概述

優化是一個有助于找到一個光學系統的最佳解決方案的實驗過程，它主要是利用參數的變化而試圖達到預期的結果。在Speos 2023 R2中提供三種可供選擇的方法來執行此類分析。

第一個是基于workbench創建的優化，可以參考文章（基于Ansys Workbench和Speos的準直全反射透鏡優化設計案例），第二種使用optiSLang及其強大的優化功能，在optiSLang種直接調用Ansys Speos求解器，訪問發布的參數，設計識別最重要的輸入參數，多目標優化在不同目標之間進行權衡，第三種是利用嵌入到Speos中的優化工具optimization，允許基于隨機算法Random search設置一個優化，以研究不同參數集對仿真結果的影響。

本案例講述使用Speos optimization 優化工具，快速優化設計。為描述案例講解過程，首先對optimization工具的參數進行詳細解釋。

優化模式

Speos optimization優化功能提供三種優化模式: Random Search隨機搜索算法是一種基于隨機的全局優化方法，優值提供函數定義優化的收斂過程，Minimize允許獲得盡可能接近目標值的模擬值。

Maximum允許獲得盡可能遠離目標值的模擬值。

Design of Experiment實驗設計允許定義變量的值，通過使用基于所選變量的Excel文件來定義變量。Plugin插件允許使用自己創建的優化算法，以便在分析中增加更多的靈活性。

變量類型

Optimization特性根據變量的來源提供了三種變量類型。

Simulation variable模擬變量對應Speos的仿真變量，在此變量列表中可以選擇光源的參數、探測器的參數、包括3D texture的參數。在optimization設置列表中，可以查看添加到優化中的變量的當前值，和數值變量可變范圍，可以修改min和max的數值，使得變量在更大或更小的范圍內變化。

Design variable設計變量對應于光學部件設計參數，在Speos 中完成的所有OPD光學部件設計參數，都可以作為優化變量選擇optimization中，例如lightguide、TIR、optical lens、optical surfaces等設計參數。

在optimization設置列表中，可以查看添加到優化中的變量的當前值，和數值變量可變范圍，可以修改min和max的數值，使得變量在更大或更小的范圍內變化。

Document variable對應于可以在spacecclaim Groups面板(驅動維度，腳本參數)中創建的輸入參數，也可以是機械變量參數，例如機械半徑等參數。

在optimization設置列表中，可以查看添加到優化中的變量的當前值，和數值變量可變范圍，可以修改min和max的數值，使得變量在更大或更小的范圍內變化。

優化目標

優化目標對應于想要評估的目標結果，是整個優化過程的最終評估元素。為了得到目標首先需要建立direct或者是inverse仿真，運算仿真得到XMP結果后，使用measure功能確認目標數值，例如RMS、average等，得到一個含有目標結果的XMP。然后創建優化optimization后，在target列表選擇評估目標。

優化

1.在Speos中，打開案例LightGuide_Tutorial，此案例可以在Ansys learning Hub優化課程中找到。

2.定義光源、探測器、材料屬性、直接仿真運算得到XMP仿真結果。

3.對仿真結果中的出光區域的RMS做為目標優化值。

4.點擊optimization，選擇light guide仿真，選擇R1-R5作為document variable，并修改參數變量的min和max。選擇RMS作為target， 設置目標值，權重為1。

5.選擇random search，Minimize優化，仿真運算時間600S，GPU運算仿真。

6.最終得到如下結果，優化后RMS降低，整體均勻性提高。

審核編輯：劉清