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光学设计指引贴9：非序列照明系统优化ZEMAX中的非序列照明系统优化，弥补了一些照明系统模拟软件不能优化的弊端，因此也是不少光学设计者感兴趣的问题。
为了能了解与掌握非序列系统的优化，应先了解非序列的建模。
本章给出了“桌面\非序列优化\1－非序列建模实例\例1.ZMX”，及其建模笔记“例1 建模笔记.doc”。
另外在ZEMAX 2009中做了个用FREZ操作数，进行非序列优化的实例“桌面\非序列优化\2－非序列优化实例\实例2”，内有ZEMAX建模文件，及其建模优化说明“非序列自由形式（Freeform Z）的优化.doc”。
这个优化实例,可引申到反光瓦，CPC类聚光照明系统的优化上。
以上只是非序列优化快速入门的指引部分，在“桌面\非序列优化\3－非序列优化教程\例3－非序列优化改善.ZMX”光棒优化方法，详细介绍了非序列优化的基本原理。
在此基础上，可以参考三个网上下载的非序列优化的说明。
一关于非序列操作数分类根据用途不同分为两类：1 非序列物体数据的约束NPXG－非连续的物体位置x 坐标大于NPXL－非连续的物体位置x 坐标小于NPXV－非连续的物体位置x 坐标值NPYG－非连续的物体位置Y 坐标大于NPYL－非连续的物体位置Y 坐标小于NPYV－非连续的物体位置Y 坐标值NPZG－非连续的物体位置z 坐标大于NPZL－非连续的物体位置z 坐标小于NPZV－非连续的物体位置z 坐标值NTXG－非连续的物体位置x 倾斜大于NTXL－非连续的物体位置x 倾斜小于NTXV－非连续的物体位置x 倾斜值NTYG－非连续的物体位置y 倾斜大于NTYL－非连续的物体位置y 倾斜小于NTYV－非连续的物体位置y 倾斜值NTZG－非连续的物体位置Z 倾斜大于NTZL－非连续的物体位置Z 倾斜小于NTZV－非连续的物体位置Z 倾斜值NPGT－非连续参数大于。
Hx 的值用来定义参数编号NPLT－非连续参数小于。
Hx 的值用来定义参数编号NPV A－非连续参数等于。
zemax非顺序系设计教程如何创建一个简单的非顺序系统建立基本系统属性我们将创造出一个带点光源的非序列系统，抛物面反射镜和一个平凸透镜镜头耦合成一个长方形光管灯，如下面的布局显示。
我们还将跟踪分析射线探测器获得光学系统中的各点照度分布。
下面是我们最终将产生：如果ZEMAX软件没有运行，启动它。
默认情况下，ZEMAX软件启动顺序/混合模式。
要切换到纯非连续模式，运行ZEMAX软件，然后点击文件“>非序列模式。
一旦纯非连续模式，在编辑器窗口的标题栏将显示非连续组件编辑器而不是在连续模式时只用于连续或混合模式系统的镜头数据编辑。
对于本练习，我们会设置系统波长，点击系统>波长，指定波长0.587微米。
我们还将在系统设置单位，System>General /Unit tab “一般组标签如下（默认）(default).。
除辐射辐照装置单位如Watt.cm -2外，您可以指定光度和能源单位，如lumen.cm -2或joule.cm -2。
我们将选择默认为这项工作辐射单位。
创建反射按键盘上的“插入”（insert）插入几行非序列编辑器。
在设计的第一部分，我们将创建一个由抛物面反射镜准直的线光源。
然后，我们将在+ Z上放置探测器对象和看光照在探测器上的分布。
建立第一个对象通过抛物面反射镜。
在编辑器对象1列“对象类型”（Object type）双击（右击一下）下，打开对象的属性窗口。
根据类型选项卡类型设置为标准的表面（Standard Surfauce），然后单击确定。
在编辑器，请在标准表面对象相应的地方列下列参数。
对于某些参数，您可能需要滚动到编辑器的右方以看到标题列，显示所需参数的名称。
Material: MirrorRadius: 100Conic: -1 (parabola抛物线)Max Aper: 150Min Aper: 20 (center hole in the reflector在反射中心孔)所有其他参数缺省您可以通过“分析>布局”>NSC三维布局菜单，或NSC阴影模型（分析“布局”>NSC阴影模型）打开NSC 三维布局，看看反射镜样子。
ZEMAX中如何能优化非序列光学系统
要优化非序列光学系统，在ZEMAX中可以通过以下步骤进行操作：
1.打开ZEMAX软件并在工作区中创建一个新的光学系统。
2.在系统设置中，选择非序列模式。
这将允许你在光学系统中添加和
优化非序列组件。
3.添加所有非序列光学元件到系统中。
你可以通过从元件库中拖动和
放置元件来完成这一步骤。
