自动生成光线像差

optics1210

自动光线生成功能构造所选类型的光线图案，并将所选光线特性添加到评价函数中。此功能不需要上一节中描述的“M TAR WT ...”命令行，因为每个光线或模糊尺寸的目标和权重由程序根据模式助记符中内置的规则分配。输入包含以下一个或多个命令行：

GNR RT WT DEL ICOL  HBAR GBAR [ SN [ F [ XWT ] ] ]		横坐标
GXR RT WT DEL ICOL HBAR  GBAR [ SN [ F ] ]		仅校正XC坐标
GYR RT WT DEL ICOL  HBAR GBAR [ SN [ F ] ]		仅校正YC坐标
GSR RT  WT DEL ICOL HBAR GBAR [ SN [ F ] ]		仅弧矢光扇，校正XC
GTR RT  WT DEL ICOL HBAR GBAR [ SN [ F ] ]		仅子午光扇，校正YC
GPR RT WT  DEL ICOL HBAR GBAR [ SN [ F [ XWT ]  ] ]		来自主光线的误差
GNO RT WT DEL ICOL  HBAR GBAR [ 0 F ]		OPD目标
GSO RT  WT DEL ICOL HBAR GBAR [ 0 F ]		仅弧矢光扇
GTO RT WT  DEL ICOL HBAR GBAR [ 0 F ]		仅子午光扇
GPO RT  WT DEL ICOL HBAR GBAR [ 0 F ]		主光线基准点
GO2 RT WT DEL ICOL  HBAR GBAR [ 0 F ]		OPD目标平方
GNN 0 WT DEL ICOL HBAR GBAR  [ SN ]		对质心的校正
GNV 0 WT DEL ICOL HBAR GBAR  [ 0 F ]		波前方差
GPV 0 WT DEL ICOL HBAR GBAR  [ 0 F ]		主光线基准点
GTP RT WT DEL ICOL  0 0 SN		表面SN上的光瞳像差
GDR 0 WT DEL  [ ICOL / P ] HX HY [ 0 F ]	校正畸变的阵列。HX和HY在X和Y的全视场给出主光线的目标XA和YA。如果XPP0为0，则只考虑Y中的目标。如果“F”在第9个词中，那么正的和负的GBAR都校正。(此形式不支持色差“M”。)
GSHEAR SHEAR WT DEL ICOL  HBAR GBAR  [ X / Y [ F ] ]		见如下

RT是孔径相关的加权因子，每条光线的权重如下:

weight = WT / (Xen**2 + Yen**2) **RT

Xen和Yen是光线的分数入瞳坐标。如果RT为0，那么对于生成的所有光线，光线的权重就等于WT。若RT为非零，则每条光线的权重取决于其分数孔径(FA)；RT值为1将使光线的权重为1 / FA**2。一般来说，0值会产生高对比度的图像，而1值会产生低对比度但高分辨率的图像。中间值将产生中间结果，应该根据单个镜头的需求选择RT值。

一个很好的规则是，要优化RMS点大小，RT的值应该为零。当计算RMS点时，所有光线的权重都是相等的。另一方面，要获得最高的MTF，值达到1.0可能是最好的；当它达到最大限度后，你可以切换到MTF像差或者优化给定的OPD的GSH方法。例如，如果想把MTF峰值设为截止值的0.33，SHEAR将是033。对于使用OPD最大化Strehl比，这个值通常应该是1.0，因为这个权重适用于计算Strehl比的波前方差。

如果你输入一个非零RT值，程序就会改变WT参数，这样这组光线的总体影响与RT为0时大致相同。这样做是为了确保，当改变RT的值时，所要求的任何机械目标与光线像差之间的平衡不会发生很大的改变。否则，靠近光瞳中心的光纤可能获得一个非常大的权重并迫使程序打破这个平衡，忽略其他要求仅为控制这些光线。因此，当调整WT时，靠近中心的光线会有更大的权重，而靠近边缘的光线会有更小的权重，导致图像结构发生变化，但同时也保持对机械或其他目标的控制。在大多数情况下，RT的值应该在0到1之间。较大的数值会破坏WT的调整，可能会破坏这个平衡。

如果模式开关83是打开的，上面给出的权重将乘以分配给镜头文件中波长的色差权重。

在以上所有定义中，可以用“P”来代替色差编号。这只请求主波长色差。还可以使用字母“M”，这将导致在所有已定义的色差中生成一组光线像差。如果希望每种色差的权重不同，必须为每种色差输入分别的请求。

