課程十八：什么是好光瞳？

鏡頭設(shè)計(jì)師已經(jīng)知道兩種常見(jiàn)的光瞳定義：一種是簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)或者光闌位于系統(tǒng)的最前方。對(duì)于更復(fù)雜的系統(tǒng)，“光線瞄準(zhǔn)”，用于模擬光闌在系統(tǒng)內(nèi)部的情況。鏡頭通常在系統(tǒng)內(nèi)部有一個(gè)“光闌”，如下例所示（可在X32.RLE中找到）。（對(duì)于這張圖片，我們修改了鏡頭以顯示正確的光瞳類(lèi)型。你看到的是第二種光瞳類(lèi)型。）這里是鏡頭文件:

RLEID 8-ELEMENT LENS 124FNAME ‘X32.RLE ‘LOG 124WAVL .6562700 .5875600 .4861300APS -7UNITS MM OBB 0.0000000 50.0000000 2.5000000 -22.5672845510 0.0000000 0.0000000 2.5000000MARGIN 1.270000BEVEL 0.2540010 AIR1 RAD 37.4815570000000 TH 2.000000001 N1 1.63724049 N2 1.64049314 N3 1.647896521 CTE 0.680000E-051 GTB S ‘LAK21 ‘1 EFILE EX1 19.357100 19.357100 19.357100 0.0000001 EFILE EX2 14.692000 18.849100 0.0000002 RAD 15.8675620000000 TH 4.000000002 N1 1.79607463 N2 1.80516268 N3 1.827727322 CTE 0.810000E-052 GTB S ‘SF6 ‘2 EFILE EX1 14.819000 14.819000 14.819000 0.0000002 EFILE EX2 11.575600 14.565000 0.0000003 RAD 12.9308330000000 TH 10.91744800 AIR3 EFILE EX1 11.575600 14.565000 14.8190004 RAD 305.4637200000000 TH 3.000000004 N1 1.63724049 N2 1.64049314 N3 1.647896524 CTE 0.680000E-054 GTB S ‘LAK21 ‘4 EFILE EX1 9.781226 9.781226 10.035227 0.0000004 EFILE EX2 8.075024 9.781226 0.0000005 RAD 10.9366700000000 TH 11.874405005 N1 1.59873780 N2 1.60341201 N3 1.614602255 CTE 0.800000E-055 GTB S ‘F5 ‘5 EFILE EX1 8.329025 8.329025 8.329025 0.0000005 EFILE EX2 8.075024 8.075024 0.0000006 RAD -166.3317900000000 TH 2.00000000 AIR6 EFILE EX1 8.075024 8.075024 8.3290257 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000 AIR8 RAD -33.0806250000000 TH 3.008454608 N1 1.63724049 N2 1.64049314 N3 1.647896528 CTE 0.680000E-058 GTB S ‘LAK21 ‘8 EFILE EX1 5.649585 5.649585 5.776585 0.0000008 EFILE EX2 5.776585 5.776585 0.0000009 RAD -6.9399049000000 TH 7.365488909 N1 1.72919661 N2 1.73349009 N3 1.743361009 CTE 0.550000E-059 GTB S ‘LAK16A ‘9 EFILE EX1 5.649589 8.868400 9.249400 0.0000009 EFILE EX2 9.249400 9.249400 0.00000010 RAD -18.5676100000000 TH 0.82847441 AIR10 EFILE EX1 9.249400 9.249400 9.24940011 RAD 533.2038600000002 TH 6.0000000011 N1 1.72919661 N2 1.73349009 N3 1.7433610011 CTE 0.550000E-0511 GTB S ‘LAK16A ‘11 EFILE EX1 9.905219 9.905219 10.159218 0.00000011 EFILE EX2 10.159218 10.159218 0.00000012 RAD -12.4803940000000 TH 2.0000000012 N1 1.75364679 N2 1.76178544 N3 1.7819078212 CTE 0.820000E-0512 GTB S ‘SF55 ‘12 EFILE EX1 10.159200 11.268300 11.522300 0.00000012 EFILE EX2 11.268300 11.268300 0.00000013 RAD -31.2046360000000 TH 41.44465300 AIR13 EFILE EX1 11.268300 11.268300 11.52230014 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIREND

(資料圖)

各個(gè)視場(chǎng)的光線充滿了表面7的孔徑，這被稱(chēng)為光闌。當(dāng)你告訴程序追跡光線時(shí)，它首先必須知道瞄準(zhǔn)光線的位置，以便知道到達(dá)光闌上的位置。例如，HBAR = 1且YEN = 1的光線（全視場(chǎng)邊緣光線）應(yīng)該在表面7的邊緣處。它是如何知道瞄準(zhǔn)目標(biāo)的？這是光瞳定義的問(wèn)題。