4.对系统进行初始设置，包括设置光源、检测器和其它系统参数。
5.进行优化。
ZEMAX提供了多种优化方法，如全局优化、局部优化、
灵敏度分析等。
你可以选择适合你系统的优化方法，并设置参数进行优化。
6.分析优化结果。
ZEMAX将根据你选择的优化方法和参数对系统进行
优化，并提供优化结果。
你可以通过查看光学系统的传输矩阵、光线追迹图、像差图等来分析优化后的结果。
7.根据需要进行调整。
根据分析结果，你可以对光学系统进行调整，
包括改变元件参数、添加或删除元件等。
8.重复优化过程。
根据调整后的光学系统，你可以再次进行优化，以
进一步改善系统性能。
通过以上步骤，你可以在ZEMAX中优化非序列光学系统，以获得更好
的系统性能。
ZEMAX 优化操作数的中文含义在很多次的成像及激光系统培训中，都有学员非常希望能够有一份ZEMAX中文的优化操作数说明。
这样的确会对学习ZEMAX软件及控制光学系统有很好的帮助。
例如我们常用的EFFL控制焦距，PMAG控制近轴放大率，SPHA控制初级球差等。
尽管随着软件的不断升级，会有不断新增的操作数，但是下面的内容为您提供了一份比较全面的参考资料。
这里有比较完整的操作数ZEMAX优化操作数一阶光学性能1. EFFL 透镜单元的有效焦距2. AXCL 透镜单元的轴向色差3. LACL 透镜单元的垂轴色差4. PIMH 规定波长的近轴像高5. PMAG 近轴放大率6. AMAG 角放大率7. ENPP 透镜单元入瞳位置8. EXPP透镜单元出瞳位置9. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径10. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量12. WFNO 像空间F/#13. POWR 指定表面的权重14. EPDI 透镜单元的入瞳直径15. ISFN 像空间F/# (近轴)16. OBSN 物空间数值孔径17. EFLX “X”向有效焦距18. EFLY “Y”向有效焦距19. SFNO 弧矢有效F/#像差1. SPHA 在规定面出的波球差分布（0则计算全局）2. COMA 透过面慧差（3阶近轴）3. ASTI 透过面像散（3阶近轴）4. FCUR透过面场曲（3阶近轴）5. DIST透过面波畸变（3阶近轴）6. DIMX 畸变最大值7. AXCL 轴像色差(近轴)8. LACL 垂轴色差9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差10. TRAX “X”向横向色差11. TRAY “Y”向横向色差12. TRAI 规定面上的径像横向像差13. TRAC径像像对于质心的横向像差14. OPDC 主光线光程差15. OPDX 衍射面心光程差16. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径17. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径18. RSCH 主光线的RMS光斑尺寸19. RSCE 类RSCH20. RWCH主光线的RMS波前偏差21. RWCE衍射面心的RMS波前偏差22. ANAR像差测试23. ZERN Zernike系数24. RSRE 几何像点的RMS点尺寸（质心参考）25. RSRH 类同 RSRE（主光线参考）26. RWRE类同 RSRE（波前偏差）27. TRAD “X”像TRAR比较28. TRAE “Y”像TRAR比较29. TRCX 像面子午像差”X”向（质心基准）30. TRCY像面子午像差”Y”向（质心基准）31. DISG 广义畸变百分数32. FCGS 弧矢场曲33. DISC 子午场曲34. OPDM 限制光程差，类同TRAC35. PWRH 同RSCH36. BSER 对准偏差37. BIOC 集中对准38. BIOD 垂直对准偏差MTF数据1. MTFT 切向调制函数2. MTFS 径向调制函数3. MTFA 平均调制函数4. MSWT 切向方波调制函数5. MSWS 径向方波调制函数6. MSWA 平均方波调制函数7. GMTA 几何MTF切向径向响应8. GMTS几何MTF径向响应9. GMTT几何MTF切向响应衍射能级1． DENC 衍射包围圆能量2． DENF 衍射能量3． GENC 几何包围圆能量4． XENC透镜数据约束1． TOTR 透镜单元的总长2． CVVA 规定面的曲率=目标值3． CVGT规定面的曲率>目标值4． CVLT规定面的曲率<目标值5． CTVA 