBB 0.000000 20.0000000 5.5550000 -2.9848806206109 0.0000000 0.0000000 5.5550000
- X3CrW ！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。
a@AIv"q 0 AIR ！表面0(物面)的折射率为1
Js.G
hTs 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
n'?]_ z< 1 RAD 21.4939500000000 TH 2.00000000 ！表面1半径为21.49395mm，厚度为2mm；
=BbXSwv'( 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
4sfq,shRq 率为1.62040602，波长3折射率为1.62755182；
6W ~JM^F 1 CTE 0.630000E-05 ！定义表面1的热膨胀系数(CTE)
8Q0 /kG 1 GTB S 'SK16 ' ！定义表面1的玻璃
材料，S-玻璃库Schott，'SK16 ' -玻璃类型
C >F5=& 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
6 G(K8Q{> 2 RAD -124.0387000000000 TH 5.25509000 AIR ！定义表面2半径，厚度，折射率
F6\4[B 3 CAO 3.19251725 0.00000000 0.00000000 ！表面3外孔径为3.19251725
i2-]Xl 3 RAD -19.1051800000000 TH 1.25000000 ！定义表面3半径，厚度
Q(R -8" :fUNc^\2 3 N1 1.61163844 N2 1.61658424 N3 1.62846980 ！表面3的三个波长折射率
/7ShE-.5# 3 CTE 0.830000E-05 ！表面3的热膨胀系数
;iQw2XhT 3 GTB S 'F4 ' ！表面3的玻璃材料
!|
q1 9$ 4 CAO 3.15978037 0.00000000 0.00000000 ！表面4的外孔径大小
4q?R 3 \e; 4 RAD 21.9794700000000 TH 4.93473000 AIR ！表面4的半径，厚度，折射率
Zqv 5 CAO 3.48158127 0.00000000 0.00000000 ！表面5的外孔径大小
n0t+xvNDF_ 5 RAD 328.3317499999989 TH 2.25000000 ！表面5的半径，厚度；
LoSrXK~0~J 5 N1 1.61726800 N2 1.62040602 N3 1.62755182 ！表面5的三个波长折射率；
\^!<Y\\ 5 CTE 0.630000E-05 ！表面5的热膨胀系数
1;!dTh 5 GID 'SK16 ' ！表面5的玻璃类型为'SK16'
uc\G)BN 5 PIN 1 ！表面5拾取表面1的折射率
c Y+n 6k5 6 CAO 4.00000022 0.00000000 0.00000000 ！表面6的外孔径大小
`uqe[u;`6 6 RAD -16.7537700000000 TH 43.24303731 AIR ！表面6的半径，厚度，折射率
I|2dV9y 6 TH 43.24303731 ！表面6的厚度
J3/e;5w2Z 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
s7\Ee-x)s 7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ！表面7的曲率，厚度，折射率
-Vs;4-B{9 END ！以END结束
9H53H"5q JUJrtK S o#D'"Tn! ] ki) (Bb 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。
1\AcceJ|(w 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。
,Ww.W'#P dK evhm)R" P057]cAat< _bv9/# tR 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：
#MviO!@ CHG ！改变镜头
|o ^mg9 CFREE ！移除光阑孔径
3ly ]DTbz WAP 0 ！默认近轴光瞳
BQv*8Hg
B6 END ！以END结束
. x}xa ?B`c <H"
i3) 7Qa[ 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
k9&W0$I# 在CW中键入POP命令，显示 表面6上有YMT求解而无曲率求解：
M o i>Dp 我们增加一个透镜，使镜头以F/4.5工作，因此UMC求解值为-0.1111。
};'~@%U]/ 代码如下：
]4'V59\ CHG !改变镜头
f:AfM f>m 6 UMC -.1111 !UMC求解在表面6的曲率，并给出相对于光轴的近轴轴向边缘光线角U的规定
D+w ? 值。U的正切值为1/(2*FNUM)=0.1111,负号表示边缘光线在图像下端。
[(vV45(E STORE 3 !将镜头结果保存在透镜库3的位置
kLXa1^Lq g3 !<A*< D D 6K[\ 在CW中键入AEE命令，新建一个宏编辑器。优化宏代码如下：
Ax9A-| LOG ！日志编码，每次SYNOPSYS运行都会自动分配一个日志编码
?\<Kb|Q PANT ！
参数输入
\ >#y *W< VLIST RAD ALL ！改变所有表面半径
5 !57<n VLIST TH ALL ！改变所有表面厚度
cet|k! END ！以END结束
fF5\ \_, hn$jI5*` )/z+W[t AANT ！
像差输入
#8%~ u+"N 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
:#UA!| nV 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
Shss};QZf( 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；
roIc1Ax: 5-光线数，M-多色；0-轴上视场；
U I wTf2 B 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；
~F;>4 q 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；
eMP0BS" END ！以END结束
YdYaLTz @-ir SNAP ！每次迭代一次PAD更新一次
\=(U tro SYNO 30 ！迭代次数为30次
}!WuJz" X1Kze ;9)=~) ) X6I #q8 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
>/.Ae8I) N` vPt?@ 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：
Pb7-pu5 X AANT
)>pIAYCVP AEC
uK[gI6M ACC
461p 4) 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
}9Q<<a GSR .5 10 5 M 0
+1eb@b X GNR .5 2 3 M .7
Xx^v%[!`+ GNR .5 1 3 M 1
+@do<2l] END
4EhWK;ra
SPINV. 图4 三片式镜头重新优化，预期渐晕到40%的孔径
7V"Jfh4_ B^j(Fq 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
Mu_'C$zA 分配了一个硬孔径CAO,其大小与当前有效的默认CAO相同。
1Nz#,IdQ %'9&JsO ALKzR433/ 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
Enhrkk \obM}caT 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
Hc\o R(L TezwcFqH F&OcI.OTXF 但是为什么PAD显示的仍然是原始的、无渐晕的光束？
WwLV^m] 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
T 6=~vOzTJ sb% l N "gXvnl 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。）
>NA{* *$0 KwxJ{$|xH 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
t k+t3+ ? T>N vK F :]`J cJ QhPpo#^ 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。
(y2P." px^brzLQo 图9 分配默认孔径以符合VFIELD应用渐晕的镜头
-M-y*P)
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
f'u[G?C 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 。