最常用的兩個(gè)定義是近軸和真實(shí)光瞳。首先，讓我們看一下使用簡(jiǎn)單的近軸光瞳得到的結(jié)果

可以使用輸入在鏡頭文件中聲明該光瞳定義

RLE

…

APS 7

…

END

但是你會(huì)注意到這個(gè)定義有兩個(gè)問(wèn)題：主光線不會(huì)穿過(guò)表面7的中心，而邊緣光線不會(huì)填滿那個(gè)表面的孔徑。讓我們依次解決這些問(wèn)題。首先，我們聲明表面7是一個(gè)真正的光闌，用

CHG APS

-7

END

減號(hào)表示這是一個(gè)真正的光闌，必須通過(guò)迭代找到主光線。這激活了僅針對(duì)主光線的光線。

現(xiàn)在主光線還可以，但邊緣光線不行。我們需要另一個(gè)命令，它將調(diào)整光瞳的大小，以便很好地充滿光闌。這是WAP 2選項(xiàng)（有三種廣角 – 光瞳（WAP），您可以在用戶手冊(cè)中閱讀。它通過(guò)在光闌的邊緣迭代一些光線來(lái)找到入瞳的形狀。但是這個(gè)選項(xiàng)需要在光闌表面上設(shè)置一個(gè)硬性通光口徑，以便于光線瞄準(zhǔn)。我們假設(shè)當(dāng)前沒(méi)有定義孔徑。您可以執(zhí)行CAP列表 – 查看所有當(dāng)前孔徑的值 – 然后為表面7指定一個(gè)“通光口徑”。該值結(jié)果為3.9937，因此我們可以在CHG文件中輸入該值或使用工作表。以下是使用CHG文件的方法：

CHG

7 CAO 3.9937

END

更簡(jiǎn)單的方法是在CHG文件或WorkSheet編輯窗格中鍵入7 CFIX。這可以修復(fù)當(dāng)前值，所以您不需要自己鍵入它。現(xiàn)在再次使用工作表更改為WAP 2 …

然后單擊“更新”按鈕。你得到的鏡頭如上圖第一張圖所示。現(xiàn)在，主光線和邊緣光線都到達(dá)了表面7上的正確位置。在這里，我們開(kāi)啟了光線，總共瞄準(zhǔn)了五條光線。到到目前為止，這并不復(fù)雜。假設(shè)您正在優(yōu)化鏡頭并且表面7上所需的孔徑不斷變化。在這種情況下，我們固定的孔徑值將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。沒(méi)問(wèn)題。我們指定一個(gè)選項(xiàng)，每次更換鏡頭時(shí)重新計(jì)算該孔徑。這是通過(guò)將指令CSTOP添加到鏡頭輸入文件來(lái)完成的。現(xiàn)在程序?qū)⒏淖?上的CAO，因此它總是等于那里的近軸邊緣光線高度。如果鏡頭的光瞳像差太大，以至于真正的軸向邊緣光線需要與近軸光線有不同的孔徑，請(qǐng)將其更改為CSTOP REAL。您甚至可以指定用于定義此孔徑的真實(shí)光線，如UM中所述。但是所有這些選擇的意義何在？是不是只是為了更容易的對(duì)付那種“光線瞄準(zhǔn)”？其它程序是不是也可以？是的，它更容易 – 但速度要慢得多。通常實(shí)現(xiàn)時(shí)，當(dāng)這些程序追跡任何類(lèi)型的像質(zhì)分析的光線網(wǎng)格時(shí)，它們?cè)诠怅@處創(chuàng)建一個(gè)方形網(wǎng)格，然后迭代每條光線，使其通過(guò)該網(wǎng)格點(diǎn)。所有迭代都需大量時(shí)間。下圖是一個(gè)超廣角鏡頭設(shè)計(jì)的例子。這是鏡頭文件：

