如何设计一个单透镜（3）

概述

本系列共三篇文章，旨在介绍如何使用OpticStudio序列模式界面进行操作。本文以单透镜为例，介绍了设计透镜的基本过程，包括构建系统（第1部分）、分析性能（第2部分），以及根据所需的参数和设计约束对其进行优化（第3部分）。

引言

这是单透镜设计系列文章的第3部分。介绍了优化的基本概念、如何将参数设置为变量、如何使用评价函数向导来评估设计的质量，并解释了如何执行优化本身。最后，本文对最终的系统性能进行了评估。

在第1部分中，我们讨论了如何使用系统选项和镜头数据编辑器设置系统。在第2部分中，我们讨论了一些可用于评估系统性能的分析。

设置变量搭建默认评价函数

单透镜的性能当然是受限的，但是OpticStudio仍然可以找到比目前更好的解。在此过程中，确定当前设计具有多少自由度是很重要的。也就是说，有多少参数可以作为变量自由调整？对于本练习中的单透镜，其中一个参数（表面2的曲率半径）不能再被认为是自由变化的参数，因为它是由一个求解来控制以满足特定设计的约束。然而，透镜的中心厚度（表面1的厚度）,前表面的曲率半径（表面1的曲率半径），和后面透镜与像面的距离（表面2的厚度）都可以作为变量来使单透镜的RMS半径最小化。

为了允许OpticStudio在优化过程中将参数视为自由度，必须在镜头编辑器中表示该参数的单元格上放置一个变量求解类型。您可以通过单击所需单元格右侧的框或高亮适当的单元格，并在键盘上按下<Ctrl+Z>来设置求解类型。在出现的求解对话框中，选择变量(Variable)作为求解类型(Solve Type)。参数旁边出现字母“V”表示变量已经设置完成。在三个参数上都放置一个变量解，这三个参数在优化过程中就可以自由变化。

一旦设置好变量，我们现在就可以构造默认的评价函数(Merit Function)。评价函数是在一个完全独立于镜头数据编辑器的编辑器中构造的，称为评价函数编辑器(Merit Function Editor)。通过优化 (Optimize)> 评价函数编辑器(Merit Function Editor)打开评价函数编辑器。

评价函数(Merit Function)是光学系统与指定目标的接近程度的数值表示。在评价函数编辑器中，OpticStudio使用操作数列表，这些操作数分别代表系统的不同约束或目标。当评价函数构建完成后，OpticStudio中的优化算法会尝试使评价函数的值尽可能小。

虽然您可以自己构建一个评价函数，但是让OpticStudio为您构建评价函数要更加容易。默认的评价函数可以通过从评价函数编辑器的菜单栏选择优化向导与操作数(Wizards and Operands)>优化向导( Optimization Wizard )来构建。

选择此选项后，将出现优化向导(Optimization Wizard)对话框，可以从中选择各种选项来定义默认的评价函数。本对话框的所有选项的细节信息都在OpticStudio的帮助系统：“优化选项卡(Optimize Tab)（序列模式界面）>自动优化组(Automatic Optimization Group)>评价函数编辑器（自动优化组）(Merit Function Editor(automatic optimization group))”进行了讨论。