光學模擬系統可以被建立在空氣以外的環境中嗎?

這篇文章概述了如何在非序列模式中,使用空氣以外的材料作為光學系統的建構環境。

作者 Dan Hill

简介

一般而言,在非序列模式(Non-Sequential Mode, NSC)中,系統的預設條件是將光學系統建立在空氣中。而在OpticStudio中的非序列模式下,物件是可以被重疊的。因此我們可以輕易的定義出一個具有特定範圍的物件,並將所有光學元件放入其中。在接下來的篇幅中,我們將運用實例演示如何將光學系統建立在非空氣的環境中。

在非序列模式中設定環境的材料

在這個案例中,我們假設你想將整個光學系統沉浸在”水”裡。

打開範例檔案”Even Asphere.ZMX”(位於Samples\Non-Sequential\Miscellaneous)。如下圖,首先我們在NSC編輯器最上方插入一個球型的物件(Object 1)。當然,在熟悉操作步驟後,我們可以建立任意形狀的物件作為背景環境。

接著將”材料(Material)”變更為”水(WATER)”,”曲率半徑(Radius)”設為100,並確認” Is Volume?”欄位為1。如下圖的結果,我們將得到一個以水為材料,且包圍整個光學系統的球體物件。

由於球體的體積較大,我們可以注意到在3D Layout的結果中,畫面的比例尺被稍微扭曲了。按照下圖的操作,如果我們在物件特性(Object Property)選單中勾選 ”不顯示繪製的物件(Do Not Draw Object)”,即可使畫面恢復正常。

想要完成光學系統的背景材料變更,我們還需要進行一個重要的步驟。我們可以在NSC編輯器中的” Inside Of”欄位定義物件在三維空間中的位置,以利光線正確折射。在本範例中,為了使兩個橢圓光源(Source Ellipse)被放入球型的物件中,光源(此例中的Object 2, 3)的” Inside Of”欄位均應設為1,如下圖。

完成上述步驟後將會得到下圖的結果。當原先的”空氣-BK7”介面變成”水-BK7”後,可以發現光線在第一面和最後一面的折射路徑產生明顯的改變。

為混合模式中的非序列元件設定環境的材料

當我們在序列模式中加入NSC元件,系統會以”混合模式(Mixed Mode)”進行模擬。整個NSC元件的環境會被定義在” Material”欄位中。如下圖,我們可以在鏡頭數據編輯器(LDE)中的非序列元件後方” Materia”欄位變更環境的材料。

注意: 非序列元件的進、出口也會決定光線以非序列模式進行追跡的範圍。在使用非序列元件時,我們會需要在LDE中該元件後方的欄位設定出口位置,此時出口後方的所有表面將變更為序列追跡模式。若未能正確的設定出口位置,則非序列元件和其餘序列元件之間將會有屈光的結果,光線可能會產生預期之外的行進路徑。

KA-01550

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