玻璃材料的优化技巧

玻璃材料的优化，材料的相对折射率 Nd 和阿贝数 Va的控制方法?

解答:在序列优化中, ZEMAX强化了对玻璃材料的优化方法,也提供了对参数的多方位控制条件,包括相对价格、相对折射率、阿贝数、抗酸、抗碱等等的控制,以及不同材料可以选择不同的玻璃库或玻璃库内不同的玻璃类型(玻璃分五种状态Status:标准standard、优选preferred、废弃obsolete、特种special、熔炼炉号melt)。

系统需要对玻璃材料进行优化的时候,通常有两种方法:

第一是使用模型玻璃(Model)解,

将玻璃看成是折射率与阿贝数可以连续变化的量，也保证了评价函数能够连续变化，此时可以用一般的优化方法直接对系统进行优化,但出现的一个问题是,玻璃在玻璃图上是离散分布的,优化找到的理想模型玻璃可能在现实中不存在,同时意味着设计方案需要继续修改。

第二是使用玻璃替代(Substitution),

即设置好替代的玻璃库后,软件会从这个玻璃库内直接改变玻璃类型,重新进行优化看是否产生更好的结果,此方法相比第一种会显得更为实际,更优越。

首先我们对模型玻璃进行优化演示，我们以软件自带的例子({User)\My文档\ZEMAXSamples\ sequentiallogoals \Cooke 40度场):先将两透镜材料设为模型玻璃，即在 Glass栏内点鼠标右键或按Enter 键，将玻璃求解类型设为Model,再将折射率与阿贝数设为变量,

此时材料的折射率Nd和阿贝数vd没有加以控制,如果优化的话,会得到无法接受的大小，如下图优化后 Nd=2.16,Vd=4485.7：

很显然,我们需要控制Nd与Vd,使它们在可接受的范围内变化,在此ZEMAX 提供了几个基本的操作数来控制 Nd 与 Vd，即：RGLA，MXAB,MNAB,MXIN,MNIN, MXPD, MNPD加入到评价函数内,进行优化控制。RGLA用来测量玻璃图模型玻璃与当前载入的玻璃库中与其最接近的玻璃的折射率,阿贝数及部分散射之间的“距离”,通常刚开始时使用目标值0.05就可以覆盖玻璃图中的所有玻璃。

此时的模型玻璃较为接近实际,可以在当前玻璃库中查找与此模型匹配的实际玻璃。

下面我们用第二种方法，即玻璃替代(Substitution)对玻璃进行优化。

玻璃替代需要用户指定每个镜头使用的玻璃库：

在上图Substitute下的Catalog中可输入你指定的玻璃库,一旦输入一个特定的玻璃库后,优化时此面就只从这个特定的玻璃库中取材料,如果不作任何输入，即空白时，表示此面优化时从当前定义的玻璃库中取材料。对玻璃库材料替代的控制有两种方法：使用替代模板或使用玻璃排除。替代模板通过以下途径打开：TOOLS/OPTIMIZATION/GLASS SUBSTITUTION TEMPLATE

此时可以定义玻璃的相对价格及抗酸、碱、磷酸盐等特性：

另外可用玻璃排除法(Exclude Substitution)

当Exclude Substitution选项被勾选上后,在进行玻璃替代优化时会自动排除此玻璃材料。但并不建议使用此方法,或者使用用户自定义玻璃库。因为它会改变玻璃库设置,影响以后设计时对玻璃的优化。玻璃模板和玻璃排除两种方法可以同时使用来进行优化，玻璃替代优化所需时间较长,而且当所有玻璃都替代以后(此时意味着已经找到最佳玻璃组合),优化并不会停止,而是会继续循环优化下去,但评价函数已不会再降低,故此时需要用户手动来终止优化。另外操作数MXIN、MNIN MXAB, MNAB同样可以使用在评价函数内,以帮助控制折射率和阿贝数。