1. 优化函数基础：什么是优化函数、优化函数编辑器界面介绍、评价函数的概念、默认优化函数与自定义优化函数

1.1 优化函数到底是什么？

说白了，优化函数就是 Zemax 用来衡量你的镜头「好不好」的一把尺子。

你设计一个镜头，总希望它成像清晰、像差小、结构紧凑。但计算机不知道什么叫「清晰」，它只认数字。优化函数就是把这些光学要求翻译成计算机能懂的数学语言——一个数值。

这个数值越小，代表镜头性能越好。我们的目标就是通过调整镜片曲率、厚度、材料等参数，让这个数值降到最低。

我记得刚入行时带我的老工程师说过一句话：「优化函数是你的眼睛，你看不到像差，但优化函数能告诉你哪里有问题。」后来我自己做项目，才真正体会到这句话的分量。

1.2 评价函数的概念——不只是数字

评价函数（Merit Function）是优化函数的全称。它由多个「操作数」组成，每个操作数代表一个光学约束或目标。

举个例子：

• 你想让焦距是 100mm → 加一个 EFFL 操作数，目标值设为 100
• 你想让畸变小于 1% → 加一个 DIST 操作数，目标值设为 0，权重设好
• 你想让像面处的光斑半径最小 → 加一堆 TRAC 或 REAY 操作数

Zemax 会把这些操作数的当前值与目标值之间的偏差加权求和，最终得到一个数字——这就是评价函数值。

1.3 优化函数编辑器界面介绍

打开 Zemax，点击 Optimize → Merit Function Editor（或者直接按快捷键 F6），你会看到这样一个界面：

区域	功能	说明
菜单栏	文件操作、工具、默认评价函数生成	最常用的是 Tools → Default Merit Function
操作数列表	显示所有操作数的类型、目标值、权重、当前值	这是编辑器的核心区域
状态栏	显示当前评价函数总值、操作数总数	一眼就能看到优化进展
右键菜单	插入、删除、编辑操作数	我习惯用快捷键 Ctrl+Insert 快速添加

界面其实不复杂。每一行就是一个操作数，从左到右依次是：

• Type：操作数类型（比如 SPHA、COMA、EFFL）
• Int1 / Int2：辅助参数（比如面序号、波长、视场）
• Target：你希望达到的目标值
• Weight：权重，越大表示这个约束越重要
• Value：当前系统的实际值
• Contrib：这个操作数对总评价函数的贡献量

1.4 默认优化函数 vs 自定义优化函数

Zemax 提供了两种生成评价函数的方式：默认的和自定义的。

默认优化函数

点击 Tools → Default Merit Function，会弹出一个对话框。你可以选择优化类型：

• RMS Spot Radius：优化光斑半径，适合成像系统
• RMS Wavefront：优化波前差，适合高精度系统
• MTF：直接优化调制传递函数
• 用户自定义：自己写优化策略

默认函数的好处是快，一键生成。但坏处也很明显——它不知道你的系统有什么特殊要求。

自定义优化函数

自定义就是在默认函数的基础上，手动添加、修改或删除操作数。比如：

• 控制特定面的光线入射角
• 约束镜片中心厚度和边缘厚度
• 限制总长或后焦
• 控制畸变在某个视场不超过某个值

我一般的工作流程是：

1. 先生成默认评价函数（选 RMS Spot Radius）
2. 删掉一些不必要的操作数（比如默认会生成很多边缘光线的追踪，有时候用不上）
3. 添加自定义约束（厚度、总长、畸变、相对照度等）
4. 调整权重，让关键约束的权重明显高于次要约束
5. 开始优化，观察评价函数值的变化

1.5 知识结构总览

下面这张图帮你理清本章的核心逻辑：

1.6 本章小结

优化函数是 Zemax 优化的核心工具。你不需要一开始就记住所有操作数，但一定要理解它的工作逻辑：

• 评价函数是一个数值，越小越好
• 编辑器里每一行都是一个约束
• 默认函数帮你快速起步，自定义函数帮你精准收尾
• 权重是门艺术，不是科学——多做几次就找到感觉了