ZEMAX优化函数结构浅探
ZEMAX软件的优化函数构成以及优化函数算法的心得
各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。
最近，本人在使用ZEMAX过程中，仔细分析了一下构成ZEMAX软件的优化函数构成以及优化过程算法，有些心得，留给入门的朋友们共享。
一、 优化函数结构凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX、CODEV的设计人员都知道，优化的参数包括以下几个种类：光学特性参数，例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距，镜片间空气间距、镜片厚度等等；像质参数，例如畸变、场曲、彗差等等。
ZEMAX将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数，并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。
数学表达式为：，其中 为各个优化元的权重系数， 为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元，例如焦距、畸变、彗差等等， 为该优化元的目标值。
优化过程有局部优化和全局优化两种。
局部优化是指，通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值，然后构成整个优化函数的值的计算过程。
该过程的思路是解决当前状态已经处于“U”型中的某个位置，迫使其落到“U”中间的最小位置。
全局优化和局部优化不同的是，优化过程类似于一个搜索过程，这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化，优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。
由于采用的方法不同，构成了多种全局优化算法。
全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式，使得光学设计距离完全自动化更进了一步。
当然，目前的各种算法都还有一定局限性，例如搜索能力强度、计算复杂程度，由此影响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。
但是不管怎么样，现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等，已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。
二、 ZEMAX的缺省优化函数结构入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default 缺省的优化函数，然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析，但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析，这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。
Zemax优化函数探讨2
Zemax优化函数探讨21 Zemax优化函数探讨1 小结在前面我们讨论的是“Zemax优化函数”在→激活的优化过程中，各操作数权的选取原则和优化过程的数学原理。
从中我们体会到掌握好优化的关键是操作数的权的选取。
下面是7组元镜头优化时，各操作数的选取一例：上面传函是选用的几何子午传函，这样选取有两个原因，其一是该数据是针对低分辩率系统的优化（对最初镜头结构），其二是子午传函比弧失传函差较多，因此应控制子午传函。
在分辩率设定目标值时，要保正不同视场给于不同的空间频率和和传函值，操作数的权也应不同。
上面玻璃与空气隙的权出入较大的原因有以下几方面：（1）保正玻璃边缘通光处有正厚度。
（2）保正空气隙不为负在给厚度和气隙权时，先给小点的数，运行看看，然后逐渐加大，以恰能控制为宜。
注意，操作数与权在优化全过程中，不是一程不变的，要随时监控操作数的控制状态，对于失控的操作数，或变化太慢的操作数，要重新调整操作数的权，或增加，减少操作数。
2 全局优化由Zemax帮助文件有“全局搜索很少会自己找到全局最小量。
其原因是全局搜索集中力量用来搜寻一个新的、有前途的设计形式，而不是正确集中来搜寻每种形式的最好的可能方案”。
我们分析一下这句化的数学含意，全局优化不是在找局部极值，而是从局部优化中跳出，重新找其它极值点。
可见全局优化着眼的是全局，而不是局部。
这恰恰和前面介绍的局部优化相反的优化过程。
之所以称之为相反，是因为：✧局部优化在数学处理手法上是加大控制权，减小搜索步长，以满足局部优化的线性迭代条件。
✧全局优化在数学处理手法上是减小控制权，加大搜索步长，以满足非线性迭代条件。
从而使过程跳出局部限制，到达别的区域,如果该区域的优化函数比原局部极值还要好，就保留新的极值对应的改动结构。
由上分析可见，只要将局部极小化的传函权数，按比例减小(不能减小的太小)，就可使迭代的线性变为非线性。
这是掌握此法的关键。
不少人在使用全局优化很长时间得不到结果，是因为优化过程的非线性不够，跳不出局部极值造成的。
zemax优化操作函数
优化函数1、像差SPHA(球差)：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重指定表面产生的球差贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为零，则为整个系统的总和COMA(彗差) ：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重指定表面产生的贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是针对整个系统。
这是由塞得和数计算得到的第三级彗差，对非近轴系统无效.ASTI(像散)：指定表面产生像散的贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是针对整个系统。
这是由塞得和数计算得到的第三级色散，对非近轴系统无效FCUR(场曲)：指定表面产生的场曲贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是计算整个系统的场曲。
这是由塞得系数计算出的第三级场曲，对非近轴系统无效.DIST(畸变)：指定表面产生的畸变贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则使用整个系统。
同样，如果表面编号值为0，则畸变以百分数形式给出。
这是由塞得系数计算出的第三级畸变，对与非近轴系统无效.DIMX(最大畸变值)：它与DIST 相似，只不过它仅规定了畸变的绝对值的上限。
视场的整数编号可以是0，这说明使用最大的视场坐标，也可以是任何有效的视场编号。
注意，最大的畸变不一定总是在最大视场处产生。
得到的值总是以百分数为单位，以系统作为一个整体。
这个操作数对于非旋转对称系统可能无效。
AXCL(轴向色差)：以镜头长度单位为单位的轴向色差。
这是两种定义的最边缘的波长的理想焦面的间隔。
这个距离是沿着Z 轴测量的。
对非近轴系统无效.LACL(垂轴色差)：这是定义的两种极端波长的主光线截点的y方向的距离。
对于非近轴系统无效TRAR(垂轴像差)：在像面半径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.TRAX(x方向垂轴像差)：在像面x方向测定的相对于主光线的垂轴像差TRAY(Y方向垂轴像差)：在像面Y方向测定的相对于主光线的垂轴像差TRAI(垂轴像差)：在指定表面半口径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.类似于TRAR，只不过是针对一个表面，而不是指定的像面.OPDC(光程差)：指定波长的主光线的光程差.PETZ(匹兹伐曲率半径)：以镜头长度单位表示,对非近轴系统无效PETC(匹兹伐曲率)：以镜头长度单位的倒数表示,对非近轴系统无效RSCH：相对于主光线的RMS 斑点尺寸（光线像差）。
zemax优化函数使用方法
zemax优化函数使用方法Zemax是一款常用于光学系统设计和优化的软件工具。
其中的优化函数是Zemax的一个重要功能，可以帮助用户通过自动搜索和调整系统参数，找到最优的设计方案。
本文将介绍Zemax优化函数的使用方法。
一、什么是优化函数在光学系统设计中，我们通常需要通过调整系统的各种参数来实现特定的设计要求。
而优化函数就是帮助我们在众多参数中找到最优解的工具。
其原理是通过数值计算和模拟，自动化地搜索参数空间，以寻找最佳的设计方案。
二、Zemax中的优化函数Zemax中的优化函数可以分为两大类：单变量优化和多变量优化。
单变量优化是指只有一个参数需要进行调整，而多变量优化则是同时调整多个参数。
下面将分别介绍这两种优化函数的使用方法。
1. 单变量优化函数单变量优化函数可以通过调整一个参数，来寻找最优解。
在Zemax 中，我们可以选择需要调整的参数，并设置其变化的范围和步长。
然后，通过运行优化函数，Zemax会自动搜索参数空间，并给出最优的结果。
2. 多变量优化函数多变量优化函数可以同时调整多个参数，以找到最优解。
在Zemax 中，我们可以选择多个参数，并设置它们的变化范围。
然后，通过运行优化函数，Zemax会自动搜索多个参数的组合，并给出最佳的设计方案。
三、使用优化函数的步骤使用Zemax的优化函数，一般需要按照以下步骤进行操作：1. 定义优化目标：首先，我们需要明确设计的目标和要求，例如最小化像差、最大化光学传输等。
这样才能设置正确的优化函数和参数。
2. 设置参数范围：根据设计要求，我们需要选择需要调整的参数，并设置它们的变化范围。
例如，镜片的曲率半径、透镜的厚度等。
3. 运行优化函数：在Zemax中，我们可以选择不同的优化函数进行计算。
例如，全局优化、局部优化等。
根据设计要求和参数设置，选择适合的优化函数，并运行它。
4. 分析结果：运行完优化函数后，Zemax会给出最优的设计方案。
我们可以通过分析结果，评估设计的优劣，并进行进一步的优化和改进。
ZEMAX优化函数结构浅探
各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。
最近，本人在使用ZEMAX过程中，仔细分析了一下构成ZEMAX软件的优化函数构成以及优化过程算法，有些心得，留给入门的朋友们共享。
一、优化函数结构凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX、CODEV的设计人员都知道，优化的参数包括以下几个种类：光学特性参数，例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距，镜片间空气间距、镜片厚度等等；像质参数，例如畸变、场曲、彗差等等。
ZEMAX将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数，并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。
数学表达式为：，其中为各个优化元的权重系数，为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元，例如焦距、畸变、彗差等等，为该优化元的目标值。
优化过程有局部优化和全局优化两种。
局部优化是指，通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值，然后构成整个优化函数的值的计算过程。
