光学系统设计中，非序列模式下的优化往往因涉及复杂的光线追迹、探测器数据处理和多目标性能调控，成为设计流程中的难点。相比序列模式，非序列优化需要频繁处理探测器清零、光线追迹参数配置等重复性操作，且评价函数的构建容易出现疏漏。Ansys Zemax OpticStudio 的非序列优化向导功能，通过自动化流程和可视化配置，为解决这一痛点提供了高效解决方案。下面将详细解析该向导的核心功能、操作流程及实际应用案例，助力工程师快速掌握非序列光学系统的优化方法。

一、非序列优化向导的核心价值与访问方式

非序列优化向导的核心价值在于将复杂的评价函数构建过程模块化、自动化，减少手动操作误差，同时支持动态扩展优化目标。该工具适用于各类非序列光学系统，无论是追求光通量均匀性的照明系统，还是需要精准匹配能量分布的成像系统，都能通过向导快速搭建符合需求的评价函数。

1. 功能定位

自动化基础流程：自动添加探测器清零操作数，避免因数据残留导致的优化偏差；

标准化参数配置：提供光线追迹、评价标准等核心参数的可视化配置界面；

动态目标扩展：支持分次添加多个优化目标，灵活构建复杂评价函数；

特殊场景适配：内置位图匹配功能，支持复杂光通量与颜色分布的精准优化。

2. 访问路径

该工具可通过两种方式启动：

评价函数编辑器菜单：优化（Optimization）→ 优化向导（Optimization Wizards）→ 优化向导（Optimization Wizard）；

评价函数编辑器工具栏：直接点击“Wizards and Operands”按钮（注：混合模式下不可用）。

启动后将显示包含“清除数据设置”“光线追迹设置”“标准设置”三大核心模块的配置窗口，所有参数均可实时预览并调整。

二、核心参数配置详解

1. 清除数据设置：确保优化基础可靠性

优化向导的核心优势之一是自动处理探测器数据清零。无论是否勾选“清除数据设置”选项，系统都会在评价函数顶部自动添加 NSDD 操作数，在每次优化迭代前清除所有探测器数据——这是非序列优化的必要前提，可避免历史数据干扰优化结果。

默认设置下，“清除探测器”保持为“All”，无需手动调整；若需在评价函数中间某节点清除特定探测器，可手动启用该选项并指定目标探测器，否则建议保留默认值以保证流程简洁性。

2. 光线追迹设置：适配不同系统复杂度

光线追迹是非序列优化的核心环节，向导提供两种追迹模式，可根据系统需求灵活选择。常规光线追迹适用于大多数非序列系统，无特殊探测器要求，支持所有探测器类型；LightningTrace™（LT）模式则适用于对计算效率有要求的系统，但存在一定限制，仅支持矩形探测器和颜色探测器的空间数据，以及极坐标探测器的角度数据，其他探测器均不支持。

关键配置要点包括采样设置、辅助参数和配置范围。采样设置提供“Low（1X）”至高级别的采样选项，采样级别越高计算精度越高，但耗时更长，基础优化可选择“Low（1X）”；辅助参数方面，可勾选“Split Rays”（分裂光线）、“Use Polarization”（使用偏振）、“Ignore Errors”（忽略错误）等选项，适配偏振敏感系统或复杂光学结构；配置范围默认“Configuration: All”，支持全配置下的统一优化，无需分次处理多配置场景。

3. 标准设置：定义优化目标与约束

“标准设置”是评价函数的核心，直接决定优化方向，配置需遵循“探测器指定→标准选择→边界定义→约束设置”的逻辑流程。首先需选择目标探测器（如矩形探测器、颜色探测器），系统将自动匹配该探测器支持的评价标准；随后根据优化需求选择合适的评价标准，常见选项包括光通量相关的总光通量（Total Flux）、最小光通量（Minimum Flux），均匀性相关的空间均匀度（Spatial Uniformity）（标准差越小越均匀），以及几何参数类的 RMS 光斑半径（RMS Spot Radius）等。

边界与目标设置通过“Boundary”下拉菜单选择约束类型（如“Equal To”“Greater Than”），并在“Target”框中输入具体数值（如空间均匀度目标设为 0 表示完全均匀）；同时必须合理设置“Minimum Flux”值，避免优化过程中出现“无光线入射探测器”的无效方案。若系统需保证一定光通量，建议设为非零值，否则该标准将被系统忽略。

