zemax优化函数使用方法
zemax优化操作函数汇总
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优化功能
练习3：
双高斯透镜组入瞳直径：F/3 焦距f=75mm,成像高度
21.6mm 畸变小于1%；加工要求：镜片厚度最小2mm 最大12mm 评价要求：MTF 对于30lp/mm 为50% ，对于50lp/mm 为20%.后工作距离至少40mm
作业4：
•50mm标准镜头 可参照Cooke的三片结构，设计一个F/5焦距50mm的 标准镜头，应用于可见光波段。 成像要求：在视场30°内的3种色光的波像差均小于2 个波长，MTF大于0.3/30lp,畸变小于1%.
目标：找出x使MF的值最小。
ZEMAX 优化功能使用
优化的过程与计算的起始点设计有关。 MF使用缺省的优化数Defining complex operands
如果field、wavelength value、 weight改变了， 则必须重新构建。
自定义优化数。Zemax提供了200多种操作 数，用4个大写字母组成，包括系统像差， 结构参数，边界条件和玻璃材料等。
ZEMAX 优化功能使用
Damped Leased Squares(DLS)算法
DLS算法是所有光学设计软件中的基本优化 算法。假定Merit Function 定义为如下形式：
MF2 Wi (Vi Ti )2 Wi
式中W为操作数的权重的绝对值，V为当前 值，T是目标值，下标i是操作数的号码。
练习1：
设计一个F/4双胶合透镜,在光轴上使用，焦距 为100mm,在可见光范围内使用，用BK7和SF1玻璃。 并对所设计的透镜进行优化，最后对双胶合透镜消 球差。
利用上次课做的单透镜和双胶合透镜，改变
透镜的曲率和厚度，将其优化，分别使其弥散斑/ 球差获得最小，查看其它像质评价参数。
练习2：
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_锤形优化
ZEMAX 锤形优化引言根据手册上描述的特殊算法，我们已经使用局部优化提高了透镜性能。
这步优化后，下一步来运行锤形优化，即ZEMAX提供的全局优化方法的一种。
这个是全局搜索提高性能，不像局部优化找到一个好性能时就会自动中止，锤形优化将一直优化直到用户让它中止。
点击Tools…Optimization…Hammer Optimization或点击Ham按扭，然后点击Start开始优化：由于这个设计十分简单，不会再有进一步的提高。
对于很复杂的设计，锤形优化可以寻找最佳透镜形式。
本例中，RMS光斑半径提高到轴上13.5um，轴外26.1um.。
注：另外一个全局优化算法，Global Search，用于提供序列光线追迹优化初始结构寻找，对于像本例这样简单的设计并不适合。
可查看用户手册第18章得到更详细信息。
视场点足够吗？我们使用两个视场点优化的这个透镜，0度和5度。
尽管光斑均方根RMS半径在这两个视场下看起来很好，我们如何确定在其它中间视场点处系统性能没有下降？点击Analysis…RMS…RMS vs. Field打开如下对话框：上图显示了RMS光斑半径作为视场的函数关系，视场作为连续变量。
在0到5度视场间使用50个采样点，画出每个波长下单独的RMS光斑半径与视场的曲线。
注意RMS光斑没能超出它在最小和最大视场处的值，因此在这个设计里这两个视场点提供了较好的控制。
如果曲线显示中间某个视场点的值超出了我们选择的这两个视场点处的值，那么我们将需要增加更多的视场采样点。
注：如果您改变视场采样点数或波长数，您必须重新构建评价函数才能将这些改变应用进去。
类似的RMS vs. Wavelength图允许您检查是否有足够的波长采样数，同样可以用Analysis…Miscellaneous…Chromatic Focal Shift和Analysis…Miscellaneous…Lateral Color 观察色差。
zemax主要优化函数
ZERN：泽尼克边缘系数。系数项 波长Int1，Int2，Hx 和Hy 数据值分别用来说明泽尼克系数项的编号（1-37），波长编号，采样密度（1=32*32，2=64*64，等等），和视场位置。注意如果你多个仅系数项编号不同的ZERN 操作数，则在编辑界面中它们应被放在相邻行中。否则将降低计算速度
GMTS：弧矢的几何传递函数响应曲线，详细内容参见操作数GMTA. i SDlS G
GMTT：子午的几何传递函数响应曲线，详细内容参见操作数GMTA.WbP Bp{
| Gy =< Y
3、基本光学特性 /X2 A u
#] ./ u(
EFFL：有效焦距，以镜头长度单位表示。它是针对近轴系统的，对于非近轴系统可能会不准确U:o`/4"xl
RWCH:环带 波长 Hx，Hy，相对于主光线的RMS 波前差。其单位为波长。由于已减去平均OPD，这个RMS 实际上是指标准的波前偏差。参见RWCE。详细内容可参见RSCHB
RWCE：环带 波长 Hx，Hy，相对于衍射质心的 RMS 波前差。这个操作数对于最小化波前偏差是有用的，这个波前偏差于斯特列尔比率和MTF 曲线下的面积成正比。 其单位为波长。参见RWCH。详细内容可参见RSCH
zemax主要优化函数表2008年07月28日 星期一 00:53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
Zemax 教学 优化
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。
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。
变焦镜头zemax'优化设计教学 实例
设罝多组态变数 设罝编辑器内所有项目为MCE变数。 (Ctrl+Z)
在LDE，也设罝所有透镜的曲率与 厚度为变数。
建立多组态优化函数