规定面的中心厚度=目标值6． CTGT规定面的中心厚度>目标值7． CTLT规定面的中心厚度<目标值8． ETVA规定面的边缘厚度=目标值9． ETGT 规定面的边缘厚度>目标值10． ETLT 规定面的边缘厚度<目标值11． COVA 圆锥系数=目标值12． COGT圆锥系数>目标值13． COLT圆锥系数<目标值14． DMVA 约束面直径=目标值15． DMGT约束面直径>目标值16． DMLT约束面直径<目标值17． TTHI 面厚度统计18． VOLU 元素容量19． MNCT 最小中心厚度20． MXCT 最大中心厚度21． MNET 最小边缘厚度22． MXET 最大边缘厚度23． MNCG 最小中心玻璃厚度24． MXEG 最大边缘玻璃厚度25． MXCG 最大中心玻璃厚度26． MNCA 最小中心空气厚度27． MXCA 最大中心空气厚度28． MNEA 最小边缘空气厚度29． MXEA 最大边缘空气厚度30． ZTHI 控制复合结构厚度31． SAGX 透镜在”XZ”面上的面弧矢32． SAGY透镜在”YZ”面上的面弧矢33． COVL 柱形单元体积34． MNSD 最小直径35． MXSD 最大直径36． XXET 最大边缘厚度37． XXEA 最大空气边缘厚度38． XXEG 最大玻璃边缘厚度39． XNET 最小边缘厚度40． XNEA 最小边缘空气厚度41． XNEG 最小玻璃边缘厚度42． TTGT 总结构厚度>目标值43． TTLT 总结构厚度<目标值44． TTVA总结构厚度=目标值45． TMAS 结构总质量46． MNCV 最小曲率47． MXCV 最大曲率48． MNDT 最小口径与厚度的比率49． MXDT 最大口径与厚度的比率参数数据约束1． PnVA 约束面的第n个控制参数=目标值2． PnGT约束面的第n个控制参数>目标值3． PnLT约束面的第n个控制参数<目标值附加数据约束1． XDVA 附加数据值=目标值（1~99）2． XDGT附加数据值>目标值（1~99）3． XDLT附加数据值<目标值（1~99）玻璃数据约束1． MNIN 最小折射率2． MXIN 组大折射率3． MNAB 最小阿贝数4． MXAB 最大阿贝数5． MNPD 最小ΔPg-f6． MXPD 最大ΔPg-f7． RGLA 合理的玻璃近轴光线数据1． PARX 指定面近轴X向坐标2． PARY指定面近轴Y向坐标3． REAZ指定面近轴Z向坐标4． REAR 指定面实际光线径向坐标5． REAA指定面实际光线X向余弦6． REAB指定面实际光线Y向余弦7． REAC指定面实际光线Z向余弦8． RENA 指定面截距处，实际光线同面X向正交9． RENB指定面截距处，实际光线同面Y向正交10． RENC指定面截距处，实际光线同面Z向正交11． RANG 同Z轴向相联系的光线弧度角12． OPTH 规定光线到面的距离13．DXDX “X”向光瞳”X”向像差倒数14．DXDY “Y”向光瞳”X”向像差倒数15．DYDX “X”向光瞳”Y”向像差倒数16．DYDY “Y”向光瞳”Y”向像差倒数17． RETX 实际光线”X”向正交18． RETY实际光线”Y”向正交19． RAGX 全局光线”X”坐标20． RAGY全局光线”Y”坐标21． RAGZ全局光线”Z”坐标22． RAGA全局光线”X”余弦23． RAGB全局光线”Y”余弦24． RAGC全局光线”Z”余弦25． RAIN 入射实际光线角局部位置约束1． CLCX 指定全局顶点”X”向坐标2． CLCY指定全局顶点”Y”向坐标3． CLCZ指定全局顶点”Z”向坐标4． CLCA指定全局顶点”X”向标准矢量5． CLCB指定全局顶点”Y”向标准矢量6． CLCC指定全局顶点”Z”向标准矢量变更系统数据1． CONF 结构参数2． PRIM 主波长3． SVIG 设置渐晕系数一般操作数1． SUMM 两个操作数求和2． OSUM 合计两个操作数之间的所有数3． DIFF 两个操作数之间的差4． PROD 两个操作数值之间的积5． DIVI 两个操作数相除6． SQRT 操作数的平方根7． OPGT 操作数大于8． OPLT 操作数小于9． CONS 常数值10． QSUM 所有统计值的平方根11． EQUA 等于操作数12． MINN 返回操作数的最小变化范围13． MAXX 返回操作数的最大变化范围14． ACOS 操作数反余弦15． ASIN 操作数反正弦16． ATAN 操作数反正切17． COSI 操作数余弦18． SINE 操作数正弦19． TANG 操作数正切多结构数据1． CONF 结构2． ZTIH 复合结构某一范围面的全部厚度高斯光束数据1． CBWA 规定面空间高斯光束尺寸2． CBWO 规定面空间高斯光束束腰3． CBWZ 规定面空间光束Z坐标4． CBWR规定面空间高斯光束半径梯度率控制操作数1． TnGT2． TnLT3． TnVA4． GRMN 最小梯度率5． GRMX 最大梯度率6． LPTD 轴向梯度分布率7． DLTN ΔNZPL宏指令优化1． ZPLM像面控制操作数1．RELI 像面相对亮度。