该过程的思路是解决当前状态已经处于“U”型中的某个位置，迫使其落到“U”中间的最小位置。
全局优化和局部优化不同的是，优化过程类似于一个搜索过程，这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化，优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。
由于采用的方法不同，构成了多种全局优化算法。
全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式，使得光学设计距离完全自动化更进了一步。
当然，目前的各种算法都还有一定局限性，例如搜索能力强度、计算复杂程度，由此影响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。
但是不管怎么样，现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等，已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。
二、ZEMAX的缺省优化函数结构入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default缺省的优化函数，然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析，但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析，这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。
Zemax-光学系统设计经验（1）---优化函数的使用
Zemax-光学系统设计经验（1）---优化函数的使用使用Zemax设计光学系统，基本上就是根据设计要求，给出初始设计，然后优化系统。
初始设计需要对光学有系统的学习，需要长期的经验，不同的领域有不同的要求，初始设计会大不相同，zemax不会给你太多的帮助。
Zemax的精髓是能计算出光路图，然后使用operand(优化函数)优化各项光学参数。
1. default merit function，当属最有用的优化函数，配合EFFL （有效焦距）使用，基本可以设计大部分光学系统。
可以使用RMS spot radius and rms wavefront error。
另外设置好变量。
Zemax会自动生成优化系数(weight). 函数行的量取决于波长数，场(field)数，也决定了计算的快慢。
2. 自己设计优化函数。
第一步，需要知道你的优化目标：焦距，abberation，耦合效率。
设置好constraints.设计的constraints:Lens size, cost; edge and center thickeness; minimum number of lens; simple design; cheap举例来讲，耦合效率。
有两个最有用的函数：FICL, POPD. 前者快，后者慢，但后者对大多数系统要准确一些。
读一下manual，你会知道你要设置什么参数。
优化目标是1，weight 是1. 要知道在哪个surface上，还有在什么wavelength, field, 最重要的是什么优化数据，可以是耦合效率，也可以是beam size。
如果都要考虑，可以设置新的POPD函数，设置好优化系数(weight). 有例子，改一下merit function就可以了。
有些有用的优化函数：加减乘除：SUMM, DIFF, PROD,DIVI镜头数据：MXCG, MNCG, CTGT, MNCT,变量的设置也很有讲究，越多越靠近理想目标，但是降低速度和提高坏设计的几率.几点经验：1. 尽可能 use solve， instead of 变量2. 尽可能 use default merit function3. 理解constraints4. 理解和使用symmetry5. 去掉无用的变量.6. 知道怎么去改变设计。
使用ZEMAX设计、优化、公差和分析
使用 ZEMAX®于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件 ZEMAX®的功能讨论可藉由使用 ZEMAX 去设计和分析一个投影系统 来讨论，包括使用透镜数组 (lenslet arrays) 来建构聚光镜 (condenser)。
简介 ZEMAX 以非序列性 (non-sequential) 分析工具来结合序列性 (sequential) 描光程序的传统功能， 且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软 件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光 (stray light) 和鬼影 (ghosting) 的能力，从简单的绘图 (Layout)一直到优化和公差分析皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端 (end to end)分析往往是需要两 种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件， 可用于设计、 优化和公差分析， 而一套非序列性或未受限制的 (unconstrained) 描光软件， 可用来分析杂散光、 鬼影和一般的非成像系统分析，包括照明系统。
序列性描光程序这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系 统。
在定义的顺序上，所有的光线一定会交到所有的表面，否则光路将终止。
光 线不会跳过任何中间的表面；光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光 线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光 (double pass) 中的组件， 然后在序列性列表中，必须再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中 完整定义。
对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常 普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中，序列性描 光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
序列性描光的缺 点， 包括无法追迹所有可能的光路径 (即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来 描述的光学系统或组件。
zemax优化函数探讨
考虑了衍射效应）。用这样的光线在象面进行统计计算，就可得到物理传函。Zemax中的MTFT，MTFS,MTFA就是基于上述思想对系统追迹光线进行传函计算的。
（3） 传函操作数的选择
一般情况下，都是用传函作为象质操作
数来进行优化设计的。那么如何选择呢？当像差大于约2-5 个波长的系统进行优化时，选几
很少的。但是给的各操作数的差别不大确是经常发生的，这种情况到很好的控制。
从数学的角度看，操作数最小化过程是以各操作数
对优化函数偏导数矩阵为引导函数的线性方程组不断求解的过程，要想方程有精度较高的解
，其方程彼此就不能相关，加大各操作数彼此的差异，是改善方程求程解条件的有效途径，
性范围。即要求收敛步长不能大。如果我们给传函操作数以较大权，那么在迭代过程中，其
步长就受到严格控制，而传函是受其它结构参数控制的，着样同时也限制了系统各操作数的
步长，从而整个系统最优化的线性状态就较好。当然其它操作数的步长也受到自身权数的控
制。 但线性与收敛速度相矛顿，为了两者间顾，传函先给一个不太大的权，如8，先运行一
止。
注意两个问题：
A 有的人认为即然大的权可使对应操作数受到应
有的控制，那么所有操作数度都扩大20倍，就都受到严格控制了。这是一个错误概念。我们
由优化函数可见，当所有操做数都括大了同样倍数，相当优化函数计算式的分母与分子括大
同样倍数，约去分子分目的这个共有因数，等于原来不扩大20倍的情况。当然犯这样错误是
下看收敛过程是否正常，如果不好，说明权不够大，那么逐次括大传函权数，直到收敛较好
为止，就可进入收敛的全局优化和垂形优化。
Zemax优化函数探讨3
（一
ZEMAX优化函数结构浅探
ZEMAX优化函数结构浅探ZEMAX是一种光学设计和仿真软件，可以用于光学系统的快速设计和分析。
它的优化功能可以自动光学系统参数的最佳解，以满足设计需求。
ZEMAX中的优化函数结构是一种用于定义优化问题的方式，可以控制算法的行为以及优化过程中参数的变化方式。
在本文中，我们将对ZEMAX优化函数结构进行详细介绍。
优化函数结构包括两个主要部分：自变量和目标函数。
自变量是指需要被优化的系统参数，如曲率半径、物体和像点位置等。
目标函数是用来评估系统性能的指标，如像差、套筒直径等。
通过不断优化自变量，使目标函数达到最小值或最大值，就可以得到最佳的系统参数。
在ZEMAX中，自变量可以分为两类：设计变量和全局变量。
设计变量是指会随着优化过程而改变的参数，如透镜的曲率半径。
全局变量是指不会改变的参数，如透镜的材料和厚度。
ZEMAX提供了多种目标函数类型，可以根据不同的设计需求选择合适的目标函数。
常用的目标函数类型包括像差、光通量、曲率等。
用户可以根据具体的优化目标选择适合的目标函数类型，并根据需要进行自定义。
目标函数可以是一个或多个输出变量的组合，也可以是一些复杂的计算公式。
在ZEMAX中，优化过程是通过算法来实现的。
ZEMAX提供了多种算法，包括遗传算法、模拟退火算法和单纯形法等。
用户可以根据问题的复杂程度和计算资源的限制选择合适的算法。
ZEMAX还提供了一些优化算法参数的设置，如初始解、迭代次数和收敛准则等，可以帮助用户更好地控制优化过程。
在实际应用中，ZEMAX优化函数结构的设计需要考虑以下几个方面。
首先，需要明确系统的设计需求和优化目标，以确定自变量和目标函数的选择。
其次，需要根据具体问题的要求来选择适当的算法，并进行相关参数的设置。
此外，还需要进行多次的优化试验和结果分析，以便找到最佳的系统参数。
总的来说，ZEMAX优化函数结构是一种能够自动最佳解的设计工具，可以在光学系统设计过程中提供快速准确的优化结果。
光学设计-ZEMAX的基本像差控制与优化
ZEMAX的基本像差控制与优化ZEMAX已经成为光学设计人员最常用的工具软件了。
光学设计中，描述和控制一个光学系统的初级像差结构，通常使用轴上球差、轴向色差、彗差、场曲、畸变、垂轴色差、像散等像差参数。
当我们企图更为详细的描述和控制轴外指定视场、指定光束的像差结构时，常常会使用轴外宽光束球差、彗差和细光束场曲等三个像差参数。
然而，ZEMAX并不能像SOD88那样直接引用相对应的像差操作数来指定像差目标大小，更没有描述高级像差数的像差操作数，这些通常都需要设计者自行分析和定义。
描述和控制系统光束结构的方法因习惯而有一定的差异，由于某些像差变量之间有某种相关性，而设置的优化权重又可以不同，因此常常都能够达到相同的效果，只是所计算的数学步骤不同而已。
到底选择多少个参数来描述一个系统，虽无统一规定，但是还是要因系统像差特性不同而区别选择。
经验表明，最少最准确的参数描述量，能够尽可能的提高优化的效率，并且减少掉入效果较差的局部优化的次数。
经验丰富的工程师，轻车熟路，在这个环节上少走了很多的弯路，从而其设计效率和设计出来的产品品质要比通常的设计人员有些得多，成功率高的多。
