矢高分析
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
矢高分析的實例教程
本文介紹如何使用 NSC 矢高圖用戶分析功能在非序列模式下測量和顯示對象的矢高。了解此功能的基礎知識，包括如何設置復雜 CAD 零件的文件以獲取特定面的矢高值。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
介紹
OptocStudio 的序列模式具有表面矢高分析功能，該功能將表面從局部頂點的矢高或 z 位置變化顯示為表面上 x 和 y 位置的函數(shù)。非序列模式沒有提供相同功能的內置分析，但該軟件確實具有強大的應用程序編程接口（API），允許用戶編寫自己的自定義分析功能。本文將展示如何使用 API 構建的用戶分析來計算非序列對象的表面矢高。它還將討論用于創(chuàng)建自定義用戶分析的內部計算和一些技術。
NSC 矢高計算
NSC 矢高用戶分析執(zhí)行幾個步驟來計算非序列模式下給定對象面的矢高值：
· 在內存中創(chuàng)建系統(tǒng)的臨時副本
· 除選定對象外的所有對象都設置為忽略
· 所選對象的材質被移除，以可能考慮對象的背面
· 系統(tǒng)中放置單個源光線
· · 默認情況下，源光線放置在 （0， 0， -50） 的 XYZ 處，指向 （0， 0， 1） 的 LMN，但這些值可以高級設置（屏幕右下角）中更改
· · 然后將矩形數(shù)組應用于對應于采樣和寬度的源
· 執(zhí)行光線追跡并保存 ZRD 文件
· X_HITFACE 濾鏡字符串應用于光線追跡，以僅獲取所需面的 Z 值
· Z 中的偏移量應用于 ZRD 文件，以嘗試將頂點處的矢高歸零
· · 自動計算標準鏡頭、雙標志性澤尼克表面、偶數(shù)非球面透鏡、奇數(shù)非球面透鏡和環(huán)形透鏡的 Z 偏移
· · 可以手動更改 Z 偏移以考慮任何其他類型的曲面
計算結果是一維（線）/二維（假彩色）圖或文本輸出，可以在“設置”窗口中選擇。
展開 同時，公差分析過程中，OpticStudio會忽略Zernike多項式的第一項，因此Min#的最小值為2。
本例中我們先將MAX# 和MIN#設置為2和9。
打開Tolerance > Tolerancing，按如下步驟進行公差分析：
點擊OK進行公差分析,公差分析報告如下圖所示：
表面不規(guī)則度分析
打開保存的蒙特卡洛分析文件（本例中我們只保存了一個計算結果，當然我們也可保存所有計算結果）。注意觀察此時表面2的面型已經變?yōu)閆ernike Standard Sag surface。
打開表面矢高分析圖并選擇表面2：Analysis > Surface > Sag
如果我們將MAX#設置為27，重新進行公差分析。再次打開表面矢高分析圖，可以看到相似的結果，但是產生了更多的“凹凸”。
Zernike多項式次數(shù)可以控制表面波峰和波谷（凹凸）的頻率。
這是很重要的一點：當我們把表面平滑度從 λ/5 減小到 λ/10 、λ/20、 λ/50時，RMS表面偏差減小了，但是表面“凹凸”頻率增大了。也就是說當表面平滑度為λ/5，其表面不規(guī)則度的空間頻率小，當表面平滑度為λ/50時，其表面不規(guī)則度的空間頻率大。
表面的光學性能不僅僅取決于RMS幅值還取決于表面不規(guī)則度的空間頻率。我們可以舉例說明這一點，我們可以舉一個簡單的例子。
系統(tǒng)中表面2在Y方向上有一個周期性的結構。在保持振幅不變的情況下，當周期結構的頻率增加時，從3D Layout圖中就可以看到兩者的差異。
當然，OpticStudio 中也可以使用公差操作數(shù)TEXI指定PTV（Peak to Valley）公差，兩種使用方法類似，但目前我們推薦使用TEZI指定RMS公差分析表面不規(guī)則度。
展開 打開公差數(shù)據(jù)編輯器（ Tolerance Data Editor ），按照下圖數(shù)據(jù)設置公差：
Surf : 進行不規(guī)則度分析的表面編號；
