本系列共三篇文章，旨在介绍如何使用 SYNOPSYS 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)、分析其性能(第2部分)，以及根据所需的指标参数和设计约束对其进行优化(第3部分)。
简介
单透镜为SYNOPSYS中建模最简单的成像系统。尽管如此，这个简单的成像系统的设计可以帮助您了解SYNOPSYS的界面，了解基本的设计概念和策略，并演示如何使用一些基本的分析功能来优化和确定光学性能。
这是由三篇文章组成的系列文章的第1部分，在第2部分中，我们将讨论一些可用于评估系统性能的分析。在第3部分中，我们将讨论如何优化单透镜，使其在设计约束下获得更好的性能。
光学设计软件SYNOPSYS中提供了三种方式建模：
1.有一个可用于输入透镜数据的spreadsheet电子表格；
2.通过命令行；
3.通过三维化的图形界面。
在这个练习中，我们将设计和优化一个玻璃材料为N-BK7的单透镜。最终设计方案应满足以下规格和约束条件:
| 规格 | 约束 |
| 焦距 | 100 mm |
| 半视场角 | 5° |
| 波长 | CDF |
| 物体位置 | 无穷远 |
使用给定SYNOPSYS的用户界面和可用的工具，可以很容易地建模和优化单透镜。
SYNOPSYS中通过数据表建模
打开SYNOPSYS软件，在其顶部的工具栏中可以找到系统设置，在系统设置中可以对系统参数、系统波长以及系统物、光阑、光瞳进行设置。
首先在系统参数中定义系统单位、镜头表面的数量以及镜头的名称。SYNOPSYS的镜头单位有四种选择:英寸、毫米、厘米或米。就本设计而言，将使用毫米。对焦模式和光线追迹模式也可以在系统参数中设置。
其次，在系统波长中可以设置波长和权重、光谱向导以及探测器。
最后，在系统物、光澜、光瞳中，可以设置物参数等。入瞳直径可能是最常用的系统孔径类型，也是当前示例中最方便的定义。在SYNOPSYS中，入瞳直径被定义为从物空间看到的光瞳直径，以镜头单位为单位。
在计算机辅助序列透镜设计中，光线按其排列的顺序从一个表面追迹到下一个表面。为此，SYNOPSYS使用一种名为SPS的数据表。打开SYNOPSYS后，在SYNOPSYS命令窗口中输入SPS就可以看到数据表。除了在命令窗口输入指令，您还可以在主窗口上方的快速访问工具栏中找到数据表的图标，或者在镜头结构窗口（PAD）上方的快速访问工具栏中找到数据表的图标。这三种方法都可以打开SYNOPSYS的数据表，下图是打开后的界面：
镜头数据编辑器是主要的电子表格，其中输入了大部分镜头数据。部分主要输入项包括:
| 列名称 | 描述 |
| 表面绘制 | 绘制表面、绘制边缘、绘制光线、绘制顶点 |
| 表面类型 | 表面类型（平面、球面、圆锥曲线等） |
| 厚度 | 镜头单位定义的厚度，区分当前和其后表面顶点 |
| 折射率 | 材料类型（玻璃、空气等），区分当前面与其后的面 |
| 膜层 | 为获得优良性能，在镜片上镀上一定的光学薄膜 |
| 孔径 | 外孔径、内孔径等 |
| 倾斜/偏心 | 相对倾斜/偏心、群组倾斜/偏心等 |
设置镜头材料时，选择玻璃表>Schott，然后输入N-BK7，再点击设置。如下图所示：
在数据表中输入表面1数据，如下图所示：
SYNOPSYS中有许多不同的求解类型，每个求解类型都有特定的用途。数据求解时，选择编辑厚度求解>YMT进行厚度求解，且目标值为0。如下图所示：
在数据表中输入表面2的数据并设置厚度求解，如下图所示：
镜头结构如下图所示：
SYNOPSYS中通过命令行建模
SYNOPSYS中通过命令行建模，在命令窗口中输入EE指令，可以打开宏指令编辑器。如下图所示：
在命令窗口中输入单透镜的镜头文件，点击运行，就可以在PAD窗口中看到形成的镜头结构。打开附件中的“DAN.MAC”，镜头文件如下图所示：
镜头结构如下图所示：
