SYNOPSYS中变量参数定义文件（PANT）的格式和意义

opticsV

摘自User's Manual 10.2节

SYNOPSYS的PSD优化程序中，只有变量参数才可用于优化程序。在PANT文件中定义变量参数，最多可以指定400个变量，其格式如下：
PANT [P]

[ RDR FRACTION ]
[ CBOUNDS ND1 VD1 ND2 VD1 ]
[ FBOUNDS ND1 VD1 ND2 VD1 ]
[ CLIMIT UPPER LOWER ]
[ TLIMIT UPPER LOWER ]
[ SLIMIT UPPER LOWER ]

[ CUL CROWNLIMIT ]
[ FUL FLINTLIMIT ]

[ CLL CROWNLLIMIT ]
[ FLL FLINTLLIMIT ]

VY SN parameter [ UPPER LIMIT LOWER LIMIT [ INCREMENT ] ]
VLIST parameter SN SN SN …
VLIST RAD ALL [ EXCEPT SN SN SN ...]
VLIST CSUM ALL  [ EXCEPT SN SN SN ...]
VLIST CDIFF ALL  [ EXCEPT SN SN SN ...]

VLIST TH ALL
VLIST TH ALL EXCEPT SN SN SN ...
VLIST TH ALL OVER VALUE
VLIST TH ALL OVER VALUE  EXCEPT SN SN SN ...

VLIST TH ALL GLASS
VLIST TH ALL GLASS  EXCEPT SN SN SN ...
VLIST TH ALL GLASS  OVER VALUE
VLIST TH ALL GLASS  OVER VALUE   EXCEPT SN SN SN ...

VLIST TH ALL AIR
VLIST TH ALL AIR  EXCEPT SN SN SN ...
VLIST TH ALL AIR  OVER VALUE
VLIST TH ALL AIR  OVER VALUE   EXCEPT SN SN SN ...

VLIST GLM ALL [ EXCEPT SN SN SN ...]

VLIST CC ALL [ EXCEPT SN SN SN ...]

VLIST G ALL [ EXCEPT SN SN SN ...]

VY SN NURBS

VY SN XNURBS

VY SN ZERNIKE [ SYMM / RSYMM / NLSYMM]

VY SN DOE [ SHAPE ] [ UPPER LIMIT LOWER LIMIT INCREMENT ]

VY SN DCA [ SYMM / RSYMM ]

END

下面我们来介绍以上每一行命令的意义。
在SYNOPSYS的默认模式下，在PANT命令行的可选[P]没有影响。此模式给出优化过程中打印输出的最小数量，并自动包含PANT和AANT的输入数据列表。如果模式开关29关闭，程序将检查PANT命令的[P]，并在存在[P]时返回输入。如果P不存在，将打印一个更长但可读的所有变量的运行记录。换句话说，如果想要一个非常短的列表，请打开开关29。要返回输入，关闭29并包含P；要较长的总结，关闭P。

正确选择增量大小对于任何有限差分程序的成功都是很重要的。过大的增量可能会由于非线性而产生误差，过小可能由于数值精度问题而产生误差。默认值通常是适当的，在必要时可以覆盖这些值。
实现最佳增量的最简单方法是使用模式开关7(默认设置)。此开关重新计算每次通过时的增量。假设初始增量在第一次通过时成功，那么后续通过将使用新的值。
虽然默认的导数增量大小通常是有效的，但是当一个参数被扰动时，一些光线由于TIR或MCS错误而无法追迹。这种情况通常发生在镜头极小的时候，在这种情况下，希望用某个系数减少默认增量，可以使用RDR函数，其中FRACTION是所需的折减系数。要将默认增量减少到正常值的1%，可以在PANT文件中输入
RDR 0.01
此参数仅影响起始增量，如果开关7打开，则将在每次迭代时计算新值。