GNR请求将为网格中的每条光线生成一个YC和一个XC像差，其分辨率由DEL给出。DEL表示要对半孔径进行分区的数量，如下所示。

如果输入XWT，XWT是应用于光线像差X分量的权重，可能与Y分量的权重WT不同。默认XWT = WT。对于在X方向色散的单色器，有时将XWT设置为小值，将WT设置为较大值是有用的。

对于GNR请求，即使生成两个像差，也只追迹每条光线一次。如果输入了GNO，则会为每条光线生成一个像差，即光线的OPD。GSR和GTR只在弧矢或子午光光扇中产生光线。GPR和GPO根据主光线位置（principal ray location）而不是主光线（chief ray）定义光线误差。（主光线（chief ray）总是用主要色差，而主光线（principal ray）是用光线集的色差。)这对于光谱仪的设计很有用，因为在光谱仪中，不同色差的图像被广泛地分离。

输出一个消息，给出由这些选项生成的光线数量。如果在AANT命令之前关闭开关29，那么优化程序将在AANT命令中查找可选的[P]。如果找到[P]，程序会列出产生的光线的数量。如果没有找到，则列出每条光线的完整细节。

如果输入的DEL是负数，那么光线将在光瞳的左侧产生。如果可选的F包含在请求的第9个词中，则用两倍的光线追迹光瞳的两边。如果透镜不是左右对称，则应输入F。

DEL的值通常应该在2到6之间。DEL = 4产生26条光线，这个数随这个值的平方而变化。对于大多数系统，DEL = 4是足够的。对于不填充网格的GSR和GTR光线集，有时更大的数字是合适的。

可以按照与自动生成的光线相同的评价函数来指定单独的光线。例如，如果横向色差不容易被GNR像差控制，则可以用

AANT
GSR .5 2 5 2 0	在轴上校正色差2的5条光线。
GNR .5 1 4 1 1	光线网格，色差1，全视场
GNR .5 1 4 2 1	同上，色差2
GNR .5 1 4 3 1	色差3
M 0 10 A 1 YA 1	用更高权重校正色差
S 3 YA 1	(定义见下一节)
END

这个输入将在全视场上产生三个色差的26条光线。轴上像的相对权重为2，离轴像的权重为1。在每个视场点的带状光线的权重比边缘光线的权重大1 / 2 * FA * *2，因为RT = .5。为了改善横向色差，我们指定在全视场的色差1和3的光线应该具有相同的Y-截距，且权重为10。(这个例子假设镜头已经被设置为长和短波长用色差1和3，，主波长用色差2。)

GNN相对于光线的质心而不是主光线截距校正光线，并且总是在整个光瞳上追迹（因为铅笔的质心在一半的光瞳是偏心的而且不合适）。当GNR为每条光线产生两个像差时，GNN仅为整个光线集只产生一个像差：从质心测量的平均平方点大小。为了获得最佳的效果，镜头应该尽可能地通过单个的光线像差或GNR请求进行优化，而且GNN选项只用于使最终图像达到峰值。GNN选项还允许明确地控制质心坐标。(见10.3.3节)由于GNN选项忽略了主光线的位置，因此它不会自动控制横向色差，应该为此添加特定的目标。

GNV导致对所有生成的光线计算波前方差。在设计的最后阶段，GNV对于提高性能是很有用的。注意，GNN和GNV都不支持非零RT命令;所有光线均被同等地加权。方差相对于以主色差主光线点为中心的球面。因此，如果所要求的色差不是主色差，则横向色差效应会自动校正。为了使MTF在给定频率达到峰值，GSHEAR选项是比较好的。

GPV选项类似于GNV，除了OPD参考面在所请求的色差以居像点为中心。这个点使这个色差的方差最小，通常不是在主光线点。当你想要每一个色差都形成清晰的图像时，GPV是有用的，但不考虑横向色差，这是不受这个选项控制的。

GO2与GNV类似，但通常更强大。虽然原则上最小化方差(用GNV)应该最大化Strehl比，但它有两个缺陷。首先，方差对平均OPD不敏感，因为它定义为平方的平均值减去平均值的平方。因此，如果这两个都是大的，程序只会控制它们的不同，而OPDs本身并没有被强烈地优化为0同时，该过程丢弃每个OPD的符号信息。相反，GO2计算每个OPD的平方，然后将OPD本身的符号赋给结果。最终的效果是减少OPD的平方和，如果平均值是0，那么方差也会减少，同时尝试将每个OPD减少到0。

