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光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是一種斷層成像系統(tǒng)，可以根據(jù)從圖像反射或散射的光生成橫截面或三維圖像。 醫(yī)用組織成像是該系統(tǒng)的最典型應(yīng)用，因?yàn)镺CT安全且具有高分辨率，儘管光可以穿透的深度限制在毫米量級(jí)。OCT測(cè)量系統(tǒng)依賴於邁克森干涉儀 (Michelson interferometer)，使得從參考物反射的光與樣品之間的相干性表明散射光源自樣品中與參考鏡的位置相對(duì)應(yīng)的深度。

繞射光學(xué)元件（DOE）和超表面/超穎透鏡在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中越來越受歡迎，其應(yīng)用範(fàn)圍從手機(jī)鏡頭到AR / VR耳機(jī)，從3D傳感到照明。但是，對(duì)於包含 DOE 或超穎透鏡的系統(tǒng)進(jìn)行模擬和設(shè)計(jì)總是很棘手的。沒有通用的方法可以處理所有情況。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體情況決定其系統(tǒng)的策略。

存在依賴於給定係統(tǒng)對(duì)稱性的其他正交解集。1 它們可用於對(duì)高階光束模式進(jìn)行建模。在這篇Blog中，我們描述了 OpticStudio 中可用於表徵高階雷射光束的模型。定義後，此類光束可以在 OpticStudio 中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計(jì)的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。

我們?cè)谝粋€(gè)光學(xué)系統(tǒng)中有幾組透鏡元件，它們沿著光軸沿著預(yù)定義的軌跡移動(dòng)，從而提供了光學(xué)系統(tǒng)最終焦距（變焦係數(shù)）的變化。在 Alvarez變焦鏡頭的情況下，我們有一對(duì)所謂的Alvarez鏡頭，這些鏡頭元件相互之間的橫向位移提供了光學(xué)系統(tǒng)焦距的變化。傳統(tǒng)變焦鏡頭與 Alvarez變焦鏡頭的主要區(qū)別在於，傳統(tǒng)系統(tǒng)鏡頭沿光軸運(yùn)動(dòng)，而Alvarez系統(tǒng)鏡頭則沿垂直於光軸的方向運(yùn)動(dòng)。

但人眼系統(tǒng)具有相對(duì)較小的光瞳尺寸，因此在此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，一般會(huì)認(rèn)為球差和彗差並不十分重要。同理，其餘的像差在此也可先行忽略。隨著自由曲面製程技術(shù)的演進(jìn)，光學(xué)設(shè)計(jì)者得以摒除許多以往的限制條件。同時(shí)，OpticStudio具有優(yōu)越的運(yùn)算能力，可以進(jìn)行規(guī)模較大的系統(tǒng)和更多影像參數(shù)的模擬。得益於此，眼科鏡片的設(shè)計(jì)可以有更進(jìn)一步的改善，我們將在以下的文章中詳述。

陣列透鏡是照明系統(tǒng)中有用的光學(xué)元件。它是將單個(gè)光學(xué)元件組裝或形成為單個(gè)光學(xué)元件的二維陣列，用於在照明平面上將光從非均勻分佈空間轉(zhuǎn)換為均勻輻照度分佈。這篇文章討論了複眼空間光學(xué)積分器在數(shù)位投影機(jī)中的使用，以及如何在 OpticStudio 中對(duì)此類元素進(jìn)行建模。在數(shù)位投影器設(shè)計(jì)中，我們希望確保數(shù)位光源在輻照度分佈方面與投影圖像相匹配。

序列模式的體積全像在OpticStudio的所有版本上都可以使用，但是繞射效率分析只有訂閱制才能使用。DLL是訂閱制旗艦版本的功能。體積全像在許多類型的光學(xué)系統(tǒng)中很受歡迎，例如：抬頭顯示器（HUD）、擴(kuò)增實(shí)境（AR）和虛擬實(shí)境（VR）的頭戴型顯示器（HMD）。全像能夠?qū)?em>光線繞射到任何所需的角度，其波長(zhǎng)和角度的選擇性使其能夠創(chuàng)造更輕、更緊密的光學(xué)系統(tǒng)。

