在許多光學(xué)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(jìn)行建模。

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簡介

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

坐標(biāo)斷點(diǎn)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(xué)系統(tǒng)的組件表面相互作用的確切順序。
因此，一個(gè)曲面的厚度（沿局部 z 軸的距離）與前一個(gè)曲面相距甚遠(yuǎn)。這稱為局部坐標(biāo)系，因?yàn)楸砻娴奈恢檬歉鶕?jù)前一個(gè)表面指定的。

坐標(biāo)斷裂 （CB） 曲面允許您將下一個(gè)曲面的位置指定為在 x 和 y 中移動(dòng)，在 x、y 和 z 中傾斜（旋轉(zhuǎn)）以及在 z 中簡單平移。坐標(biāo)斷裂是一個(gè)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(dāng)前坐標(biāo)系定義新的坐標(biāo)系。使用這樣的曲面可以將曲面的幾何位置與其光學(xué)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(shí)傾斜和偏心光學(xué)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(gè)簡化整個(gè)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(xì)閱讀整篇文章。在附加的zip文件中，您將找到一個(gè)文件start point.zmx，其中顯示了三個(gè)玻璃窗口，其中一個(gè)是粘合在一起的兩個(gè)光學(xué)材料。

每個(gè)窗口都應(yīng)用了矩形孔徑（雙擊任何表面并查看“光圈”選項(xiàng)卡以進(jìn)行驗(yàn)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(gè)右手坐標(biāo)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(biāo)軸或 3D 布局所示。

我們在本文中的任務(wù)是傾斜中央窗口并使其居中，同時(shí)將其他兩個(gè)窗口完全留在其原始位置。我們怎么知道我們什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了這一點(diǎn)？OpticStudio有一份報(bào)告，每當(dāng)您在傾斜或分散的系統(tǒng)上工作時(shí)，該報(bào)告都至關(guān)重要。

打開Analyze...Reports...Prescription Data，并查看標(biāo)題為“全球頂點(diǎn)”的部分：

“全局頂點(diǎn)”報(bào)告列出了每個(gè)曲面相對于全局坐標(biāo)參考曲面 （GCRS） 的頂點(diǎn)的位置和方向。在此設(shè)計(jì)中，圖面 1 是 GCRS，但任何曲面都可以從“曲面屬性”的“類型”選項(xiàng)卡（或從“系統(tǒng)資源管理器”中的“孔徑”選項(xiàng)卡）中設(shè)置為 GCRS。

從“全局頂點(diǎn)”報(bào)告中可以看出，相對于 GCRS，所有曲面都在軸上，因?yàn)樾D(zhuǎn)矩陣是所有曲面的單位矩陣，并且每個(gè)曲面的 {x，y} 坐標(biāo)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(biāo) {0，0，33}。

坐標(biāo)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(gè)訂單標(biāo)志，我們將在后面討論其目的。

我們的首要任務(wù)是偏向中間窗口，而不干擾任何其他表面的位置。

對組件進(jìn)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(gè)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(shè)置為坐標(biāo)斷點(diǎn)曲面：

然后滾動(dòng)到“Decenter Y”列并輸入值 -5 mm。布局圖和處方報(bào)告顯示結(jié)果。從坐標(biāo)斷裂 （CB） 開始的所有曲面都偏心為 -5 mm。

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一個(gè) CB 的效果一直持續(xù)到遇到另一個(gè) CB 為止，因此通常需要兩個(gè)坐標(biāo)中斷：一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)傾斜/偏心，另一個(gè)用于恢復(fù)原始軸。

若要演示這一點(diǎn)，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(gè)CB與中間窗口的背面共存。給這個(gè)CB一個(gè)更大的y+5。您現(xiàn)在應(yīng)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(cuò)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(cuò)過中間窗口的光線繼續(xù)照射到第三個(gè)窗口的系統(tǒng)進(jìn)行建模，則必須使用?非序列光線追蹤（下期內(nèi)容）。

