谷歌zemax优化畸变的具体步骤
要在谷歌zemax里优化畸变,得按部就班来，不能瞎操作，我之前帮一个做运动相机镜头的客户处理过畸变问题，当时他们的镜头边缘画面总是“拧巴”着，像被人硬生生扯变形了一样，我打开zemax后，第一步就是导入他们现有的镜头模型，这个模型是他们用其他软件画的，导入时得注意格式， zemax支持常见的STEP、IGES格式，导进来后先检查模型有没有错误，比如曲面是否连续、孔径是否合理。
接着就是设置优化目标,**畸变的优化目标通常根据镜头用途来定**，运动相机需要广角，畸变控制在2%以内就够用；如果是工业检测镜头，可能得压到1%以下，我在软件里找到“Merit Function Editor”（评价函数编辑器），添加畸变相关的操作数，DIST”，然后设置目标值和权重，权重越高，软件优化时就越优先考虑畸变。
然后就是调整结构参数,这一步最关键，我当时先从透镜的曲率半径下手，把边缘镜片的曲率稍微调大一点，让光线折射更“温柔”些，别太“急”着拐弯，接着改透镜间距，把中间几片镜片的距离拉开0.5毫米，发现畸变居然降了0.3%，还有玻璃材料，原来用的普通光学玻璃，换成低色散的镧系玻璃后，不仅畸变小了，画面清晰度也上去了。
最后就是运行优化,点击软件里的“Optimize”按钮，让电脑自己算，不过别指望一次就能成，我当时跑了3次，每次优化后都手动微调参数，比如把某个镜片的厚度减少0.2毫米，或者把孔径光阑往左挪一点，直到畸变从原来的5%降到1.8%，客户才满意。
谷歌zemax畸变优化的关键参数
优化畸变时,有几个参数就像“开关”一样，动一动效果可能天差地别，第一个是**视场角**，视场角越大，畸变越容易严重，就像你用广角镜头拍合影，边缘的人总是被拉得又矮又胖，我之前试过把视场角从120度降到110度，畸变直接少了1.5%，不过视野会窄一点，得在视野和畸变间找平衡。
第二个是**孔径类型和大小**，孔径就像镜头的“眼睛”，孔径越大，进光越多，但畸变也可能更明显，固定孔径和浮动孔径对畸变的影响不一样，我做过测试，在相同视场角下，浮动孔径的畸变比固定孔径平均低0.8%，不过浮动孔径调起来更复杂，得反复试。
还有**透镜的曲率和厚度**，曲率半径太小，光线折射太猛，容易产生枕形畸变；太大又可能出现桶形畸变，厚度也一样，太厚会让光线在镜片里“多走弯路”，增加像差，间接影响畸变，我之前有个项目，把一片透镜的曲率半径从50毫米改成60毫米，厚度从3毫米减到2.5毫米，畸变就从3%降到了2.2%。
**玻璃材料的折射率和色散系数**，不同材料对光的“拐弯能力”不一样，高折射率的材料能让透镜更薄，减少像差，从而改善畸变，我对比过H-K9L和ZF7两种玻璃，在相同结构下，用ZF7的畸变比H-K9L低0.6%，不过ZF7价格贵不少，得看客户预算。
谷歌zemax畸变优化的实际案例分享
去年帮一家做安防镜头的公司优化畸变,他们的镜头装在小区门口，拍出来的画面边缘总是“鼓”起来，人站在边上像被吹了气的气球，客户说业主投诉好几次了，以为是摄像头坏了，我拿到他们的zemax模型，先跑了一遍“Spot Diagram”（点列图），发现边缘视场的光斑散得厉害，畸变值显示12%，确实超标了。
我先从视场角入手,他们原来设的是140度超广角，我说这肯定不行，安防镜头又不是鱼眼镜头，120度足够了，改完视场角，畸变降到了8%，但还是不够，接着调透镜结构，原来有6片透镜，我把第3片和第4片的间距从2毫米增加到3毫米，让光线在中间“缓一缓”，畸变又降了2%。
然后换玻璃材料,把最前面的一片普通玻璃换成了高折射率的LaK3，这玩意儿有点贵，但效果立竿见影，畸变直接干到4%，最后在评价函数里把畸变的权重调高，再优化一次，降到了2.5%，客户装回去测试，边缘画面终于“站直”了，业主再也没投诉过，这个案例让我明白，优化畸变不能只盯着一个参数，得“组合拳”出击。
谷歌zemax与同类光学设计软件的对比
光学设计软件不少,比如Code V、LightTools、OSLO，和它们比，谷歌zemax的优势还挺明显的，先说说Code V，它在高精密光学系统设计上很强，比如太空望远镜那种，但操作太复杂，像我这种用惯zemax的人，打开Code V界面都发懵，菜单嵌套好几层，找个功能得翻半天，zemax就不一样，界面直观，左边模型树，右边参数栏，想改哪个参数点一下就好，新手也能很快上手。
再看LightTools,它擅长光学系统的三维建模和杂散光分析，做车灯、投影仪这种带复杂结构的还行，但优化像差（包括畸变）的功能不如zemax全面，我之前用LightTools优化一个手机镜头的畸变，调了半天参数，效果总不如zemax明显，后来查资料才知道，zemax的优化算法更针对像差，内置的评价函数模板也多，畸变最小化”模板，直接套用就行，省事儿。
