Zemax非序列优化方法总结

1. 选择合适的优化算法

阻尼最小二乘法（DLS）：适用于成像和经典光学问题，但在非序列系统中由于评价函数的不连续性，效果较差。

正交下降法（OD）：不计算评价函数的数值微分，适用于非序列系统的优化，特别是照度最大化、亮度增强和均匀性优化等问题。

2. 使用像素插值

问题：非序列系统的探测器像素化导致解空间不连续，优化困难。

解决方案：启用像素插值，将部分光线能量分配给相邻像素，使评价函数在光线移动时能够连续变化，便于优化。

3. 利用非序列非相干强度数据（NSDD）

NSDD操作数：用于读取非相干探测器数据，可以优化许多标准值，如最小光斑大小、最大能量、空间均匀性和准直度等。

语法：NSDD Surf Det# Pix# Data #Ignored

Surf：非序列组的面序号

Det#：探测器编号

Pix#：指定像素的数值

Data：返回的数据类型（入射通量、辐照度或强度）

#Ignored：忽略的边缘像素数量

4. 定义良好的评价函数

目标：明确设计目标，如最大化轴上亮度。

操作数：使用NSDD和NSTR等操作数来定义评价函数，确保系统能够按照预定目标进行优化。

避免零解：通过添加限制条件（如最小光通量）来避免优化算法找到无意义的解（如完全移除反射镜）。

5. 自由曲面反射镜的设计

描述：使用扩展多项式面来描述反射镜，保留基本圆锥曲线部分并添加自由曲面形变。

变量：曲率半径、圆锥系数和多项式系数。

优化：通过局部和全局优化算法调整这些变量，以优化评价函数。

6. 局部与全局优化算法结合

局部优化：DLS和OD算法用于在局部范围内搜索最优解。

全局优化：使用锤形优化器等全局算法，结合基因演算法和局部优化器，搜索更广泛的解空间。

7. 测试结果与比较

DLS vs OD：虽然DLS在启用像素插值后也能有效工作，但OD算法通常能得到更好的优化结果，尤其是在非序列系统中。

优化时间：OD算法的优化时间稍长，但性能更优。

最终效果：通过优化，LED的轴上亮度从23 Cd提高到250 Cd以上，优化过程只需几分钟。

结论

优化非序列光学系统：选择合适的优化算法（如OD）、启用像素插值、利用NSDD操作数、定义良好的评价函数以及结合局部与全局优化算法，可以显著提高设计效率和性能。

实际应用：该方法在汽车照明、显示照明等领域具有广泛的应用前景，通过优化反射镜等光学元件，可以显著提升LED光源的发光强度和照明效果。

作者QQ及微信：49922779