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ZEMAX中如何优化非序列光学系统(翻译)

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ZEMAX中如何优化非序列光学系统(翻译)
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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 angularwidth,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>250Cd。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。4:Universal Plot 1D▣☒Update Settings Print Window Text ZoomB.-6PARAMETER 2 DN DBJECT 2MERIT FUNCTION VERSUS BRSE RADIUSCONFIGURATION 1 OF 1可以看到在merit function空间的很长区域内,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范和解空间的离散采样来减小meritfunction.OD算法不计算merit function的数字衍生物.对于merit functions有内部噪声的系统,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,S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。2:Universal Plot 1DUpdate Settings Print Window Text Zoom0.9070503X POSITION IN MM DN OBJECT 1UNIVERSAL PLOTMF_NSDD.ZMX解决这个问题的一种方法是使用像素插值。根据光线在pixl内部相交的位置,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.
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