Ansys Zemax | 如何寻找几何错误 - 第1部分

概要

这篇文章讲解了：

• 在非序列模式中造成几何错误（错误10561）的各种原因。
• 如何诊断这些错误。

介绍

使用 OpticStudio 做设计的时候，必须得知道得到的结果是否是正确的。尤其是在非序列模式下，复杂的几何模型可以互相嵌套，此时如何知道建模是否有问题呢？

在非序列模式或者混合序列模式中( Mixed Sequential/Non-Sequential Mode)，都可能会遇到几何错误。几何错误会在光线遇到几何体的某些区域并无法继续追迹的情况下。这些错误会在软件界面上弹出，并且同时写入光线数据库用于后期分析。事实上，看到这些错误未必证明系统有问题，相反，这些错误提示是用来告诉用户更多的信息。分析这些错误信息可以让人确信系统建模的正确性。

当遇到几何错误的时候，最重要的是要知道它们是如何产生的，以及如何找到这些信息。在 OpticStudio 中内建了一些重要的工具来，它们可以回答上述问题。

几何错误发生的原因不唯一。在本文中我们会介绍最常见的几种几何错误的原因，并且说明如何找到并修正它们。这些方法可以帮助您诊断复杂的文件，看看其中的几何错误是否需要着重考虑。最常见的三种几何错误的来源列表在下方：

错误信息中包含了什么内容？

在混合系列模式出现几何错误的时候，绝大多数情况都是因为错误的入口或出口位置摆放。如果切换进纯非序列模式中，错误信息会包含很多有用的内容，即光线在何处发生了几何错误。系统发出的几何错误提示类似于以下这个：

该错误信息提示了第一根光线就没能正确追迹。

• 第一行 – 第一行包含了非序列物体表面序号以及发出光线的光源物体序号。此处“非序列物体表面”指的是混合序列模式中作为非序列入口的那个表面。如果在混合序列模式文件中有超过一个的非序列物体，那么这个序号将会很有用。在纯非序列模式中，此“非序列物体表面”序号永远为1。光源序号则代表了非序列物体编辑器中光源物体的号码。请注意，如果光源序号为0则代表了错误光线来自于混合序列模式中的序列入射光。
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• 第二行 – 第二行指示了发生几何错误的非序列物体序号。
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• 第三行与第四行 – 第三行和第四行说的是光线出射位置的在全局坐标下的位置与方向余弦。对于混合序列模式系统，全局坐标会以入口的顶点最为参考。请注意，在更新混合模式系统的时候 OpticStudio 在后台会发出一些特定的光线来确定系统的基本属性。因此，如果发生几何错误，那么该错误即来自于后台发出的光线中的一条。而发生错误的光线，未必就是用户在 3D 布局图里面绘制的光线。

综上所述，有时候几何错误发生的位置会显而易见，但有时候还是需要分析光线传播的路径才能有效判断。由于我们已经有了错误光线的起始点坐标和方向余弦，我们便可以建立一个光线光源( Source Ray )来模拟该错误光线传播通过系统的情形。OpticStudio 内置了一个工具来自动创建错误光线，用于分析。

“生成错误光线”( Create Error Ray )工具

每当几何错误发生时，OpticStudio 会储存那根光线的起始点坐标和方向余弦。这些信息可以用来创建一根光线来复盘之前的几何错误。当几何错误发生之后，您可以让 OpticStudio 生成一个光线光源来作为错误光线。方法如下：Setup > Create Error Ray:

点击这个按钮之后，OpticStudio 便会自动在非序列物体编辑器里面根据相应的坐标和方向余弦生成光线光源，同时把其他光源的分析光线条数和陈列光线条数同时设为0。当用以分析几何错误的光线建立之后，您就可以通过布局图，光线数据库查看器等功能来分析诊断造成几何错误的原因。在分析的时候，建议临时开启“忽略追迹错误”，以避免 OpticStudio不断地报告错误：

请注意这个选项是全局的，选择后会自动勾选上光线追迹选项中的“忽略错误”复选框：

如果要保存并查看光线追迹的详细信息，请勾选“忽略错误”并把光线数据保存成指定的文件名（扩展名为 .ZRD ）。

在光线数据库里（分析>光线追迹分析>光线数据库查看器），您可以查看光线传播的详细情况，并方便地找到光线在何处发生了错误（在 Z 列中用*标记）。用这个方法您可以看到光线发生错误时所在地物体序号、物体的表面序号，以及完整地光线传播路径。如果要对模型进行修改以避免错误，这个技巧便十分重要。

镜头设计是在 Zemax 顺序模式下完成的。

几何错误对系统的影响

几何错误可能来自于模型中错误，会导致不正确的光线追迹结果。但是，在一些设置完全正确的系统中也有可能会出现偶然几根光线的几何错误，其主要原因是光线打到了表面之间的不连续处，以至于软件无法计算下一步追迹的方向。这样的错误光线会被 OpticStudio 的算法舍弃。在多数情况下，只要追光后“能量损失（错误）”这个值相比于光源的总光强而言非常小，那么这些个别的错误光线就能安全地被忽略掉。

上述数据是绝对大小，而非相对值（如：瓦特）。如果能量损失的值较大，那么需要进一步调查其原因。如果能量损失值很小，那么这些问题就可以忽略掉，且认为结果是正确的！

总结

当 Optic Studio 不知道下一步该如何追迹光线的时候，便会产生几何错误。常见的原因是物体或者表面的构建或者位置摆放有问题。具体包括：

• 混合模式下错误的入口与出口的位置
• 错误的非序列光源位置
• 无效的实体模型

您可以参考系统发出的几何错误信息来寻找错误发生的位置。有的系统中几何错误无法完全避免，但是少数的几个几何错误是无关紧要的，可以忽略。