為了更好的演示，這里我們使用非序列元件表面，在原系統(tǒng)中添加了一塊平行于X-Z平面的光學(xué)面包板。這樣通過(guò)動(dòng)畫(huà)我們可以清晰的看到系統(tǒng)中各部件的相對(duì)位置以及輸出光線的方向。最后，為了確保光束在每個(gè)元件上都是準(zhǔn)直的，我們?cè)贆z查一次點(diǎn)列圖如下圖所示。確認(rèn)無(wú)誤后，我們接下來(lái)將計(jì)算離軸拋物鏡與之前系統(tǒng)的相對(duì)位置。

放置離軸拋物鏡

在OpticStudio中，離軸拋物鏡實(shí)際上就是在整個(gè)拋物面上設(shè)置一個(gè)偏心的子孔徑。因此OpticStudio計(jì)算離軸拋物面的中心實(shí)際上就是整個(gè)拋物面的中心，這和實(shí)際加工出來(lái)的離軸拋物鏡元件的機(jī)械中心差別很大。

觀察鏡頭數(shù)據(jù)編輯器，看起來(lái)從之前系統(tǒng)輸出光斑的中心（表面9）到離軸反射鏡（表面13）的距離是1435.00mm，但由于前文所述的原因這個(gè)距離并不是光束到離軸拋物鏡上光斑中心的距離。然而，我們可以在優(yōu)化函數(shù)編輯器中使用操作數(shù)來(lái)精確的計(jì)算這段距離。

我們需要首先讀取之前系統(tǒng)的光斑中心和離軸拋物鏡光斑中心的空間坐標(biāo)，然后通過(guò)空間兩點(diǎn)的距離公式計(jì)算兩點(diǎn)距離。因此我們需要使用的操作數(shù)有RAGX，RAGY，RAGZ，他們分別測(cè)量光線在對(duì)應(yīng)表面上的全局坐標(biāo)（x,y,z），在本例中需要測(cè)量視場(chǎng)坐標(biāo)Hx,Hy為（0,0）光瞳坐標(biāo)Px,Py為（0,0）的主光線在表面9（之前系統(tǒng)的光焦點(diǎn)）和表面13（離軸拋物鏡）上的全局坐標(biāo)。然后通過(guò)操作數(shù)DIFF計(jì)算出兩坐標(biāo)點(diǎn)在三個(gè)軸上坐標(biāo)差值。使用操作數(shù)QSUM完成計(jì)算三個(gè)操作數(shù)的平方和并計(jì)算平方根。操作數(shù)QSUM最終返回的值即為空間兩點(diǎn)的間距，也就是焦點(diǎn)到離軸拋物鏡光斑中心的距離。操作數(shù)設(shè)置如下圖所示：

通過(guò)操作數(shù)計(jì)算后我們可以看到之前系統(tǒng)的光斑輸出中心到離軸拋物鏡光斑中心的實(shí)際距離為1449.288mm�；叵胛覀儚耐哥R編輯器中讀取的厚度1435.00mm。這個(gè)看似很小的距離誤差實(shí)際上會(huì)給系統(tǒng)引入15個(gè)波長(zhǎng)以上的波前差。

在實(shí)際生產(chǎn)及安裝離軸拋物鏡時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)使用中心光線在離軸拋物鏡上的全局坐標(biāo)計(jì)算安裝距離，而不是用基底拋物面中心的全局坐標(biāo)。

總結(jié)

在本例中我們?cè)O(shè)計(jì)了一款離軸拋物面光束準(zhǔn)直器。另外，我們使用優(yōu)化函數(shù)來(lái)確定離軸拋物面的位置和方向。這也是我們?cè)趯?shí)際使用中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。我們還使用操作數(shù)精確計(jì)算了離軸拋物鏡與系統(tǒng)中其他光學(xué)元件的相對(duì)位置。