眾所周知，光學設計，結構是最重要的，一個合適的結構，往往很容易優化出結果，一個不好的結構，就算加再多像差操作數，也只會越跑越糟。

如果確定一個結構是否正確，這個篇幅太長，后續會整理成視頻。

本文主要講述在得到一個合適的初始結構的情況下，如何正確地優化出我們想要的結果。

相信不少人聽到過，先優化曲率半徑，然后優化正透鏡厚度和大的空氣間隔，然后優化負透鏡的厚度，這個按部就班的方法，有利有弊。好處在于這個方法不容易把結構跑壞，這對于初學者來說可能是個辦法。但是不好的地方在于，對于初學者，你會很難知道這個結構中最重要的那一片或那幾片玻璃是什么，導致的結果就是雖然偶爾碰碰運氣優化出了比較好的解，但是始終得不到進步。光學設計中，要想優化得到進步，一定要一眼能夠看出各個鏡片在一個結構中起到什么作用，貢獻什么像差，沒有這片鏡片會有哪些壞處，這個鏡片該厚還是該薄，到底是用兩個雙膠合還是用一個三膠合。

光學設計中的優化，始終記住一個點，操作數越少越好。一個正確的結構，是不需要那么多操作數的，操作數其實就代表了約束，約束太多，難免會起沖突，就像做手機鏡頭的時候，你把空氣邊緣控制得太死，那么永遠無法優化出一個好的結果。而一個錯誤的結果，就算加一百個像差操作數，那像差也下不去。

所以要想理明白優化思路，一定要去選擇一個合適的結構。就比如說有這樣一個指標：

光圈F2，焦距35mm，半視場20°，畸變＜1%。

那么這個最合適的結構，或許就是雙高斯了。看到這么低的畸變，首要想到對稱結構，然后根據其他的參數來判斷對稱結構是否可行。如果優化過程中發現結構不對，那不要猶豫，馬上換。

用朋友給我說過他的方法，先加很多鏡片，優化出差不多了，再慢慢減少弱光焦度的鏡片，其實這也是個方法，不過呢，每次減少鏡片，那鏡片的材料可能就不怎么搭配了，得重新錘一次，不過這個方法挺適用初學者，可以一試。

現在假設結構完全正確，開始講優化。

變量

邊界條件里面，把所有鏡片，空氣的中厚和邊厚先約束死，空氣中厚留個0.2，邊厚給個0.3，最小玻璃中厚給個0.6，邊厚給個0.8。然后把所有的曲率半徑和厚度設置為變量。

值得注意的是，像密接正透鏡這種空氣間隔只有0.1、0.2的地方，先不要動了，優化過程中如果發現某個空氣間隔很大了，那就把它固定下來，再開始優化，因為軟件這種東西，不知道你想要的是什么結果，它只管你像差的最（極）優解，可不管你鏡頭是否漂亮，不管你各部分公差是否靈敏。

評價函數

自動評價函數呢，選PTV-光斑半徑-主光線，然后RMS-光斑半徑-質心，然后RMS-波前-質心，這個方法雖然不是所有系統都適用，但是也算是個通用的方法。對于那種目視系統，用PTV就很好，對于那些對彌散斑收斂要求高的系統，用RMS就很好。主光線還是質心，這個優化過程中可以去切換。

操作數

對于操作數，越少越好，EFFL、TOTR、RAID等等一階光學參數約束就夠了，不需要假如很多操作數如SPHA、COMA、ASTI、FCUR、DIMX等。首先，這些操作數是三階像差，其次，強行約束一個像差，會給其他像差帶來更不好的影響。

優化過程

在優化過程中，始終關注光線的走勢。光線在某一鏡片過于陡峭，這會給公差帶來致命的影響，光線在某一鏡片偏轉極小，這說明該鏡片為弱光焦度，這個時候需要考慮是否還需要這枚鏡片。

優化過程中，不要讓正透鏡玻璃邊厚過薄，不要讓負透鏡中厚過薄，不要讓光線過陡，不要讓片數過多，不要讓鏡片形狀難以加工。

優化過程中，要時刻關注每一片鏡片的像差貢獻，要給鏡片留出口徑余量，要讓每一片鏡片形狀合理。等等。

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來源：微信公眾號瑞雪紛飛光學