zemax优化函数使用方法Zemax是一款常用于光学系统设计和优化的软件工具。
其中的优化函数是Zemax的一个重要功能，可以帮助用户通过自动搜索和调整系统参数，找到最优的设计方案。
本文将介绍Zemax优化函数的使用方法。
一、什么是优化函数在光学系统设计中，我们通常需要通过调整系统的各种参数来实现特定的设计要求。
而优化函数就是帮助我们在众多参数中找到最优解的工具。
其原理是通过数值计算和模拟，自动化地搜索参数空间，以寻找最佳的设计方案。
二、Zemax中的优化函数Zemax中的优化函数可以分为两大类：单变量优化和多变量优化。
单变量优化是指只有一个参数需要进行调整，而多变量优化则是同时调整多个参数。
下面将分别介绍这两种优化函数的使用方法。
1. 单变量优化函数单变量优化函数可以通过调整一个参数，来寻找最优解。
在Zemax 中，我们可以选择需要调整的参数，并设置其变化的范围和步长。
然后，通过运行优化函数，Zemax会自动搜索参数空间，并给出最优的结果。
2. 多变量优化函数多变量优化函数可以同时调整多个参数，以找到最优解。
在Zemax 中，我们可以选择多个参数，并设置它们的变化范围。
然后，通过运行优化函数，Zemax会自动搜索多个参数的组合，并给出最佳的设计方案。
三、使用优化函数的步骤使用Zemax的优化函数，一般需要按照以下步骤进行操作：1. 定义优化目标：首先，我们需要明确设计的目标和要求，例如最小化像差、最大化光学传输等。
这样才能设置正确的优化函数和参数。
2. 设置参数范围：根据设计要求，我们需要选择需要调整的参数，并设置它们的变化范围。
例如，镜片的曲率半径、透镜的厚度等。
3. 运行优化函数：在Zemax中，我们可以选择不同的优化函数进行计算。
例如，全局优化、局部优化等。
根据设计要求和参数设置，选择适合的优化函数，并运行它。
4. 分析结果：运行完优化函数后，Zemax会给出最优的设计方案。
我们可以通过分析结果，评估设计的优劣，并进行进一步的优化和改进。
ZEMAX中如何优化非序列光学系统（翻译）优化就是通过改变一系列参数值（称做变量）来减小merit function的值，进而改进设计的过程，这个过程需要通过merit function定义性能评价标准，以及有效变量来达到这一目标。
本文为特别的为non-sequential 光学系统优化提供了一个推荐的方法。
推荐的方法如下：The recommended approach is:∙在所有merit function中使用的探测器上使用像素插值，来避免像素化探测器上的量化影响。
∙使用这些探测器上的合计值，例如RMS spot size, RMS angular width,angular centroid, centroid location 等，而不是某个特定像素上的数据。
这些'Moment of Illumination' 数据优化起来比任何特定的像素点的值平缓的多。
∙在优化开始之初使用正交下降优化法（Orthogonal Descent optimizer），然后用阻尼最小二乘法（damped least squares）和锤优化器（Hammeroptimizers）提炼结果。
正交下降法通常比阻尼最小二乘法快，但得到的优化解稍差。
首先使用正交下降优化法。
作为例子，我们用几分钟的时间优化一个自由形式的反射镜，最大化LED的亮度，使之从23Cd增加到>250 Cd。
Damped Least Squares vs Orthogonal DescentZEMAX 中有2中局部优化算法：阻尼最小二乘法(DLS)和正交下降法(OD)。
DLS 利用数值计算的结果来确定解空间的方向，即merit function更低的方向。
这种梯度法是专门为光学系统设计的，建议所有的成像和经典光学优化问题使用。
然而，在纯非序列系统优化中，DLS 不太成功，因为探测是在像素化的探测器上，merit function是本质上不连续的，这会使梯度法失效。
