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光学设计软件zemax中文教程.doc

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光学 设计 软件 zemax 中文 教程
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.注:此版本ZEMAX中文说明由光学在线网友elf提供!目 录第1章引第2章用户界面第3章约定和定义第4章教程教程1:单透镜教程2:双透镜教程3:牛顿望远镜教程4:带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统教程5:多重结构配置的激光束扩大器教程6:折叠反射镜面和坐标断点教程7:消色差单透镜第5章 文件菜单........................7第6章 编辑菜单....................14第7章系统菜单.......................31第8章分析菜单.....................44§8.1 导言..................44§8.2 外形图.................44§8.3 特性曲线..............51§8.4 点列图...............54§8.5 调制传递函数MTF.....................58§8.5.1 调制传递函数...................58§8.5.2 离焦的MTF.....................60§8.5.3 MTF曲面........................60§8.5.4 MTF和视场的关系........61§8.5.5 几何传递函数.....................62§8.5.6 离焦的MTF.......................63§8.6 点扩散函数(PSF).................64§8.6.1 FFT点扩散函数.......................64§8.6.2 惠更斯点扩散函数..................67§8.6.3 用FFT计算PSF横截面.................69§8.7 波前..............................................70§8.7.1 波前图.........................................70§8.7.2 干涉图......................................71§8.8 均方根........................................72§8.8.1 作为视场函数的均方根..................72§8.8.2 作为波长函数的RMS.................73§8.8.3 作为离焦量函数的均方根.................74§8.9 包围圆能量...............................75§8.9.1 衍射法................................75§8.9.2 几何法......................................76§8.9.3 线性/边缘响应............................77§8.10 照度.........................................78§8.10.1 相对照度....................................78§8.10.2 渐晕图......................................79§8.10.3 XY方向照度分布...........................80§8.10.4 二维面照度..............................82§8.11 像分析.........................................82§8.11.1 几何像分析...............................82§8.11.2 衍射像分析.............................87§8.12 其他.....................91§8.12.1 场曲和畸变.............................91§8.12.2 网格畸变............................94§8.12.3 光线痕迹图...........................96§8.12.4 万用图表..................................97§8.12.5 纵向像差.................................98§8.12.6 横向色差............................99§8.12.7 Y-Y bar图...........................99§8.12.8 焦点色位移.......................100§8.12.9 色散图.................................100§8.12.10 波长和内透过率的关系.............101§8.12.11 玻璃图........................................101§8.12.10 系统总结图................................101§8.13 计算.....................103§8.13.1 光线追迹................................103§8.13.2 