Вопросы по оптимизации оптических систем

Вопрос: Почему кажется, что множители Лагранжа не работают?

Ответ: Алгоритм оптимизации ZEMAX воздействует на переменные параметры системы таким образом, чтобы величина оценочной функции только уменьшалась. Говоря другими словами, при оптимизации ZEMAX никогда не преобразует систему к более плохому качеству, чем оно есть на данный исходный момент. Это означает, что множители Лагранжа не являются решающими, если в результате их воздействия величина оценочной функции системы возрастает. Чтобы обойти эту проблему, используйте вместо лагранжевых множителей весовые коэффициенты для операторов. Взвешенные операторы обычно работают более устойчиво и более быстро, чем лагранжевые операторы. При большом весе оператора его величина обычно достигает желаемого значения (если это допускается установлен­ными ограничениями).

Вопрос: При использовании алгоритма глобального поиска ZEMAX создает систему, у которой толщины и радиусы кривизны поверхностей физически неосуще­ствимы. Как ввести условия ограничения при глобальной оптимизации?

Глава 26: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПО ZEMAX                                                                       26 - 3

Ответ: Условия ограничений для глобального поиска вводятся в оценочную функцию точно таким же образом, как и при обычной оптимизации.

Вопрос: Как сделать, чтобы система была телецентрической в пространстве изобра­жений?

Ответ: Один из путей - это использовать оператор RANG. Введите оператор RANG для главного луча (hх = 0, hу = 1, рх = 0, ру = 0) с требованием, чтобы его величина была равна нулю в пространстве изображений. Это предполагает, что главный луч должен идти параллельно оптической оси, то есть выходной зрачок должен находиться "на бесконечности". Алгоритм оптимизации должен быть выполнен прежде, чем система станет действительно телецентрической, и в схеме должно быть предусмотрено достаточное количество переменных параметров, которые позволили бы системе стать телецентрической. Этот же прием работает и в пространстве объектов.

Вопрос: Как еще можно сделать систему телецентрической в пространстве объектов?

Ответ: Описанный выше оператор RANG работает очень хорошо. Однако, чтобы не привлекать для этой цели процесс оптимизации, просто установите толщину объекта достаточно большой, например 1Е5, а затем установите диафрагму системы (stop) на поверхность 1. Установите функцию "pick up" на толщину поверхности 1 с масштабным коэффициентом -1 с тем, чтобы толщина поверхности 1 стала равной -1Е5, что перенесет поверхность 2 на объект. Теперь установите толщину поверхности 2, равной действительно требуемому расстоянию от объекта. Заметьте, что для того, чтобы система была телецентрической в пространстве объектов, расстояние до объекта должно быть конечным. Недостатком этого метода является только то, что схема будет выглядеть странно, так как стартовой поверхностью будет поверхность "2" вместо поверхности "О". Заметьте также, что апертура для телецентрических в пространстве объектов систем должна определяться через "Object space N.A." или через "Image Space F/#"; не используйте другие способы задания апертуры системы!

Вопрос: Как определить запрограммированную (используемую по умолчанию)

оценочную функцию?

  Ответ: Смотри главу "Optimization", "Defining the default merin function".

Вопрос: Почему нельзя оптимизировать длины волн, значения полей или величину апертуры системы?

Ответ: ZEMAX не поддерживает непосредственную оптимизацию этих основных параметров системы. Однако Вы можете очень просто обойти это ограниче­ние путем использования мультиконфигурационного режима (смотри главу "Multi-Configurations"). Так как для разных конфигураций Вы можете ввести различные величины полей, длин волн, весов и разные величины апертуры системы, то, определив их как переменные величины, Вы можете просто оптимизировать их значения.

Вопрос: Почему кажется, что при оптимизации игнорируются некоторые точки поля, или почему оптимизированная система имеет более хорошие характеристи­ки на одних длинах волн, чем на других?

Ответ: Наиболее общий ответ состоит в следующем: 1) после того, как Вы внесли изменения в значения полей или их весов, в значения длин волн или их весов, Вы должны реконструировать запрограммированную оценочную функцию, и 2) возможно, что параметры, которые Вы определили как

26 – 4                                       Chapter 26: COMMON QUESTIONS ABOUT ZEMAX

переменные величины, не оказывают существенного влияния на величину оценочной функции. Смотри главу "Optimization".

Вопрос: Почему после оптимизации линзы имеют отрицательные величины краевой или центральной толщины?

Ответ: До тех пор, пока Вы не ввели ограничения в оценочную функцию на величины краевых или центральных толщин элементов, значения всех переменных параметров при оптимизации могут принимать любые значения. Для контроля за краевыми и центральными толщинами используйте операторы оптимизации MNET и MNCT, описание которых дано в главе "Optimization".

Вопрос: Почему фокальное расстояние увеличивается в процессе оптимизации?

Ответ: Вы должны наложить ограничение на величину фокального расстояния либо с помощью оператора оптимизации EFFL, либо с помощью функции solve "Marginal ray angle", которая должна быть установлена на кривизну последней (перед поверхностью изображения) поверхности. Без этих ограничений эффективная фокальная длина будет увеличиваться, так как менее светосильные системы имеют лучшие характеристики, и оптимизатор будет стремиться к системе с меньшим F/#. Эту проблему можно также обойти, если определить апертуру системы через "Image space F/#", а не через диаметр входного зрачка.