在許多光學系統(tǒng)中，元件故意從光軸傾斜或偏心。本文介紹如何在序列模式下對這些類型的系統(tǒng)進行建模。

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簡介

本文介紹了插入坐標斷裂曲面以允許光學元件的偏心和傾斜的過程。第一部分介紹坐標斷點曲面的作用，以下各節(jié)包括有關正確使用坐標斷點的教程。最后，介紹了用于傾斜和偏心光學元件的簡單內置工具。

坐標斷點曲面

在OpticStudio的序列光線追蹤模式中，表面輸入的順序非常重要。透鏡數(shù)據(jù)編輯器 （LDE） 中指定的順序給出了光與光學系統(tǒng)的組件表面相互作用的確切順序。
因此，一個曲面的厚度（沿局部 z 軸的距離）與前一個曲面相距甚遠。這稱為局部坐標系，因為表面的位置是根據(jù)前一個表面指定的。
坐標斷裂 （CB） 曲面允許您將下一個曲面的位置指定為在 x 和 y 中移動，在 x、y 和 z 中傾斜（旋轉）以及在 z 中簡單平移。坐標斷裂是一個虛擬曲面：也就是說，它沒有折射或反射能力，并且不能彎曲光線。它的唯一目的是根據(jù)當前坐標系定義新的坐標系。使用這樣的曲面可以將曲面的幾何位置與其光學屬性分開。
在本文中，我們將展示如何在保持所有其他組件的位置不變的同時傾斜和偏心光學組件。在精確解釋了如何執(zhí)行此操作之后，我們將展示一個簡化整個過程的工具，但是了解該工具的工作原理非常重要，因此建議仔細閱讀整篇文章。在附加的zip文件中，您將找到一個文件start point.zmx，其中顯示了三個玻璃窗口，其中一個是粘合在一起的兩個光學材料。
每個窗口都應用了矩形孔徑（雙擊任何表面并查看“光圈”選項卡以進行驗證）。落在光圈外的曲面上的任何光線都將被終止。

在上面的屏幕截圖中，正 z 位于從左到右的方向，正 y 位于頁面上方，正 x 位于頁面。這是一個右手坐標系，其中 z 位于食指上，y 位于拇指上，x 位于中指上，食指從左指向右，如左下角的坐標軸或 3D 布局所示。
我們在本文中的任務是傾斜中央窗口并使其居中，同時將其他兩個窗口完全留在其原始位置。我們怎么知道我們什么時候實現(xiàn)了這一點？OpticStudio有一份報告，每當您在傾斜或分散的系統(tǒng)上工作時，該報告都至關重要。
打開Analyze...Reports...Prescription Data，并查看標題為“全球頂點”的部分：

“全局頂點”報告列出了每個曲面相對于全局坐標參考曲面 （GCRS） 的頂點的位置和方向。在此設計中，圖面 1 是 GCRS，但任何曲面都可以從“曲面屬性”的“類型”選項卡（或從“系統(tǒng)資源管理器”中的“孔徑”選項卡）中設置為 GCRS。
從“全局頂點”報告中可以看出，相對于 GCRS，所有曲面都在軸上，因為旋轉矩陣是所有曲面的單位矩陣，并且每個曲面的 {x，y} 坐標為零。曲面 7（窗口 3 的正面）相對于曲面 1（GCRS）具有 {x， y， z} 坐標 {0，0，33}。
坐標斷裂 （CB） 曲面允許您指定 x 中的偏心、y 中的偏向、{x、y、z} 中的傾斜以及影響所有后續(xù)曲面的 z（厚度）偏移。它還有一個訂單標志，我們將在后面討論其目的。
我們的首要任務是偏向中間窗口，而不干擾任何其他表面的位置。

對組件進行分化

為了使中間窗口偏心，請單擊圖面 4 上的任意位置（它具有注釋 Front Window2），然后按鍵盤上的 INSERT 鍵。將插入一個新曲面，并且從舊曲面 4 開始的所有曲面都將被重新編號（因此曲面 5 現(xiàn)在具有注釋 Front Window2）。
現(xiàn)在，在新曲面 4 上雙擊，并將其設置為坐標斷點曲面：

然后滾動到“Decenter Y”列并輸入值 -5 mm。布局圖和處方報告顯示結果。從坐標斷裂 （CB） 開始的所有曲面都偏心為 -5 mm。
一個 CB 的效果一直持續(xù)到遇到另一個 CB 為止，因此通常需要兩個坐標中斷：一個用于實現(xiàn)傾斜/偏心，另一個用于恢復原始軸。
若要演示這一點，請單擊“曲面 8”（窗口 3 的正面），再次按 INSERT，使新曲面成為 CB。使該表面的厚度為10 mm，并使表面的厚度為7為零，以便第二個CB與中間窗口的背面共存。給這個CB一個更大的y+5。您現(xiàn)在應該具有以下功能（如果您迷路了，請從zip中打開中間步驟.zmx）。請注意，由于曲面上有矩形孔徑，因此錯過中間窗口的光線將被終止。這是序列模型的重要組成部分。如果要對錯過中間窗口的光線繼續(xù)照射到第三個窗口的系統(tǒng)進行建模，則必須使用 非序列光線追蹤（下期內容）。

