SYNOPSYS 光学设计软件课程十八：什么是好光瞳？

其它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。

对于那些不熟悉这些概念的人，让我解释一下。 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。你会看到的是第二中光瞳类型。）

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。

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：

可以使用输入在镜头文件中声明该光瞳定义：

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：

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。

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：

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，无论当前是什么，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 ...

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。

到目前为止，这并不复杂，许多用户不需要任何其他东西。但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，我们固定的孔径值几乎立变得不正确。

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。 所有迭代都需要时间， 很多时间。 下图是一个超广角镜头设计的例子。

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分布填充该孔径，然后为了解释这种错误的分布，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，这是表面1上的光瞳。 这是常规的，因为它应该是：

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：

以下是通过的光线：

我们更喜欢这个，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; 你可以选择你最喜欢的。 我们已经尽可能地使用所有这些功能。

哪条路是向上的？

SYNOPSYS中独特的光瞳定义提供了一个有趣的可能性 - 这很方便，但需要一些习惯。让我们说明一下。 首先，我们将向您展示一些不符合您期望的光线，然后我们将描述一种简单的方法来保持正确的光线。 取出命名为1.RLE的镜头。

在PAD中查看

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。

您可以按预期看到全视场边缘光线。 现在将顶部滑块移动到视场的底部（HBAR = -1）。

再来一次，光线进入光瞳的顶部。 这是近轴光瞳的基本情况。

但并不总是足够的。 关闭光线显示对话框并将光阑指定更改为:

在工作表中。 请记住，全视场位于负Y坐标处，远离镜头左侧。

现在进行一些有趣的改变， 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。

“全孔径”光线现在位于光瞳的底部。 这是怎么回事？

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。

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），那么它就不那么容易了; 你必须找出要修复的倾斜光线，然后为它创建一个像差。一旦你习惯了它，这简单得多。

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”。 Presto! 只需按一下键就可以判断哪条光线在哪里！

这种光瞳定义还有另一个优点：入射光瞳通常被建模为椭圆形，如本课程的第一部分所示，并且事实证明椭圆也随着视场旋转。 因此，它可以模拟场中所有点的渐晕光瞳。 整齐。

有关旋转光瞳的示例，请参阅用户手册中的第2.6.2节。

哦，还有一件事：程序根据全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。

好吧，为避免混淆既不是积极的也不是消极的，程序会在那里显示一个非常小但非零的视场。

试试F7和F8键。 简单。