ZEMAX | 手把手教你看懂光线数据查看器

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OpticStudio在进行计算时会存储大量的数据可供用户进一步分析，并设计了许多工具用来展示它们，今天让我们详细学习：

手把手教你看懂光线数据查看器

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：

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。

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)

。

设定后点选OK，可以看到如下信息：

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：

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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