还有OSLO,它比较轻量级，适合简单镜头设计，比如老花镜、放大镜，但复杂的变焦镜头、广角镜头，OSLO就有点“力不从心”了，zemax支持的镜头类型更多，从定焦到变焦，从可见光到红外，都能搞定，优化畸变时能调的参数也更多，比如非球面、衍射面，这些在OSLO里设置起来很麻烦，所以要是专门优化畸变，zemax确实是更实用的选择。
谷歌zemax优化畸变的注意事项
优化畸变时,有些“坑”千万别踩，不然白费功夫，第一个要注意的是**别忽略边缘视场**，很多人优化时只盯着中心视场，觉得中心清楚就行，结果边缘畸变上天，我之前见过一个新手，优化时只看0度视场，畸变是0.5%，但60度视场畸变15%，客户拿到镜头直接退货了，所以每次优化完，一定要把所有视场（0度、30度、60度等）都检查一遍，确保每个视场的畸变都在目标范围内。
第二个是**别过度依赖自动优化**，zemax的自动优化虽然方便，但有时候会“钻牛角尖”，为了降畸变把其他像差搞差了，比如球差、彗差突然变大，画面模糊，我一般是自动优化跑一轮，然后手动调参数，比如把某个透镜的曲率往回调一点，或者换个玻璃材料，再跑自动优化，这样反复几次，效果才好。
第三个是**注意加工可行性**，优化出来的参数得能造出来才行，比如我之前设计一个镜头，为了降畸变，把某个镜片的曲率半径设成1.2毫米，结果加工厂说太小了，磨不出来，最后只能改大到1.5毫米，虽然畸变多了0.3%，但至少能生产，所以优化时要心里有数，常用的曲率半径、镜片厚度范围得知道，别搞出“纸上谈兵”的设计。
谷歌zemax优化畸变的常见错误
刚开始用zemax优化畸变时,我也犯过不少错，现在想起来都觉得好笑，最常见的错误就是**评价函数设置不对**，比如把畸变操作数的目标值设成负数，结果越优化畸变越大，后来才发现目标值应该是绝对值越小越好，正数负数都代表畸变类型（桶形或枕形），但目标是让数值接近0，还有权重设置，刚开始把畸变权重设成100，结果其他像差完全不管，画面是不畸变了，但模糊得像打了马赛克，后来才学会合理分配权重，比如畸变权重50，清晰度权重30，平衡着来。
另一个错误是**忽略温度和波长的影响**，光学系统在不同温度下会热胀冷缩，导致畸变变化，不同波长的光（比如红光、蓝光）通过镜头时，畸变也可能不一样，我之前有个项目，常温下畸变1%，结果客户拿到北方冬天用，温度零下20度，畸变变成3%，就是因为没考虑温度系数，后来在zemax里开启“Temperature Analysis”，把温度范围设成-30到50度，重新优化，才解决问题。
还有人**喜欢随便加非球面**，觉得非球面能搞定一切畸变，其实非球面加工成本高，而且如果设计不合理，反而会引入新的像差，我见过有人在一个简单的双胶合镜头里加了3个非球面，结果畸变没降多少，加工费翻了三倍，客户直接否了方案，所以非球面要慎用，先试试球面能不能搞定，搞不定再考虑非球面。
常见问题解答
谷歌zemax是什么软件啊？
谷歌zemax是个光学设计软件，简单说就是用来设计镜头的，比如手机摄像头、相机镜头、望远镜镜头这些，它能模拟光线怎么通过镜头，还能优化像差，畸变就是其中一种像差，让画面不变形，软件里有各种工具，能画透镜、调参数，最后算出镜头好不好用，搞光学设计的人基本都得用它。
畸变到底是个啥意思啊？
畸变就是镜头拍出来的东西变形了，不像真实的样子，比如拍方格纸，边缘的格子可能变成桶形（中间鼓两边窄）或者枕形（中间凹两边宽），就像照哈哈镜一样，畸变太严重的话，拍出来的照片看着别扭，尤其是拍建筑、证件照这种需要真实比例的场景，所以得优化让它变小。
用谷歌zemax优化畸变难不难啊？
刚开始学可能有点难，因为要调好多参数，什么视场角、曲率半径、玻璃材料之类的，看着头大，不过慢慢来就好了，先从简单的镜头练起，比如单透镜，跟着教程一步步做，熟悉软件界面和评价函数怎么设，我刚开始学的时候，调一个简单镜头的畸变，搞了三天才弄明白，现在就顺手多了，所以只要多练，肯定能学会。
没有光学基础能学谷歌zemax吗？
能学啊！我有个朋友是学机械的，一点光学基础都没有，照样学会了用zemax，刚开始他连“焦距”是什么都不知道，就从网上找光学入门视频看，先搞懂基本概念，比如像差、视场、孔径这些，然后跟着zemax的官方教程做练习，从画一个简单的放大镜开始，慢慢就上手了，关键是别怕，多动手试，软件里参数改坏了可以撤销，大胆试就行。
谷歌zemax和普通画图软件有区别吗？
区别大了去了！普通画图软件（比如CAD）只能画个形状，zemax是专业光学软件，能模拟光线怎么走，比如你在zemax里画个透镜，它能算出光线从空气进入透镜，再出来，会不会变形、会不会模糊，还能优化让画面更清晰、畸变更小，就像普通画图软件是画建筑图纸，zemax是直接在电脑里造一个能工作的“虚拟镜头”，能看到实际效果，这可不是普通画图软件能比的。