笔者撰写本文的目的就是企图浅显的探讨光学设计中，ZEMAX中光学结构的描述方法以及权重选择的问题。
这些都是笔者在设计当中积累的经验，可能这个文章的论断会由于经验的多寡有一定的局限性，所以希望读者当作参考，不要照搬。
一基本像差描述和控制1、轴上球差L ONA 和SPHALONA表示的是轴上物点指定波长，指定光束尺寸(光线对)的轴上成像交点到近轴焦平面之间轴向距离。
这个定义和我们定义的轴向球差相同。
光瞳尺寸(光束尺寸)在0~1之间，那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。
SPHA常用于指定面产生的像差数值。
若不指定特殊面(取值为0)，则计算所有面产生球差总和。
注意这个总合不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和，而是代数和(有待读者进一步验证)。
Zemax入门基础之优化
Zemax入门基础之优化Zemax问题集第五章优化(Optimization)已知透镜的孔径、厚度、曲率半径皆为固定，可是边缘厚度希望为零，现在我将suf设在2和3之间，target设零，weight设100，但我发现我没有变量，不能优化，所以将厚度0.8设为变量去跑优化，没想到透镜厚度变更宽，MXEG似乎没用。
请问可以在不跑优化，也就是不设罝merit function的情形下，将透镜边缘厚度改为零吗？Answer：可以在不跑优化，也就是不设罝merit function的情形下，将透镜边缘厚度改为零：具体做法是在thickness上按右键，用solve进行Edge thickness 的设罝。
或者您也可以试着使用ETVA(edge thickness value)这个操作数。
如何使Spot Diagram中的RMS&GEO变小?Answer：在Merit Function中提供几个命令来Follow您Default的内容来做Spot Size的优化，分别是RSCE、RSCH、RSRE、RSRH，您需根据您所Default的参考依据来选择其中一个命令来使用，如Centriod、Chief Ray、Ring、Grid...etc。
Question 3：在优化过程中，如何定义在不同Pupil的地方，其Longitudinal Aberration曲线可以依照自己的意思跑吗？Answer：当在使用AXCL和LACL等命令时，无法使用Hx、Hy、Px、Py 来控制实际光线所走的路径，此时会是一类型似默认的方法来达到优化，通常在Pupil的0.8处有交点，但若当您使用REAY等命令时，您可在Py的地方给定0~1的值，即代表您希望在Pupil上的某个点所出射的光线其Longitudinal Aberration会最小，即可在不同的Pupil处依您的意思去做优化。
如何使用ZEMAX的功能来分析镜头的TV Distortion?Answer：关于TV Distortion的分析同样可使用ZEMAX的分析功能，分析功能在Anaylsis->Miscellaneous->Field Curv/Dist和Grid Distortion。
zemax主要优化函数(Zemaxisthemainoptimizationfunction)
zemax主要优化函数（Zemax is the main optimizationfunction）zemax主要优化函数(Zemax is the main optimization function)Zemax's main optimization function table of Monday, 28 July 200800:53 optimization function1, the aberrationSPHA (ball difference) : surf surface number/wavewavelength/target set target value/weight weightSpecifies the contribution value of the spherical differenceproduced on the surface by the wavelength. If the surface number is zero, it is the sum of the whole systemCOMA: surf's surface number/wave wavelength/target set target/weight weightSpecifies the contribution value generated by the surface in termsof wavelength. If the surface number is 0, it is for the entire system. This is aThe third stage coma, which is obtained by the calculation of the number of the Numbers, is not valid for the non-near-axis system.ASTI (like powder) : specifies the surface to produce a value of the value of the dispersion, denoting the wavelength. If the surface number is 0, it is for the entire system. This is the third level of dispersion obtained by the calculation of the sum of the Numbers and the number of calculations, which is not valid for the non-near-axis systemFCUR: specifies the value of the field generated by the surface tobe represented by the wavelength. If the surface number is 0, then the entire system is calculated. This is the third level curve calculated by the plug coefficient, which is not valid for the non-near-axis system.DIST (distortion) : the value of the distortion contributed by the specified surface to the wavelength. If the surface number is 0, the entire system is used. Similarly, if the surface number is 0, the distortion is given as a percentage. This is the third phase distortion calculated by the plug coefficient, which is not valid for the non-near-axis system.DIMX (maximum distortion value) : it is similar to DIST, except that it only specifies the upper limit of the absolute value of the distortion. The integer number of the field of view can be 0, indicating that the maximum field coordinates can be used, or any valid field number. Note that the biggest distortion does not always occur in the largest field of view. The resulting value is always a unit of percentage, with the system as a whole. The operands may not be validfor non-rotational symmetric systems.AXCL (axial chromatic aberration) : axial color difference of unitof lens length unit. These are the ideal focal lengths of the most marginal wavelengths of the two definitions. This distance is measured along the z-axis. The non-near-axis system is invalid.LACL (vertical axis chromatic aberration) : this is the distance of the y direction of the main light intercept of thetwo extreme wavelengths defined. Non - axis system is invalidTRAR (vertical axis aberration) : the vertical axis aberration ofthe main light is measured in the direction of the surface radius.TRAX (x vertical axis aberration) : the vertical axis aberration of the main ray is measured in the x direction of the planeTRAY (Y vertical axis aberration) : the vertical axis aberration of the main ray is measured in the Y direction of the planeTRAI (vertical axis aberration) : the vertical axis aberration ofthe main light is measured in the specified semi - diameter direction. Similar to TRAR, it is only for a surface, rather than the specified image surface.OPDC (optical range) : the optical path difference of the main rayof the specified wavelength.PETZ (petzval curvature radius) : in the lens length unit, it is not valid for the non-near-axis systemPETC (petzval curvature) : the inverse of the unit of lens length is null and voidRSCH: the RMS spot size relative to the main light (the light aberration).RSCE: