玻璃替換的案例
Ansys Zemax | 光學系統設計中如何使用玻璃替換方法來優化玻璃
點擊“Start”開始優化
您將看到優化期間替換用到的玻璃，以及 OPD 光扇圖窗口的變化。
結果
在大約一分鐘之后停止優化。LDE中的玻璃可能如下所示：
將OPD光扇圖的最大量度設置為0.5，以便與優化前的性能對比。性能明顯已得到極大改善。
“System Explorer...Materials Catalogs...Catalogs To Use”中列出的所有玻璃庫中的玻璃都將被用于替換。如果要限制特定的玻璃目錄，您可以在solve窗口中輸入目錄的名稱。例如，您已在“General”窗口中列出Hoya和Schott兩個玻璃目錄：
但是您只想使用Hoya目錄中的玻璃替換面#1的玻璃，那么您只需要在該玻璃的solve窗口中輸入“Hoya”即可。現在只有Hoya目錄的玻璃可選作替換的玻璃。
玻璃替換模板
您可以使用“Libraries...Glass Substitution Template”中的玻璃替換模板進一步限制玻璃目錄中玻璃的替換。請確認勾選了“Use Glass Substitution Template”選項框，否則將如同之前一樣使用目錄中的所有玻璃都會進行替換。
玻璃替換模板使用玻璃目錄中的“相對價格 (Relative cost)”和“狀態 (Status)”等數據來篩選玻璃。例如，勾選“首選 (Preferred)”選項通常十分有用，因為首選 (Preferred) 的玻璃通常是熔煉更頻繁的玻璃，更可能根據需求被供應商提供。
要查看特定玻璃的數據或狀態，請點擊“Libraries...Materials Catalog”打開材料目錄窗口。
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概要
在光學系統中選擇最優玻璃材料時，Conrady d-D以及模型玻璃等傳統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行直接玻璃優化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時，如何進一步嚴格挑選玻璃。
簡介
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，然后重新優化系統，以確定新的玻璃是否是更好的設計方案。
當玻璃被設置為“substitute”求解時，OpticStudio將自動完成此過程。如果一種玻璃被標記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優化算法（Hammer和Global Search）將在優化過程中自動執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化系統。本文將提供此方法的一個示例。
玻璃替換
OpticStudio中處理玻璃優化的方式與處理其他數據的方式有些不同。直接優化玻璃選擇是一件很困難且不可預測的過程，因為玻璃的屬性是不連續的。
選擇玻璃的傳統方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數值參數將玻璃色散理想化，然后優化這些參數，同時將參數值或計算的折射率值約束為類似可用的玻璃。在可見光區域，可以使用Conrady d-D方法進一步簡化該方法。這種方法僅對少數不同波長的光線進行追跡、縮放，然后使用優化方法使其差異變為零值。
如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數設置為變量，然后像其他數值參數一樣進行優化。然而，模型玻璃方法存在一個嚴重的缺陷，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設計方案之后，必須將模型玻璃轉換為真實的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來重新優化該設計。
展開 ZEAMX | 如何進行玻璃替換
ZEAMX | 如何進行玻璃替換
光學透鏡的材料決定著光學設計的性能、成本等一系列表現，所以挑選合理的玻璃也是光學設計的重要一環。在設計基本成型的時候我們常常要使用玻璃替換功能來尋找是否有更加合適的玻璃材料。所以今天，讓我們來學習：
如何進行玻璃替換
概述
在光學系統中選擇最優玻璃材料時，Conrady d-D 以及模型玻璃等傳統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行直接玻璃優化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時，如何進一步嚴格挑選玻璃。 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，然后重新優化系統，以確定新的玻璃是否是更好的設計方案。 當玻璃被設置為“substitute”求解時，OpticStudio 將自動完成此過程。如果一種玻璃被標記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優化算法（Hammer 和 Global Search）將在優化過程中自動執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化系統。本文將提供此方法的一個示例。
玻璃替換
OpticStudio 中處理玻璃優化的方式與處理其他數據的方式有些不同。直接優化玻璃選擇是一件很困難且不可預測的過程，因為玻璃的屬性是不連續的。
