通常在一个含有多组镜片的复杂系统中,充足的变量给系统足够的求解空间,如何快速由精确地找到想要的设计结构呢?ZEMAX提供的优化方法有三种:Local、Gloal、Hammer Optimization
1) Local Optimization
这种优化方法强烈依赖初始结构,系统初始结构通常也被称为系统的起点,在这一起点处优化驱使评价函数逐渐降低,直至到最低点。
注意:这里的最低点是指再优化评价函数就会上升,不管是不是优化到了最佳结构(软件认为的最佳指评价函数最小的结构)。
2) Global Optimization
全域搜索,使用多起点同时优化的算法,目的是找到系统所有的结构组合形式并判断哪个结构使评价函数值最小。
3) Hammer Optimization
锤形优化,虽然也属于全局优化类型,但它更倾向于局部优化,一旦使用全局搜索找到了最佳结构组合,便可以使用锤形优化来锤炼这个结构。锤形优化加入了专家算法,可帮助我们按有经验的设计师的设计方法处理系统结果。
下面以三片式物镜结构设计为例
35mm相机底片;
50mm焦距;F/3.5;
玻璃最小中心与边厚4mm,最大中心厚18mm,空气间隔最小2mm
可见波段
光阑位于中间
初始材料Sk4-F2-Sk4
1 入瞳直径D=f/F#=50/3.5≈14.3
2 视场设置
35mm矩形相机底片,尺寸为24*36mm,计算矩形外接圆半径大小约21,最大视场像高21mm,选以下三个视场。
3 波长选择F.d.C(Visible)
4编辑Lens Data Editor
双击表面4,选择Make Suface Stop
Glass输入相应材料
双击表面6的Radius,设置Solve Type为F Number, F/# 为3.5
设置其他1~5面的Radius和Thickness都为Variable
5设置评价函数
Editor中打开Merit Function;
然后在Merit Function Editor的Design中选择Sequential Merit Function
设置如下:
6局部优化
打开Local Optimization,选择Auto Update,然后点击Automatic
局部优化结果
7全部优化
点击Start,开始优化
全部优化结果:符合完美的对称结构,可很好的矫正轴外视场产生的相差
可继续使用Hammer优化,提高光斑效果
8三种优化方式中两种算法的简介
DLS:阻尼最小二乘法。对参数连续取值,使评价函数的值如阻尼振荡般越来越小,直到找到最小的评价函数。适用于连续可变的变量参数,求解速度快,评价函数值为非连续或过于平缓时,优化将停滞。
OD:正交下降法。可对评价函数非连续变化或评价函数平缓变化情况很好运行,所以适合于非序列系统的优化