4. 动态评价函数构建：灵活扩展优化目标

向导支持两种评价函数生成方式，适配不同复杂度需求。单次添加适用于单一目标优化，设置完成后点击“OK”，系统添加操作数并关闭对话框；动态扩展则适用于多目标优化，点击“Apply”按钮，系统保留当前配置并添加操作数，对话框保持打开状态，可继续添加其他目标（如先优化均匀性，再添加光通量约束）。

动态构建时需注意：点击“Apply”后，“清除数据设置”和“光线追迹设置”将自动停用，避免重复配置；若需修改基础设置，可手动重新激活。

三、实际应用案例：从基础优化到复杂分布匹配

1. 案例一：投影仪光学系统优化（常规目标）

以数字投影仪的复眼均质器系统为例（文件路径：{Zemax}\\\\\\\\Samples\\\\\\\\Non-sequential\\\\\\\\Miscellaneous\\\\\\\\Digital_projector_flys_eye_homogenizer.zmx），该系统需同时优化光通量均匀性和效率两大核心性能。

优化步骤如下：首先打开评价函数编辑器，启动优化向导；基础设置保留“清除探测器：All”，光线追迹设置勾选“Split Rays”“Use Polarization”“Ignore Errors”，选择目标探测器 7（Homog. Plane，矩形探测器）；第 一目标（均匀性）选择“ Spatial Uniformity”作为标准，边界设为“Equal To”，目标值 0，点击“Apply”；第 二目标（效率）选择“Total Flux”作为标准，边界设为“Greater Than”，目标值 6500 流明（基于 10000 流明光源的 65% 效率目标），点击“OK”；系统自动生成包含 NSDD、NSTR、OPGT 等操作数的评价函数，定义变量后即可启动优化。

通过向导构建的评价函数，可快速实现光束均匀化与高效传光的平衡，避免手动配置操作数时的遗漏（如忘记添加探测器清零操作数）。

2. 案例二：彩色测试靶能量分布匹配（位图向导）

对于需要精准匹配复杂光通量 / 颜色分布的场景（如显示面板、特殊照明），可使用“非序列 BMP 位图向导”，直接导入图像文件定义目标分布。

操作流程如下：启动位图向导（评价函数编辑器→Wizards and Operands→Bitmap Wizard）；探测器选择仅支持矩形探测器和颜色探测器，本例选择颜色探测器 5；目标图像导入需选择 {Zemax}\\\\\\\\IMAFiles 目录下的彩色图像（如 ColorTestMeritFunction.png），系统自动预览目标分布；参数配置勾选“Color Targets”（颜色目标），设置总光通量（Total Flux）为1（控制绝对强度），采样级别设为“Low（1X）”；若图像分辨率与探测器不一致，可勾选“Resample Detector”，使探测器像素数匹配图像像素数，避免混叠；点击“OK”后，系统自动为每个像素添加 3 个颜色操作数（对应 X、Y、Z 三刺激值），并添加总光通量约束。

使用该功能时需注意：图像格式支持 BMP、JPG、PNG，建议使用最低有效分辨率（如 306×306 图像适配 50×50 探测器），减少操作数数量（灰度图每个像素 1 个操作数，彩色图 3 个）；若生成操作数耗时过长，可点击“Terminate”终止，系统将删除已添加的操作数，重新调整图像分辨率后再尝试。

四、使用技巧与避坑指南

操作数自动生成：向导会自动处理 NSDD（探测器清零）、NSTR（光线追迹）等基础操作数，无需手动添加，避免配置错误；

LightningTrace™适用场景：仅在追求计算效率且探测器类型符合要求时使用，否则默认常规光线追迹；

最小光通量设置：务必根据系统实际情况设置非零值，尤其是低光效系统，防止优化收敛到无光线入射探测器的无效方案；

评价函数编辑：向导生成的评价函数可后续手动修改（如调整权重、添加新操作数），灵活适配特殊需求；

附件资源：案例中使用的彩色测试图像等附件，可联系 OpticStudio 工作人员获取。

OpticStudio 非序列优化向导通过自动化流程、模块化配置和动态扩展能力，大幅降低了非序列光学系统的优化门槛。无论是常规的光通量、均匀性优化，还是复杂的颜色与能量分布匹配，都能通过向导快速构建精准、可靠的评价函数，减少手动操作误差，提升优化效率。结合后续将推出的《如何优化非序列光学系统》进阶内容，工程师可进一步掌握优化变量选择、算法参数调整等核心技巧，实现从“能优化”到“优化好”的跨越。