選擇玻璃的傳統方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數值參數將玻璃色散理想化，然后優化這些參數，同時將參數值或計算的折射率值約束為類似可用的玻璃。在可見光區域，可以使用 Conrady d-D 方法進一步簡化該方法。這種方法僅對少數不同波長的光線進行追跡、縮放，然后使用優化方法使其差異變為零值。
展開 在ZEMAX中如何進行玻璃替換
光學透鏡的材料決定著光學設計的性能、成本等一系列表現，所以挑選合理的玻璃也是光學設計的重要一環。在設計基本成型的時候我們常常要使用玻璃替換功能來尋找是否有更加合適的玻璃材料。所以今天，讓我們來學習：如何進行玻璃替換
概述
在光學系統中選擇最優玻璃材料時，Conrady d-D 以及模型玻璃等傳統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行直接玻璃優化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時，如何進一步嚴格挑選玻璃。
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，然后重新優化系統，以確定新的玻璃是否是更好的設計方案。
當玻璃被設置為“substitute”求解時，OpticStudio 將自動完成此過程。如果一種玻璃被標記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優化算法（Hammer 和 Global Search）將在優化過程中自動執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化系統。本文將提供此方法的一個示例。
玻璃替換
OpticStudio 中處理玻璃優化的方式與處理其他數據的方式有些不同。直接優化玻璃選擇是一件很困難且不可預測的過程，因為玻璃的屬性是不連續的。
選擇玻璃的傳統方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數值參數將玻璃色散理想化，然后優化這些參數，同時將參數值或計算的折射率值約束為類似可用的玻璃。在可見光區域，可以使用 Conrady d-D 方法進一步簡化該方法。這種方法僅對少數不同波長的光線進行追跡、縮放，然后使用優化方法使其差異變為零值。
如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數設置為變量，然后像其他數值參數一樣進行優化。
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Ansys Zemax光學設計軟件技術教程：光學系統設計中如何使用玻璃替換方法
在光學系統中選擇最優玻璃材料時，Conrady d-D以及模型玻璃等傳統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行直接玻璃優化，以及在考慮玻璃的可用性、成本及耐候性等因素時，如何進一步嚴格挑選玻璃。作者 Nam-Hyong Kim簡介玻璃替換方法是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，然后重新優化系統，以確定新的玻璃是否是更好的設計方案。當玻璃被設置為“substitute”求解時，OpticStudio將自動完成此過程。如果一種玻璃被標記為可替換 (Substitute) 玻璃，則全局優化算法（Hammer和Global Search）將在優化過程中自動執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化系統。本文將提供此方法的一個示例。玻璃替換OpticStudio中處理玻璃優化的方式與處理其他數據的方式有些不同。直接優化玻璃選擇是一件很困難且不可預測的過程，因為玻璃的屬性是不連續的。選擇玻璃的傳統方法是使用某種模型玻璃。模型玻璃方法是使用一些數值參數將玻璃色散理想化，然后優化這些參數，同時將參數值或計算的折射率值約束為類似可用的玻璃。在可見光區域，可以使用Conrady d-D方法進一步簡化該方法。這種方法僅對少數不同波長的光線進行追跡、縮放，然后使用優化方法使其差異變為零值。如果一種玻璃被描述成有一定折射率、阿貝數和部分色散偏離的“模型玻璃”，則可以將這些模型參數設置為變量，然后像其他數值參數一樣進行優化。然而，模型玻璃方法存在一個嚴重的缺陷，即在使用模型玻璃方法獲得良好的設計方案之后，必須將模型玻璃轉換為真實的玻璃，然后再使用新選擇的玻璃來重新優化該設計。遺憾的是，對于許多系統，新優化的設計方案的性能可能比模型玻璃方法的設計方案的性能要差。
展開 SYNOPSYS 光學設計軟件課程五十三：SYNOPSYS 的三種玻璃替換方法
wx_fmt=gif"></p><p><br></p><p><strong>課程五十三：SYNOPSYS 的三種玻璃替換方法</strong></p><p> 在這里我們參考書籍中的案例，通過 SYNOPSYS 來進行光學系統中玻璃的替換。</p><p>使用 GSEARCH 需要以下條件：</p><p>1.現有的設計檔（實際的玻璃材料）</p><p>2.優化宏</p><p>GSEARCH 功能的三種用法：</p><p>1.通過指定幾種材料來替換優化現有的材料；</p><p>2.通過指定的玻璃庫來替換優化現有的材料；</p><p>3.通過給不同面指定不同材料庫來替換優化現有的材料。</p><p>下面以一個三片式鏡頭為例，演示 GSEARCH 功能：</p><p>初始鏡頭結構：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/sITFjEClTzDVQLZ6czibZOunxBRdLJmOSYtg1m8rJD3OtiaVujq9SNkG4kltqbSicvdLz0BOibtAzvclP3LXLu9q2g/640?
