概述

在光學(xué)系統(tǒng)中選擇最優(yōu)玻璃材料時，Conrady d-D 以及模型玻璃等傳統(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。

玻璃替換方法是 OpticStudio 中選擇玻璃最有效的方法。玻璃替換方法可直接修改玻璃類型，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)玻璃被設(shè)置為“substitute”求解時，OpticStudio 將自動完成此過程。如果一種玻璃被標(biāo)記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優(yōu)化算法（Hammer 和 Global Search）將在優(yōu)化過程中自動執(zhí)行此類玻璃的迭代替換。這樣可使 OpticStudio 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。 

玻璃替換

OpticStudio 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，因為玻璃的屬性是不連續(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。在可見光區(qū)域，可以使用 Conrady d-D 方法進(jìn)一步簡化該方法。這種方法僅對少數(shù)不同波長的光線進(jìn)行追跡、縮放，然后使用優(yōu)化方法使其差異變?yōu)榱阒怠?/p>

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“模型玻璃”，則可以將這些模型參數(shù)設(shè)置為變量，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，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設(shè)計方案之后，必須將模型玻璃轉(zhuǎn)換為真實的玻璃，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，OpticStudio 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玻璃替換鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（LDE）中的玻璃。

為查看玻璃替換方法的操作過程，我們將優(yōu)化 Doublet.zmx 示例文件中的玻璃，該文件位于

{Zemax}/Samples/Sequential/Objectives/Doublet.zmx。

打開示例文件，然后在 LED 中設(shè)置兩種玻璃的狀態(tài)：打開 solve 對話框（雙擊或左鍵單擊玻璃參數(shù)），并將 solve 類型設(shè)置為“Substitute”。

出現(xiàn)在玻璃旁邊的字母“S”表示這些玻璃處于可替換狀態(tài)。

使用評價函數(shù)編輯器中的默認(rèn)評價函數(shù)工具構(gòu)建 RMS 波前優(yōu)化默認(rèn)評價函數(shù)。

點(diǎn)擊“OK”，評價函數(shù)編輯器將顯示如下：