the band wavelength Hx, Hy, measured by the length of the lens, relative to the geometric image of the center of the RMS spot size (the light aberration).This operand is similar to RSCH, except that the reference point is the center of mass, not the main ray. See RSCH for details. ! R0Y} N ~ QRWCH: the band wavelength Hx, Hy, relative to the main ray of RMS wavefront aberration. The unit is the wavelength. Since the average OPD has been subtracted, this RMS is actually the standard wavefront deviation. See RWCE. See RSCHB for more detailsRWCE: the band wavelength Hx, Hy, before the RMS wave of the diffraction center. This operand is useful for minimizing the wavefront deviation, which is proportional to the area under the strelle ratio and the MTF curve. The unit is the wavelength. See RWCH. See RSCH fordetailsANAR: the Angle difference radius of the main ray in the image plane relative to the main wavelength. This number is defined as 1 minus cosine theta theta theta, theta theta is the Angle between the trace ray and the main ray. See TRARZERN: zernick margin coefficient. The data values of thecoefficients are Int1, Int2, Hx and Hy data respectively to illustrate the number of the zernick coefficient items (1-37), the wavelength number, the sampling density (1 = 32 * 32 = 64 * 64, etc.), and the position of the field of view. Note that if you have multiple ZERN operands with different number ofcoefficients, they should be placed in adjacent rows in the edit interface. Otherwise, the calculation speed will be reduced TRAC: the vertical axial aberration of the center of mass in the direction of the surface radius. Unlike other operands, TRAC works correctly based on the distribution of other TRAC operands in theevaluation function's editing interface. The TRAC operation number must be grouped together by the field point and the wavelength. ZEMAX will track all of the TRAC lights at a common view point, and then calculate all the light's center of mass according to these collective data. You can only use the default evaluation function tool to enter this operand into the evaluation function edit interface without the user directly using it.OPDX: this sphere minimizes the RMS wavefront deviation relative to a spherical aberration of a moving and tilted sphere. Here ZEMAX USES the centroid reference. OPDX has the same constraints as TRAC. See TRAC for more details.RSRE: grid wavelength Hx, Hy, measured by the length of the lens, relative to the geometric image of the center of the RMS spot size (the light aberration). This operation is similar to RSCE, except that it USES a rectangular grid of light instead of a gaussian integral method. This operation is generally recognized as a fading. The grid value is 1, which represents 4 rays, 2 indicates that tracking each quadrant traces a 2 * 2 grid (16 rays), 3 indicates that each quadrant traces a 3 * 3 grid (36 rays), and so on. The symmetry of the system is considered RSRH: similar to RSRE, except that the reference point is the main ray.RWRH: similar to RSRH, except for the calculation of wavefront aberration, not spot sizeRWRE: similar to RSRE, except for the calculation of wavefront aberration, not spot size.TRAD: the x component of TRAR. TRAD has the same constraints as TRAC. See TRAC for details.TRAE: the Y component of TRAR. TRAD has the same constraints as TRAC. See TRAC for more detailsTRCX: the vertical axial aberration of the center of the mass is measured in the x direction.See TRAC. You can only use the default evaluation function tool to enter this operand into the evaluation function edit interface without the user directly using it.TRCY: the vertical axial aberration of the center of the mass is measured in the Y directionDISG: generalized distortion, the reference field wavelength is.It's expressed as a percentage. The operands are computed at any wavelength, at any field of the light of any light distortion, to any field of view for reference. Using methods and assumptions is the sameas the grid distortion introduced in the analysis menu chapter.FCGS: a normalized arc vector field. The value of this curve is calculated for each wavelength, each field of view. This value is normalized, and a reasonable result is obtained, even for non-rotational symmetric systems. See the field curve feature 3, 2 "1 & S in thechapter of the analysis menuFCGT: normalized meridional music.DISC: normalized distortion. This operand calculates the normalized distortion of the entire visible field, and obtains the absolute value of the maximum nonlinear value of the f-theta condition. The operands are useful for the design of those f-theta lenses. ; - Y 0 ub;OPDM: the optical range difference of the average OPD; Thisoperation is based on the average OPD of all the light on the pupil of the pupil. OPDM has the same constraints as TRAC. See TRACn BZ = Ytl A BSER: target error. The aiming error is defined as the semi-coordinate of the main light of the track of the track on which the track is tracing divided by the effective focal length. This definition will produce