RLEID JAMIESON LENS 135 DEGREES 37577FNAME ‘C22L2.RLE ‘LOG 37577WAVL 12.00000 10.00000 8.000000APS -9FILLSTOPWAP 2XPXTRPUPILUNITS MM OBD 1.00000E+09 135. 1.706199485 -44.99895 0 0 1.706199485 0 AIR0 CV 1.0000000000000E-09 AIR1 RAD 42.7770000000000 TH 1.305000001 N1 4.00116571 N2 4.00243362 N3 4.004766681 DNDT 4.100E-04 4.100E-04 4.100E-04 2.05000E+00 1.10000E+01 2.20000E+011 CTE 0.550000E-051 GTB U ‘GE ‘2 CAO 24.89910000 0.00000000 0.000000002 RAD 25.9690000000000 TH 63.51400000 AIR2 HYPERHEMISPHERICAL3 RAD -34.1700000000000 TH 1.566000003 CC 3.326000003 N1 4.00116571 N2 4.00243362 N3 4.004766683 CTE 0.550000E-053 GID ‘GE ‘3 PIN 14 RAD -41.2140000000000 TH 21.08000000 AIR5 RAD -48.1390000000000 TH 1.827000005 N1 4.00116571 N2 4.00243362 N3 4.004766685 CTE 0.550000E-055 GID ‘GE ‘5 PIN 16 RAD -36.4540000000000 TH 0.05200000 AIR7 RAD 24.5320000000000 TH 1.827000007 N1 4.00116571 N2 4.00243362 N3 4.004766687 CTE 0.550000E-057 GID ‘GE ‘7 PIN 18 RAD 35.3880000000000 TH 3.65400000 AIR9 CAO 7.62452400 0.00000000 0.000000009 CV 0.0000000000000 TH 15.24900000 AIR10 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR

光闌位于表面9上，并且由WAP 2選項(xiàng)很好地填充。讓我們看一下表面上的足跡，它顯示來(lái)自全視場(chǎng)的光線：

這肯定不是一個(gè)均勻的方格！采用“光線瞄準(zhǔn)”的那些程序以錯(cuò)誤的方式分布填充該孔徑，根據(jù)該點(diǎn)處的實(shí)際光線密度改變每條光線的有效光焦度。雖然這確實(shí)可以產(chǎn)生對(duì)像質(zhì)的正確評(píng)估，但人們不得不問(wèn)為什么在所有光線迭代中花費(fèi)了這么多時(shí)間。相反，SYNOPSYS找到入瞳的大小和形狀，然后用均勻的網(wǎng)格填充它。對(duì)于上述鏡頭，表面1上的光瞳如下。 SYNOPSYS中的光瞳選項(xiàng)模擬了此分布的輪廓，因此常規(guī)網(wǎng)格可以按原樣填充它。沒(méi)有必要迭代每條光線，因此它更快，并且在光闌處的分布被正確建模。對(duì)于這個(gè)極端的例子，一個(gè)簡(jiǎn)單的輪廓并不是很好（但通常它是由橢圓形建模）。在這種情況下，通過(guò)在鏡頭文件中聲明RPUPIL可以找到更好的光瞳。現(xiàn)在它以一個(gè)包圍該橢圓的矩形開(kāi)始，并刪除分布在孔徑外的任何光線。這是進(jìn)入鏡頭時(shí)的形狀： 以下是通過(guò)的光線： 我們更喜歡使用這種方法，而不是其他代碼中使用的計(jì)算比較慢“光線瞄準(zhǔn)”。不要忘記查看對(duì)話框MPW（菜單，光瞳向?qū)В┖蚆OW（菜單，物面向?qū)В梢酝ㄟ^(guò)復(fù)選框和從各種選項(xiàng)中選擇來(lái)定義所需的光瞳類(lèi)型。這兩個(gè)對(duì)話框都做了很多相同的事情，但它們的原理方式不同; 您可以根據(jù)您的喜好選擇。光瞳向?qū)В?物面向?qū)В?哪種方式更好？

SYNOPSYS中獨(dú)特的光瞳定義提供了一個(gè)有趣的可能性 – 這很方便，但需要一些習(xí)慣。讓我們說(shuō)明一下。首先，我們將向您展示一些不符合您期望的光線，然后我們將描述一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)保持正確的光線。取出命名為1.RLE的鏡頭。

RLEID MIT 1 TO 2 UM LENS 119FNAME ‘1.RLE ‘LOG 119WAVL 1.970100 1.529600 1.060000APS 4NOVIGUNITS MM OBB 0.0000000 7.0000000 17.5000000 -1.05311319975 0.0000000 0.0000000 17.5000000MARGIN 1.270000BEVEL 0.2540010 AIR1 RAD 86.7200000000000 TH 4.000000001 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.288241841 DNDT 4.330E-05 4.330E-05 4.330E-05 6.32800E-01 3.39000E+00 1.06000E+011 CTE 0.650000E-051 GTB U ‘ZNS ‘1 EFILE EX1 19.582988 19.582988 19.836989 0.0000001 EFILE EX2 19.117143 19.582988 0.0000002 RAD 256.1599999999999 TH 1.90921550 AIR2 EFILE EX1 19.117143 19.582988 19.8369893 RAD 23.3200000000000 TH 7.648714303 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.288241843 CTE 0.650000E-053 GID ‘ZNS ‘3 EFILE EX1 17.645011 17.645011 17.645011 0.0000003 EFILE EX2 15.628478 17.391010 0.0000003 PIN 14 RAD 46.0900000000000 TH 1.00000000 AIR4 EFILE EX1 15.628478 17.391010 17.6450115 RAD 50.8000000000000 TH 3.000000005 N1 2.42680709 N2 2.43804204 N3 2.469732645 GTB U ‘AS2S3 ‘5 EFILE EX1 15.127101 15.127101 15.381102 0.0000005 EFILE EX2 12.658484 15.127101 0.0000006 RAD 17.3870000000000 TH 28.71738800 AIR6 EFILE EX1 12.658484 15.127101 15.3811027 RAD 27.1400000000000 TH 3.500000007 N1 2.26522482 N2 2.27174246 N3 2.288241847 CTE 0.650000E-057 GID ‘ZNS ‘7 EFILE EX1 13.589301 13.589301 13.589301 0.0000007 EFILE EX2 12.890646 13.335300 0.0000007 PIN 18 RAD 65.2260000000000 TH 16.29978150 AIR8 EFILE EX1 12.890646 13.335300 13.5893018 TH 16.299781508 YMT 0.000000009 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIREND

