zemax多重結(jié)構(gòu)介紹
對于一些特殊系統(tǒng)，隨使用狀況的不同會有不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如變焦系統(tǒng)在不同焦距時，各組件之間的距離不同。設(shè)計這類系統(tǒng)時就需要使用zemax的多重結(jié)構(gòu)。
- 常見的需使用多重結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)
- 變焦系統(tǒng)。焦距不同，參數(shù)不同。
- 消熱差系統(tǒng)。溫度不同，參數(shù)不同。
- 多光路系統(tǒng)。如 透鏡陣列、分光系統(tǒng) 等。
- 掃描系統(tǒng)。不同的掃描位置，參數(shù)不同。
- 可換組件系統(tǒng)。如 可換目鏡的顯微鏡。
本例中變焦系統(tǒng)的要求
設(shè)置基本結(jié)構(gòu)參數(shù)
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構(gòu)建初始結(jié)構(gòu)：
插入3組鏡頭需要的9個表面，并選擇對應(yīng)玻璃材料：
基本結(jié)構(gòu) -
基本參數(shù)：
設(shè)置入瞳直徑為25 mm （genral菜單中）
設(shè)置視場為 虛像高，三個視場分別選 0、 12、 17。（fileds菜單中）
（確定后彈出警告未發(fā)現(xiàn)視場像高所需光線，因為所有厚度參數(shù)都沒有設(shè)置造成，不影響后續(xù)設(shè)置，后面還會多次彈出。為了不再讓軟件彈出警告，將所有鏡頭表面的曲率半徑都隨便設(shè)置一個數(shù)。）
視場設(shè)置
設(shè)置光線為 F,d,C光。（wavelengths菜單中）
設(shè)置變量和評價函數(shù)
注意：平時我們令系統(tǒng)最后一個表面曲率使用F數(shù)解求得，來控制系統(tǒng)的F數(shù)。但是對于多重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來說，其F數(shù)會有變化，則不能使用這個方法來控制。這時需在優(yōu)化函數(shù)編輯器中使用effl操作數(shù)來控制不同情況下的焦距。
注意：鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中有一樣顯示各表面的半孔徑，是軟件自動根據(jù)該面通過的邊緣光線計算得到的，在變焦系統(tǒng)中，不同變焦位置邊緣光線位置不同，所得到的孔徑大小也不同，所以要將其設(shè)置為取最大值，使其符合實際情況。
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構(gòu)建多重結(jié)構(gòu)參數(shù)
本例中有三個變焦位置對應(yīng)三個不同結(jié)構(gòu)。
打開多重結(jié)構(gòu)編輯器：
editors -> multi configuration：
插入三個結(jié)構(gòu)：
edit -> insert config 。
插入三個結(jié)構(gòu)
在變焦系統(tǒng)中會變的參數(shù)為各鏡片組之間的距離，在這個系統(tǒng)中分別為：第一組到光闌的距離，光闌到第二組的距離，第二組到第三組的距離，第三組到像面的距離 ，共4個距離可以更改。多重結(jié)構(gòu)編輯器中使用4行操作數(shù)來控制，同樣使用 insert鍵來插入行。使用THIC操作數(shù)來獲得各個距離值，并將各距離值設(shè)為變量供軟件來優(yōu)化（快捷鍵 Ctrl+z ）：
多重結(jié)構(gòu)設(shè)置
只在多重結(jié)構(gòu)編輯器輸入不同結(jié)構(gòu)下有區(qū)別的量。
設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)
打開優(yōu)化函數(shù)編輯器（merit function editor）
使用了多重結(jié)構(gòu)后，優(yōu)化函數(shù)編輯器中自動多了一行CONF操作數(shù)，此操作數(shù)表示選擇一個結(jié)構(gòu)，后續(xù)操作都是對當(dāng)前選定的結(jié)構(gòu)有效，直至重新擺選擇一個結(jié)構(gòu)。-
基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)置：
優(yōu)化函數(shù)使用 均方根 離散斑 方法。
玻璃材料的中心和邊緣厚度為2，最大為8。
空氣間隔 中心 和 邊緣 仍為 2 ，最大為1000 。
基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)置 -
設(shè)置多重結(jié)構(gòu)相關(guān)優(yōu)化參數(shù)
在優(yōu)化函數(shù)編輯器上方插入一些空行，設(shè)置為conf操作數(shù)，并限制不同結(jié)構(gòu)的焦距（設(shè)置焦距值和權(quán)重）：
設(shè)置conf操作數(shù)
設(shè)置焦距和權(quán)重
設(shè)置完成后 雙擊 刷新。
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設(shè)置鏡頭 曲率半徑，厚度 等為變量
將剩下的3組鏡頭的9個曲率半徑，6個玻璃材料的厚度 都設(shè)置為變量。
將 半孔徑值（semi-diameter） 都設(shè)置為最大值。
設(shè)置變量
進行優(yōu)化
為了更好的看到優(yōu)化過程中系統(tǒng)的變化，打開3d視圖 （3d layout）
右鍵彈出對話框進行設(shè)置，使多重結(jié)構(gòu)同時顯示：
打開優(yōu)化窗口（ optimization），勾選自動更新（auto update），開始優(yōu)化（automatic）。
幾分鐘后出現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果，然而厚度有負值。顯然不正確。為了避免厚度出現(xiàn)負值，將厚度均設(shè)為10（任意正值）。
因為所有參數(shù)都是任意設(shè)置的，和全局最優(yōu)解差距很大，為了跳過局部最優(yōu)解直接得到全局最優(yōu)解，采用垂軸優(yōu)化（hammer optimization）來優(yōu)化。
經(jīng)過數(shù)十個小時優(yōu)化后，優(yōu)化還沒結(jié)束，不過數(shù)據(jù)已經(jīng)兩個多小時沒有更新，可認為是全局最優(yōu)解：
end
