概述

本系列共三篇文章，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(guò)程，包括構(gòu)建系統(tǒng)（第1部分）、分析性能（第2部分），以及根據(jù)所需的參數(shù)和設(shè)計(jì)約束對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化（第3部分）。

引言

這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(duì)點(diǎn)列圖(Spot Diagram)、光程差圖(OPD Fan)和光線像差圖(Ray Fan)進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)的像差進(jìn)行了評(píng)價(jià)。它還解釋了如何使用快速聚焦工具(Quick Focus tool)來(lái)更好地定位像面的位置。

在第1部分中，我們將討論如何使用系統(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部分中，我們將討論如何優(yōu)化單透鏡，在設(shè)計(jì)約束下獲得更好的性能。 

在優(yōu)化之前評(píng)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(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的性能。在此次練習(xí)中，我們將使用四種更基本、更常見(jiàn)的系統(tǒng)性能分析功能來(lái)評(píng)估優(yōu)化之前的單透鏡：

布局圖(Layout)：布局圖可以通過(guò)分析( Analyze)>視圖(System Viewer)> 2D視圖(Cross-Section)打開(kāi)。2D視圖繪制了鏡頭的YZ截面，僅適用于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸對(duì)稱系統(tǒng)。布局圖始終是當(dāng)前光學(xué)系統(tǒng)的一種有效的可視化表示。

點(diǎn)列圖(Spot Diagram)：點(diǎn)列圖可以通過(guò)分析( Analyze)>像質(zhì)分析( Image Quality)>光線跡點(diǎn)(Rays & Spots)>標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)列圖(Standard Spot Diagram)打開(kāi)。點(diǎn)列圖表示點(diǎn)物體所成的像。在沒(méi)有像差的情況下，點(diǎn)物體會(huì)收斂到一個(gè)完美的像點(diǎn)。默認(rèn)情況下，OpticStudio會(huì)繪制的每個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)列圖。

光程差圖(OPD Fan)：光程差圖可以通過(guò)選擇分析( Analyze)> 像質(zhì)分析(Image Quality)>像差分析(Aberrations)> 光程差圖(Optical Path)打開(kāi)。光程差圖是光程差隨光瞳坐標(biāo)變化的曲線。在一個(gè)理想的光學(xué)系統(tǒng)中，波前的光程與出瞳處無(wú)像差球面波前的光程相同。

光線像差圖(Ray Fan)：OpticStudio中的光線光扇圖可以通過(guò)選擇分析( Analyze)> 像質(zhì)分析(Image Quality)>像差分析(Aberrations)>光線像差圖(Rays Aberration)打開(kāi)。光線像差圖是光線像差隨光瞳坐標(biāo)變化的曲線。一般情況下，當(dāng)一條光線通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)成像表面時(shí)，它的交點(diǎn)落在離主光線較小但非零的距離上。同樣，在一個(gè)完美的光學(xué)系統(tǒng)中，任意光瞳位置對(duì)應(yīng)的光線像差上都應(yīng)該是零。

點(diǎn)列圖(Spot Diagram)、光程差圖(OPD Fan)和光線像差圖(Ray Fan)是透鏡設(shè)計(jì)者用來(lái)確定光學(xué)系統(tǒng)中存在的不同類(lèi)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(guò)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(kāi)以上的每一個(gè)分析窗口來(lái)回顧當(dāng)前鏡頭的性能。