使用 ZEMAX®于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件 ZEMAX®的功能讨论可藉由使用 ZEMAX 去设计和分析一个投影系统 来讨论，包括使用透镜数组 (lenslet arrays) 来建构聚光镜 (condenser)。
简介 ZEMAX 以非序列性 (non-sequential) 分析工具来结合序列性 (sequential) 描光程序的传统功能， 且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软 件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光 (stray light) 和鬼影 (ghosting) 的能力，从简单的绘图 (Layout)一直到优化和公差分析皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端 (end to end)分析往往是需要两 种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件， 可用于设计、 优化和公差分析， 而一套非序列性或未受限制的 (unconstrained) 描光软件， 可用来分析杂散光、 鬼影和一般的非成像系统分析，包括照明系统。
序列性描光程序这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系 统。
在定义的顺序上，所有的光线一定会交到所有的表面，否则光路将终止。
光 线不会跳过任何中间的表面；光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光 线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光 (double pass) 中的组件， 然后在序列性列表中，必须再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中 完整定义。
对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常 普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中，序列性描 光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
序列性描光的缺 点， 包括无法追迹所有可能的光路径 (即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来 描述的光学系统或组件。
ZEMAX中如何优化非序列光学系统翻译在ZEMAX中，优化非序列光学系统的一般步骤如下：
1. 打开非序列光学系统：首先，在ZEMAX主界面上点击“File”菜单，然后选择“New Non-Sequential System”选项，创建一个新的非序
列光学系统。
2. 添加和设置非序列组件：在非序列光学系统中，可以通过点击“Insert”菜单，选择不同的组件类型来添加非序列光学元件，例如透镜、镜面、光栅等。
选择组件后，可以通过双击该组件来进行设置，包括位置、旋转角度、材料等。
5. 运行优化：在“Analysis”菜单中选择“Optimization/Global”
选项，打开全局优化设置窗口。
在该窗口中，可以选择优化方法、停止条
件等，并点击“Run”按钮运行优化。
6. 分析优化结果：优化完成后，可以通过查看优化结果来分析系统
的表现。
可以在“Results”菜单中选择“Optimization”选项，查看优
化结果报告和优化变量结果。
以上是在ZEMAX中优化非序列光学系统的一般步骤。
根据具体的光学
系统和优化需求，可能需要进行更详细的设置和调整。
ZEMAX中如何优化非序列光学系统（翻译）优化就是通过改变一系列参数值（称做变量）来减小merit function的值，进而改进设计的过程，这个过程需要通过merit function定义性能评价标准，以及有效变量来达到这一目标。
本文为特别的为non-sequential 光学系统优化提供了一个推荐的方法。
推荐的方法如下：The recommended approach is:•在所有merit function中使用的探测器上使用像素插值，来避免像素化探测器上的量化影响。
•使用这些探测器上的合计值，例如RMS spot size, RMS angular width,angular centroid, centroid location 等，而不是某个特定像素上的数据。
