Ansys Zemax / SPEOS | 光源文件转换器

在 SPEOS 与 Zemax 之间转换二进制光源文件的专业技术分析


引言

本文旨在介绍如何使用 Python 代码在 SPEOS 和 Zemax 两种光学设计软件之间转换二进制光源文件的详细流程。通过对两种软件特有的光源文件格式进行分析，并提供相应的转换方法，为光学设计师提供了一种灵活的文件互换方案。我们将分别阐述各自的光源文件格式特性，以及如何使用提供的 Python 代码进行文件转换，并验证转换效果的可靠性。

SPEOS 光源文件与 Zemax 光源文件格式




在这里，我们首先深入分析了 SPEOS 和 Zemax 的光源文件格式，后者指的是二进制文件，各种数据按照特定顺序排列在文件中，以便在不同软件环境下被正确解读。

1.1 SPEOS 光源文件格式

SPEOS 针对其光源文件格式精确定义了数据结构。每个文件前设有一个包含 28 字节的数据标题结构，这一结构由七组双精度数值组成：

辐射功率


定义版本信息（25）


光度学功率


之后随数据标题后尤为重要的是每条光照数据的定义，包含了如下八大双精度数值：


坐标 X、Y、Z 表示光照所在点的位置


方向 L、M、N 表明光线的方向


波长 Wavelength


能量 Energy，以 Watts 为单位


1.2 Zemax 光源文件格式


相比之下，Zemax 的二进制光源文件更详细地定义了其结构：


描述部分包含了 100 字节的信息，确保在创建定制光源文件时不会产生误解。

ray_format_type 被定义为只能为 0（仅光通量格式）或 2（光谱颜色格式），不支持其他类型。

flux_type 当 ray_format_type 为 0 时，"Watts" 代表光通量；"Lumens" 当且仅当 ray_format_type 也为 0 时适用。

波长 以 μm 单位，且在光谱颜色格式下，光通量数据以 Watts 计算。


SPEOS 到 Zemax 的转换

转换流程涉及到对 SPEOS 光源文件的内容解码，并相应修改以符合 Zemax 的结构要求。以下是使用 Convert_ZEMAX_to_SPEOS.py 执行转换步骤的详细说明：

1. 准备 Python IDLE 环境，确保已安装所需的 Python 版本（3.9.2）以及必要的软件库。

2. 加载光线文件 使用提供的 Python 脚本，并调整所需参数，包括光源文件路径和指定文件类型（如 `.DAT` 用于单色光源）。

3. 生成并保存 转换后的 Zemax 光源文件将被保存在与原始文件相同的路径下。

验证原理：通过在 Zemax OpticStudio 中加载转换后的光源文件，并执行光线追踪（如使用极定向探测器和矩形探测器），以测试转换后的文件是否能正确表示原有光源的角度和位置分布。

Zemax 到 SPEOS 的转换与验证

转换至 SPEOS 的过程与此类似，但对于 Convert_SPEOS_to_ZEMAX.py：

1. 配置并运行 启动Python环境，更改脚本中的路径参数为待转换的 .RAY 文件路径。

2. 生成 SPEOS 光源文件 并保存在原始文件路径下。

3. Zemax 范式验证：再次利用 Zemax OpticStudio，通过重复绘制相同类型的探测器（极定向探测器和矩形探测器）来验证转换效果。

以上过程旨在确保转换不仅在文件格式上准确，且在光源的角度和位置分布上均保持一致。