一文讲透ZEMAX中的坐标系转化

如果您使用了ZEMAX，那么您讲不会规避坐标间断，因为在ZEMAX序列光学设计是一个局部坐标的传递。ZEMAX的序列光学设计模式下，使用的坐标系是局部坐标系，每个表面都是参考它前面的表面顶点坐标系，每个表面的厚度决定着下个表面的位置。ZEMAX使用的右手坐标系，伸出右手，大拇指所指的方向为坐标系的z轴，四指所指为坐标的y轴，四指弯曲后指向手心内向为x轴正像。

坐标间断面使用规则：只要坐标再某个位置发生折转，那么下面的元件位置一定要按照折转后的局部坐标系统右手定则进行放置。

坐标间断面用于在当前系统中定义一个新的坐标系统。它是一个构造面，只是为了光线追迹。描述新的坐标系统有六个参数：x方向偏心（x-decenter），y方向偏心（y-decenter），关于x倾斜（tilt about x），关于y倾斜（tilt about y），关于z倾斜（tilt about z），以及一个表示倾斜和偏心顺序的标记。坐标转折中偏心值的单位总是与透镜采用的单位一致。倾斜的单位指定为度，坐标轴正方向是右手坐标系统。坐标转折总是相对于前一面的坐标系统进行。

如果“次序（order）”标志为0，则ZEMAX首先在x和y方向（由于这些坐标是正交的所以x和y的次序无关）偏心。然后ZEMAX绕局部x轴旋转（将y和z轴转到新的方向），然后绕新的y轴旋转（将x和z轴旋转），最后绕新的z轴旋转。

如果“次序（order）”标志为其它值（例如为1），则首先是旋转，顺序依次是绕x、y、z，然后是偏心。这“次序（order）”标志非常有用，因为即使对于混合的倾斜和偏心，一个简单的坐标变换也可以撤消以前的坐标变换。

坐标间断面的作用就象是在做了倾斜和偏心以后导入一个平面。然而，这个面并没有画出来，也不能用作定义两种介质的界限。其玻璃类型和其前一面是一样的，并且ZEMAX会在玻璃名称处显示“-”，意味着那里不能输入玻璃牌号。坐标转折面自身永远不可能是反射面，同时物平面不能定义为坐标转折面。

用列子进行超简单的描述 ，您就一清二楚了！如下新建了一个简单的例子，一束平行光透射经过一个平板。其lens editor和二维图如下图所示（此时两个坐标间断面均未设置任何数据）：

接下来，我们讲这个平板45°放置，因为大多分光都是这样做的。当然这个操作大家都会，就是讲2面和5面的角度倾斜设置45°和-45°即可，那么也如此操作下，然后让大家理解下这个局部坐标是如何变化的。其lens editor和二维图如下图所示：

如下图为具体局部坐标传递过程，红色线代表光线，也可与ZEMAX对应。

根据镜头编辑栏数据，一步步讲解这个局部坐标的变换；

（1）OBJ面的厚度值为infinity，表面OBJ面到第一个面的局部坐标变换，仅仅存在光轴Z方向的变化，Z平移infinity，到达Z1坐标；

（2）第一个面到第二个面，也只是Z坐标的变换，也就是第一个面的厚度值100，Z1平移100到达Z2；

（3）第二个面到第三个面，由于厚度值为0，Z坐标不变化，另外，第二面的坐标间断面角度tilt x了45度，所以整个坐标系绕x轴旋转了45°，得到了XYZ3坐标系；

（4）第三个面到第四个面，只有第三个面的厚度8mm值，即Z3平移了8mm到达Z4，当然实在XYZ3坐标系下进行的；

（5）第四个面到第五个面，第四个面厚度值无变化，第四个面的左边间断面tilt x了-45°，所欲整个坐标系没有平移变换，只是绕着x轴旋转了，而且坐标系角度回到了初始的方位，只是平移有变化；

（6）第五个面到像面，第五个面厚度值变了100，即第五个面到达像面，Z方向平移了100mm。

经过这六次的坐标变化，局部坐标系角度没有变化，只是沿着Z方向上在发生光线传播，也可以理解为光轴未变，只是元件发生了倾斜。

如上就是坐标间断面的第一个功能，旋转元件功能，后续会继续讲解，坐标间断面折转光轴的相应设置与坐标变换讲解。

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