Ansys Zemax优化策略：光学系统玻璃替换法

在光学系统中选择最优玻璃材料时，Conrady d-D以及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。

简介

玻璃替换方法是OpticStudio中选择玻璃最有效的方法。玻璃替换方法可直接修改玻璃类型，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。

当玻璃被设置为“substitute”求解时，OpticStudio将自动完成此过程。如果一种玻璃被标记为可替换 (Substitute) 玻璃，则全局优化算法（Hammer和Global Search）将在优化过程中自动执行此类玻璃的迭代替换。这样可使OpticStudio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。

玻璃替换

OpticStudio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。在可见光区域，可以使用Conrady d-D方法进一步简化该方法。这种方法仅对少数不同波长的光线进行追迹、缩放，然后使用优化方法使其差异变为零值。

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“模型玻璃”，则可以将这些模型参数设置为变量，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，即在使用模型玻璃方法获得良好的设计方案之后，必须将模型玻璃转换为真实的玻璃，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，OpticStudio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数据编辑器（LDE）中的玻璃。

为查看玻璃替换方法的操作过程，我们将优化Doublet.zmx示例文件中的玻璃，该文件位于 {Zemax}/Samples/Sequential/Objectives/Doublet.zmx。

打开示例文件，然后在LED中设置两种玻璃的状态：打开solve对话框（双击或左键单击玻璃参数），并将 solve 类型设置为“Substitute”。