Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化

流动532 · 发表于 2023-3-14 08:54:47

设计单透镜实例_3，优化

简介
设置变量和搭建默认评价函数
- 设置变量
- 构造评价函数
执行优化
评估系统性能
结论

简介

这一部分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，评估了系统的性能。

设置变量和搭建默认评价函数

设置变量

单透镜的性能当然是受限的，但是OpticStudio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？对于本练习中的单透镜，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。（RMS是均方根半径，可以定量的反映这个系统实际的斑点大小。）

接下俩要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。可以通过单击所需单元格右侧的框或高亮适当的单元格，并在键盘上按下<Ctrl+Z>来设置求解类型。在出现的求解对话框中，选择变量(Variable)作为求解类型(Solve Type)。参数旁边出现字母“V”表示变量已经设置完成。在三个参数上都放置变量解，这三个参数在优化过程中就可以自由变化。

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-1.jpg

构造评价函数

评价函数是在一个完全独立于镜头数据编辑器的编辑器中构造的，称为评价函数编辑器(Merit Function Editor)。通过点击：优化 (Optimize)> 评价函数编辑器(Merit Function Editor)，打开评价函数编辑器。

评价函数(Merit Function) 是光学系统与指定目标的接近程度的数值表示。在评价函数编辑器中，OpticStudio使用操作数列表，这些操作数分别代表系统的不同约束或目标。当评价函数构建完成后，OpticStudio中的优化算法会尝试使评价函数的值尽可能小。

默认的评价函数可以通过从评价函数编辑器的菜单栏选择优化向导与操作数(Wizards and Operands)>优化向导( Optimization Wizard ) 来构建。也可以自己编辑构建评价函数。

本例单透镜将针对相对于质心的RMS半径进行优化，所有这些选项都已经内置到OpticStudio的优化向导中。在优化函数(Optimization Function)下，像质标准(Image Quality): 点列图(Spot)、选择类型(Type):RMS、参考(Reference):质心。

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-2.jpg

为了防止单透镜变得太厚或太薄，对该透镜的厚度设置边界约束是很重要的。在优化向导(Optimization Wizard)中，可以在厚度边界(Boundary Values)部分设置玻璃和空气厚度的边界约束。通过“玻璃(Glass)”选项，可以将最小、最大和边缘厚度值手动输入到适当的条目中。如系统要求所述，单透镜中心厚度应不大于12 mm，不小于2 mm，边缘厚度应大于2 mm。在对话框中键入适当的值，以获取最小(Min)、最大(Max)和边缘(Edge)玻璃厚度条目。其它参数都可以保留为默认值。

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-3.jpg

点击确定关闭对话框。

执行优化

优化操作数已自动插入到评价函数编辑器(Merit Function Editor)中。每个操作数都有一个特定的目标(Target)、权重(Weight)和当前值(Value)，这些目标、权重和当前值构成了位于评价函数编辑器右上角的评价函数的值。

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-4.jpg

在优化过程中，OpticStudio试图降低这个评价函数值，这意味着使设计更接近评价函数编辑器中描述的目标。

要优化系统，请选择优化(optimize)>执行优化(optimize)，这将打开优化对话框。注意，在优化对话框中，有许多不同的循环可供选择。选择自动(Automatic)，将要求OpticStudio运行优化程序，直到它找到局部最小值，作为目前评价函数的解。

选中自动更新，将自动更新所有值，包括点列图等。也可以通过从每个图形窗口的菜单栏中选择更新(Update)，可以更新之前打开的每个分析窗口。

OpticStudio同时报告初始评价函数值(Initial MF)和当前评价函数值(Current MF values)。按下开始(Start)按钮运行优化，注意评价函数值的变化：

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-5.jpg

点击 Exit 退出优化对话框。

评估系统性能

优化之后，更新结果。

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化-6.jpg

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。与初始性能分析相比，RMS半径和GEO半径下降了近10倍。同样重要的是，OpticStudio 为镜头选择的厚度在预期范围内，边缘厚度大于2毫米，每一个都满足最初的系统需求。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

单透镜设计实例的三篇文章概述了透镜设计的基本过程，分析了透镜的性能，并在一定的设计约束下进行了优化。

最佳练习方法是从在系统选项中输入适当的系统设置开始。之后，您可以开始在镜头数据编辑器中输入数据。确保对任何未知参数使用有根据的猜测和求解，这样优化就有了一个强有力的起点。

然后，设置变量并进行优化。操作数可以手动输入到评价函数编辑器中，也可以通过向导输入，这些操作数将定义优化目标。通过降低评价函数值来逼近目标，可能需要多次优化。

忧伤428 · 发表于 2023-3-14 08:55:16

学习了[赞]

霹雳 · 发表于 2023-3-14 08:55:37

这就去CSDN关注，学习[爱]

白龙江左岸 · 发表于 2023-3-14 08:56:22

请问你安装的是正版的吗？可否给个安装包

海上灵光Y8 · 发表于 2023-3-14 08:57:13

只有安装包不可用，得有密码狗，你去淘宝上买个吧[思考]

禾口王君卤 · 发表于 2023-3-14 08:57:23

好的，谢谢～

ffycxyw2274436 · 发表于 2023-3-14 08:57:56

很详细的教程[赞]

ffycxyw2274436 · 发表于 2023-3-14 08:58:56

dldl！请问下如果想让一个评价函数最大怎么弄呢，就是我想让光电管的收集效率最大

永远就三年疗 · 发表于 2023-3-14 08:59:14

我有免费19.4，有需要私信

Zemax学习笔记（6）- 设计单透镜实例_3，优化

相关帖子

快速回帖

关于楼主