Ansys Zemax｜如何使用坐标返回功能恢复原坐标系

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在OpticStudio的序列模式下，坐标间断面（CB，Coordinate Break）用于根据当前系统定义新的坐标系。本文将介绍如何在OpticStudio中使用坐标返回功能。

坐标返回求解可以方便地自动恢复到所需表面的坐标系。

简介

在OpticStudio的序列模式下，坐标间断面（CB，Coordinate Break）用于根据当前系统定义新的坐标系。这些面主要用于执行定义在局部坐标系中的面的倾斜和偏心。坐标间断为设计中表面/元件的定位和倾斜提供了极大的灵活性。

然而，当镜头数据编辑中存在许多复杂的嵌套倾斜/偏心时，返回至先前表面的坐标系可能会变得困难。OpticStudio的坐标间断返回功能可以极大地简化这个问题。本文将通过一个示例展示如何使用坐标返回功能。

坐标返回功能

坐标返回功能用于坐标间断面，如图，位于“表面属性”对话框的“倾斜/偏心”选项卡下：

坐标返回功能非常易于使用：先选择“坐标返回”的坐标系的方式，再选择“至表面”返回至期望表面的坐标系。

“无”为禁用坐标返回功能

其次还有三种恢复坐标系的方式可供选择：

“仅方向”：仅确定关于X、Y和Z轴的倾斜，以将坐标系的方向恢复到前一个表面。不会调整表面顶点的位置偏移。

“XY方向”：确定关于X、Y和Z轴的倾斜以及在X和Y方向上的偏心，以恢复坐标系的方向。这将使顶点偏移的X和Y分量与所选表面相匹配，但不会对Z位置进行调整。

“XYZ方向”：这与“XY方向”相同，但考虑了Z偏移。Z偏心由坐标间断面的厚度参数设定，因此当前表面的方向和位置都将与“至表面”所选的表面相同。

坐标系的返回

如果没有坐标间断返回功能，使用“虚拟”传播可返回到前一个表面的坐标系。然而，随着这种传播过程中坐标系的数量增加，“回溯”变得越来越困难，而且容易出错。但是对于坐标间断返回功能来说，无论涉及多少坐标旋转或偏心，无论它们的顺序如何，坐标间断返回功能都能有效工作。

在下图中，S2和S3处产生了y偏移，这仅仅是因为在S1的坐标系中传播了一段非零的Z距离（S1绕X轴倾斜了20度）。

如果要定义S3在物空间坐标系中的位置，可以采取以下几种方法之一：

1、手动计算出由于沿倾斜坐标系传播z距离而产生的y偏移量，对应地偏心表面。

2、使用虚拟传播返回到表面2（第一个坐标间断面），恢复倾斜，然后为下一个表面指定适当的Z厚度。

3、让OpticStudio自动恢复到表面1的坐标系（第一个坐标间断面之前的虚拟表面）。

上述三种方法中的任何一种都相对容易实现，但是如果有多个嵌套的坐标间断面，并且想要恢复到物空间坐标系，就需要用到坐标返回功能。

坐标返回功能的应用

这里我们使用上述提到的方法3来验证坐标返回的实用性。前面提到，由于在S1的倾斜坐标系中传播了Z距离，导致S2（在镜头编辑器中为表面5）在Y方向上产生了偏心。我们希望恢复这个偏移量，以便S3与物空间处于相同的坐标系（即与镜头编辑器中的表面1处于同一个坐标系中）。由于物位于无穷远处，我们将通过“至表面”选择表面1作为坐标返回表面。

在“像面”之前插入一个表面，并将表面类型更改为“坐标间断”，选择确定。在应用坐标返回之前，必须首先对表面5和6的厚度进行一些调整。我们希望S3距离S2 20个镜头单位，但是我们先要补偿由S1的坐标系下传播造成的偏移。因此，删除表面5的厚度并将其赋值给新插入坐标断点，使厚度如下所示：

打开表面6的表面属性对话框，并选择“倾斜/偏心”选项卡。若要恢复X、Y、Z旋转以及X和Y偏心，将“坐标返回”选项更改为“方向XY”（不考虑Z偏移），并将“至表面”更改为1。

选择“确定”以关闭表面属性对话框，如下图所示，注意表面6的坐标断点参数所做的更改。字母“R”表示该参数由坐标返回求解控制，其作用与求解非常相似。任何使用坐标返回的情况，它都将覆盖由坐标返回控制的参数上的任何其他求解、变量或多重结构设置。

在本示例中，只需控制“偏心Y”即可将坐标系还原为与表面1对应的坐标系。如下图，数据报告中可显示镜头数据，计算公式为：20*sin(20)=6.8404。