塞得系数..................................104第九章 工具菜单..............................108§9.1 优化..............108§9.2 全局优化...............108§9.3 锤形优化...............108§9.4 消除所有变量..........108§9.5 评价函数列表.........109§9.6 公差.................109§9.7 公差列表............109§9.8 公差汇总表..........109§9.9 套样板.............109§9.10 样板列表..........111§9.11 玻璃库.............112§9.12 镜头库............112§9.13 编辑镀膜文件.....114§9.14 给所有的面添加膜层参数.....................115§9.15 镀膜列表..........115§9.16 变换半口径为环形口径............115§9.17 变换半口径为浮动口径................116§9.18 将零件反向排列.....................116§9.19 镜头缩放............................116§9.20 生成焦距..........117§9.21 快速调焦.........117§9.22 添另折叠反射镜.............117§9.23 幻像发生器..........118§9.24 系统复杂性测试............120§9.25 输出IGES文件...........120第十章报告菜单...................124§10.1 介绍..............124§10.2 表面数据...........124§10.3 系统数据...........125§10.4 规格数据...........125§10.5 Report Graphics 4/6 ...............126第十一章宏指令菜单....................127§11.1 编辑运行ZPL宏指令.............127§11.2 更新宏指令列表.....................127§11.3 宏指令名.............127第十二章扩展命令菜单................128§12.1 扩展命令.........128§12.2 更新扩展命令列表............128§12.3 扩展命令名.........128第十三章 表面类型........130§13.1 简介............130§13.2 参数数据....................130§13.3 特别数据.........131§13.4 表面类型概要........131§13.4.1 用户自定义表面........131§13.4.2 内含表面.......132§13.5 标准面...........136§13.6 偶次非球面.....136§13.7 奇次非球面.....137§13.8 近轴表面........138§13.9 近轴X-Y表面.....138§13.10 环形表面.......139§13.11 双圆锥表面...........139§13.12 环形光栅面...........140§13.13 立方样条表面......141§13.14 Ⅰ型全息表面.......142§13.15 Ⅱ型全息表面..........143§13.16 坐标断点表面.............143§13.17 多项式表面...........145§13.18 菲涅耳表面...........145§13.19 ABCD矩阵..............146§13.20 另类面.............146§13.21 衍射光栅表面.......147§13.22 共轭面.........148§13.23 倾斜表面......149§13.24 不规则表面....149§13.25 梯度折射率1表面........150§13.26 梯度折射率2表面......152§13.27 梯度折射率3表面...........152§13.28 梯度折射率4表面........153§13.29 梯度折射率5表面.............154§13.30 梯度折射率6表面.............155§13.31 梯度折射率7表面............156§13.32 梯度折射率表面Gradium TM...........157§13.33 梯度折射率9表面.............160§13.34 梯度折射率10表面.............161§13.35泽尼克边缘矢高表面..............162第十五章非序列元件.................162第十七章 优化…………….228第十八章 全局优化…………….………….290第十九章 公差规定…………………………………………………………..298第二十章 多重结构………………………………………………….………338第二十一章 玻璃目录的使用………………………………………….………345第二十二章 热分析……………………………………………………………363第二十三章 偏振分析……………………………………………………..….373第二十四章 ZEMAX程序设计语言…………………………………………390第二十五章 ZEMAX扩展…………………………………………………….478第五章 文件菜单新建(New) 目的:清除当前的镜头数据。 说明:此选项使ZEMAX恢复到起始状态。当前打开的窗口仍然打开,如果当前的镜头未保存,在退出前ZEMAX将警告你要保存镜头数据。