a measurement of the angular deviation of the image. A ` mP - MKTp 'Id9C '+ ^]2. Modulation transfer letter xDTy 7 $KZD@ FpGL 8 XqMTFT: square wave modulation transfer function value of meridian. Wavelength of sampling density. It calculates the diffraction MTF value. Parameter Int1 must be an integer (1, 2, 3,...), 1 produces 32 * 32 sampling density, 2 produces 64 * 64 sampling density, and so on. Int2 must be an effective wavelength number, or 0, which represents the full wavelength. The value of Hx must be an effective field number (1, 2...). Hy is the spatial frequency, expressed in cycles per millimeter. If the sampling density is too low relative to MTF's calculation, then all operands MTF will get zero. If the meridional and arc vector MTF arerequired, the MTFT and MTFS can be manipulated in adjacent rows, andthey will be computed simultaneously. See the instructions for "operation number MTF" in this chapter. P.B D4 t $MTFS: modulation transfer function value of arc vector. See "MTFT"for details. L F G, jMTFA: the mean of the modulation transfer function of arc vector and meridian. See "MTFT" for details. | 'p dg!MSWT: the square wave modulation transfer function value of meridian. See "MTFT" for details. & Lt {p l8u6MSWS: square wave modulation transfer function value of arc vector.V4W0 ^ & 6MSWA: the mean of the wave modulation transfer function of the arc vector and meridian. See "MTFT" for details. \ ` cp = OY [Z GMTA: the mean value of the response curve of geometric transfer function of arc vector and meridian. Parameter Int1 must be an integer (1, 2...). 1 produces 32 * 32 sampling density, 2 produces 64 * 64 sample density, and so on.Int2 can be any valid wavelength number, or it can be 0,representing all the wavelengths. The value of Hx must be an effective field number (1, 2??). It is. Hy is the spatial frequency, expressed in cycles per millimeter. Px is a marker, and if it is 0, the diffraction limit is used to scale the transfer function value (recommended), otherwise it is not scaled. See the instructions in this chapter for the use of operands MTF. O $zinc + 5 f9 /GMTS: geometric transfer function response curve of arc vector, detailed contents refer to operands GMTA. I SDlS GGMTT: the geometric transfer function response curve of the meridian, detailed in the operands gmta.wbp| Gy = < Y3. Basic optical properties/X2 A u#]. / u (EFFL: the focal length is shown in the lens length unit. For axial system, it is for non paraxial system may be inaccurate, U: o ` / 4 "xl PIMH: high on the near axis of the specified wavelength. A @ + 3-0 / PMAG: near-axis magnification. This is the ratio of the near axial main ray to the height of the near axis. Only for finite distance conjugate systems. Note that although the system is not ideal focused,it can also use the near-axis image. T w % CwCR5AMAG: angular magnification. This is the ratio of the Angle of the primary ray between the space and the object space. For non-near-axis system invalid 3, l {DE \ENPP: the pupil position relative to the first surface is expressedas the lens length unit. This is the near axis light pupil position,only to the central system valid? NG of 9 mEXPP: relative to the pupil position of the first surface, in thelens length unit. This is the near axial pupil position, only to the central systemLINV: the Lagrange invariant of the system is represented by thelens length unit. Calculate this value by using the near-axis edge light and the main ray dataWFNO: work F / #. This is calculated from the Angle of the actual edge of the space in relation to the main ray. SN e e; K.POWR: the weight of the specified number surface (in the inverse of the length of the lens). This operation is only valid for the standard surface. Surface wavelength number & HI ^ \ =EPDI: enter the pupil aperture in the lens length unit. P 85ISFN: like space F / #. This operand is the infinity conjugate ofthe near axis F/F. See "WFNO" D, bP \} # aEFLX: the effective focal length of the main wavelength of the surface of the specified range in the current X plane, expressed as the lens length unit. The number of the first surface number on the last surface. * / x9_Lo ^EFLY: the effective focal length of the main wavelength of the surface of the specified range in the specified Y plane, which is represented by the unit of lens length.SFNO: the arc vector work F / # that is calculated at any definition of field and wavelength. See TFNO. Field wavelength s-f | 5 "Sp TFNO: the meridian work F / # in any definition of field and wavelength. See SFNO. WN \ sfnJURIMAG: like resolution. Regardless of the default Settings currently used, this operand gets some of the same resolution as the resultsobtained from the geometric analysis feature. In order to use this operand, you first need to define the setting values in the geometric analysis feature.Then press the save key in the Settings box. Operand IMAE will get the same resolution as the analysis feature (normalized). See the instructions below for "optimization with operandsIMAE".。
（整理）用Zemax进行优化设计.