MAX# / MIN# ：Zernike多項式最高階/最低階次數(shù)。
一般情況下，如果MAX#數(shù)值較小，那么表面不規(guī)則度的頻率就會降低，表面凹凸就不明顯，反之，如果MAX#數(shù)值較大，那么表面不規(guī)則度的頻率就會升高，表面凹凸劇烈（下面我們會詳細討論）。
MAX#數(shù)值的選擇需要根據(jù)實際生產的零件而定，使其能夠與實際生產過程匹配。同時，公差分析過程中，OpticStudio會忽略Zernike多項式的第一項，因此Min#的最小值為2。
本例中我們先將MAX# 和MIN#設置為2和9。
打開Tolerance > Tolerancing，按如下步驟進行公差分析：
點擊OK進行公差分析,公差分析報告如下圖所示：
表面不規(guī)則度分析
打開保存的蒙特卡洛分析文件（本例中我們只保存了一個計算結果，當然我們也可保存所有計算結果）。注意觀察此時表面2的面型已經變?yōu)閆ernike Standard Sag surface。
打開表面矢高分析圖并選擇表面2：Analysis > Surface > Sag
如果我們將MAX#設置為27，重新進行公差分析。再次打開表面矢高分析圖，可以看到相似的結果，但是產生了更多的“凹凸”。
展開 一種解決方法是測量CAD零件的矢高，然后使用序列網格矢高表面對其進行建模。通過這種方式，系統(tǒng)保持在純序列模式，OpticStudio可以將網格矢高表面轉換為非球面類型表面。可在 Optimize…Convert Asphere Type 下找到對應轉換工具。
將風擋玻璃轉換為網格矢高表面：
非序列模式下的矢高分析是ZOS-API的擴展，用于測量CAD零件的矢高。
該分析使用探測光源光線并記錄該探測光線擊中NSC物體的位置。文件“HUD_windshield_sag.zar”可以在文章頂部下載。它包含風擋玻璃CAD零件和資源。
風擋玻璃的X和Y尺寸需要在NSC矢高圖中進行設置。可以近似使用相機視圖結合活動光標位置讀取需要設置的X-Y：
可以為NSC矢高工具輸入以下設置：
在設置中，您可以：
?取消勾選“移除XY傾斜”。NSC矢高不會將NSC物體的傾斜設置為0。
?勾選“保留保存的文件”，將.zmx和.zrd文件保存到當前文件夾。
NSC矢高圖以偽彩色顯示。如果在“設置”下，“顯示”選項設置為“文本”，則它也可以顯示為文本列表。然后可以保存此文本輸出并將其轉換為正確的數(shù)據(jù)格式.DAT，該數(shù)據(jù)可以用于網格矢高表面。為了簡單起見，本示例中風擋玻璃采用擴展多項式曲面進行建模。
定位所有元件
這是一個表示所有元件位置的示意圖：
可以利用以下實用工具將表面進行放置：
?坐標間斷-返回：坐標間斷面可以通過坐標返回來定義表面傾斜和偏心情況，可以在以下位置找到：Surface Properties…Tilt/Decenter。
展開 一種解決方法是測量CAD零件的矢高，然后使用序列網格矢高表面對其進行建模。通過這種方式，系統(tǒng)保持在純序列模式，OpticStudio可以將網格矢高表面轉換為非球面類型表面。可在 Optimize...Convert Asphere Type 下找到對應轉換工具。
將風擋玻璃轉換為網格矢高表面：
非序列模式下的矢高分析是ZOS-API的擴展，用于測量CAD零件的矢高。有關詳細信息，請參閱題為 "NSC矢高圖用戶自定義分析"。（https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005489041）
該分析使用探測光源光線并記錄該探測光線擊中NSC物體的位置。文件“HUD_windshield_sag.zar”可以在文章頂部下載。它包含風擋玻璃CAD零件和資源。
風擋玻璃的X和Y尺寸需要在NSC矢高圖中進行設置。可以近似使用相機視圖結合活動光標位置讀取需要設置的X-Y：
可以為NSC矢高工具輸入以下設置：
在設置中，您可以：
?取消勾選“移除XY傾斜”。NSC矢高不會將NSC物體的傾斜設置為0。
?勾選“保留保存的文件”，將.zmx和.zrd文件保存到當前文件夾。