打开(Open) 目的:打开一个已存在的镜头文件。 说明:此选项打开一个新的镜头文件。当前打开的窗口仍然打开,如果当前的镜头未保存,在退出前ZEMAX将警告你要保存镜头,参见“附加”。保存(Save) 目的:保存镜头文件。 说明:此选项用于保存镜头文件,当将文件保存为另一名称或保存在另一路径下时,用“另存为”选项。另存为(Save as) 目的:将镜头保存为另一名称。 说明:此选项将文件保存为另一名称或保存在另一路径下。附加(Append) 目的:将以前保存的镜头数据附加到当前镜头文件中。 说明:这一选项同“打开”选项类似,但当前镜头数据并未覆盖。当选择文件附加后,ZEMAX会提示新镜头插入面的数字,并为新数据让出空间。对话框中也有“Ignore Object”检验栏,缺省时将忽略新镜头的厚度。这样,新镜头数据将被附加在表面1而不是表面0。 虽然这一特性能保存许多键入的镜头,但是结果镜头包含一些特殊的表面,需稍加手工编辑达到希望的结果。环境(Environment) ZEMAX允许使用一些能被设置和保存的选项,当ZEMAX运行时,这些选项可被自动选择。主要配置文件是ZEMAX.CFG,这一文件能被删除,缺省时退回到启动配置。环境选项分为以下几组。 地址(Address) 目的:本设置决定了如何显示“地址”框。地址框可用来显示用户定义文本如公司名称或图形数目。地址框大多出现在图表的右下角。 设置:条目描述Address Line 1显示在“地址”框中的第一行文本。Address Line 2显示在“地址”框中的第二行文本。Address Line 3显示在“地址”框中的第三行文本。Address Line 4显示在“地址”框中的第四行文本,除非文件名称和变焦位置已被选择。Show Line 4 As选择输入文本、镜头文件名称、变焦位置。Hide Address按下此按钮,“地址”框不会显示。 目录(Directories) 目的:本设置决定ZEMAX安放和寻找某一文件的路径。 设置:条目描述ZEMAX PathZEMAX寻找文件的缺省目录,如玻璃目录和常用镜头目录。Output Path文本和图表输出的缺省目录。Lens Path镜头文件的缺省目录。ZPL PathZPL Macros缺省目录。Stock Path常用镜头缺省目录,所有常用镜头都存贮在Stock Path 目录的子目录下。 图表(Graphics) 目的:本设置决定了大多数ZEMAX图表窗口的大小、颜色、动作,也可参见文本窗口中的Date/Time选项。 设置:条目描述B/W Screen缺省时,ZEMAX显示的图表是彩色的。若选中此项,所有图表变为黑色和白色。B/W Plots缺省时,ZEMAX打印出的图表时彩色的。若选中此项,打印出的图表为黑白色,只有彩色打印机才能打出彩色图表。Show Options First如果选中此项,选项中的“设置”框将在其它分析图表计算显示前显示出来。Win x,y Size是以象素为单位的图表窗口的缺省x,y值,这能调整程序的大小和分辨率。Background图表窗口的背景颜色,它能从下拉条目中选择。MetafilesZEMAX可生成几种不同类型的Windows图元文件格式。图元文件可用来复制图表到剪贴扳上,或复制图表到磁盘上,这样可将图表输入到其它Windows应用程序中。大多数16 bit的Windows3.1应用程序用的是16 bit标准型格式,然而有些Windows3.1应用程序用的是一种变化的称为“16 bit Placeable”格式。最近,32 位的应用程序用的是32 位的增强型格式,当用32 位格式时,生成的图表格式的扩展名是EMF,它表示增强型图元格式。Metafile Pen Width以Windows图元文件格式通过剪贴板或磁盘文件输出的图形文件中与设备有关的像素中的线宽。Aspect RatioZEMAX图表窗口中缺省的显示比例是3×4,这正好与标准打印纸8.5×11英寸相匹配。对11×17英寸的打印纸,3×5的显示比例更适合。4×3和5×3是长比宽大的显示比例。此选项对打印和屏幕有相同的缺省显示比例,每个图表屏幕可用Window, Aspect Ratio设置选项来设置自己的显示比例。 颜色(Colors) 颜色对话框是用来定义ZEMAX图表中笔的颜色。当画光线特性曲线、点列图和其它数据曲线时,不同颜色的笔用来画不同波长的曲线。波长1用笔1,波长2用笔2,依此类推;视场位置1用笔1,视场位置2用笔2,依此类推。红、绿、蓝的值定义了笔的颜色,每一个值必须在0 ~225之间,用24 bit的红、绿、蓝的值来定义笔的颜色,共有一千六百万种颜色,但只显示当前图表硬件提供的分辨率。所得的颜色将显示在红、绿、蓝的值的右边。 文本(Text) 目的:本设置决定了文本窗的属性。日期/时间设置也影响着图表窗口。 设置:条目描述屏幕字体大小定义显示在窗口文本字体的大小,缺省值是8point。日期/时间在图表上,既可以不选择日期时间,又可只选择日期,或日期和时间都选择。 编辑(Edit) 目的:本设置决定了电子表格编辑器的属性。如果编辑器的单元格尺寸太窄无法显示整个数据,则“*”号将代替被删去部分的数据。 设置:条目描述十进制数此选项用于改变显示在镜头数据编辑中的十进制数字。选择“Compact”将改变要显示的十进制数字个数,以便使所显示的位置最小。字体大小用于定义文本字体的大小,缺省值为8 point。自动更新控制如何和何时ZEMAX更新数据编辑器中的数据,“None”意味着光瞳位置、求解和其它编辑器中的镜头数据都不更新,直到“System”菜单中选项“Update”打开。只要新数据键入镜头数据中,“Update”设置使更新的数据运行,特别的是对多重结构参数编辑器。“Update All”使所有窗口的数据都更新。详细的参见“系统菜单”这章的“Update”和“Update All”。注释显示选择它,则表面注释列会显示在镜头数据编辑器中,否则此列隐藏起来。