本系列共三篇文章，旨在介紹如何使用 SYNOPSYS 界面進行操作。本文以單透鏡為例，介紹了設計透鏡的基本過程，包括構建系統(第1部分)、分析其性能(第2部分)，以及根據所需的指標參數和設計約束對其進行優化(第3部分)。

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簡介

單透鏡為 SYNOPSYS 中建模最簡單的成像系統。盡管如此，這個簡單的成像系統的設計可以幫助您了解 SYNOPSYS 的界面，了解基本的設計概念和策略，并演示如何使用一些基本的分析功能來優化和確定光學性能。

這是由三篇文章組成的系列文章的第1部分，在第2部分中，我們將討論一些可用于評估系統性能的分析。在第3部分中，我們將討論如何優化單透鏡，使其在設計約束下獲得更好的性能。

光學設計軟件 SYNOPSYS中提供了三種方式建模：

1.有一個可用于輸入透鏡數據的 spreadsheet 電子表格；

2.通過命令行；

3.通過三維化的圖形界面。

在這個練習中，我們將設計和優化一個玻璃材料為 N-BK7 的單透鏡。最終設計方案應滿足以下規格和約束條件:

使用給定 SYNOPSYS 的用戶界面和可用的工具，可以很容易地建模和優化單透鏡。

SYNOPSYS 中通過數據表建模

打開 SYNOPSYS 軟件，在其頂部的工具欄中可以找到系統設置，在系統設置中可以對系統參數、系統波長以及系統物、光闌、光瞳進行設置。

首先在系統參數中定義系統單位，鏡頭表面的數量以及鏡頭的名稱。SYNOPSYS對鏡頭單位有四種選擇：英寸毫米厘米。就本設計而言，將使用毫米對焦模式和光線追跡模式也可以在系統參數中設置。

其次，首先在系統參數中定義系統單位，鏡頭表面的數量以及鏡頭的名稱。SYNOPSYS對鏡頭單位有四種選擇：英寸毫米厘米。就本設計而言，將使用毫米對焦模式和光線追跡模式也可以在系統參數中設置。在系統波長中可以設置波長和權重、光譜向導以及探測器。

最后，在系統物、光瀾、光瞳中，可以設置物參數等。入瞳直徑可能是最常用的系統孔徑類型，也是當前示例中最方便的定義。在 SYNOPSYS 中，入瞳直徑被定義為從物空間看到的光瞳直徑，以鏡頭單位為單位。

在計算機輔助序列透鏡設計中，光線按其排列的順序從一個表面追跡到下一個表面。為此， SYNOPSYS 使用一種名為 SPS 的數據表。打開 SYNOPSYS 后，在 SYNOPSYS 命令窗口中輸入 SPS 就可以看到數據表。除了在命令窗口輸入指令，您還可以在主窗口上方的快速訪問工具欄中找到數據表的圖標，或者在鏡頭結構窗口 （PAD） 上方的快速訪問工具欄中找到數據表的圖標。這三種方法都可以打開 SYNOPSYS 的數據表，下圖是打開后的界面：

鏡頭數據編輯器是主要的電子表格，其中輸入了大部分鏡頭數據。部分主要輸入項包括:

設置鏡頭材料時，選擇玻璃表 >Schott，然后輸入 N-BK7 ，再點擊設置。如下圖所示：

在數據表中輸入表面1數據，如下圖所示：

SYNOPSYS 中有許多不同的求解類型，每個求解類型都有特定的用途。數據求解時，選擇編輯厚度求解 >YMT 進行厚度求解，且目標值為0。如下圖所示：

在數據表中輸入表面2的數據并設置厚度求解，如下圖所示：

鏡頭結構如下圖所示：

SYNOPSYS 中通過命令行建模

SYNOPSYS 中通過命令行建模，在命令窗口中輸入 EE 指令，可以打開宏指令編輯器。如下圖所示：

在命令窗口中輸入單透鏡的鏡頭文件，點擊運行，就可以在PAD窗口中看到形成的鏡頭結構。打開附件中的 “DAN.MAC” ，鏡頭文件如下圖所示：

鏡頭結構如下圖所示：

SYNOPSYS 中通過三維化的圖形建模

打開軟件 SYNOPSYS，點擊工作表，在彈出的工作表鏡頭編輯窗口進行鏡頭設計。工作表如下圖：

在“0”表面設置 OBB ，結果如下圖：

在“1”表面設置半徑、厚度和表面的材料，結果如下圖：

在表面2后添加一個表面，結果如下圖：

設置表面2的半徑，并對表面2進行 YMT 求解，結果如下圖：

點擊更新后，單透鏡就建模完成了，結果如下圖：

現在，單透鏡已經建立完成，我們將在如何設計單透鏡，第二部分：分析中解釋如何可視化和評估系統性能。