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

這是單透鏡設(shè)計(jì)系列文章的第3部分。介紹了優(yōu)化的基本概念、如何將參數(shù)設(shè)置為變量、如何使用評(píng)價(jià)函數(shù)向?qū)��?lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的質(zhì)量，并解釋了如何執(zhí)行優(yōu)化本身。最后，本文對(duì)最終的系統(tǒng)性能進(jìn)行了評(píng)估。

在第1部分中，我們討論了如何使用系統(tǒng)選項(xiàng)和鏡頭數(shù)據(jù)編輯器設(shè)置系統(tǒng)。在第2部分中，我們討論了一些可用于評(píng)估系統(tǒng)性能的分析。

設(shè)置變量搭建默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)

單透鏡的性能當(dāng)然是受限的，但是OpticStudio仍然可以找到比目前更好的解。在此過(guò)程中，確定當(dāng)前設(shè)計(jì)具有多少自由度是很重要的。也就是說(shuō)，有多少參數(shù)可以作為變量自由調(diào)整？對(duì)于本練習(xí)中的單透鏡，其中一個(gè)參數(shù)（表面2的曲率半徑）不能再被認(rèn)為是自由變化的參數(shù)，因?yàn)樗�是由一個(gè)求解來(lái)控制以滿足特定設(shè)計(jì)的約束。然而，透鏡的中心厚度（表面1的厚度）,前表面的曲率半徑（表面1的曲率半徑），和后面透鏡與像面的距離（表面2的厚度）都可以作為變量來(lái)使單透鏡的RMS半徑最小化。

為了允許OpticStudio在優(yōu)化過(guò)程中將參數(shù)視為自由度，必須在鏡頭編輯器中表示該參數(shù)的單元格上放置一個(gè)變量求解類(lèi)型。您可以通過(guò)單擊所需單元格右側(cè)的框或高亮適當(dāng)?shù)膯卧�格，并在鍵盤(pán)上按下<Ctrl+Z>來(lái)設(shè)置求解類(lèi)型。在出現(xiàn)的求解對(duì)話框中，選擇變量(Variable)作為求解類(lèi)型(Solve Type)。參數(shù)旁邊出現(xiàn)字母“V”表示變量已經(jīng)設(shè)置完成。在三個(gè)參數(shù)上都放置一個(gè)變量解，這三個(gè)參數(shù)在優(yōu)化過(guò)程中就可以自由變化。

一旦設(shè)置好變量，我們現(xiàn)在就可以構(gòu)造默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)(Merit Function)。評(píng)價(jià)函數(shù)是在一個(gè)完全獨(dú)立于鏡頭數(shù)據(jù)編輯器的編輯器中構(gòu)造的，稱(chēng)為評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器(Merit Function Editor)。通過(guò)優(yōu)化 (Optimize)> 評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器(Merit Function Editor)打開(kāi)評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器。

評(píng)價(jià)函數(shù)(Merit Function)是光學(xué)系統(tǒng)與指定目標(biāo)的接近程度的數(shù)值表示。在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中，OpticStudio使用操作數(shù)列表，這些操作數(shù)分別代表系統(tǒng)的不同約束或目標(biāo)。當(dāng)評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)建完成后，OpticStudio中的優(yōu)化算法會(huì)嘗試使評(píng)價(jià)函數(shù)的值盡可能小。

雖然您可以自己構(gòu)建一個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)，但是讓OpticStudio為您構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)要更加容易。默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)可以通過(guò)從評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器的菜單欄選擇優(yōu)化向?qū)�與操作數(shù)(Wizards and Operands)>優(yōu)化向?qū)? Optimization Wizard )來(lái)構(gòu)建。

選擇此選項(xiàng)后，將出現(xiàn)優(yōu)化向?qū)?Optimization Wizard)對(duì)話框，可以從中選擇各種選項(xiàng)來(lái)定義默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)。本對(duì)話框的所有選項(xiàng)的細(xì)節(jié)信息都在OpticStudio的幫助系統(tǒng)：“優(yōu)化選項(xiàng)卡(Optimize Tab)（序列模式界面）>自動(dòng)優(yōu)化組(Automatic Optimization Group)>評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器（自動(dòng)優(yōu)化組）(Merit Function Editor(automatic optimization group))”進(jìn)行了討論。