展開 第十一屆“宇瞳杯”光學設計大賽賽題2“視訊會議鏡頭”設計思路
目前主要矛盾都已經解決，視場，長度，出射角，畸變等都差不多滿足系統要求，接下來就是把系統原始的虛擬玻璃換成實際玻璃，并運行玻璃專家進行替換。玻璃替換后如下圖所示。
接下來增加非球面，選擇最后一片透鏡作為非球面，繼續優化，誤差函數也降到了3.6，如下圖所示。
再進行玻璃專家替換玻璃，這次將玻璃和塑料放在一起替換。優化后將第一片透鏡設置為非球面，繼續優化。
這時，相對照度還不夠，需要控制一下相對照度，再繼續優化，結果如下，基本要求已經全部滿足。
二維圖
MTF
相對照度
畸變
設計到這里，大概的初始構型已經設計好了，接下來可以增加非球面或者減少鏡片，做進一步優化。
最后，有光學設計相關需求，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯系。
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第一天：成像設計基礎
1.概述：
1.1成像光學設計是怎么樣的技術；1.2成像光學設計需要什么樣的能力；
2.像差
3.幾何光學
4.設計軟件：
4.1系統設置（孔徑、視場、波長）;
4.2初始結構（如何尋找、建立）；
4.3函數編寫（常用函數）；
4.4優化與分析；
4.5公差分析；
4.6熱分析；
4.7工藝分析（玻璃材料、形狀尺寸）
5.設計實例；
6.后續學習方向與建議
第二天：Zemax優化及案例
內容概述
1. zemax優化思路和技巧介紹
2. 3個優化實例
1.zemax優化技巧和思路
1.1.由小及大調整入射角或是入瞳直徑
1.2.優化過程要保證畸變不能太大，過程中需要控制
1.3.替換玻璃與玻璃介紹
1.4.MTF優化技巧
1.3.替換玻璃與玻璃介紹
●玻璃替換
●2019年生產頻次和價格系數
●非球面使用的玻璃，D開頭的低熔點玻璃
●球面使用的玻璃，H開頭的玻璃
●雙膠合透鏡與三膠合透鏡
1.4.MTF優化技巧
(1)將優化函數選擇為對比度(如果MTF在150線對處的模值為0.3,頻率通常設置為75附近)或是波前(PV值)，并將權重縮放設置一個非常大的值。
展開 3-4微米范圍內的中紅外透鏡設計 | SYNOPSYS光學設計軟件課程第92課
運行這個宏
現在得到了一個三階像差很小的光學結構：
我們成功地用普通玻璃替換了不需要的材料，同時性能也比原來好得多。
這是最終透鏡的SPEC列表：
SYNOPSYS 光學設計軟件課程五十九：短焦微型非球面投影物鏡設計
主光線角度：
主光線角度比較小，遠心度比較好
插入真實光闌：
注釋優化宏中的關于光闌的指令，再進行優化和模擬退火(50,2,50)：
替換真實玻璃：
將中間三片玻璃透鏡替換成真實材料。
最后結果：
畸變：
MTF：
主光線角度：
由此可見，我們已經優化好了一個比較好的鏡頭結構，大家可以按照上面的步驟進行操作。
住宅建筑窗體結露現象的分析與溫濕度傳感器的選擇
此種暖邊玻璃的熱工性能要好于槽鋁式的中空玻璃，而且價格要比LOW—E玻璃便宜很多。
（5）在型材等其他材料上也有研究的空間。比如，加大型材的斷面尺寸，增加腔體數量，增加隔熱條長度等等均能改善結露現象。
2.2設計方面:
（1）避免使用大面積的落地窗和飄窗。經測算單框中空玻璃窗的傳熱系數K=0.5—0.6W/.K，如果窗的面積過大，則在窗的位置熱交換將非常快速，導致窗的溫度偏低，造成結露。如玻璃板塊過大或者尺寸不合理（如正方形玻璃），遇低溫度會產生中空層變薄的現象。此現象的產生是由于中空玻璃中的空氣遇冷后收縮，外界大氣壓力將玻璃向內壓縮而成。這樣在玻璃中空層變薄處，中空層中的空氣的隔熱性能降低，造成熱損失加快，表面溫度低，容易產生結露。
（2）采暖設計應與建筑設計相結合，保證室內采暖溫度，盡量提高窗玻璃的表面溫度。暖氣設計宜在窗臺下設置暖氣片，提高窗面溫度，在其周邊形成熱風幕。
