OAS光学分析软件 | 如何设计单透镜之优化

简介

本片文章为单透镜的优化，介绍了优化的基本概念，演示了如何将参数设置为变量，展示了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。

设置变量和搭建默认评价函数

单透镜的性能当然是受限的，但是OAS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，有多少参数可以自由调整？对于本例中的单透镜，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OAS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变量求解类型。即右键点击表面2的曲率半径，选择编辑求解，边缘光线高度求解输入目标值4。再在优化模块右键变量选择单变量，选择表面1，RD，在添加多变量，选择变量名TH，表面1 2。

 一旦设置好变量，现在就可以构造默认的评价函数。 评价函数是光学系统与指定目标的接近程度的数值表示。当评价函数构建完成后，OAS中的优化算法会尝试使评价函数的值尽可能小。

我们可以通过右键点击优化模块的限制，设置边缘厚度大于2mm，元件厚度小于12mm，中心厚度大于2mm 。  

由于是练习，所有其它参数都可以保留为默认值。

优化函数的设置如下图：

执行优化

现在您将注意到，所有的变量以及评价函数已经设置好了。每个操作数都有一个特定的目标(Target)、权重(Weight)和当前值(Value)，选择局部优化优化算法一执行，紧接着全局优化模拟退火。结果如下图所示：

评估最终的系统性能 

现在优化过程已经完成，可以评估最终的设计性能，并确保满足所有初始设计约束。通过从每个图形窗口的菜单栏中选择分析模块，查看光线像差图，光程差图，标准点列图：

最终，OpticStudio在初始系统需求中给出的约束条件下，对单透镜进行了优化。虽然单透镜的性能没有达到衍射极限，但设计的过程可以应用于更复杂的光学系统！

结论

本篇文章概述了透镜在一定的设计约束下进行了优化。

大致的方法是设置变量并进行优化，操作数可以手动输入到优化编辑窗口，这些操作数将定义优化目标。通过不断优化和模拟退火来逼近目标，可能需要多次优化。