Ansys Zemax | 如何使用坐标返回功能

概述

 

这篇文章简单介绍了如何使用OpticStudio中的坐标返回(Coordinate Return)功能。坐标返回功能可以非常方便的使系统坐标自动返回到目标表面处。（联系我们获取文章附件）

 

介绍

 

在OpticStudio的序列模式中，我们经常会使用坐标间断(Coordinate Break)面，在当前坐标系的基础上定义一个新的系统坐标。并且这类表面可以使光学表面在局部坐标系中产生倾斜和偏心。坐标间断面具有很强的灵活性，它可以帮助您在设计中进行表面或零件的倾斜和偏心。

 

但是，当我们的系统中存在许多复杂的坐标倾斜/偏心的坐标间断面嵌套在一起时，想要复原系统坐标(将坐标轴恢复与至之前某一表面相同)是很困难的。OpticStudio中的坐标返回功能可以极大的简化这一过程。

 

坐标返回功能只能在坐标间断面这一面型的表面属性中使用，您可以在坐标间断面的表面属性中的倾斜/偏心选项卡中找到这一功能：

 

 

使用坐标返回功能非常简单。您只需要选择坐标返回的类型和想要返回的表面即可轻松完成。如果您选择“无(None)”则会关闭坐标返回功能，除此之外你可以选择以下三种模式进行坐标返回：

 

仅方向(Orientation Only)：在这种情况下，系统只改变绕X,Y,Z轴的倾斜量来使系统坐标轴方向与所定义表面坐标轴方向一致。

 

XY方向(Orientation XY)：在这种情况下，系统会改变绕X,Y,Z轴的倾斜量和X,Y方向上的偏移量来使坐标轴与所定义表面坐标轴方向一致并且表面顶点的XY坐标一致。但该选项不会改变坐标间断面的Z轴位置。

 

XYZ方向(Orientation XYZ)：该选项和“XY方向”一致，但同时会使Z轴坐标返回至所定义表面的顶点位置。Z轴偏移量会设置在坐标间断面的厚度一栏中。这将使该坐标间断面的坐标轴方向以及表面顶点的XYZ坐标与所定义的表面完全一致。

 

复原系统坐标

 

如果不使用坐标返回功能，我们可以使用“虚拟”传播来实现相同的功能，即将坐标轴按原路返回至起始点。然而，当系统中坐标间断的次数增加时，进行坐标系统溯源变得越来越困难，并且很容易产生错误。但是坐标返回功能无需考虑之前存在多少坐标系统以及坐标间断面的顺序是哪一种。

 

示例文件中CoordinateReturn_Start的数据和布局图如下图所示，当前S3表面的坐标轴方向与物空间坐标轴方向相同，由于系统坐标在S1表面后(在本例中该表面沿X轴方向旋转了20°)沿偏转后的Z轴传播了一段距离，因此我们需要在S2和S3表面之间引入一定量的Y方向偏移，使S3表面的坐标轴及表面顶点的XY坐标与物空间坐标轴一致。

 

 

 

如果我们想要定义表面S3的坐标轴方向及顶点的XY坐标与物空间一致，我们可以采用以下方法中的一种：

 

·手动计算S1表面后对应倾斜坐标系统中轴向传播距离的Y方向偏移量，并设置偏移

·使用“虚拟传播”方法使坐标轴按原路返回到表面2(第一个坐标间断面)，并复原X轴倾斜

·使用OpticStudio的坐标返回功能，自动将坐标轴复原为与表面1一致(第一个坐标间断面之前的虚拟面)

 

在如示例文件这样简单系统中，使用以上任意一种方法都可以实现坐标复原。但是如果系统中包含多层嵌套的坐标间断面时，手动计算和原光路返回会变得非常麻烦。这也是我们在实际建模中经常会遇到的情况。

 

使用坐标返回功能

 

让我们实践一下之前介绍的第三种方法，使用快捷的坐标返回功能。如前文所述，S2表面(透镜编辑器中的表面5)由于S1表面后光轴发生了倾斜并传播一段距离，因而产生了一定的Y方向偏移。我们想要将S3表面的坐标轴返回至与物空间坐标轴重合。其中透镜编辑器中的表面1的坐标轴与物空间坐标轴一致，又因为本例中物体位于无穷远处，因此我们将“至表面(To Surface)”选为表面1。

 

在像面前插入一个空白面，并将表面类型设为坐标间断面。在设置坐标返回之前，我们必须先对表面5和表面6的厚度进行修改。我们想要S2和S3的间距为20个透镜单位，但我们首先要将系统的坐标轴偏移到与物空间坐标轴一致。因此，将表面5厚度设为0并将表面6厚度设为20，如下图所示：

 

 

打开表面6的表面属性菜单并点击倾斜/偏心(Tilt/Decenter)选项卡。

 

在本例中我们需要改变沿XYZ轴倾斜量以及XY方向偏心量来使坐标轴复原到与物空间一致。我们不希望OpticStudio将返回后的S3表面顶点与表面1顶点重合，因此将坐标返回类型选为“XY方向”(不考虑Z方向偏移)，并将“至表面”选为表面1。

 

设置完成后，系统对表面6坐标间断面的倾斜偏心参数做出了修改，如下图所示。参数右侧的字母R表示该参数由坐标返回功能控制，其代表的意义和其他求解类型相似。每次运行坐标返回后，原参数值的求解类型、变量或在多重结构中控制的数据都将被替换为坐标返回功能计算的结果。

 

 

在本例中，我们只需修改Y方向偏心即可将S3的坐标轴恢复至与表面1坐标轴重合。Y方向的偏移量实际为20*sin(20) = 6.8404个透镜单位。您可以在分类数据报告(Prescription Data)中查看顶点坐标偏移:

 

 

小结

 

坐标返回功能非常灵活，它不需要进行传统的“反向传播”或手动计算所需要的倾斜和偏心参数。并且坐标返回功能使用简单，无论坐标之前的系统进行了多少次变换，坐标轴都能调整到相应的位置。