（整理）用Zemax进行优化设计.目录摘要 (1)ABSTRACT (2)引言 (3)1 光学传递函数和点列图 (4)1.1光学传递函数 (4)1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (5)1.1.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5)1.2点列图 (5)2 像差综述 (6)2.1轴上点球差 (7)2.1.1球差的定义和表示方法 (7)2.1.2球差的校正 (8)2.2像散与像面弯曲（场曲） (8)2.2.1像散 (8)2.2.2场曲 (9)2.3正弦差和彗差 (10)2.3.1正弦差和彗差的定义 (10)2.3.2彗差的校正 (12)2.4畸变 (12)2.5色差 (13)2.5.1位置色差 (14)2.5.2倍率色差 (15)2.6波相差 (15)3 表面类型 (17)3.1简介 (17)3.2内含表面 (17)3.3非球面镜片 (20)3.3.1简介 (20)3.3.2非球面镜片光学原理 (20)4 用ZEMAX进行优化设计 (21)4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (21)4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (22)4.3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献................................................................................................................ 错误！未定义书签。
摘要本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。
非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。
在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。
设计既方便, 加工又容易, 是一种较好的方法。
文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法；波像差的定义、形成原因及其与像差的关系；由于涉及到面型，本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。
zemax优化操作函数
优化函数1、像差SPHA(球差)：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重指定表面产生的球差贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为零，则为整个系统的总和COMA(彗差) ：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重指定表面产生的贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是针对整个系统。
这是由塞得和数计算得到的第三级彗差，对非近轴系统无效.ASTI(像散)：指定表面产生像散的贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是针对整个系统。
这是由塞得和数计算得到的第三级色散，对非近轴系统无效FCUR(场曲)：指定表面产生的场曲贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则是计算整个系统的场曲。
这是由塞得系数计算出的第三级场曲，对非近轴系统无效.DIST(畸变)：指定表面产生的畸变贡献值，以波长表示。
如果表面编号值为0，则使用整个系统。
同样，如果表面编号值为0，则畸变以百分数形式给出。
这是由塞得系数计算出的第三级畸变，对与非近轴系统无效.DIMX(最大畸变值)：它与DIST 相似，只不过它仅规定了畸变的绝对值的上限。
视场的整数编号可以是0，这说明使用最大的视场坐标，也可以是任何有效的视场编号。
注意，最大的畸变不一定总是在最大视场处产生。
得到的值总是以百分数为单位，以系统作为一个整体。
这个操作数对于非旋转对称系统可能无效。
AXCL(轴向色差)：以镜头长度单位为单位的轴向色差。
这是两种定义的最边缘的波长的理想焦面的间隔。
这个距离是沿着Z 轴测量的。
对非近轴系统无效.LACL(垂轴色差)：这是定义的两种极端波长的主光线截点的y方向的距离。
对于非近轴系统无效TRAR(垂轴像差)：在像面半径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.TRAX(x方向垂轴像差)：在像面x方向测定的相对于主光线的垂轴像差TRAY(Y方向垂轴像差)：在像面Y方向测定的相对于主光线的垂轴像差TRAI(垂轴像差)：在指定表面半口径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.类似于TRAR，只不过是针对一个表面，而不是指定的像面.OPDC(光程差)：指定波长的主光线的光程差.PETZ(匹兹伐曲率半径)：以镜头长度单位表示,对非近轴系统无效PETC(匹兹伐曲率)：以镜头长度单位的倒数表示,对非近轴系统无效RSCH：相对于主光线的RMS 斑点尺寸（光线像差）。
zemax优化[资料]
![zemax优化[资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/38efa4ebc9d376eeaeaad1f34693daef5ef713a1.png)
(3).(4).(5).000双胶合透镜的初始结构参数为:000优化步骤:0001.在评价函数的操作数中输入有效焦距EFFL,目标值为43.33.权重为1.垂轴放大率PMAG,目标值为-0.5,权重为1.加入轴上点全孔径d光的纵向像差LONA,轴上点0.707孔径下F光和C光的轴向色差AXCL00和正弦差OSCD,目标值为0,权重为1.0002.把球差较大的2.3 面的曲率半径设为变量开始优化,然后再把1面的曲率半径也设为变量自动优化.000在评价函数的操作数中加上像距TOTR,目标值为65,权重为1. 自动优化,然后调整这个目标数,使优化达到最好,最后数为68.4.为了使初始结构的像距不至于改变太大,固定为64.由于厚度对优化不时很敏感,不把厚度作为变量,且由最小厚度选的值便于加工且成本最低.0 003.从pre中可以发现优化后的NA值只有0.098. 于是试着增大有效焦距的目标值,发现MTF曲线有所改善,最后在43.42处找到最好的优化点.004.为了更好的改善MTF的曲线,发现在频率126lp/mm处与衍射极限处相差最大.于是加入操作数子午的传递函数MTFT,目标值为0.5, 权重为1.最后优化得满足要求的曲线.000最后的评价函数操作数:000优化后的结构参数为:000优化后的MTF曲线(取主频率30 lp/mm):00优化后的二维结构图为: 共轭距为195.0000mm. 000优化后的点列图和各种像差曲线为:000优化后系统的像差(赛得和数)为:000双胶合透镜的二级光谱色差为:△l'= -f'(p1-p2)/(v1-v2)其中,p1,p2和v1,v2 分别为两种消色差材料的相对部分色散和阿贝数.000经查表可得:p1=0.01015. p2 =0.02431. v1=56.0. v2=29.5.000优化后的焦距为43.410513.000。
Zemax优化顺序以及技巧课件