您可以输入每个变量的上限和下限，如果不输入，程序将替换默认值。这些边界条件约束了变量的偏移。如果在特定的迭代中违反了某个边界，程序将缩放解向量，使变量精确地移动到该边界，然后删除该变量。如果模式开关1打开，则在运行期间变量将保持在该值。如果关闭开关1，它在下一次迭代中可以自由移动。通常，变量会继续违反一个边界，并且通过打开开关1，永久地删除该变量会更有效的。然而，在设计的早期阶段，当设计形式还没有确定时，最好关闭开关1，因为边界冲突可能只是暂时的。
约束变量的另一种方法是在像差阵列(AANT)中将其值作为目标，这种方法在违反边界时不会使变量从变量列表中删除。这种类型的控制可以给出精确的目标或单边边界。如果希望变量移动到特定值并保持在该值，或者必须在非常窄的区域内约束该变量，则建议使用此方法。如果尝试使用参数限制来在窄区域内约束一个变量，则在第一次通过时，该变量可能固定在一个边界或另一个边界上，即使最好的解很可能在其他地方。因此，在这种情况下，最好给出一个宽的边界并使用AANT文件控制该值。

CBOUNDS定义冕牌边界，FBOUNDS定义火石边界。CBOUNDS和FBOUNDS用于更改适用于GLM、GBC和GBF格式的玻璃变量的色散部分（VD）的默认边界。这些数据最容易通过Glass Map开发。在每一行中输入一对Nd和Vd值，首先是最高的折射率值，例如
CBOUNDS 1.88 40.43 1.49 78.53
FBOUNDS 1.92 22.16 1.50 62.67.
如此输入的边界适用于所有变化的玻璃模型，除了指定为PLASTIC的元件。在这种情况下，将应用窄的默认边界，并忽略输入的边界。

CUL和FUL改变冕牌和火石玻璃折射率的默认上限。CUL用于GLM和GBC变量，而FUL仅用于GBF变量。冕牌玻璃的默认限额是1.9，而火石的默认限额是1.92。例如，如果你正在设计一个i-Line镜头，没有合适的折射率超过1.6的玻璃，你可以在这里限制玻璃变量到这个限度。CLL和FLL改变冕牌和火石玻璃折射率的默认下限。默认值是1.501，可以增加这个值，但是不要减少这个值。请注意，这些设置在您更改或重新启动程序之前仍然有效。

曲率和厚度变量的默认边界可以通过条目CLIMIT…和TLIMIT ...设置。对于曲率默认限制为+/- 5.0(对应的半径为0.2)，对于厚度和空气间隔，默认限制为1.0e5和1 mm。将厚度变量的绝对值与限制值进行比较，因此只需要输入正限值。如果设计一个包含非常小的元件的系统，其中厚度可能小于1毫米，可以输入
TLIMIT 100 0.1
来设定一个更小的下限。这个限制适用于所有的VLIST TH变量，和所有的VY SN TH变量。为了影响这些变量，必须在声明厚度变量之前输入此限制。
在默认情况下，应用于空气间隔的限制与TLIMIT限制相同，但是可以使用SLIMIT输入覆盖这些数据。然后提供的数据将应用到作为变量的空气间隔。因此，如果输入SLIMIT，则必须在TLIMIT之后。为了影响这些变量，必须在声明厚度变量之前输入限制。

parameter是标识参数的代码字，我们将在下一个帖子讲它允许的条目。UPPER LIMIT和LOWER LIMIT给出了允许参数移动的范围，INCREMENT用有限差分法计算导数。
VLIST选项对输入的变量使用默认的限制和增量。有几种版本的VLIST。格式ALL适用于多种变量类型，自动扫描镜头和分配变量到那些满足某些要求的表面。
对于RAD变量，要求是：
1. 表面是球面的或圆锥面的，而不是平面的。
2. 没有拾取和设定解。
3. 物面和像面保持不变。
对于TH变量，要求是：
1. 没有拾取和设定解。
2. 它不是HOE，DOE或GRATING的一部分。
3. 它不在PRISM中。
对于GLM变量，要求是：
1. 它没有拾取另一个折射率。
2. 它已经定义了GLM材料。

我们可以将表面从ALL变量中排除出来，方法是在EXCEPT助记符之后声明要排除的表面编号，EXCEPT在该命令行第4个字。通过选择合适的选项，由ALL设置生成的厚度变量可以限制为空气间隙、玻璃厚度，或者仅限制当前超过指定值的厚度。因此，如果镜头的一些空气间隔在默认最小值1毫米，你不希望那些空气间隔被声明为ALL格式的变量，因为空气间隔总是希望变小，但不能这样，那么你可以声明
VLIST TH ALL OVER 1.1
该选项检查当前厚度的绝对值，如果值小于已声明的阈值，则绕过该变量。

