在光学设计中，非序列模式下的优化通常比序列模式更复杂且耗时。非序列系统的优化涉及多个性能目标的评估和调整，这一过程容易出错且重复性高。Zemax OpticStudio提供了非序列优化向导，旨在简化这一过程。该向导支持创建常见类型的评价函数，并能够匹配导入图像文件的能量分布。本文将详细探讨如何使用非序列优化向导及其相关功能，以提高光学系统的优化效率。
一、非序列优化向导概述
非序列优化向导为用户提供了一种快速创建由常用评价目标组成的评价函数的工具。用户可以通过OpticStudio的评价函数编辑器访问该向导，路径为“优化 (Optimization) … 优化向导 (Optimization Wizards) … 优化向导 (Optimization Wizard)”。该向导支持添加NSDD操作数，以便在每次运行开始时清除探测器数据。
二、访问优化向导
用户可以通过单击评价函数编辑器中的“优化向导和操作数 (Wizards and Operands)”来访问优化向导。请注意，该工具在混合模式下不可用。优化向导将评价函数组件划分为三类，简化了用户的选择过程。
三、光线追迹设置
光线追迹设置支持常规光线追迹和LightningTrace™ (LT)。常规光线追迹是系统默认的追迹方式。如果要使用LT，请选择相应选项。需要注意的是，LT只支持矩形和颜色探测器的空间数据，以及极坐标探测器的角度数据。其他探测器不支持LT。
四、标准设置
“标准设置 (Criteria Settings)”定义了评价函数的计算目标。用户可以通过下拉菜单选择边界条件，并在文本框中定义评价目标（如阈值或确切目标）。此外，设置“最小光通量 (Minimum Flux)”是必要的，以避免优化过程中出现没有光线入射到探测器的情况。如果在探测器上没有光线而仍有机会达到最小光通量目标，则应设置为非零值。
五、应用动态评价函数
优化向导允许用户通过点击“应用 (Apply)”按钮创建动态评价函数。此操作将基于当前定义的设置添加操作数，且对话框保持打开状态，等待添加其他条件。点击“确认 (OK)”后，系统将在添加完必要的操作数后关闭对话框。
六、投影仪示例
为了演示非序列优化向导的功能，我们可以打开示例文件：“{Zemax}\Samples\Non-sequential\Miscellaneous\Digital_projector_flys_eye_homogenizer.zmx”。该系统设计用于数字投影仪，通过透镜阵列模拟多个光源以均匀化光束。
对于任何投影系统，光通量均匀性和效率是最重要的性能指标。打开评价函数编辑器并启动优化向导，保持“清除数据设置”和“清除探测器”选项的原样。在光线追迹设置下，勾选“启用分裂光线 (Split Rays)”、“使用偏振 (Use Polarization)”和“忽略错误 (Ignore Errors)”。选择探测器对象7作为目标设置，并将“空间均匀度 (Spatial Uniformity)”定义为评价标准，边界条件为“等于”零。
为了确保效率，我们可以设置一个实际的光通量目标，例如至少65%的效率。由于投影仪的光源为10,000流明，因此我们的目标是总流明超过6500流明。完成这些设置后，点击“确认”，OpticStudio将为总光通量添加额外的操作数，优化过程可以顺利进行。
七、非序列BMP位图向导
非序列BMP位图向导是一个专门用于定位探测器上复杂光通量和颜色分布的工具。该工具的设置与前面讨论的评价函数工具相似，但在“目标设置 (Target Settings)”部分有所不同。探测器对话框中仅显示矩形探测器和颜色探测器，因为它们是该功能支持的探测器类型。
输入文件可以是位于“{Zemax}\IMAFiles”目录中的任何BMP、JPG或PNG文件。输入图像定义了光通量和颜色的相对分布，但不定义绝对光通量。总光通量设置允许目标缩放以获得一定的总光通量，同时保留在图像中定义的相对分布。
预览功能显示了在探测器上的目标分布具体样子。如果图像分辨率与探测器分辨率不同，图像将被重新采样到探测器的大小。低分辨率探测器可能会出现混叠现象。为了避免这种情况，建议使用能够准确表示所需光通量和颜色分布的最低分辨率图像。
八、彩色测试靶示例
为了说明非序列BMP位图向导的功能，我们可以使用一个简单的方格颜色测试靶创建评价函数。使用的图像“ColorTestMeritFunction”是为了演示该工具而设计的，图像由彩色象限组成。
当启用彩色测试靶时，OpticStudio将为每个像素添加三个目标操作数，分别对应每个像素的X、Y和Z三刺激值。此外，还会添加一个总光通量操作数以确保绝对光通量符合要求。虽然这种针对单个像素的方法显得单调乏味，但它在优化过程中非常有效。
总结
通过使用Zemax OpticStudio的非序列优化向导，光学设计师可以轻松定义复杂的评价函数，从而提高优化效率。非序列优化向导工具允许以动态方式定义常见目标，而非序列BMP位图向导则自动建立光通量和颜色分布的操作数，显著减少了手动设置的工作量。结合OpticStudio强大的优化工具和算法，这些功能将帮助设计师更高效地实现光学系统的优化目标。
