Zemax非序列優化

純非序列以及混合非序列/序列光學系統中都完全支援優化。優化純非序列系統的最常見方式是採用優化精靈，它們讓你可以用具體的要求來設計優化函式。對於非序列設計，opticstudio支援了三個精靈輔助設定。

在非序列光線追跡中使用的最常用運算元為nstr和nsdd運算元，也可使用其它運算元。nstr用於追跡光線，其作用和「ray trace」工具完全相同。

nsdd用於清除探測器並讀出探測器資料。可直接讀出任何畫素，但是對於優化而言，對光線資料的統計資訊（例如空間或角度中的質心位置或有效寬度）來優化通常更為有用。通過在nsdd運算元中的畫素數字段中輸入負數，opticstudio將計算所有畫素資料的平均、標準差、空間、角度質心以及rms寬度等資料，

在samples\non-sequential\miscellaneous資料夾中開啟名為freeform optimization.zmx的範例檔案。此檔案包含osram提供的lb_t67c led之cad零件以及光源光線檔。檔案中還可以看到我們將要優化其形狀的光導管。

請注意，儘管led的資料檔案包含50.7 lm (lumen)的光能量，我們仍將光源能量設定為1 lm。這樣能讓我們更加便利的討論效率，因為總能量現在為1 lm。

光管為freeform-z物件，由一組(y, z)資料點定義。opticstudio通過這些資料點來擬合平滑曲線，然後圍繞z軸旋轉曲線來形成旋轉對稱管道。管道目前僅為圓柱形，但是要注意(y,z)資料被設定為變數，也就是將會在優化過程中改變。

還要注意探測器物件的z位置以及x、y半寬度通過拾取求解鎖定至freeform-z物件。這些可確保管道的長度在優化期間變化時探測器將始終剛好在光管輸出表面的前方，並可調整探測器的寬度，從而它可在輸出表面的寬度變化時，始終完整取得來自輸出表面的所有光線。

該光管的主要目標是應該在往前的方向上提供最高亮度。因此其發光強度應該盡可能高，並且發光強度分布的寬度（在角度空間中）應該盡可能小。此外，光管的最大和最小寬度以及長度上，我們也設定一了些必須滿足的機械限制。

開啟評價函式編輯器並檢查評價函式。先清除探測器，然後追跡光線。然後我們通過使用畫素-9（其為rms寬度）以及資料= 2（光能量/單位立體角）來計算探測器資料的rms角寬度。起始光束具有48.5°的rms角寬度，

以及0.38 lm/sr的峰值發光強度，儘管很明顯這是乙個有雜訊的數。

此外，我們還將設定光能量的目標要盡可能大。這是很重要的限制，因為沒有光線落在探測器上的化，rms角寬度也會是零！但這顯然並非我們所需的解，因此我們進行優化以得到最大的光能量和最小角寬度。

評價函式中可以看到，我們對於管道的形狀也有一些限制，您應該檢視help檔案中對於frez運算元的完整說明來了解所有詳細資訊。這些限制會防止光管達到不可接受的粗細度。

執行優化器，然後選擇「orthogonal decent」優化運算元。這個替代dls的局域優化器十分適合迅速實現大幅改進，尤其是在非序列系統中，儘管阻尼最小二乘法(damped least square)優化器通常能更好的優化作用。

在五次優化迴圈之後，光管的形狀已進化，可生成102 lm/sr的發光強度，比初始設計亮200倍以上，並且rms角半徑小於9°。

另外要注意，由於使用了拾取求解，探測器物件已改變了位置並增加了大小，並且管道的效率現在約為65%（檢查上述總功率並和我們的1 lm發射功率比較）。

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