这些'Moment of Illumination' 数据优化起来比任何特定的像素点的值平缓的多。
•在优化开始之初使用正交下降优化法（Orthogonal Descent optimizer），然后用阻尼最小二乘法（damped least squares）和锤优化器（Hammeroptimizers）提炼结果。
正交下降法通常比阻尼最小二乘法快，但得到的优化解稍差。
首先使用正交下降优化法。
作为例子，我们用几分钟的时间优化一个自由形式的反射镜，最大化LED的亮度，使之从23Cd增加到>250 Cd。
Damped Least Squares vs Orthogonal DescentZEMAX 中有2中局部优化算法：阻尼最小二乘法(DLS)和正交下降法(OD)。
DLS 利用数值计算的结果来确定解空间的方向，即merit function更低的方向。
这种梯度法是专门为光学系统设计的，建议所有的成像和经典光学优化问题使用。
然而，在纯非序列系统优化中，DLS 不太成功，因为探测是在像素化的探测器上，merit function是本质上不连续的，这会使梯度法失效。
如下是一个NS系统的the merit function的一条扫描线，该function 仅有一个变量。
可以看到在merit function空间的很长区域，merit function没有改变，改变的到来是突然的，不连续的。
这让基于梯度搜索技术的优化很困难。
正交下降(OD)优化法利用变量的正交规和解空间的离散采样来减小merit function.OD算法不计算merit function的数字衍生物. 对于merit functions 有部噪声的系统，例如非序列系统，OD常常超越DLS优化.这在照明最大化，亮度增强，和对比度优化等问题上非常有用。
像素插值和NSDD除了使用的具体的算法外，ZEMAX 还包含一些大大改善NS系统优化的特色。
如上所述，由于探测器像素化，NS解空间倾向于不连续。
如果给定光线的能量，仅仅分配到一个像素上，当系统改变导致光线在该像素的任意位置移动时没有量的差异。
结果是，当光线穿过边界进入新的像素时，merit function产生了不连续的derivatives (衍生物)，优化困难.这可以通过在探测器上扫描一条光线来说明。
如下所示点的全局图给出了探测器的发光中心随光线位置的改变。
解决这个问题的一种方法是使用像素插值。
根据光线在pixel部相交的位置，一部分能量被分配到像素，而不是，而不是将100%的能量分配到单个像素。
结果是，当系统改变导致光线移动经过一个像素时，merit function有显著的改变。
Pixel interpolation可以在Object properties ->Type标签下选中.如果我们在pixel interpolation enabled的情况下让一条光线扫描探测器，发光中心，以及大多数其他评价标准的改变是连续的，DLS 能方便的使用。
Merit function中报告的发光中心是利用NSDD优化操作数计算的。
NSDD代表non-sequential detector data, 是报告非相关探测数据最有用的操作数。
NSDC 对相干的计算是等价的。
NSDD 操作数的语法如下：NSDD Surf Det# Pix# DataSurf定义非序列组的面(在纯NSC中为1), Det#定义用于报告数据的探测器(它也可以用于清除一个或者全部探测器), Pix#定义需要返回的像素或计算值, Data定义返回 flux, irradiance 还是 intensity 数据. 这些变量允许一系列评价标准的优化:最小的光斑尺寸(最小的RMS空间宽度),最大能量(总的flux)，空间均匀性(所有像素的标准差 -standard deviation),准直(最小RMS角度宽度),及更多其它的。
NSDD 功能更细节的描述，参见ZEMAX 使用手册中的Optimization 章节。
系统设置发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs) 是在很多应用中是重要的光源。
在汽车照明和显示照明领域，常常需要通过增加辅助光学机构修改这些光源的照明强度来提高LED的亮度。
我们从一个真实LED光源的测量数据开始。
