Ansys Zemax光电软件技术教程：如何利用共軛表面建立橢圓模型

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這篇文章說明了如何在OpticStudio的序列模式(Sequential mode)中，運用共軛表面(Conjugate surface)建立橢圓(elliptical)模型。在範例檔案中，我們以橢圓面鏡實現了將物光點從一端焦點反射到另一焦點的結果。

作者 Nam-Hyong Kim

下載

範例檔案

簡介

理想上，一個完美的橢圓面鏡可以將入射光從一端的焦點反射到另一個焦點，且不會產生像差。如果我們想在序列模式中得到上述的結果，OptiStudio中的標準表面(standard surface)或共軛表面可以提供很大的幫助。假如我們進一步得知焦點的位置，此時共軛表面就會是更理想的選擇。我們可以直接在OpticStudio中輸入共軛表面的XYZ座標以建立模型，而不需要額外計算該表面的曲率半徑和圓錐係數。範例檔案可由本文頂端的連結下載。

想要知道更多關於使用標準表面建立橢圓模型的資訊，可以參考OpticStudio中的Help檔案，"The Setup Tab...Editors Group...Lens Data Editor...Sequential Surfaces (lens data editor)...Standard."

前言

在進行以下步驟前，如果能對序列模式中的操作，以及光學元件的偏心(decenter)和傾斜更加熟悉的話，將使你更順利的進行範例中的模擬。更多資訊可以參考以下文章連結:

• 如何设计单透镜
• 如何在序列模式中對光學元件進行傾斜或偏心
  

如果你能輕易的完成上述操作，那就該是時候進入本文的重點了。

使用共軛表面

下方的示意圖中，我們可以看見一個以橢圓反射鏡為主體的有限共軛(finite-conjugate)系統，且系統的物面和像面是以面鏡的焦點互相共軛。此外，在這個系統中物、像面是以主光線(chief ray)為中心，並與它垂直。需要特別注意的是，在OpticStudio的任何表面上，區域座標的原點(local coordinate origin)是以共軛表面的頂點做定義。換句話說，焦點位置會因表面頂點的改變而受到影響。

在文章的附檔中開啟"conjugate surface start.zar"。我們可以看到一個簡單的反射鏡，將點光源的入射光反射到另一方向。如下圖，主光線的路徑呈90度轉折。此外，光欄面位於反射鏡前的虛擬面(dummy surface,此例中的第1表面)上。

我們先將第2表面)設為共軛表面，使物點光線可以順利抵達像面。如下圖，在鏡頭數據編輯器的表面資訊(surface properties)中，我們將第2表面變更為共軛(Conjugate)類型。接著勾選 ’以表面全域座標為參考基準(Make Surface Global Coordinate Reference)’ 選項，使第2表面的光軸成為全域座標的參考點(Global Coordinate Reference point)。

重新整理3D Layout，可得到下圖的結果。

在設定共軛表面時，會需要兩個焦點的XYZ座標。在這個案例中，即為物面(OBJECT)和像面(IMAGE)的位置。我們可以在分類數據報告(Prescription Data)中找到物面和像面的座標，這兩個座標會以鏡面的頂點為參考基準。現在依照Analyze...Reports...Prescription Data的步驟打開分類數據報告，接著在’設定’中點選Clear All移除該視窗的所有資料。這時，就可以在設定中開啟我們唯一需要關注的’全域頂點(Global Vertax)’資訊。

勾選全域頂點後，全域的物和像座標便會顯示在分類數據報告中。由於此時共軛表面是全域作標的參考基準，報告中的XYZ座標就會是以共軛表面的頂點作為計算依據。

在鏡頭數據編輯器中依序輸入XYZ座標。

接著重新整理3D Layout視窗，就可以得到如下圖的結果。

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