在光學(xué)系統(tǒng)中選擇最優(yōu)玻璃材料時，模型玻璃等傳統(tǒng)的玻璃選擇方法提供的幫助有限。本文介紹了如何在搜索完初始結(jié)構(gòu)后，使用玻璃替換方法進(jìn)行直接玻璃優(yōu)化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時，如何進(jìn)一步嚴(yán)格挑選玻璃。

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簡介

插入真實(shí)玻璃方法是SYNOPSYS中選擇玻璃最有效的方法。插入真實(shí)玻璃可直接修改玻璃模型，然后重新優(yōu)化系統(tǒng)，以確定新的玻璃是否是更好的設(shè)計方案。

當(dāng)開始設(shè)計鏡頭時，設(shè)計的鏡頭所使用的材料都是玻璃模型，玻璃模型只含有折射率和阿貝數(shù)，不是真實(shí)的。只有在運(yùn)行一次優(yōu)化宏后，運(yùn)用MRG指令，才能插入真實(shí)玻璃。插入真實(shí)玻璃時，SYNOPSYS將自動完成此過程。這樣可使SYNOPSYS在不借助于理想化玻璃色散的情況下優(yōu)化系統(tǒng)。本文將提供此方法的一個示例。

插入真實(shí)玻璃

SYNOPSYS中處理玻璃優(yōu)化的方式與處理其他數(shù)據(jù)的方式有些不同。直接優(yōu)化玻璃選擇是一件很困難且不可預(yù)測的過程，因?yàn)椴ＡУ膶傩允遣贿B續(xù)的。

選擇玻璃的傳統(tǒng)方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數(shù)值參數(shù)將玻璃色散理想化，然后優(yōu)化這些參數(shù)，同時將參數(shù)值或計算的折射率值約束為類似可用的玻璃。

如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數(shù)和部分色散偏離的“玻璃模型”，這些模型參數(shù)可以作為變量，然后像其他數(shù)值參數(shù)一樣進(jìn)行優(yōu)化。然而，模型玻璃方法存在一個嚴(yán)重的缺陷，即在使用玻璃模型方法獲得良好的設(shè)計方案之后，必須將玻璃模型轉(zhuǎn)換為真實(shí)的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來重新優(yōu)化該設(shè)計。遺憾的是，對于許多系統(tǒng)，新優(yōu)化的設(shè)計方案的性能可能比模型玻璃方法的設(shè)計方案的性能要差。更令人沮喪的是，使用真實(shí)玻璃的最佳設(shè)計可能與使用模型模型找到的最優(yōu)設(shè)計有不同的結(jié)構(gòu)。

為避免以上過程中出現(xiàn)的麻煩，SYNOPSYS提供了一種玻璃替換工具。在優(yōu)化過程中，玻璃替換方法使用來自玻璃目錄中的真實(shí)玻璃替換鏡頭設(shè)計中的玻璃模型。

為查看玻璃替換方法的操作過程，我們將優(yōu)化三片式透鏡玻璃。首先，我們可以先利用SYNOPSYS軟件的DSEARCH功能，自動搜索出一個結(jié)構(gòu)較好的三片式透鏡，然后對透鏡進(jìn)行優(yōu)化，最后利用MRG指令插入真實(shí)玻璃。注意：只有運(yùn)行了一次優(yōu)化宏后，才能運(yùn)用MRG指令。打開附件中的“SAN.MAC”，下面這個是三片式透鏡的DSEARCH宏文件：

運(yùn)行宏文件后，打開鏡頭的數(shù)據(jù)表（SPS），就會發(fā)現(xiàn)材料都是玻璃模型。

然后對鏡頭進(jìn)行優(yōu)化，利用軟件所給的優(yōu)化宏，在此基礎(chǔ)上對變量進(jìn)行控制。默認(rèn)不輸入?yún)?shù)的ACC為1英寸，即25.4mm。感覺透鏡厚度太大了，在優(yōu)化宏的ACC后面增加5 1 1，控制元件最大中心厚度在5mm左右。

打開附件中的“SAN_OPT.MAC”進(jìn)行優(yōu)化，下面是優(yōu)化后的鏡頭結(jié)構(gòu)：

優(yōu)化完成后，進(jìn)行退火。

最后可以進(jìn)行插入真實(shí)玻璃的過程，在命令窗口輸入MRG打開真實(shí)玻璃自動插入窗口，選擇成都光明玻璃庫并運(yùn)行。注意：只有運(yùn)行了一次優(yōu)化宏，才能運(yùn)行MRG指令。

下面是插入真實(shí)玻璃的結(jié)果：

替換玻璃材料之后可以把優(yōu)化宏中玻璃變量注釋掉，繼續(xù)優(yōu)化退火直到評價函數(shù)不再發(fā)生變化。

此時的鏡頭數(shù)據(jù)以及像差如下圖所示：

可以清楚的看到插入真實(shí)玻璃后，性能的變化。

要查看特定玻璃的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，請點(diǎn)擊玻璃表打開材料目錄窗口。

選擇其中的一個玻璃庫，點(diǎn)擊確認(rèn)后，選擇顯示玻璃列表，就可以清楚的看到這個玻璃庫中的所有玻璃的具體情況。

玻璃目錄列出了玻璃的折射率、阿貝數(shù)、氣泡、濕度、染色、酸性、堿性以及價格等。通過插入真實(shí)玻璃替換玻璃模型，您可以確保選擇的玻璃不僅僅符合光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，還符合其他重要標(biāo)準(zhǔn)。

GSEARCH的介紹

在SYNOPSYS光學(xué)設(shè)計軟件中，除了運(yùn)用MRG指令替換玻璃模型，還可以利用GSEARCH功能對玻璃進(jìn)行限制。

GSEARCH功能有三種用法：

1：通過指定幾種材料，來替換優(yōu)化現(xiàn)有的材料；

2：通過指定的玻璃庫，來替換優(yōu)化現(xiàn)有的材料；

3：通過給不同面指定不同材料庫，來替換優(yōu)化現(xiàn)有的材料。

下面是GSEARCH功能的演示：

打開附件中的“COOK”鏡頭文件、鏡頭數(shù)據(jù)如下圖：

打開附件中的“COOKEOPT.MAC”文件，優(yōu)化宏文件如下圖：

1：指定玻璃材料優(yōu)化，打開附件中“GSEARCH 1.MAC”的文件。

運(yùn)行文件后的結(jié)果如下圖：

2：指定玻璃庫優(yōu)化，打開附件中“GSEARCH 2.MAC”的文件。

運(yùn)行文件后的結(jié)果如下圖：

3：不同面，指定不同材料庫優(yōu)化，打開附件中“GSEARCH 3.MAC”的文件。

運(yùn)行文件后的結(jié)果如下圖：