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Ray Fan光线扇形图一种另类的说明

2021-12-15 09:25| 发布者：Davis| 查看：3234| 评论：0|原作者: 静水流深光学

摘要：本文介绍了用ZEMAX进行光学设计时常用的Ray Fan光线光扇图的制作方法，包括其基本原理、画法和程序解读。通过绘制光线光扇图，可以方便地进行像差分析，对光学系统设计和优化提供帮助。

在ZEMAX光学设计过程中，大家经常会使用到如下这种图表，当然可能对这图表叫法各异。“光扇图”、“扇形图”、“Ray Fan图”等等。实际Ray Fan是扇形图中的一种，ZEMAX官网给的名称为光线光扇图，扇形图还包括光程光扇图、光瞳像差光扇图。光线光扇图主要是为了显示光线像差。

光线光扇图中针对不同视场，不同波长，其子午和弧矢的光线像差图。X坐标轴是归一化的入瞳坐标，Y坐标是相对于主光线坐标的偏差。

这里说明下这些图的画法，不同入瞳坐标Px或Py下，光线与指定面（多是像面）的交点与主波长主光线与该面交点的坐标之差，即为Px或Py对应下的y轴值，把这些值连接起来绘制曲线就是上图了。不同波长或者不同视场做法是一样的。子午和弧矢对应的就是Px，Py。

单独截图第三视场，也就是最大视场20°下的Ray Fan图。此ZEMAX案例是ZEMAX自带的Cooke 40 degree filed.ZMX文件。可能上文对于这个图绘制还是比较官方，不是很好理解，这里再利用ZEMAX自带的宏语言程序来自己绘制下这个图，然后对程序进行说明，大家可能会更好理解。

话不多说，程序截图如下，然后说明下就ok了。

程序解读：

第1-2行：对应的是RAY FAN中的光线数，其实就是在Py的-1到1的入瞳范围内离散间隔，-1，-0.99，-0.98……0.98，0.99，1这样的一个采样取值；

第3-9行：是对于后面需要用到的一些向量进行提前声明存储空间，所有向量都需要；

第11行：指定波长序号，用于光线追击；

第12行：临时的计数器，用来做向量的角标；

第13行：循环指令，利用Py从-1到1，增量0.01进行循环，循环体中则是追击此时Py对应下，光线的坐标与主光线坐标的差值；

第14行：追击光线，Hx=0，Hy=1，Px=0，Py=0下，主波长的主光线，Hy=1是归一化的最大y视场，这是是旋转对称系统，就无所谓Hx还是Hy了；

第15-16行：读取主光线在像面上的x，y坐标值；

第17-20行：与上面追击主光线坐标方案是一致的，分别追击PX、PY下的光学坐标；

第21-22行：分别计算子午和弧矢下光线与像面交点坐标与主波长主光线坐标的差值；

第23-24行：存储横坐标值，用于绘图，和临时计算器加1处理。

第25行：结束循环。

全程序123行，其主体程序则是上面，后面继续追击序号为2、3的波长，加上绘图指令，就不赘述了。最终的分析结果如下所示：

这里计算是产生了两个图，输出结果可以和上文图性比对，结果是完全一致的。查看文本信息对比如下，这里只比对了一列数据：