详解OpticStudio中离轴抛物镜的建模

为了更好的演示，这里我们使用非序列元件表面，在原系统中添加了一块平行于X-Z平面的光学面包板。这样通过动画我们可以清晰的看到系统中各部件的相对位置以及输出光线的方向。最后，为了确保光束在每个元件上都是准直的，我们再检查一次点列图如下图所示。确认无误后，我们接下来将计算离轴抛物镜与之前系统的相对位置。

放置离轴抛物镜

在OpticStudio中，离轴抛物镜实际上就是在整个抛物面上设置一个偏心的子孔径。因此OpticStudio计算离轴抛物面的中心实际上就是整个抛物面的中心，这和实际加工出来的离轴抛物镜元件的机械中心差别很大。

观察镜头数据编辑器，看起来从之前系统输出光斑的中心（表面9）到离轴反射镜（表面13）的距离是1435.00mm，但由于前文所述的原因这个距离并不是光束到离轴抛物镜上光斑中心的距离。然而，我们可以在优化函数编辑器中使用操作数来精确的计算这段距离。

我们需要首先读取之前系统的光斑中心和离轴抛物镜光斑中心的空间坐标，然后通过空间两点的距离公式计算两点距离。因此我们需要使用的操作数有RAGX，RAGY，RAGZ，他们分别测量光线在对应表面上的全局坐标（x,y,z），在本例中需要测量视场坐标Hx,Hy为（0,0）光瞳坐标Px,Py为（0,0）的主光线在表面9（之前系统的光焦点）和表面13（离轴抛物镜）上的全局坐标。然后通过操作数DIFF计算出两坐标点在三个轴上坐标差值。使用操作数QSUM完成计算三个操作数的平方和并计算平方根。操作数QSUM最终返回的值即为空间两点的间距，也就是焦点到离轴抛物镜光斑中心的距离。操作数设置如下图所示：

通过操作数计算后我们可以看到之前系统的光斑输出中心到离轴抛物镜光斑中心的实际距离为1449.288mm。回想我们从透镜编辑器中读取的厚度1435.00mm。这个看似很小的距离误差实际上会给系统引入15个波长以上的波前差。

在实际生产及安装离轴抛物镜时，我们应当使用中心光线在离轴抛物镜上的全局坐标计算安装距离，而不是用基底抛物面中心的全局坐标。

总结

在本例中我们设计了一款离轴抛物面光束准直器。另外，我们使用优化函数来确定离轴抛物面的位置和方向。这也是我们在实际使用中经常会遇到的问题。我们还使用操作数精确计算了离轴抛物镜与系统中其他光学元件的相对位置。