本系列共3篇文章，旨在介紹如何使用OpticStudio序列模式界面進(jìn)行操作。本文以單透鏡為例，介紹了設(shè)計(jì)透鏡的基本過程，包括第1部分：構(gòu)建系統(tǒng)（點(diǎn)擊查看文章）、第2部分：分析性能，以及第3部分：根據(jù)所需的參數(shù)和設(shè)計(jì)約束對其進(jìn)行優(yōu)化。

簡介

本篇是由三篇文章組成的系列文章的第2部分。介紹了系統(tǒng)的布局圖(Layout)，給出了系統(tǒng)的可視化表示，然后重點(diǎn)對點(diǎn)列圖(Spot Diagram)、光程差圖(OPD Fan)和光線光扇圖(Ray Fan)進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)的像差進(jìn)行了評價(jià)，還解釋了如何使用快速聚焦工具(Quick Focus tool)來更好地定位像面的位置。? ?

在第1部分中， 我們討論了如何使用系統(tǒng)選項(xiàng)(System Explorer)和鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(Lens Data Editor)設(shè)置系統(tǒng)。在第3部分，將討論如何優(yōu)化單透鏡，在設(shè)計(jì)約束下獲得更好的性能。（持續(xù)關(guān)注即將更新后續(xù)部分內(nèi)容）

在優(yōu)化之前評估系統(tǒng)性能?

OpticStudio中包含了許多不同的分析功能，每個(gè)功能都可以用來評估設(shè)計(jì)的性能。在此次練習(xí)中，將使用四種更基本、更常見的系統(tǒng)性能分析功能來評估優(yōu)化之前的單透鏡：

點(diǎn)列圖(Spot Diagram)、光程差圖(OPD Fan)和光線光扇圖(Ray Fan)是透鏡設(shè)計(jì)者用來確定光學(xué)系統(tǒng)中存在的不同類型和不同程度像差的最重要的工具。然而，設(shè)計(jì)人員根據(jù)這些分析功能確定設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的像差的過程超出了本練習(xí)的范圍。

基于我們目前所搭建的設(shè)計(jì)，打開以上的每一個(gè)分析窗口來回顧當(dāng)前鏡頭的性能。

?

從以上四個(gè)圖的評估中可以明顯看出，單透鏡設(shè)計(jì)有大量的像差，包括但不限于球差、彗差、畸變、離焦、場曲和像散。此外，根據(jù)下面點(diǎn)列圖底部的數(shù)據(jù)可以看出，最大視場的GEO半徑和RMS半徑分別為: 1774.42μm和734.581μm。
?

使用快速聚焦工具

從四個(gè)分析功能給出的結(jié)果可以看出，單透鏡在此時(shí)的性能肯定不是最優(yōu)的。性能相當(dāng)差的一個(gè)重要因素是像面位置的隨機(jī)選擇。從上面的布局圖(Layout)來看，當(dāng)前選擇的像面并沒有處于“最佳焦點(diǎn)”。

即使在優(yōu)化之前，也可以使用OpticStudio中的工具來更好地定位當(dāng)前像面的位置。該工具稱為快速聚焦(Quick Focus)。快速聚焦是OpticStudio的一個(gè)功能，它可以調(diào)整像面之前表面的厚度，以使RMS像差最小。

可以通過選擇優(yōu)化(Optimize)>手動(dòng)調(diào)整(Manual Adjustment)>快速聚焦(Quick Focus)或按下鍵盤上的<Shift + Ctrl + Q>打開快速聚焦對話框?！白罴呀裹c(diǎn)”的目標(biāo)值將取決于所選擇的標(biāo)準(zhǔn)。對于單透鏡設(shè)計(jì)，將使用相對于質(zhì)心的光斑半徑。選擇光斑半徑(Spot Size Radial)，并在“使用質(zhì)心(Use Centroid)”選項(xiàng)框打勾。

單擊?OK?運(yùn)行并關(guān)閉快速聚焦對話框。

注意，像面之前表面的厚度將自動(dòng)改變。默認(rèn)情況下，分析窗口將自動(dòng)更新，但是如果沒有更新，您可以通過單擊窗口左上角的更新(Update)分別更新它們。僅僅由于像面位置的改變，您就可以看到性能有相當(dāng)大的變化。最重要的是，最大視場的GEO半徑和RMS半徑減小了近兩倍!

盡管設(shè)計(jì)比以前好，但仍有改進(jìn)的空間。在如何設(shè)計(jì)單透鏡，第三部分：優(yōu)化，將解釋如何設(shè)置和執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)化，使其達(dá)到更好的性能，請期待后續(xù)更新。