在PAD中查看：

此時(shí)鏡頭已在表面4上指定了一個(gè)近軸孔徑。在PAD中，單擊PAD頂部按鈕，然后選擇繪制單根光線的選項(xiàng)。單擊“確定”，將打開(kāi)一個(gè)小框，您可以使用兩個(gè)滑塊選擇要繪制的光線。將頂部滑塊移至全視場(chǎng)（HBAR = 1），將底部移至全孔徑（YEN = 1）。此對(duì)象已定義為正角度，這意味著“全視場(chǎng)”光線從軸下方的對(duì)象開(kāi)始。

您可以按預(yù)期看到全視場(chǎng)邊緣光線。

現(xiàn)在將頂部滑塊移動(dòng)到視場(chǎng)的底部（HBAR = -1）。

再來(lái)一次，光線進(jìn)入光瞳的頂部。這是近軸光瞳的基本情況。關(guān)閉光線顯示對(duì)話框，打開(kāi)工作表，并將光闌指定更改為APS -4，

在工作表中。請(qǐng)記住，全視場(chǎng)位于負(fù)Y坐標(biāo)處，遠(yuǎn)離鏡頭左側(cè)。現(xiàn)在再次打開(kāi)單光線對(duì)話框，再次將其設(shè)置為全孔徑和全視場(chǎng)。

“全孔徑”光線現(xiàn)在位于光瞳的底部。為何如此？

簡(jiǎn)單，此功能旨在使您可以輕松糾正羽化邊緣，無(wú)論您在哪個(gè)視場(chǎng)尋找。如上圖所示，如果羽化是一個(gè)問(wèn)題，你可以沿著“上部”邊緣光線（顯示的光線）進(jìn)行校正。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到較低的視場(chǎng)，HBAR = -1。

要糾正的光線仍然是上邊緣光線！程序根據(jù)您要追跡的視場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)整個(gè)入瞳。如果您在傾斜視場(chǎng)中追跡一個(gè)點(diǎn)，“上邊緣光線”將變成極端歪斜光線，因此您可以輕松控制羽化邊緣。如果我們讓所有視場(chǎng)上邊緣光線和下邊緣光線的定義相同（就像光瞳一樣）; 你必須找出要修復(fù)的傾斜光線，然后為它創(chuàng)建一個(gè)像差。

那么如何才能輕松找出要檢查或糾正羽狀邊緣的光線？簡(jiǎn)單。PAD顯示屏打開(kāi)時(shí)，按F7鍵。只顯示“較低”的邊緣光線。F8鍵僅顯示“上部”。只需按一下鍵就可以判斷哪條光線在哪里！

這種光瞳定義還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：入射光瞳通常被建模為橢圓形，如本課程的第一部分所示，并且事實(shí)證明橢圓也隨著視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。因此，它可以模擬場(chǎng)中所有點(diǎn)的漸暈光瞳。

有關(guān)旋轉(zhuǎn)光瞳的示例，請(qǐng)參閱用戶手冊(cè)中的第2.6.2節(jié)。

程序根據(jù)全視場(chǎng)物體高度的符號(hào)決定哪條光線稱(chēng)為“上部”光線。由于在這個(gè)例子中光線在是負(fù)視場(chǎng)的，它將邊緣光線翻轉(zhuǎn)為正HBAR。在負(fù)HBAR處，對(duì)象來(lái)自正Y坐標(biāo)，并且光線不會(huì)翻轉(zhuǎn)。

在HBAR = 0？為避免混淆既不是正視場(chǎng)也不是負(fù)視場(chǎng)，程序會(huì)在那里顯示一個(gè)非常小但非零的視場(chǎng)。

試試F7和F8鍵。您將了解更多。