无焦望远镜系统的优化

简介

本案例演示了如何优化伽利略望远镜透镜间隔达到光线准直的目的。

模型

模型的定义如表1种所示，由半径、厚度、材料率、半孔径表面组成。选择正透镜第二面到负透镜的第一面距离为变量。

表一：伽利略望远镜系统参数

光源

光源我们选择平行光，光线数51*51，半孔径25*25，孔径类型选择为椭圆，并将光源的位置沿着原点向左（-Z）平移5mm。

优化

1. 首先执行光线追迹（画出光线），可以明显的看到透镜之间的间距不是最佳的光线准直距离。那我们的目标就是使用FRED 优化器来配置合适的透镜间隔（通过改变负透镜的位置）

2. 导航到 Analyses > Directional Spot Diagram，计算的统计信息将输出到输出窗口，它包含 X, Y的最大值（方向余弦）。最大值表明光束在方向余弦空间的包围的方向余弦扩散，在X和Y方向的值近似于0.054133。

3. 导航到Optimize>Define/Edit,

a. 变量设定：实体选择负透镜，Type选择：Position/Oriention Parameter,变量范围为58mm-68mm，Index为1， subindex为0，步长为0.1；

b. 评价函数：类型定义为“Encircled direction spread”,权重为1，目标为0。

c. 选择 Single Variable minminzation作为优化方法, 并使用“Negative Lens Z-Position”这个变量，收敛标准为：勾选当所有的变量变化小于0.001时

4. 导航到Optimize > Evaluate Once，再此我们可以得到模型的当前状态，并评估优化器中的评价函数值，在输出窗口，我们可以看到该评价函数的值（此例只有一个评价函数）。FRED的评价函数的计算是每个值的平方和，所以输出值为：0.054133*0.054133=0.00283。

5. 在此，我们走完了优化配置，开始进行优化，导航到Optimize > Optimize，优化过程中，FRED会在不同阶段输出信息。多少信息显示在报告中由optimization define/edit dialog>Output/Results设置决定。对于本例中的简单系统，会在很短的时间内收敛，（<20个周期），最后获得的间隔为59.6mm左右。

6. 执行光线追迹（画出光线）来确认输出光束的准直性。

7. 导航到Analyses > Directional Spot Diagram，如前面的步骤2，来确认包围圆的最大尺寸已经减小了一个数量级（近似于0.0031568433）。

8. 如果回到Optimize > Define/Edit对话框，并移动到Output/Results键，你会看到FRED已经存储了N个优化结果，你可以右击每行并选择“Apply to Document”选项来配置模型。这个特性对于设定多个不同设定下运行了多个优化，你想要评估每一个特性。

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