ZEMAX优化函数详解：结构与算法深度解析

ZEMAX优化函数是光学设计软件中关键的核心部分，它决定了设计过程中的参数调整和目标达成。在ZEMAX中，优化函数主要由两个组成部分构建：一是优化元（Optimization Variables），包括光学特性参数如焦距、入瞳距离、成像尺寸等，以及像质参数如畸变、场曲、彗差等，这些都是设计师期望达到的理想值；二是权重系数（Weight Coefficients），它们用来衡量每个优化元对整体性能的重要性，目标是通过调整系统结构参数使优化函数值最小化。 ZEMAX的优化过程分为局部优化和全局优化两种类型。局部优化是针对已知结构参数的微调，通过逐步改变参数值来寻找局部最优解，类似求解“U”型函数的最小值。而全局优化则是一种搜索过程，会在给定的结构参数空间内广泛搜索，可能涉及多次极值的跳跃，以期找到全局最优解，从而实现光学设计的更高级自动化。 默认优化函数是初学者常用的工具，但其背后其实包含了设计者在ZEMAX中预设的一系列目标和权衡。"DefaultMeritFunction"是这种结构的核心，它可能包括了光学性能的基础要求，如均匀性、色散控制等，同时也允许用户根据经验和需求添加特定目标，如焦距或特定像差的控制。 然而，尽管现代光学设计软件如ZEMAX利用了高度复杂的数学优化算法和计算机性能，全球优化仍有其局限性，比如搜索效率、计算复杂度与资源消耗，以及可能存在的误差累积问题。这要求设计者对优化算法有深入理解，以便更好地利用软件的潜力。 理解ZEMAX的优化函数结构及其优化过程是提升光学设计效率和精度的关键，而深入分析默认优化函数有助于设计师更好地定制和利用软件，从而实现更精确和高效的光学设计。