通常在一個含有多組鏡片的複雜系統中,充足的變量給系統足夠的求解空間,如何快速由精確地找到想要的設計結構呢?ZEMAX提供的優化方法有三種:Local、Gloal、Hammer Optimization
1) Local Optimization
這種優化方法強烈依賴初始結構,系統初始結構通常也被稱爲系統的起點,在這一起點處優化驅使評價函數逐漸降低,直至到最低點。
注意:這裏的最低點是指再優化評價函數就會上升,不管是不是優化到了最佳結構(軟件認爲的最佳指評價函數最小的結構)。
2) Global Optimization
全域搜索,使用多起點同時優化的算法,目的是找到系統所有的結構組合形式並判斷哪個結構使評價函數值最小。
3) Hammer Optimization
錘形優化,雖然也屬於全局優化類型,但它更傾向於局部優化,一旦使用全局搜索找到了最佳結構組合,便可以使用錘形優化來錘鍊這個結構。錘形優化加入了專家算法,可幫助我們按有經驗的設計師的設計方法處理系統結果。
下面以三片式物鏡結構設計爲例
35mm相機底片;
50mm焦距;F/3.5;
玻璃最小中心與邊厚4mm,最大中心厚18mm,空氣間隔最小2mm
可見波段
光闌位於中間
初始材料Sk4-F2-Sk4
1 入瞳直徑D=f/F#=50/3.5≈14.3
2 視場設置
35mm矩形相機底片,尺寸爲24*36mm,計算矩形外接圓半徑大小約21,最大視場像高21mm,選以下三個視場。
3 波長選擇F.d.C(Visible)
4編輯Lens Data Editor
雙擊表面4,選擇Make Suface Stop
Glass輸入相應材料
雙擊表面6的Radius,設置Solve Type爲F Number, F/# 爲3.5
設置其他1~5面的Radius和Thickness都爲Variable
5設置評價函數
Editor中打開Merit Function;
然後在Merit Function Editor的Design中選擇Sequential Merit Function
設置如下:
6局部優化
打開Local Optimization,選擇Auto Update,然後點擊Automatic
局部優化結果
7全部優化
點擊Start,開始優化
全部優化結果:符合完美的對稱結構,可很好的矯正軸外視場產生的相差
可繼續使用Hammer優化,提高光斑效果
8三種優化方式中兩種算法的簡介
DLS:阻尼最小二乘法。對參數連續取值,使評價函數的值如阻尼振盪般越來越小,直到找到最小的評價函數。適用於連續可變的變量參數,求解速度快,評價函數值爲非連續或過於平緩時,優化將停滯。
OD:正交下降法。可對評價函數非連續變化或評價函數平緩變化情況很好運行,所以適合於非序列系統的優化