NSC矢高圖以偽彩色顯示。如果在“設置”下，“顯示”選項設置為“文本”，則它也可以顯示為文本列表。然后可以保存此文本輸出并將其轉換為正確的數(shù)據(jù)格式.DAT，該數(shù)據(jù)可以用于網格矢高表面。為了簡單起見，本示例中風擋玻璃采用擴展多項式曲面進行建模。
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與凸面鏡情況類似，為了分析表面矢高形狀，從當前矢高輪廓中移除基底半徑，以僅關注較小的制造誤差。正如預期的那樣，根據(jù)測量值，Surface Sag 圖在表面中心顯示一個谷值。
為了仔細檢查數(shù)值結果，我們可以使用 Wavefront Map 分析。
打開表面矢高分析圖并選擇表面2：Analysis > Surface > Sag
如果我們將MAX#設置為27，重新進行公差分析。再次打開表面矢高分析圖，可以看到相似的結果，但是產生了更多的“凹凸”。
Zernike多項式次數(shù)可以控制表面波峰和波谷（凹凸）的頻率。
打開表面矢高分析圖并選擇表面2：Analysis > Surface > Sag
如果我們將MAX#設置為27，重新進行公差分析。再次打開表面矢高分析圖，可以看到相似的結果，但是產生了更多的“凹凸”。
Zernike多項式次數(shù)可以控制表面波峰和波谷（凹凸）的頻率。
在早期設計周期中便可發(fā)現(xiàn)潛在錯誤
? 使用 STAR-API 自動導入數(shù)據(jù)和進行分析
‐ 加速重復性任務（結合多組 FEA數(shù)據(jù)集分析）
‐ 減少人為操作引入的誤差
OpticStudio STAR 模塊分析結果
表面矢高分析
創(chuàng)建新的矢高圖分析，并獲取分析中的設置選項：
SagMapAnlysis=TheSystem.Analyses.New_SurfaceSag();
SagSettings=SagMapAnlysis.GetSettings();
配置分析中的設置選項：
SagSettings.Sampling=ZOSAPI.Analysis.SampleSizes_Pow2Plus1_X.S
本文介紹如何使用 NSC 矢高圖用戶分析功能在非序列模式下測量和顯示對象的矢高。了解此功能的基礎知識，包括如何設置復雜 CAD 零件的文件以獲取特定面的矢高值。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
介紹
OptocStudio 的序列模式具有表面矢高分析功能，該功能將表面從局部頂點的矢高或 z 位置變化顯示為表面上 x 和 y 位置的函數(shù)。
將風擋玻璃轉換為網格矢高表面：
非序列模式下的矢高分析是ZOS-API的擴展，用于測量CAD零件的矢高。有關詳細信息，請參閱題為 "NSC矢高圖用戶自定義分析"。（https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005489041）
該分析使用探測光源光線并記錄該探測光線擊中NSC物體的位置。
將風擋玻璃轉換為網格矢高表面：
非序列模式下的矢高分析是ZOS-API的擴展，用于測量CAD零件的矢高。
該分析使用探測光源光線并記錄該探測光線擊中NSC物體的位置。文件“HUD_windshield_sag.zar”可以在文章頂部下載。它包含風擋玻璃CAD零件和資源。
風擋玻璃的X和Y尺寸需要在NSC矢高圖中進行設置。
隱藏/取消隱藏/刪除所有復合表面
將復合表面與失高圖結合使用
我們可以使用 分析...偏振與表面物理...表面 (Analyze...Polarization and Surface Physics...Surface) 中的矢高圖功能來查看表面的矢高分布，以下是關于復合表面矢高圖的一些分析：
如果選中此框，則在計算矢高時，分析將考慮物體的傾斜，如果未選中此框將忽略這些傾斜。
該分析還允許用戶移除基底半徑、最佳擬合球面、基底矢高、平均矢高或最小矢高情況。平均矢高和最小矢高允許移除Piston或將矢高圖固定到最低矢高值。
