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光学设计

Zemax非序列优化方法总结

时间:2024/9/8 15:28:27   作者:Leslie   来源:正势利   阅读:175   评论:0
内容摘要: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...

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。


标签:序列 优化 方法 总结 

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