ZEMAX | 手把手教你看懂光线数据查看器

紫愚灵 · 发表于 2023-2-27 19:20:39

概述
本文旨在说明光线数据库查看器 (Ray Database Viewer) 分析结果中出现的相关名词与标识，包含Ray、Segment、Path、Prnt、Levl、In、Hit等等。

正文
首先我们设定一个简单的系统以便说明，这个系统设定如下：

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使用单光线光源 (Source Ray)，并设定陈列光线条数# (#Layout Rays) 以及分析光线条数# (#Analysis Rays)。这会让系统仅追迹一条光线，方便我们观察光线分裂 (Ray Split) 与线段 (Segment) 的关系。
物体2与3是两片BK7平板玻璃。
光线追迹相对阈值强度 (Minimum Relative Ray Intensity) = 0.05，当光线能量相对于从光源出发时的比例低于此值时，将会停止追迹，此时该光线能量会计入能量损耗（阈值） (Energy Lost (Threshold)) 并显示光在光线追迹 (Ray Trace) 窗口的下方。
打开3D布局图 (3D Layout) 并确认勾选 “使用偏振 (Use Polarization)” 、 “NSC光线分裂 (Split NSC Rays)” 以及 “光线箭头 (Fletch Rays)” ，布局图上的追迹结果如下图。

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打开分析(Analyze) > 光线数据库查看器 (Ray Database Viewer)，打开设定对话框，取消勾选XYZ，勾选光程 (Path)。

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设定后点选OK，可以看到如下信息：

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表中列出Ray 1在系统分裂后的线段 (Segment) 详细信息，Seg# 栏位代表线段编号，光源本身代表Seg# = 0，每一次光线与物体交错后若有反射、折射、绕射、散射等行为，即产生新的线段，表中线段编号如下：

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从光线数据库查看器的报告中可以看到，此光线追迹后共产生16个线段 (Segment)，7个分支 (Branch)，分支的意思是 “光线从光源追迹到停止为止” 算一个分支，不同的分支可能会包含同样的中间线段，但最后一个线段一定是不同的。举例来说，上图中的分支共有以下7个：
Branch1: 0 > 1 > 2 > 3 > 4 > 5
Branch2: 0 > 1 > 2 > 3 > 4 > 6 > 7
Branch3: 0 > 1 > 2 > 3 > 8 > 9 > 10
Branch4: 0 > 1 > 2 > 3 > 8 > 11
Branch5: 0 > 1 > 2 > 12 > 13
Branch6: 0 > 1 > 2 > 12 > 14 >15
Branch7: 0 > 1 > 16
如果勾选设定中的 “显示分支路径 (Expand Into Branches)” ，则可以在光线数据库查看器 (Ray Database Viewer)中以不同分支来分类，列出所有线段的详细资料，不同分支之间的的线段信息可能会有重复，是正常现象。

报告中的Prnt栏位代表该线段的母线段 (parent segment)，例如线段2与16都是由线段1分裂出来的，其Prnt栏位数值就是1。注意报告中线段7母线段是6而不是15，线段15击中下一个物体后就停止追迹了，是其中一个Branch的尾端。
Levl栏位代表从出发算起光源该线段是第几个。举例来说，若把线段2与线段16称为线段1的子光线 (Child Ray) ，则Levl可代表 “第几代子光线” 这样的概念。举例来说，从光源算起，线段10需经过 1、2、3、8、9，包含自己是6个线段，因此Levl是6。
In栏位代表该线段是位在哪个编号的物体中，线段不可能跨物体存在。
Hit栏位代表线段最后击中的物体编号。
若Hit与In都是0的情况，代表光线可能在空气中找不到下一个物体可以击中，如果是此情况，可以在注释 (Comment) 栏位看到Missed的注解。
Face栏位显示击中物体的哪一个表面 (Face)。
XRTS DGEF BZ栏位代表线段状态，其中XRTSDBZ代表此线段尾端 “击中物体后” 发生的事件 (Event)，X是停止追迹、R是反射、T是穿透、S是散射、D是绕射、B是体散射、Z是发生错误。而GEF代表此线段是 “母线段发生某事件后” 产生的，也就是他们其实代表母线段尾端发生的事件，G鬼影反射、E是绕射、F是散射。
Path To代表线段长度，注意此为物理长度，还需要考虑该线段所在介质，才会成为光程长度 (Optical Path Length)。
Phase必须在遇到探测器 (Detector) 时才会计算。
最后Intensity则代表该线段击中物体前的能量。

其他补充：
若在设定中选取XYZ (预设)，则可以看到线段击中物体后的座标。
若勾选平均 (Normal)，则可以看到线段击中物体的位置上，表面的法向量。
若勾选LMN，则可以显示线段的行进方向，用方向余弦 (direction cosine) 表示。
若勾选Exyz，则可以显示该线段上的电场方向。

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