GlobalSearch与HammerOptimization的异同

Global Search 是全局优化，Hammer Optimization 称为锤形优化。从理论上讲，这两种优化只要给足够的优化时间，它们总能找到最佳结构。Global Search 也称为全局搜索，它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，并判断哪个结构使得评价函数值最小。

Hammer Optimization 称为锤形优化，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，便可使用锤形优化来锤炼这个结构了。锤形优化加入了专家算法，可帮助使用者按有经验设计师的设计方法来处理系统结果。

如图4-2 所示，可以很好地说明局部优化与全局优化的关系，可以使用实例演示的方式说明不同优化方法得到的结果。对于简单系统和单透镜或双胶合，由于它们的变量有限评价函数求解曲线可能本身就只有一个单调区间，所以局部优化和全局优化都会找到相同解决方案。这种系统中全局优化的优势是无法体现出来的，所以使用稍微复杂的结构进行演示说明。

图4-2　局部优化和全局优化关系示意图

设计一个三片式物镜结构，规格参数如下：35 mm 相机底片；50 mm 焦距；F/3.5；玻璃最小中心与边厚4 mm，最大中心厚18 mm；空间间隔最小2 mm；可见光波段F，d，C；光阑位于中间；初始材料Sk4-F2-Sk4。

第1 步：由50 mm 焦距和F/3.5可知入瞳直径D=f/F #=50/3.5=14.3 m m。

在快捷按钮栏中单击“System Explorer→Aperture”，弹出“Aperture”的选择对话框，“Aperture Type”选择“Entrance Pupil Diameter”，“Aperture Value”输入“14.3”，“Apodization Type”选择“Uniform”，如图4-3 所示。

图4-3　入瞳对话窗口

35 mm 底片说明了这个镜头的像面尺寸大小，35 mm 矩形底片尺寸为24 mm×36 mm，可计算矩形外接圆半径大小为21 mm。这里得到最大视场像高为21 mm，选用3 个视场。

第2 步：输入视场。

在系统“System Explorer”设置中，单击“Fields”，弹出对话框“Settings→Type”中选择“Paraxial Image Height”。在“Field Data”栏里，选择“1”“2”“3”，并在“Y”栏输入数值“0”“14.7”“21”，单击“Close”按钮，如图4-4 所示。

图4-4　视场对话窗口

需要注意的是，在没有输入透镜结构时，使用像高视场会提示错误，为了能正常输入参数创建初始结构，可先把视场选为Angle 类型，等透镜初始结构输入完毕后再将视场改回为近轴像高即可。

第3 步：波长使用F，d，C。

在快捷按钮栏中单击“Wavelength→Settings”，弹出对话框“Wavelength Data”，并在弹出对话框“Wavelength Data”中选择“F，d，C（Visible）”。点击“Select Preset”按钮自动输入“0.486 132 7”“0.587 561 8”“0.656 272 5”。最后，单击“Close”按钮完成，如图4-5所示。

在镜头数据编辑器中输入镜头初始结构，光学系统由3 片透镜组成，需要再插入5 个面，输入指定材料，将光阑置于中间透镜面上。

第4 步：在镜头数据编辑器内输入初始参数。

在菜单“Setup”下拉菜单中单击“Lens Data”，弹出表格式的对话框“Lens Data”，在编辑器“Lens Data”中，把鼠标放在“IMAGE”处单击右键，按“Insert Surface After”键插入5个面，如图4-6 所示。

双击表面4 打开属性对话框“Surface 4 Properties”，在对话框中勾选“Make Surface Stop”，如图4-7 所示。(www.xing528.com)

图4-5　波长对话窗口

图4-6　镜头数据编辑器

图4-7　光阑表面的设置

在材质栏输入相应材料，如图4-8所示。

图4-8　透镜数据编辑栏

第5 步：在最后透镜表面的曲率半径上设置F 数求解类型控制系统焦距，剩余的所有曲率半径与厚度设置为变量。

双击表面6 的曲率半径，弹出对话框“Curvature solve on surface 6”，并在对话框中“Solve Type”栏选择“F Number”，将表面6 曲率半径设置求解类型，在“F/# ”栏输入“3.5”，如图4-9 所示。

图4-9　表面曲率半径设置“F Number”求解类型

将剩余的所有曲率半径与厚度设置为变量，如图4-10 所示。

图4-10　设置曲率半径和厚度为变量

第6 步：设置评价函数。

在“Optimize”下拉菜单栏中，点击“Merit Function Editor”，打开评价函数编辑器。在评价函数编辑器“Merit Function Editor”里选择“Optimization Wizard”，对话框中的设置如图4-11 所示。

图4-11　设置评价函数值

此时系统的初始结构就全部完成了，但这个结构只是差强人意，并不能代表真正找到了最好的组合结构，下面尝试用不同优化方法来找到最佳结构。