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[分享]SYNOPSYS中如何使用玻璃替换方法来优化玻璃 [复制链接]

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离线小火龙果

工程师

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2022-06-24

在光学系统中选择最优玻璃材料时，模型玻璃等传统的玻璃选择方法提供的帮助有限。本文介绍了如何在搜索完初始结构后，使用玻璃替换方法进行直接玻璃优化，以及在考虑玻璃的可用性、成本及耐候性等因素时，如何进一步严格挑选玻璃。

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简介
插入真实玻璃方法是SYNOPSYS中选择玻璃最有效的方法。插入真实玻璃可直接修改玻璃模型，然后重新优化系统，以确定新的玻璃是否是更好的设计方案。
当开始设计镜头时，设计的镜头所使用的材料都是玻璃模型，玻璃模型只含有折射率和阿贝数，不是真实的。只有在运行一次优化宏后，运用MRG指令，才能插入真实玻璃。插入真实玻璃时，SYNOPSYS将自动完成此过程。这样可使SYNOPSYS在不借助于理想化玻璃色散的情况下优化系统。本文将提供此方法的一个示例。

插入真实玻璃
SYNOPSYS中处理玻璃优化的方式与处理其他数据的方式有些不同。直接优化玻璃选择是一件很困难且不可预测的过程，因为玻璃的属性是不连续的。
选择玻璃的传统方法是使用某种模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些数值参数将玻璃色散理想化，然后优化这些参数，同时将参数值或计算的折射率值约束为类似可用的玻璃。
如果一种玻璃被描述成有一定折射率、阿贝数和部分色散偏离的“玻璃模型”，这些模型参数可以作为变量，然后像其他数值参数一样进行优化。然而，模型玻璃方法存在一个严重的缺陷，即在使用玻璃模型方法获得良好的设计方案之后，必须将玻璃模型转换为真实的玻璃，然后再使用新选择的玻璃来重新优化该设计。遗憾的是，对于许多系统，新优化的设计方案的性能可能比模型玻璃方法的设计方案的性能要差。更令人沮丧的是，使用真实玻璃的最佳设计可能与使用模型模型找到的最优设计有不同的结构。
为避免以上过程中出现的麻烦，SYNOPSYS提供了一种玻璃替换工具。在优化过程中，玻璃替换方法使用来自玻璃目录中的真实玻璃替换镜头设计中的玻璃模型。
为查看玻璃替换方法的操作过程，我们将优化三片式透镜玻璃。首先，我们可以先利用SYNOPSYS软件的DSEARCH功能，自动搜索出一个结构较好的三片式透镜，然后对透镜进行优化，最后利用MRG指令插入真实玻璃。注意：只有运行了一次优化宏后，才能运用MRG指令。打开附件中的“SAN.MAC”，下面这个是三片式透镜的DSEARCH宏文件：

运行宏文件后，打开镜头的数据表（SPS），就会发现材料都是玻璃模型。

然后对镜头进行优化，利用软件所给的优化宏，在此基础上对变量进行控制。默认不输入参数的ACC为1英寸，即25.4mm。感觉透镜厚度太大了，在优化宏的ACC后面增加5 1 1，控制元件最大中心厚度在5mm左右。

打开附件中的“SAN_OPT.MAC”进行优化，下面是优化后的镜头结构：

优化完成后，进行退火。

最后可以进行插入真实玻璃的过程，在命令窗口输入MRG打开真实玻璃自动插入窗口，选择成都光明玻璃库并运行。注意：只有运行了一次优化宏，才能运行MRG指令。

下面是插入真实玻璃的结果：

替换玻璃材料之后可以把优化宏中玻璃变量注释掉，继续优化退火直到评价函数不再发生变化。

此时的镜头数据以及像差如下图所示：

可以清楚的看到插入真实玻璃后，性能的变化。
要查看特定玻璃的数据或状态，请点击玻璃表打开材料目录窗口。

选择其中的一个玻璃库，点击确认后，选择显示玻璃列表，就可以清楚的看到这个玻璃库中的所有玻璃的具体情况。

玻璃目录列出了玻璃的折射率、阿贝数、气泡、湿度、染色、酸性、碱性以及价格等。通过插入真实玻璃替换玻璃模型，您可以确保选择的玻璃不仅仅符合光学标准，还符合其他重要标准。

GSEARCH的介绍
在SYNOPSYS光学设计软件中，除了运用MRG指令替换玻璃模型，还可以利用GSEARCH功能对玻璃进行限制。
GSEARCH功能有三种用法：
1：通过指定几种材料，来替换优化现有的材料；
2：通过指定的玻璃库，来替换优化现有的材料；
3：通过给不同面指定不同材料库，来替换优化现有的材料。
下面是GSEARCH功能的演示：
打开附件中的“COOK”镜头文件、镜头数据如下图：