恢復 CB 恢復原始坐標軸，以便后續(xù)曲面返回到其原始位置。
手動設置恢復坐標中斷表面的值不是很好的做法，因為很容易忘記第二個CB需要調整第一個CB。但是，OpticStudio可以輕松實現(xiàn)自動化，只需單擊第二個CB的Decenter Y的求解單元格，然后選擇一個拾取求解將值鎖定到第一個CB，如下所示：

使用 Decenter X 和傾斜參數(shù)執(zhí)行此操作，但此時將兩個 CB 的順序標志保留為 0。（這是一個錯誤，但我們將在下一頁中看到原因）。
您應該能夠設置 Decenter X 和 Decenter Y 的任何值，OpticStudio 將在第二個 CB 處恢復原始坐標系。如果您迷路了，請從附加的zip存檔中打開中間步驟2.zmx。我們現(xiàn)在將轉向傾斜。

傾斜組件

將第一個 CB 上的所有參數(shù)重置為零。由于拾取求解，第二個 CB 的參數(shù)應自動將自身設置為零。然后將第一個 CB 的“傾斜約 X”設置為 20 度。乍一看，這看起來像是我們需要做的一切，但是當仔細查看Global Vertex報告時，很明顯有些地方不對勁。

x-tilt引入了0.68 mm的y偏角。這是因為第二個坐標斷裂是沿著新的 x 傾斜坐標系的 z 的一定距離實現(xiàn)的。為了引入不偏心的純傾斜，兩個 CB 表面之間必須有零 z 偏移。這是通過在第二個 CB 之前的虛擬傳播來實現(xiàn)的。
在第二個坐標斷點之后立即插入虛擬曲面。第二個 CB 目前的厚度為 10。將其設置為 0，并使新虛擬曲面的厚度為 10。現(xiàn)在，兩個CB之間的z位移總共為2 mm，因此使第二個CB之前的表面厚度-2，并使第二個CB的厚度+2。此虛擬傳播將兩個 CB 放置在空間中的同一點，因此直到操作不會引入分散。

虛擬表面沒有光學效應，因為我們在空氣中跟蹤-2 mm，然后在空氣中跟蹤+2 mm，因此沒有光線彎曲，沒有添加光程長度。可以使用“曲面屬性”的“繪制”選項卡上的“不繪制此曲面”和“從此曲面跳過光線”控件隱藏虛擬曲面。
但是，虛擬傳播厚度的設置方式并不令人滿意。如果其中一個玻璃表面的厚度發(fā)生變化，無論是手動更改還是在優(yōu)化過程中，會發(fā)生什么情況？第二個 CB 將不再正確放置。關鍵是第二個CB必須與第一個CB處于同一位置，OpticStudio有一個簡單，強大的方法來確保始終滿足此條件：位置求解。
“位置求解”將它后面的曲面設置為與另一個曲面具有指定的距離。打開緊挨在第二個 CB 之前的曲面的厚度單元的“求解”選項（該 CB 當前厚度為 -2），然后在求解 對話框中選擇：
請注意，位置求解允許我們回過任意數(shù)量的曲面，直到到達第一個坐標斷裂，然后在第二個 CB 的厚度上放置一個拾取求解，該解獲取位置求解的值并將其乘以 -1。現(xiàn)在更改兩個 CB 表面之間的玻璃表面厚度。無論您輸入什么厚度，第二個CB始終與第一個CB完全位于同一位置，因此可以完美地撤消它。
最后，注意另一件事。將“約 Y 傾斜”設置為 30 度，將“約 X 傾斜”設置為 10 度。請注意，第二個 CB 不再完美地撤消第一個 CB。這是因為傾斜的順序很重要。如果我們傾斜大約x，然后在這個新的傾斜位置傾斜大約y，那么我們必須直到大約y，然后直到大約x，以便恢復原始坐標系。這就是訂單標志的用途。
如果訂單標志為零，則 CB 圖面執(zhí)行，以便首先完成下角，然后按順序傾斜。如果訂單標志不為零，則 CB 將以相反的順序執(zhí)行。這意味著單個CB可以撤消由與其位于同一位置的另一個CB引入的任何復合傾斜/偏心。
最終系統(tǒng)作為最終 system.zmx 包含在附加的 ZIP 存檔中。這是具有任意數(shù)量的傾斜和偏心的系統(tǒng)，表明第三個窗口的位置不受影響。請注意，虛擬表面已被隱藏。

傾斜/偏心元件工具

但是，難道沒有更簡單的方法來做到這一切嗎？有！傾斜/偏心元件工具。
這是傾斜/偏心光學元件的簡單方法。重新打開 start point.zmx，然后單擊“鏡頭數(shù)據(jù)編輯器”菜單中的 Tilt/Decenter Elements 圖標，然后輸入所需的任何傾斜/偏轉數(shù)據(jù)，例如：

請注意，此工具可以完成我們手動完成的所有操作！強烈建議使用該工具作為標準技術，通過該技術，您應該在系統(tǒng)中傾斜或偏心光學組件。