1.簡介

OpticStudio的優(yōu)化功能允許用戶通過將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)為變量，在評價(jià)函數(shù)編輯器中定義性能標(biāo)準(zhǔn)來改進(jìn)設(shè)計(jì)。這個過程會對設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的影響，所以選擇合適的變量和標(biāo)準(zhǔn)非常重要。序列模式和非序列模式中可用的標(biāo)準(zhǔn)類型有所不同。本文為非序列系統(tǒng)的優(yōu)化提供了一種建議方式。

例如，通過優(yōu)化自由曲面反射鏡，最大限度地將LED的亮度從23 Cd提高到大于250 Cd，只需幾分鐘。

2.阻尼最小二乘法與正交下降法對比

OpticStudio中有兩種局部優(yōu)化算法:阻尼最小二乘法(DLS)和正交下降法(OD)。DLS運(yùn)用數(shù)值微分計(jì)算，在一個較小的評價(jià)函數(shù)設(shè)計(jì)的解空間里確定優(yōu)化方向。這種梯度方法是為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)專門開發(fā)的，被推薦用于所有成像和經(jīng)典光學(xué)優(yōu)化問題。然而，在純非序列系統(tǒng)優(yōu)化中，由于采用像素探測器進(jìn)行探測，DLS的優(yōu)化效果較差。并且評價(jià)函數(shù)本身是不連續(xù)的，這也可能導(dǎo)致梯度搜尋方法失敗。

下面是當(dāng)評價(jià)函數(shù)只有一個變量時，對非序列系統(tǒng)的評價(jià)函數(shù)進(jìn)行查看。

可以看出，很長一段區(qū)間內(nèi)評價(jià)函數(shù)根本沒有變化，發(fā)生的變化是突然且不連續(xù)的。這使得通過梯度搜尋方法進(jìn)行優(yōu)化變得困難。

正交下降優(yōu)化利用變量的正交化和解空間的離散采樣來降低評價(jià)函數(shù)值。OD算法不計(jì)算評價(jià)函數(shù)的數(shù)值微分。對于評價(jià)函數(shù)存在原本噪聲的系統(tǒng)而言，例如非序列系統(tǒng)，OD通常比DLS算法要好。它在照度最大化、亮度增強(qiáng)和均勻性優(yōu)化等優(yōu)化問題中非常有用。

3.像素插值和非相干強(qiáng)度數(shù)據(jù)（NSDD）

除了使用的特定算法外，OpticStudio中還有幾個能夠顯著提升非序列系統(tǒng)優(yōu)化效率的功能。

如上所述，由于探測器的像素特性，非序列的解空間往往是不連續(xù)的。如果一條給定光線中的能量只分配給一個像素，那么當(dāng)系統(tǒng)更改導(dǎo)致光線在該像素內(nèi)的任何位置移動時，就沒有數(shù)量上的差異。因此，當(dāng)一條光線跨越邊界進(jìn)入一個新的像素時就需要對不連續(xù)的評價(jià)函數(shù)求微分，優(yōu)化非常困難。

這可以通過觀察入射到探測器上的一條光線來說明。下面的通用繪圖顯示了探測器上的輻照度質(zhì)心如何隨著光線位置的變化而變化。