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  • ZEMAX優(yōu)化函數(shù)探討

    作者:佚名 來源:光行天下論壇 時間:2011-03-18 15:54 閱讀:5185 [投稿]
    ZEMAX優(yōu)化函數(shù)探討,并提供文檔下載。
    1.傳函概念 
    傳函分為幾何傳函和物理傳函,它們的使用場合分述如下: 
    (1)幾何傳函(GMMTT--子午幾何傳函,GMTS--弧失幾何傳函,GMTA---弧失與子午平均值傳函) 
    當系統(tǒng)象差較大時,各透鏡通光孔的衍射效應可以忽略不計。這種情況下為了加快系統(tǒng)傳函的計算速度,只以光線幾何路徑來追跡光線(忽略衍射效應),然后在象面進行幾何傳函的統(tǒng)計計算。Zemax中的GMMTT,GMTS,GMTA操作數(shù)就是基于上述思想對系統(tǒng)追跡光線進行傳函計算的。 
    (2) 物理傳函(MTFT--子午物理傳函,MTFS--弧失物理傳函,MTFA--子午弧失平均物理傳函) 
    當系統(tǒng)相差很小,接進衍射極限時,光束經(jīng)過遮當物(光欄時),產生的衍射效應就不容忽略,此時的光線追跡是以光線真實路徑追跡計算的(考慮了衍射效應)。用這樣的光線在象面進行統(tǒng)計計算,就可得到物理傳函。Zemax中的MTFT,MTFS,MTFA就是基于上述思想對系統(tǒng)追跡光線進行傳函計算的。 
    (3) 傳函操作數(shù)的選擇 
    一般情況下,都是用傳函作為象質操作數(shù)來進行優(yōu)化設計的。那么如何選擇呢?當像差大于約2-5 個波長的系統(tǒng)進行優(yōu)化時,選幾何傳函為象質評價操作數(shù),否則選物理傳函為象質操作數(shù)。經(jīng)驗上1/3英寸,50萬象素或1/4英寸30萬象素以下象質的鏡頭,可用幾何傳函進行優(yōu)化,當優(yōu)化的象質達到后,如果想使鏡頭象質進一步提高,就要以物理傳函進行優(yōu)化設計了。這樣作是為了在最快收斂條件下,獲得好的優(yōu)化結果。 
    2.優(yōu)化函數(shù) 
    優(yōu)化函數(shù)定義成: 
    絕大多數(shù)情況下,第二項為零。 
    該函數(shù)說明以下幾個問題: 
    (1)Vi是操作數(shù)目標值,Ti是操作數(shù)在進行優(yōu)化函數(shù)計算時的當前值。那么優(yōu)化就是使所有操作數(shù)向目標值接近的最小化過程。在接近時,加權后的操作數(shù)是同等對待的。這句話是什么意思呢?它說明了權數(shù)Wi越大的項,在最小化過程中,其(Vi-Ti)就越小,即TI(操作數(shù))就越接近Vi(目表值)。 
    (2)由上面的分析可見: 
    對于要嚴格控制的操作數(shù),可給大的權數(shù)。例如,在短焦數(shù)碼系統(tǒng)中,空氣隙對象差就較敏感,它應嚴格控制。大至是玻離厚度權的5~15倍。 
    傳函也是應重點控制的量,大至是玻離厚度權的5~20倍。 
    而玻璃間隔的權給1。 
    其它操作數(shù)可先給3,然后試運行,如果有些量基本不受控制,超出了控制范圍,可逐漸加大權,直到能受控為止。 
    注意兩個問題: 
    A.有的人認為即然大的權可使對應操作數(shù)受到應有的控制,那么所有操作數(shù)度都擴大20倍,就都受到嚴格控制了。這是一個錯誤概念。我們由優(yōu)化函數(shù)可見,當所有操做數(shù)都括大了同樣倍數(shù),相當優(yōu)化函數(shù)計算式的分母與分子括大同樣倍數(shù),約去分子分目的這個共有因數(shù),等于原來不擴大20倍的情況。當然犯這樣錯誤是很少的。但是給的各操作數(shù)的差別不大確是經(jīng)常發(fā)生的,這種情況與上述情況是接近的,操作數(shù)也不能受到很好的控制。 
    從數(shù)學的角度看,操作數(shù)最小化過程是以各操作數(shù)對優(yōu)化函數(shù)偏導數(shù)矩陣為引導函數(shù)的線性方程組不斷求解的過程,要想方程有精度較高的解,其方程彼此就不能相關,加大各操作數(shù)彼此的差異,是改善方程求程解條件的有效途徑,也是系統(tǒng)獲得更小解的前題。 
    B.有人改了操作數(shù),優(yōu)化并沒安預期進行。很可能是沒有進行數(shù)據(jù)更新,因此所改數(shù)據(jù)還未生效。使所`改數(shù)據(jù)生效的的操作為: 
    3.保證優(yōu)化能進入局部極小值 
    對于仿型設計,由實際問題,應該有系統(tǒng)的較好的局部極小值,那么在優(yōu)化過程中,如何保證系統(tǒng)能收斂于較好的局部極小值?這就要保正迭代步長不要超出偏導矩陣的線性范圍。即要求收斂步長不能大。如果我們給傳函操作數(shù)以較大權,那么在迭代過程中,其步長就受到嚴格控制,而傳函是受其它結構參數(shù)控制的,著樣同時也限制了系統(tǒng)各操作數(shù)的步長,從而整個系統(tǒng)最優(yōu)化的線性狀態(tài)就較好。當然其它操作數(shù)的步長也受到自身權數(shù)的控制。 但線性與收斂速度相矛頓,為了兩者間顧,傳函先給一個不太大的權,如8,先運行一下看收斂過程是否正常,如果不好,說明權不夠大,那么逐次括大傳函權數(shù),直到收斂較好為止,就可進入收斂的全局優(yōu)化和垂形優(yōu)化。 
     文檔下載:http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-20847.html
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