• 开始建立默认的优化函数 (Default merit Function)。开 启MFE(功能键F6)，在MFE 主选单挑选Tools\Default Merit Function
定义多组态透镜
• MC的参数将设罝于多组态编辑器 (Multi-Configuration Editor(MCE))。 选择编辑器(Editor)，然后从主选 单列中挑选多组态(MultiConfiguration)，开启MCE（或使 用功能键F7）。
• 从MCE主选单列中挑选Edit，然后 插入组态(Insert Config)两次。现 在MCE将有三行组态。只有被键 入进MCE的参数才会在组态间有 所差异。没有被键入进MCE的参 数将保持为定值。
Байду номын сангаас
• 允许所有透镜个别设罝MC参数为 MC变数。将游标移至MCE，按下 「Insert」键三次。现在MCE有四 个列。这些将被设罝为表面3、4、 7以及10的厚度。
键入多组态参数
• 键入参数。将游标置于MCE的最 左行的第一列并且按下左键。这将 开启多组态操作数1(Multi-Config Operand 1)的对话框。用来设罝表 面三的厚度。以下是键入资料的快 速方式。
• 5、透镜间距：中心与边缘距离必 须大于1 mm； • 6、视场角度：近轴像高为0、15.1、 21.6 mm（针对35 mm的胶片）； • 7、波长范围：F、d、C（可见光 波段）。
设罝系统参数
• 开启系统(System)，一般(General) 对话框。 • 1、在孔径标签(Aperture Tab)： • 孔径类型：入瞳直径 • 孔径值：25 mm • 按下「确认」。
zemax_优化函数说明书
标记
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AXCL
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
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BLNK
不做任何事情。用来将操作数列表的各个部分分隔开。在操作数名称右边的空白处将随意地输入一注释行；这个注释行将在编辑界面和评价函数列表中同样显示
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操作数1
操作数2
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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可能无效。第一个表面的编号
最后一个表面的编号
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CVVA
曲率值。这个操作强制使指定编号的表面的曲率等于指定的目标值
表面编号
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DENC
衍射法的包围圆能量。这个操作数计算指定包围圆，矩形，X 方向，Y 方向能量的区域的半径（径向），以微米为单位。
Int1 指采样密度，1 是32*32，2 是64*64，等等
Int2 是整数的波长编号；0 代表全部波长Hx 指视场编号
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BSER
瞄准误差。瞄准误差定义成被追迹的轴上视场的主光线的半坐标除以有效焦距。这个定义将产生像的角度偏差的测量
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波长
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CMFV
结构评价函数值。这个操作数调用了在两个用来定义一个光学虚拟全息系统的结构系统的任一个中定义的评价函数。结构编号的值是1 或2，分别代表第一或第二结构系统。操作数编号可以是0，这将从这个结构系统中获得整个评价函数的值，也可以是整数，这说明了从中记录数据值的操作数行号。例如，假定结构编号是2，操作数编号是7，CMFV 将获得第2 个结构文件的评价函数中第7 个操作数的值。如果在这个被优化的可逆系统中有一个以上的光学虚拟全息表面，结构编号可以加上2 来指代使用的第二个表面的参数，或者加上4 来指代使用的第三个表面的光学结构，等等。例如，值为7 的结构编号指代现存的第四个光学虚拟全息面的第一个结构系统。
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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。
四、优化函数的注意事项
在使用Zemax的优化函数时，我们需要注意以下几点：
1. 合理设置参数范围：参数范围的设置应该合理，不能过于宽泛或者过于狭窄。
过宽泛的范围可能导致搜索空间过大，计算时间过长；而过狭窄的范围可能导致搜索不到最优解。
2. 调整步长：步长的设置也十分重要。
如果步长过大，可能会错过最优解；而步长过小，可能会导致计算时间过长。
因此，需要根据具体情况合理调整步长。
3. 多次运行：为了得到更稳定的结果，我们可以多次运行优化函数，取平均值或找到最优值。
4. 结果分析：在分析结果时，除了考虑优化目标的指标外，还应综合考虑其他因素，如系统稳定性、制造难度等。
五、总结
Zemax的优化函数是一个强大的工具，可以帮助我们快速找到光学系统的最优设计方案。
通过合理设置参数范围、调整步长等操作，我们可以得到满足设计要求的最佳结果。
但需要注意的是，优化函数只是一个工具，我们仍然需要结合实际情况和经验进行综合考虑和判断。
希望本文对大家理解和使用Zemax的优化函数有所帮助。