光学设计优化小技巧
• 4.增大视场或者增大口径时，要一点一点地增大。 • 5.减掉某个透镜时，要一点一点地减小透镜的厚度。 • 6.增加透镜厚度时，要一点一点地增加。 • 7.优化畸变时，要一点一点地改变畸变的大小。 • 8.有时系统优化到局部最小值，稍微改变一点厚度或者间距，使
其能够跳出局部最小值，继续优化。
Zemax优化顺序以及技巧
Zemax优化顺序以及技巧
光学设计优化小技巧 • 1.光学系统某个视场MTFT，MTFS不好，则在Field中增大 这个视场的权重。 • （缺点：优化时会同时提高子午和弧矢方向的像质。） • 2.光学系统某个视场的MTFT，MTFS不好，则在优化函数 中用MTFT，MTFS进行优化。 • （优点：可以单独提高某个视场子午或者弧矢方向的像 质。 • 缺点：运算缓慢。 • 小技巧：如果同时运行MTFT和MTFS，将它们放到相邻 的两行会加快优化速度。） • 3. 光学系统某个视场的MTFT，MTFS不好，则在系统中 针对这个视场设—Aberration coefficients——Seidel coefficients/Seidel Diagram，找出对赛得和数影响大的面，将这 些面的曲率半径设为变量，优先优化。
• 2.将剩余面的曲率半径设为变量进行优化。 • 3.将STOP光阑面的位置设为变量进行优化。 • 4.将透镜间距设为变量进行优化。 • 5.讲玻璃厚度设为变量进行优化。
Zemax优化顺序以及技巧
光学设计时的优化顺序
• 经过以上5步优化后，如果像质还达不到要求： • 1.尝试将特殊位置的薄透镜换成弯月透镜，鼓形透镜等厚透镜。
（详见张以谟《应用光学》P326-P329） • 2.换玻璃。如果单透镜的弯曲过于强烈，则换成折射率高的玻璃。
zemax优化函数标准
ZEMAX优化函数标准是用来确定和评估光学系统的性能的一种标准。
以下是一些常见的优化函数标准：
1. 球差（SPHA）：球差是影响光学系统成像质量的重要因素之一。
在ZEMAX中，可以使用SPHA函数来优化系统的球差性能。
2. 彗差（COMA）：彗差是另一个重要的像差，它表现为光线在离轴位置处形成的一个“尾巴”状的光斑。
在ZEMAX中，可以使用COMA 函数来优化系统的彗差性能。
3. 像散（ASTI）：像散是由于光学元件的形状误差或位置误差引起的。
在ZEMAX中，可以使用ASTI函数来优化系统的像散性能。
4. 场曲（FCUR）：场曲是由于光学系统的畸变引起的，表现为在图像平面内不同位置的清晰度不同。
在ZEMAX中，可以使用FCUR函数来优化系统的场曲性能。
5. 畸变（DIST）：畸变是由于光学系统的透镜形状误差或位置误差引起的，表现为图像的几何形状发生变化。
在ZEMAX中，可以使用DIST函数来优化系统的畸变性能。
以上是一些常见的ZEMAX优化函数标准，但实际上还有很多其他的优化函数标准，具体选择哪种标准取决于设计者的需求和目标。
ZEMAX的基本像差控制与优化
ZEMAX的基本像差控制与优化光学设计论著中评价光学系统设计阶段的成像质量通常使用两套像差曲线体系。
一个是“独立几何像差”，分别描述了成像光束在像空间的结构和状态。
例如轴上点球差和轴向色差曲线，轴外点像散、场曲曲线，等等，其优点是很明显的，能够直观的了解该项像差的定性和定量数值。
对于特定的光学系统，设计人员容易从该系统可能存在的主要像差分析入手，快速了解和控制像差优化进程中变化趋势，很方便制定下一步校正方法。
其缺点就是系统性不强，只能反映影响像质的某些方面，不能反映全局的像差情况。
一个是“垂轴像差曲线”，定义为不同孔径子午、弧矢光线和主光线在理想像平面上的交点之间的距离来表示。
其直接给出了不同孔径的光线对在像平面上的弥散位置，反映了像点的大小和光束能量集中程度，全面显示了系统的成像质量。
单项几何像差和垂轴像差都是用来描述系统的成像质量的，两者从不同的方向对系统成像质量进行了描述。
如果说垂轴像差侧重于综合性、总体性，那么单项几何像差侧重于局部、某个形态。
两者之间的关系可以概括为“系统”和“局部”的关系。
也就是说，从垂轴像差曲线设计人员能够宏观的了解成像质量的情况，例如：像点弥散斑大小，能量集中程度，彗差大小，场曲大小，轴外球差情况，从而判定系统的整体好坏。
当然，如果要更为直观的、定量的了解垂轴像差曲线反映的像差情况，可以查看几何像差曲线。
ZEMAX中没有提到的像差曲线，例如：轴外球差，彗差等。
正确的设计思路归结如下：设计人员心中对系统的成像质量评价要综合使用目的、设计、加工制造等环节后建立的一套清晰的体系。
ZEMAX提供的工具很多，有些是侧重某个方面的像差，有的是仿真计算某种光学特性。
笔者认为，设计人员手下的作品都是有针对性的，有服务方向的，就拿光学镜头而言，摄像机镜头、数码相机镜头、照相镜头、安防镜头、工业检测镜头、电脑眼等等，更有偏重，各有自身的“最合适”评价和设计。
成熟的设计人员不是追求像差极致、为像差所累的家伙，成熟的工程师是权衡设计用途，综合考虑设计、使用和加工装配综合性能价格比，绝不是为了优化而优化。
用Zemax进行优化设计
用Zemax进行优化设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录摘要 (1)ABSTRACT (2)引言 (3)1 光学传递函数和点列图 (4)1。
1光学传递函数 (4)1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (4)1。
1。
2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5)1.2点列图 (5)2 像差综述 (6)2.1轴上点球差 (6)2.1。
1球差的定义和表示方法 (7)2。
1.2球差的校正 (8)2。
2像散与像面弯曲（场曲） (8)2。
2.1像散 (8)2。
2。
2场曲 (9)2.3正弦差和彗差 (10)2。
3。
1正弦差和彗差的定义 (10)2.3.2彗差的校正 (12)2。
4畸变 (12)2.5色差 (13)2.5.1位置色差 (14)2。
5.2倍率色差 (15)2.6波相差 (15)3 表面类型 (17)3。
1简介 (17)3.2内含表面 (17)3.3非球面镜片 (20)3.3。
1简介 (20)3。
3。
2非球面镜片光学原理 (21)4 用ZEMAX进行优化设计 (21)4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (21)4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (22)4。
3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献................................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。
非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。
在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。
设计既方便, 加工又容易，是一种较好的方法.文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法；波像差的定义、形成原因及其与像差的关系;由于涉及到面型，本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。
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ZEMAX 优化函数结构浅探