GSHEAR是MTF像差的替代品，它只能在设计非常接近完美时使用。如果GSHEAR已经接近一个好的解，那么它也是最好的，但它更宽容，可以在过程的早期使用。此形式为图案中的每个点创建两条光线的追迹，相对于该点在光瞳中以X或Y剪切。目的是在输入的剪切值下改善卷积MTF。它还接受色差“M”和“P”。剪切值是半孔径的分数。因此，1.0的剪切值对应于截止频率，并且0.5或更小的值通常是合适的。RT值不适用于此形式。较大的剪切值产生较少的光线，因为忽略了从光瞳剪出的光线。

只有考虑有助于最终图像的入瞳的光线才有意义，以上选项有一些实现这一需求的方法。大多数复杂的光瞳搜索选项都是相当耗时的，只有在需要的时候才会用到。由于这个原因，有几个速度更快且在适当的地方可以使用的近似级别。较慢且更准确的方法使用WAP2和3，而较快的方法根据简单的规则修改近轴光瞳。因此，我们得到一种相当精确的方法来快速优化镜头，同时期望稍后改变到更精确的光瞳描述，以便最终优化。VFIELD选项介于两者之间；通过搜索找到这些数据，然后用来修改近轴光瞳。

要使用最简单的渐晕选项，将一个近轴光瞳分配到透镜上，然后用以下输入声明此光瞳是渐晕的

VSET FRACPOS                (VignettingSET).

这两个参数指定了光束尺寸减小和在近轴光瞳中偏心的程度。当可以估计在最终镜头中出现的期望的渐晕性质时，此选项是合适的。因此，你设计给光瞳，然后再指定实际给出渐晕的通光孔径和光瞳定义。这种方法非常快，而且通常非常准确。

VSET命令必须出现在AANT文件中的生成光线的命令之前。FRAC是所有光线的相对Y坐标在全视场减小到的分数值，而POS是在全视场的Y方向的分数偏移。如果向上边缘光线移动，则POS是正的。

因此，要将全视场光线压缩到正常高度的70%，并将产生的椭圆光瞳的中心向上边缘光线的方向偏移近轴光瞳半径的25%，就需要输入

VSET .7 .25

然后随后使用GNR请求。其他视场点按比例受影响，轴上点不受影响。只有减小Y坐标。光线均匀分布在压缩的光瞳中；因此，光线集的中心光线移动POS，但是测量截距误差的主光线仍然居中在名义上的光瞳中。如果希望主光线居中在缩小和移位的光瞳中，那么不建议使用VSET选项，而应该使用VFIELD选项。

VSET和VFIELD功能的主要区别在于后者成为镜头的永久部分，而它定义的缩小光瞳适用于SYNOPSYS的所有特性。另一方面，VSET是一个临时设置，只适用于用于优化的光线网格几何学。它的目的是在优化过程中提供一个评估各种渐晕因素(用VSET)的快速方法——当你的设计看起来很有前途，你知道需要多少的渐晕，你可以把合适的VFIELD分配给镜头。然后可以分析这个系统，找到实际给出渐晕（用CFIX）的通光孔径，或者创建一个更新的VFIELD参数集来反映这些孔径(用FVF)，如果有必要的话，用那个光瞳定义(没有VSET)重新优化镜头。找到给出需要的渐晕的孔径的一种简单的方法是使用WorkSheet，在WorkSheet中，可以指定并更改所需表面的CAO，同时观察光线光扇图以查看光扇正确地截断哪个CAO值。

在同一个AANT文件中修改之前，当前的VSET命令仍然有效，对于备用配置优化，可以在每个光线集请求之前按需要输入额外的VSET命令。VSET命令还减小了使用ECP和ECN请求评估边缘羽化的孔径(参见10.3.7)。

输入命令

OBS P1 R1               (或OBSET R1)       (OBScurationSet)

将从自动生成的光线集中删除在分数半径R1的P1处的弥散斑。

GTP产生所有通过入瞳中心的光线的TFAN。在本例中，光扇是HBAR点的集合。该功能用于校正给定表面上光瞳的球差。需要注意的是，如果镜头使用广角（WAP）光瞳选项或VFIELD，那么主光线一般不会穿过光阑的中心，使用GTP功能可能没有意义。