光学设计指引贴9《非序列照明系统优化》

光学设计指引贴9：非序列照明系统优化
ZEMAX中的非序列照明系统优化，弥补了一些照明系统模拟软件不能优化的弊端，因此也是不少光学设计者感兴趣的问题。

为了能了解与掌握非序列系统的优化，应先了解非序列的建模。

本章给出了“桌面\非序列优化\1－非序列建模实例\例1.ZMX”，及其建模笔记“例1 建模笔记.doc”。

另外在ZEMAX 2009中做了个用FREZ操作数，进行非序列优化的实例“桌面\非序列优化\2－非序列优化实例\实例2”，内有ZEMAX建模文件，及其建模优化说明“非序列自由形式（Freeform Z）的优化.doc”。

这个优化实例,可引申到反光瓦，CPC类聚光照明系统的优化上。

以上只是非序列优化快速入门的指引部分，在“桌面\非序列优化\3－非序列优化教程\例3－非序列优化改善.ZMX”光棒优化方法，详细介绍了非序列优化的基本原理。

在此基础上，可以参考三个网上下载的非序列优化的说明。

一关于非序列操作数分类
根据用途不同分为两类：
1 非序列物体数据的约束
NPXG－非连续的物体位置x 坐标大于
NPXL－非连续的物体位置x 坐标小于
NPXV－非连续的物体位置x 坐标值
NPYG－非连续的物体位置Y 坐标大于
NPYL－非连续的物体位置Y 坐标小于
NPYV－非连续的物体位置Y 坐标值
NPZG－非连续的物体位置z 坐标大于
NPZL－非连续的物体位置z 坐标小于
NPZV－非连续的物体位置z 坐标值
NTXG－非连续的物体位置x 倾斜大于
NTXL－非连续的物体位置x 倾斜小于
NTXV－非连续的物体位置x 倾斜值
NTYG－非连续的物体位置y 倾斜大于
NTYL－非连续的物体位置y 倾斜小于
NTYV－非连续的物体位置y 倾斜值
NTZG－非连续的物体位置Z 倾斜大于
NTZL－非连续的物体位置Z 倾斜小于
NTZV－非连续的物体位置Z 倾斜值
NPGT－非连续参数大于。

Hx 的值用来定义参数编号
NPLT－非连续参数小于。

Hx 的值用来定义参数编号
NPV A－非连续参数等于。

Hx 的值用来定义参数编号
以上操作数的定义详细内容可参考南京光科编写的“ZEMAX中文使用手册2010年2月1日版”
第483页。

2 非序列光线追迹和探测操作数
NSDC－指定非序列组面序号、探测体编号、返回光强。

NSDD－指定非序列组面序号、探测体编号、可探测器清零、或返回光强。

对矩形探测器，可返回象素光强。

这个操作数很灵活，有多种功能。

NSDE－颜色探测器，指定数组面序号、探测器编号对应象素的返回数，可清零。

NSDP－探测器指定数组面序号，物体编号的返回物体数，可指定清零。

NSRA－可用于偏振的单根光线追迹。

NSST－单条光线追迹。

可返回交点坐标、交点光线余弦。

NSTR－可选择分光、散射、偏振模式进行光线追迹。

以上操作数的定义详细内容可参考南京光科编写的“ZEMAX中文使用手册2010年2月1日版”
第483页、第484页。

二非序列系统的优化
1 探测器光强读出
探测器工作面尺寸可在探测器外形定义上给出，然后由下方式读出其上总光强，和光照均匀性（见“例3－非序列光强读出.ZMX”）：
上文件优化后得“例3－非序列优化.ZMX”，见下图：
由上图，后图均匀性计算结果比前图要好，但实际上要差，这是什么原因？观察两文件3D图：
由上图，可见优化后光棒到探测器间隔加大，使光斑扩大到200X200的面积上，对于优化前，探测器考核面的140X140到200X200之间是无光照的，在140X140有光照，这两者间的均匀度是很差的，优化后却有了较大改善（但这不是我们所希望的）。

由上分析可见，优化变差是因为优化标准出了问题，解决方法：1 探测器7动态定位到光棒出射面后10mm处。

2 探测面改成140X140。

这样优化后有：
上面应有更好的状态，主要是ZEMAX 2005 不能选正交化的优化方法（量化优化方法），待装好ZEMAX 2009后，在进步优化。

整理：高国欣 2012 年 9月 24日。