射出成型技術(shù)使可能的創(chuàng)新光學(xué)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，具有大規(guī)模生產(chǎn)的模塊很多好處。鏡頭可以設(shè)計(jì)成具有復(fù)雜的邊緣特徵，使它們能夠堆疊，從而簡(jiǎn)化組裝並消除對(duì)齊的需要。Zemax 工具使注塑光學(xué)元件的可能性最大化變得簡(jiǎn)單。在 OpticStudio 中創(chuàng)建的光學(xué)設(shè)計(jì)可以無縫轉(zhuǎn)換為原始 CAD 元件，並且所有光學(xué)資訊都完好無損。

OpticStudio預(yù)設(shè)使用出瞳作為波前差的計(jì)算參考。因此，當(dāng)我們要計(jì)算一條光線的OPD時(shí)，此光線會(huì)從物面出發(fā)後一路追跡穿過光學(xué)系統(tǒng)，最終到達(dá)像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點(diǎn)，半徑是主光線與像面交點(diǎn)到主光線與出瞳面的焦點(diǎn)。然後我們就計(jì)算這條光線的總光程，並扣去主光線的光程 (因此主光線的光程差永遠(yuǎn)為零，因?yàn)樗旧砭褪橇愕膮⒖键c(diǎn))。

這些資料是用OpticStudio提供的現(xiàn)有圖形來顯示，用於大多數(shù)分析。此模式不允許對(duì)當(dāng)前鏡頭系統(tǒng)或使用者介面進(jìn)行更改（即：在這種模式下只允許對(duì)系統(tǒng)的副本進(jìn)行更改）。自訂分析可以用C++ (COM)或C# (.NET)編寫。本文的自訂分析是用C#編寫的。

入射光的電場(chǎng)並非用單一個(gè)點(diǎn)來描述，相對(duì)的，我們會(huì)假設(shè)該電場(chǎng)比多重光束干涉發(fā)生的區(qū)域更大許多。在Zemax OpticStudio中，我們使用field係數(shù)來表示這個(gè)結(jié)果，這些係數(shù)已經(jīng)被薄膜膜層的程式驗(yàn)證過許多次。薄膜理論的慣例是計(jì)算平面法向量方向上的相位變化，這表示其假設(shè)了一個(gè)虛擬的平面波從薄膜最外層一路傳播到基板。

在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(LDE)和非序列元件編輯器(Non-Sequential components editor)，我們可以在Jones Matrix後方的欄位輸入各元素的實(shí)數(shù)及虛數(shù)部分，以定義不同的Jones Matrix。有一點(diǎn)必須要特別注意的，Jones Matrix並不會(huì)因?yàn)镋z的變化產(chǎn)生改變 (系統(tǒng)預(yù)設(shè)入射光垂直入射偏振片)。

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您可以在剛打開的光線光扇圖和OPD光扇圖中嘗試這一功能。MTF分析OpticStudio同樣支持對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行衍射分析。

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當(dāng)使用 CB 表面引入傾斜時(shí)，OpticStudio 通過傾斜局部坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這不僅會(huì)傾斜像面，還會(huì)導(dǎo)致接收光纖模式的傾斜。默認(rèn)情況下，接收光纖與局部 Z 軸對(duì)齊。但是使用 Tilted Image 表面只會(huì)傾斜像面本身，而不會(huì)影響局部坐標(biāo)方向，這使得接收光纖模式不傾斜。在以下部分中，我們將介紹三種在 OpticStudio 中正確設(shè)置的方法。

當(dāng)使用 CB 表面引入傾斜時(shí)，OpticStudio 通過傾斜局部坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這不僅會(huì)傾斜像面，還會(huì)導(dǎo)致接收光纖模式的傾斜。默認(rèn)情況下，接收光纖與局部 Z 軸對(duì)齊。但是使用 Tilted Image 表面只會(huì)傾斜像面本身，而不會(huì)影響局部坐標(biāo)方向，這使得接收光纖模式不傾斜。在以下部分中，我們將介紹三種在 OpticStudio 中正確設(shè)置的方法。

圖1：AR HUD仿真全流程架構(gòu)圖2.1 Ansys Zemax OpticStudio：投影鏡頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為專業(yè)光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)工具，負(fù)責(zé)AR HUD投影光路核心設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)三片式投影鏡頭模組，搭配雙膠合透鏡結(jié)構(gòu)，有效校正色差與球差，保障全視場(chǎng)成像清晰度； 鎖定核心光學(xué)參數(shù)：系統(tǒng)視場(chǎng)角22°、總長(zhǎng)106mm、光源與首透鏡間距45mm、入瞳直徑10mm； 支持通過Export