（3）使用暖邊玻璃即中空合片，不再使用鋁條分子篩及丁基膠和聚琉膠而是使用一種膠條，這種暖邊玻璃的熱工性能要好于槽鋁式的中空玻璃，可以提高玻璃的表面溫度，有很好的防止結露現象產生的性能，因此使用這種玻璃替換普通的5mm+12A+5mm中空玻璃也是我們解決現有問題的一種選擇。
2.3施工方面:
通過對現場的實地考察，因施工質量問題導致結露的為數不少。可以看到在窗與墻體交接到地方并沒有發泡。發泡可以起到保溫作用，通過實測得到，客臥窗的下框溫度僅有-9℃，比同窗的其他位置的窗框溫度低很多；廚房洞口墻的溫度最低也有-4℃的，這些地方溫度的反常都可以說明這些地方與墻相交接處密封都不嚴密，冷空氣直接由這里進入導致這里溫度異常地低，因此應加強外墻不同材料交接處的密封處理。
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SYNOPSYS 中級培訓
★ 培訓大綱：
1.SYNOPSYS 初始結構搜索指令詳解；
2.DSEARCH 和鞍點法初始結構搜索；
3.帶非球面的初始結構搜索；
4.SYNOPSYS 優化技巧和全局優化；
5.自動增刪元件優化功能；
6.常用優化指令總結；
7.玻璃替換和材料優化；
8.成像模擬和進階像質分析。
★ 培訓日期：
2023年10月20日，（14：00-17：00）；
培訓費用：600元/人/場次；
凡是參加培訓即贈送《 SYNOPSYS 成像設計》視頻課程。
Zemax案例 | 基于Zemax超細內窺鏡光學系統的設計
在Zemax軟件中，團隊通過“專利庫結構調用+參數化建模”的方式，快速搭建了系統初始模型：
物鏡部分，選用膠合透鏡結構消除色差，結合Zemax的材料庫功能，篩選高折射率玻璃材料減少透鏡曲率，降低畸變等像差；傳像系統采用5組短棒鏡組成中繼系統，通過Zemax的多組元系統建模功能，精準控制每組棒鏡的間距與相對位置，避免傳統長棒鏡的偏心與斷裂問題；目鏡部分則通過雙膠合透鏡與單透鏡組合，利用Zemax的焦距匹配工具，確保放大倍率與CCD像高的完美適配。
圖1 光學系統結構圖
2. 像差優化：突破細徑系統性能瓶頸
細徑光學系統的像差控制是設計難點——入瞳直徑小、視場角大，易產生球差、彗差、場曲等多種像差。團隊借助Zemax的高級優化功能，實現了像差的精準抑制：
在物鏡優化中，通過Zemax的“DMVA、CTGT”等操作數嚴格控制透鏡尺寸，利用“RAID”操作數提高像方遠心度，確保與傳像系統的高效銜接；傳像系統優化中，針對棒鏡口徑超限問題，通過Zemax的玻璃替換模板工具，選用H-ZF73、LaF5等特種玻璃材料，提升光線偏折能力，將透鏡直徑控制在0.8mm以內；同時，利用“LONA、AXCL”操作數減小軸向像差，使系統成像質量達到衍射極限。
在整體優化階段，Zemax的多波長像差分析功能發揮關鍵作用——團隊針對486nm、588nm、656nm三個特征波長，同步優化像差，確保全可見光波段的成像穩定性。最終優化結果顯示，系統最大畸變僅22.1%，低于同類型球面鏡系統的23%，場曲控制良好，完全滿足實際應用需求。
3.
展開 三片式和雙高斯物鏡的搭建和優化
比如
1）負透鏡的厚度減小一點
2）兩個正透鏡與膠合鏡的距離近一點
3）將第三個面的曲率半徑改為正數然后固定，自動優化
然后替換玻璃材料，更換玻璃。很多人會覺得，從一開始平板的時候，就可以用錘形優化來錘出結構，實際上是不行的，計算機怎么知道你想要的是雙高斯呢。而且片數少的話還好，要是片數很多呢，錘一個星期嗎。
這錘的也快，錘完之后，把所有的曲率半徑設置為變量，把光闌空氣厚度也設置為變量，繼續優化，得到如下圖
對MTF函數的優化也與三片式同樣，不贅述了。
來源：瑞雪紛飛光學
如何使用 OpticStudio 非序列優化向導
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