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恢復(fù) CB 恢復(fù)原始坐標(biāo)軸，以便后續(xù)曲面返回到其原始位置。

手動(dòng)設(shè)置恢復(fù)坐標(biāo)中斷表面的值不是很好的做法，因?yàn)楹苋菀淄浀诙€(gè)CB需要調(diào)整第一個(gè)CB。但是，OpticStudio可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只需單擊第二個(gè)CB的Decenter Y的求解單元格，然后選擇一個(gè)拾取求解將值鎖定到第一個(gè)CB，如下所示：

使用 Decenter X 和傾斜參數(shù)執(zhí)行此操作，但此時(shí)將兩個(gè) CB 的順序標(biāo)志保留為 0。（這是一個(gè)錯(cuò)誤，但我們將在下一頁中看到原因）。

您應(yīng)該能夠設(shè)置 Decenter X 和 Decenter Y 的任何值，OpticStudio 將在第二個(gè) CB 處恢復(fù)原始坐標(biāo)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(zhuǎn)向傾斜。

傾斜組件

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

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x-tilt引入了0.68 mm的y偏角。這是因?yàn)榈诙€(gè)坐標(biāo)斷裂是沿著新的 x 傾斜坐標(biāo)系的 z 的一定距離實(shí)現(xiàn)的。為了引入不偏心的純傾斜，兩個(gè) CB 表面之間必須有零 z 偏移。這是通過在第二個(gè) CB 之前的虛擬傳播來實(shí)現(xiàn)的。

在第二個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)之后立即插入虛擬曲面。第二個(gè) CB 目前的厚度為 10。將其設(shè)置為 0，并使新虛擬曲面的厚度為 10。現(xiàn)在，兩個(gè)CB之間的z位移總共為2 mm，因此使第二個(gè)CB之前的表面厚度-2，并使第二個(gè)CB的厚度+2。此虛擬傳播將兩個(gè) CB 放置在空間中的同一點(diǎn)，因此直到操作不會引入分散。

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虛擬表面沒有光學(xué)效應(yīng)，因?yàn)槲覀冊诳諝庵懈?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(xiàng)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(shè)置方式并不令人滿意。如果其中一個(gè)玻璃表面的厚度發(fā)生變化，無論是手動(dòng)更改還是在優(yōu)化過程中，會發(fā)生什么情況？第二個(gè) CB 將不再正確放置。關(guān)鍵是第二個(gè)CB必須與第一個(gè)CB處于同一位置，OpticStudio有一個(gè)簡單，強(qiáng)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(shè)置為與另一個(gè)曲面具有指定的距離。打開緊挨在第二個(gè) CB 之前的曲面的厚度單元的“求解”選項(xiàng)（該 CB 當(dāng)前厚度為 -2），然后在求解 對話框中選擇：

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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(dá)第一個(gè)坐標(biāo)斷裂，然后在第二個(gè) CB 的厚度上放置一個(gè)拾取求解，該解獲取位置求解的值并將其乘以 -1?，F(xiàn)在更改兩個(gè) CB 表面之間的玻璃表面厚度。無論您輸入什么厚度，第二個(gè)CB始終與第一個(gè)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(shè)置為 30 度，將“約 X 傾斜”設(shè)置為 10 度。請注意，第二個(gè) CB 不再完美地撤消第一個(gè) CB。這是因?yàn)閮A斜的順序很重要。如果我們傾斜大約x，然后在這個(gè)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(fù)原始坐標(biāo)系。這就是訂單標(biāo)志的用途。

如果訂單標(biāo)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(biāo)志不為零，則 CB 將以相反的順序執(zhí)行。這意味著單個(gè)CB可以撤消由與其位于同一位置的另一個(gè)CB引入的任何復(fù)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(gè)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(xué)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(biāo)，然后輸入所需的任何傾斜/偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，例如：

請注意，此工具可以完成我們手動(dòng)完成的所有操作！強(qiáng)烈建議使用該工具作為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，通過該技術(shù)，您應(yīng)該在系統(tǒng)中傾斜或偏心光學(xué)組件。