VLIST GLM ALL ...选项仅在已经指定玻璃模型的表面上改变玻璃模型。这与VY SN GLM形成对比，VY SN GLM尽可能地在所要求的表面上限定玻璃模型，而不管其当前状态如何。如果表面尚未指定模型，VY SN GLM将尝试查找复制当前折射率值的模型参数。只有当前波长与CDF波长差别不大时，此搜索才有可能成功。如果失败，变量将被删除，然后建议您在尝试将其用作变量之前自己插入合理的玻璃模型。这种格式的一个常见用途是，当您每次希望用真实玻璃替换玻璃模型时，在更改下一个之前重新优化每个案例。然后，VLIST ALL GLM格式将继续改变镜头中剩余的玻璃模型，但将保留所有指定的玻璃库中的玻璃。因此，您不必删除每个受影响的变量，就像单独声明GLM变量一样。

VLIST CC ALL…选项将改变已经有圆锥常数的所有表面的圆锥常数。包括普通非球面、Zernike表面、线性样条和三次样条曲线以及非球面环形表面。它不适用于任何USS类型，其中有些类型具有赋给G系数的圆锥项。这些类型必须确定地随适当的G项变化。

VLIST G ALL…选项将改变DC1等形式的非球面上的所有非零G系数。它不会改变任何其他表面形状上的G项；要改变它们，必须在每个表面的每一项上输入确定变量。NURBS和ZERNIKIES也有其他选项。

VLIST允许输入具有给定变量类型（如曲率或厚度）的多个表面。当使用此形式时，将应用默认限制和增量。可以指定任何不带额外数值参数的有效parameter，例如，
VLIST RAD 1 2 3 5
是允许的，但是不允许
VLIST AT NB 1 2 3...                (无效)
因为AT变量需要额外的参数NB，指定作为一个组倾斜的表面的数量。可以输入任何数量的VY或VLIST命令，高达总共400个变量。

VY SN NURBS将改变适用于控制点的z坐标的所有G项。如果表面在Y-Z平面上被定义为对称的(有原始输入)，那么只有一半的项会发生变化；另一半会拾取这些值。表面必须已经定义为NURBS表面类型USS 15。形式XNURBS是类似的，但是它适用于表面类型USS 24并改变XLD变量。

VY SN ZERNIKE [SYMM / RSYMM / NLSYMM]只适用于已经声明为ZERNIKE的表面。它将改变系数1到37的G项，除非输入可选的SYMM、RSYMM或NLSYMM。前者只会随双边对称而变化G项，第二个只会随旋转对称而变化G项，第三个与第二个类似，但不改变G 2项，G 2项在Y中是线性的，其工作原理与alpha倾斜变量一样（如果也改变倾斜，则对于一阶，效果是多余的）。使用G 38和G 39项改变中心偏移；使用G 51项改变Y比例因子。使用G 50项改变单位孔径。如果ZVZ选项有效，这些形式都不会改变G 37项，这由该选项管理。

VY SN DOE [SHAPE]只对用以下四种形式声明DOE的表面起作用：真正的DOE、USS 16、USS 20和USS 25。USS 16和USS 20类型包含基本形状的描述和定义异构化区域的OPD函数。对于这两个类型，可以输入可选的SHAPE限定符，并且程序将只改变描述该形状的那些项。如果省略该限定符，它将改变描述OPD函数的项。根据定义，USS 25类型通常应用于平面基板，程序忽略限定符并改变描述OPD函数的项。如果表面是一个真正的DOE，要改变的项取决于选择哪一个多项式来描述OPD函数。如果是一个G系列多项式，它会改变G 16到G 31项。如果是S型多项式，则改变G 16到G 36项。如果是一个XDD多项式，则改变G 16到G 48项。Zernike项目前不能用此输入格式进行更改。（必须更改该形状的明确LHG和RHG项。）

VY SN DCA [SYMM / RSYMM]适用于当前为球形、圆锥形或扁平的表面。它将基本非球面项应用于该表面，并根据第4个字中的指令改变其中的部分或全部。SYMM只改变X中对称的项，确保了双边对称。rsymm只改变旋转对称的项。