公安部第一研究所 许正光
各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。
最近，本人在使用ZEMAX 过程中，仔细分析了一下构成ZEMAX 软件的优化函数构成以及优化过程算法，有些心得，留给入门的朋友们共享。
一、 优化函数结构
凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX 、CODEV 的设计人员都知道，优化的参数包括以下几个种类：光学特性参数，例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距，镜片间空气间距、镜片厚度等等；像质参数，例如畸变、场曲、彗差等等。
ZEMAX 将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数，并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。
数学表达式为：
()21/20()i i F σαα=∑- ，其中i σ为各个优化元的权重系数，i α为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元，例如焦距、畸变、彗差等等，0α为该优化元的目标值。
优化过程有局部优化和全局优化两种。
局部优化是指，通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值，然后构成整个优化函数的值的计算过程。
该过程的思路是解决当前状态已经处于“U ”型中的某个位置，迫使其落到“U ”中间的最小位置。
全局优化和局部优化不同的是，优化过程类似于一个搜索过程，这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化，优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。
由于采用的方法不同，构成了多种全局优化算法。
全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式，使得光学设计距离完全自动化更进了一步。
当然，目前的各种算法都还有一定局限性，例如搜索能力强度、计算复杂程度，由此影响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。
但是不管怎么样，现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等，已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。
二、 ZEMAX 的缺省优化函数结构
入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default 缺省的优化函数，然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析，但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析，这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。
实际上，缺省函数的构成结构并不复杂，它和ZEMAX 提供给设计人员的“Default Merit Function(缺省优化函数)”紧密相关。
如下图所示。
第一行中的“Optimization Function and Reference (优化函数和参数方式)”。
他的主要思想是：从某个视场代表物点发出若干条光线，在像面上有一个分布形式，按照各个象差的定义进行象差数值计算。
第一个框中有“RMS(方均根)”和“PTV(峰谷差)”，第二个框中有差值计算的各种依据：WaveFront(波前)、Spot Radius(像点尺寸)、Spot X(X 方向度量尺寸)、
Spot Y(Y方向度量尺寸)、Spot X+Y(X和Y方向平均度量尺寸)。
第三个框中有“Cetriod(重
心点)”、“Chief Ray(主光线)”、“Mean（平均
值）”。
举例说明各自配合的含义，缺省状况一
般是：峰谷值＋波前＋质心点，优化的目标
是：通过重心的光线到达像面时的相位和其
他光线该相位状态时所在的位置有一个位置
差别，将这些位置差别减小到最少，即认为
各种像差都可能趋近于零。
从定义而言，这
个组合适合于象差不是很大的场合，对于小
象差系统其优化能力非常明显。
对于较大象
差系统，采用“RMS + Spot Radius + Chief
Ray”效果更为明显，后者以到达像面上的
各条光线与主光线的差别来进行度量。
当
然，这两种方法对于畸变的校正能力是有限
的，因此对于畸变要求较高的系统需要加入
畸变这个优化目标元进行优化校正。
那么，优化所使用的光线如何获得呢？其实这些光线的分布形式也是从缺省函数中定义的，如左图：
软件提供了两种分布形式，一种是“高斯积分”形式：将轴对称的入瞳面分为数个环和扇面，每一个扇面中选择中心光线作为代表进行计算，每一个视场的所选用的光线数目都是两者的乘积；后一种模式是“矩阵模式”，它对于轴对称的入瞳按照正方形进行各种密度的抽样，一般而言，矩阵模式因为具有去渐晕的能力，在实际的设计中可能更为贴近实际效果。
不过由于设计人员的习惯性，一般采用传统的按照孔径直径进行选择的前种方法。
通常，光线的数量越多，抽样越密，计算得精确度越高，这主要取决于设计人员的实际系统和计算机资源。
以上的设置就构成了每一个视场对应点的优化结构，这些光线的具体分布与视场大小或者物面尺寸、入瞳直径或者相对孔径有关。
显然，每一条光线的优化目标都是和所选择的参考光线的差别为零，因此在优化函数列表中可以看到“target 值”都为零。
这样构成的结构在优化函数列表中占据了空间的绝大部分。
总数目= 视场数目* 光谱数目* 每点抽样光线数目(例如Rings * Arms)。
除此之外，通常实际的设计过程中由于工程实践需要对镜片的厚度以及边缘厚度、空气间距进行设置，这也作为一个优化元进入了优化函数。
这就是MNCG、MNEA、MNEG、MXCG、MXCA等，他们限制了镜片和空气的厚度。
在设计人员没有进行自定义设置前，都可以在表格的空格处看到：缺省函数以及优化方式的说明。
三、究竟哪些优化元需要自定义
从上面的分析中已经知道，缺省的优化函数大体上解决了两个问题：第一个是光线的集中性，即通过各种优化模式使得物点发出的各条光线集中到像点上；第二个是工程问题，为了工程实现而限定镜片的厚度、空气厚度以及边缘厚度等，便于保证像质情况下留有固定镜片位置的余量。
由此可见光学性能参数大部分是没有作为优化目标元的。
例如：焦距、入瞳或出瞳距离、
渐晕系数等等。
对于像质的目标，由于缺省情况下度量的角度不一样，设计者对某种象差严格有要求的具体设计系统，仍然需要自行设置。
因为缺省的光线评价计算出来的是一个总量，这个总量中各个像差的具体分布可能有很大的差别，例如场曲和彗差。
另外，对于畸变有严格要求的系统也需要进行限制。
当然，有一个问题就会出现，相互有关联的两个象差作为目标元自行设置之后，会出现一定的冲突，也就是说不一定优化效果很明显甚至于设计结构恶化。
这种情况下，需要设计人员干预进行。
常见的问题，例如目镜设计中对于彗差和畸变的校正，就容易出现反复的情况。
解决这个问题，不能单靠软件功能，而需要经验和一定的理论基础。
说明：以上探讨来源于本人设计过程的总结，目的是给各位入门的朋友共享。
希望广大光学设计人员提出宝贵意见，共同探讨。
禁止作为商业目的流传。
公安部第一研究所许正光
Emai：msxzg@
QQ：54665549。