参见此文或者本blog的另一篇翻译了解LED建模的更多细节:这里需要知道的只是“source radial”是用于输入测量的能量作为角度的函数的.测量光源的总输出能量为27Lumens,且为峰值在627nm的单色光. 如果你不熟悉如何输入数据，参见此文How to Create a Simple Non-Sequential System. 该光源使用Sobol sampling以用最少的光线获得最好的信噪比。
在General...Units中我们设置系统单位如下:LED光通量(uminous flux )的单位ishi流明(Lumens)因此在本模拟中我们选择该单位.因此照度(Illuminance) 以lm/m2，或称之为勒克斯Lux的单位度量。
发光强度Luminous intensity ("brightness")是以每立体角的流明数lumens/steradian或者坎德拉Candela (Cd)度量.辉度以lm/m2/sr, 或Cd/m2度量, 该单位有时候被称为nit.初始系统建立如下:LED光源将光线打在平面镜上，然后照明detector 表面。
该文件可从本文最后的下载。
detector 上空间和角度分布如下：可见反射镜被LED些微过覆盖，因此空间和角度分布些微非对称.这是有意为之，以给设计增加稍许复杂性.观察发光强度Luminous intensity点图，峰值亮度41Cd发生在极角27 degrees.接近垂直于detector表面的发光强度luminous intensity仅有27Cd(稍后会讨论该数据如何获得).这样一种轮廓不适合头灯照明系统,或投影照明系统. 经常需要低角度的光线越亮越好，以便于投影更远。
我们将优化mirror 形状来得到轴上最大亮度. 为此，我们需执行一下步骤: •定义merit function描述我们的需求•定义mirror表面如何改变•执行优化The Merit FunctionMerit function定义光学设计的"质量"，即设计多大程度满足当前的特性.在这种情况下，我们希望在0度角得到最大的亮度(luminous intensity).这很容易由NSDD 和 NSTR操作数得到.在本设计中，detector 是3号对象，我们希望得到0度角的亮度.detector 查看器显示如下:这给出了x和y方向从-90°到+90°入射到detector 上的光线的角度围.在大约35°之外没有光线，因为LED在此角度之外不发光.峰值强度在约27° .我们对0°左右的光线感兴趣.有2个评价标准针对这种分布:RMS角宽度和亮度质心luminous intensity centroid. RMS宽度瞄准将被准直的光线(例如，同样的入射角),质心瞄准瞄准该入射角为0.如下merit function取得该入射角看到的亮度luminous intensity:第一个NSDD 操作数读出了0号detector 对象,该对象不存在;没有0号对象能存在.这是该操作数的特殊用法: ZEMAX 用之清除所有探测器.探测器可以通过定义负数来单独清除(i.e. Det# = -3 仅清除 detector 3).这在定义了多个探测器的系统中很有用.然后,NSTR操作数告诉ZEMAX 追迹光线.第2，3个操作数读出3号detector,质心x & y (Pix# = -6, -7),data item 2,这就是power/unit立体角.注意我们对准的是发光强度(角度)质心,而不是照度(空间)质心.第4个NSDD 操作数读出所有像素数据的RMS角宽度.此外,最后一个NSDD 操作数为对照之目的报告了中心像素(5101)强度;注意到并未分配权重因此对merit function并无贡献.这个值大概是22 Cd.最后一个NSDD 操作数与OPGT 操作数联合来保持来保持detector上光通量flux最小.我们将它设置成25因为这是detector上初始光通量flux.如果没有此操作数,可能会通过移走mirror 得到一个为0的merit function!如果没有能量掉在detector上,强度质心和RMS半径为0,且这为我们的目标.该"解"凸显了明确定义well-defined 的重要性.在优化过程中,ZEMAX试图将merit function驱动为0,而不论这对系统结构意味着什么.The Free Form Mirror自由形式的表面常常由复合低阶多项式描述,例如样条或者Bezier 曲线.它们通常用于描述诸如涡轮叶片,车身和船体等形式.在光学系统设计中,它有助于保留基本二次曲面部分的概念，而自由形式从此部分加一个微小量开始偏移.这样做的理由稍后演示.为此，我们使用Extended Polynomial Surface对象.该表面由如下形式的方程描述:第一项是光学设计中喜爱的标准圆锥非球面,被用于设计球面,椭球面,抛物面,双曲面等反射镜.第二项代表一系列逐渐增加的高阶多项式.这些高阶多项式是x和y的高次幂.第一项是x,然后y,然后 x*x, x*y, y*y, 等.1阶有2项,2阶有3项,3阶有4项等.最大阶是20,这使得最多可有230项多项式非球面系数.坐标值x,y被半径归一化,因此多项式系数是没有量纲的.本设计中多项式最大的阶限制在20项,因此最高自由形式偏移为x0y5和x5y0.这既非必要也非推荐:仅仅是设计过程中的一个选择.现在如果我们使用Universal Plot来显示扫描时中心像素强度，可以看到mirror的曲率半径:可见:此图同时演示了优化NS系统的难度和恰当定义merit function的需要.如果我们综观评价函数值和基本半径之间的关系，我们可以看到为什么centroid 和spot radius是更好的优化目标.既然我们的merit function恰当的定义了我们的设计标准,我们将比较DLS和OD的局部和全局算法的优化结果.OptimizationZEMAX软件包含两个“global”优化例程，可用于搜寻解空间很大的区域.全局搜寻算法使用遗传算法,随即出发点和局域优化算法相结合,适合在多维参数空间高效搜索低的merit function.锤优化器Hammer optimizer也使用遗传算法和局域优化器来彻底提炼一个Global Search找到的有希望的参数空间的区域结构.merit function的初始值是14.9,0度的亮度是23 Cd.我们将首先使用局域搜寻例程的DLS优化(Tools > Optimization > Optimization…)并与OD优化的结果比较.最后锤优化将在2种情况下进行. 既然我们已经定义了merit function和初始系统,仅剩下分配变量.我们所掌握的有22个变量:半径,圆锥曲线参数,和20个多项式系数.分配这些变量的状态,并开始使用DLS算法局域优化,循环执行次数自动选择.不久之后(11.6 minutes),ZEMAX 得到一个解.Merit function的值降到了6.7,中心像素亮度253Cd.这个优化说明使用像素插值和恰当定义的merit function 如何使甚至是DLS算法在non-sequential解空间高效工作.将此结果以新文件名保存留作比较,并在此打开开始点的文件.这次分配所有22个变量并用OD算法优化.基于我们之前的对两种局域优化算法比较的讨论，我们可以预期这种优化可以更快的得到更好的解.的确，该算法所花时间低于DLS算法的2/3(7.5min)并得到很低的merit function值(6.75).为验证我们得到了一个最佳解而不是掉在局部极小值,我们可为2个系统各跑一次锤优化器.下列表格的结果显示出在局部优化的结果上仅有很小的改进;进一步演示了两种局域优化例程的强大.*Computer specs: Intel Quad core CPU (2.40 GHz), 4GB RAM初始光照和辐射强度分布如下所示，接下给出了使用DLS和OD 算法优化的系统.Starting PointDLS OptimizationOD Optimization比较结果可得,两种优化方法都可以相似的解.然而，OD优化法可以用更少的时间得到比DLS法稍优的结果.事实上,优化一个22变量和几个不同照明目标的系统仅用了几分钟.我们从一个平面镜到一个完全优化的解所花的时间比我们容差分析和产生系统绘图的时间还短.一个有相同的变量数的以spot radius为优化目标的序列系统的优化,需要同等的时间.这个例子清楚地演示了OD算法在优化非序列系统时的效率.本文后的zip文件包含OD优化文件.记住我们不会直接对准中心像素的亮度,但它是RMS半径和质心位置优化的副产品.我们总可以在此评价标准上加上有限的权重,然而结果是RMS半径可能增加.你将发现如果你对准中心像素强度而不是照明二阶矩,系统性能会差很多.Summary本文介绍了非序列优化和不同的加速过程.除了不同的算法和优化搜索的尺度,ZEMAX还有一些让非序列优化更高效的特色.总结:•由于机遇像素化探测器评价标准的计算,非序列解空间是在不连续的. •在非序列系统优化中OD 优于DLS.•像素插值被用于平滑detector 数据并为优化提供更连续的解空间.• NSDD 操作数为各种通量flux,辐射irradiance和强度intensity 评价标准提供高效的优化.•当目标是光束准直时,优化对准照明二阶矩(RMS angular radius)大大优于对准中心像素亮度.•优化一个自由形式的反射镜我们可以得到13X增强的轴上亮度.。