撤消撤消有三种可选状态:不撤消、单步撤消、多步撤消。详细的参见“编辑菜单”这章中的撤消选项。LDE单元格尺寸在镜头数据编辑器中,定义了单个单元格的宽度,宽的单元格意味着列少,但数据看的较清楚。MFE单元格尺寸定义了评价函数编辑器中单个单元格的宽度。MCE单元格尺寸定义了多参数编辑器中单个单元格的宽度。EDE单元格尺寸定义了附加数据编辑器中单个单元格的宽度。TDE单元格尺寸定义了误差数据编辑器中单个单元格的宽度。 打印(Printing) 目的:此设置用来定义打印输出的属性。 设置:条目描述跳过打印对话框如果此对话框打开,当从其它窗口选择打印选项时,ZEMAX将不会显示允许选择打印机类型和其它选项的打印对话框。如果此对话框关闭,则缺省的为默认打印机。图形旋转如果选择此设置,将使所有被打印的图形旋转90°。当打印设置为相片模式时,这允许图片采用全景格式。参见下面的讨论。笔的宽度定义笔的粗细,值为0时是细线,值越大线越粗。图形宽度参见下面的讨论。左页边距%图形的左页边距占整个图形宽度的百分比,只影响图形的打印。右页边距%图形的右页边距占整个图形宽度的百分比,只影响图形的打印。上页边距%图形的上页边距占整个图形高度的百分比,只影响图形的打印。下页边距%图形的下页边距占整个图形高度的百分比,只影响图形的打印。打印字体大小当在文本窗打印时,定义打印字体的大小,缺省值为8 point。文本页边距当打印文本文件时,用左页边距。 讨论: “图形宽度”控制器同ZEMAX大多数设置不同。因为它能准确地告诉ZEMAX图形有多大,而不是图形应该有多大。每个打印机可用不同尺寸来打印ZEMAX图形。为在页面布局上和比例条上获得精确的比例,在打印时ZEMAX 应被告知图形有多大,得到这个信息,ZEMAX就能准确地打印出1:1或2:1的图形。 按下“图形宽度”按钮会显示打印对话框,这同从ZEMAX中打印图形显示的是同一个对话框,这个对话框允许选择打印机驱动器,而且通常允许打印机选择特殊项目,如分辨率、方向和其它一些各个打印机不同的选项。用打印对话框选择一些你常用的打印驱动器和模式。注意ZEMAX通过将图形旋转90°用“全景模式”打印,并用相片模式设置。这样做是因为所有的打印机都用相片模式作为缺省模式,因此ZEMAX一直把设置保持为相片模式,并用旋转图形功能。ZEMAX应用这些设置来决定打印时实际的图形有多宽,并把以英尺为单位的宽度值告诉给“图形宽度”编辑框。注意,只要打印方位和页边距设置好或按下“复位”键,对于缺省模式打印机设置,图形宽度会自动重新计算。 一旦计算出准确的图宽,布局图上的比例就很准确。当然,如果采用相同的打印驱动器和设置模式,在实际打印中,它也会能很准确。如果在打印时选择不同的打印驱动器和模式,图形比例就不会自动计算。当用一个新打印机或用不同模式打印时,为得到正确的比例,图形环境必须用前面所描述的步骤重新设置。 最后,有时需要复盖图像宽度的缺省设置,例如,如果最后的打印输出需要减小到适当的尺寸以便被另一个文件所包容,所要的最后的尺寸就用确定最后图像的精确比例。为实现这一目的,只要在图形宽度编辑框中输入已知的最后的像宽尺寸(用英尺表示),并按下保存按钮。所有随后打印的图形都会得到所指定的最后像尺寸。 注意因为所有其它图形比例都可独立确定,因此精确的比例控制只对轮廓图和零件图产生影响。 按钮条(Button Bar) 目的:这些设置决定了哪些功能能显示在ZEMAX主屏幕上端的按钮条中。 说明:有20个能打开ZEMAX主菜单项的按钮,每个按钮都有与按钮相联系的相同的下拉菜单选项。选择“Off”按钮,这些按钮就不会显示。 状态条(Status Bar) 目的:这些设置决定了哪些参数显示在ZEMAX主屏幕下部的状态条中。 说明:其中有4个能显示不同数据的区域,如EFT、EPD、F/# 等等。退出(Exit) 目的:退出ZEMAX。 说明:如果镜头已被更改,ZEMAX会提醒你保存镜头,否则,将终止程序。最近用的文件(Recently used file) 最近用的镜头文件被列在文件菜单的下部,选择这些文件会使文件装入,这是一个简单的打开文件的快捷方式。第六章 编辑菜单镜头数据(Lens Data)镜头数据编辑器是一个主要的电子表格,将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据。这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料。单透镜由两个面组成 (前面和后面) , 物平面和像平面各需要一个面,这些数据可以直接输入到电子表格中。当镜头数据编辑器显示在显示屏时, 可以将光标移至需要改动的地方并将所需的数值由键盘输入到电子表格中形成数据。每一列代表具有不同特性的数据, 每一行表示一个光学面 (或一个)。移动光标可以到需要的任意行或列,向左和向右连续移动光标会使屏幕滚动,这时屏幕显示其他列的数据,如半口径,二次曲线系数,以及与所在的面的面型有关的参数。屏幕显示可以从左到右或从与右到左滚动。”Page Up”和”Page Down”键可以移动光标到所在列的头部或尾部。当镜头面数足够大时,屏幕显示也可以根据需要上下滚动。插入或删除面数据 (Inserting and deleting surfaces) 在初始状态 (除非镜头已给定) 通常显示三个面:即物面、光栏面、像面。物面与像面是永有的,不能删除。其它面可以用 ”Insert” 和 ”Delete” 键插入或删除。物平面前和像平面后不能插入任何面。 这里的 “前面” 表示一个序号较小的面,而 “后面” 表示一个序号大的面。光线顺序地通过各个表面,ZEMAX中的面序号是从物面,即第0面,到最后一个面(即像面)排列的。若想在电子表格中输入数据,移动光标到正确的方格,然后从键盘输入。 可以用“BackSpace”键编辑修改当前的数据,一旦你要编辑方格中的内容,可以用 “Left”,“Right”,“Home ”,“End”键浏览整个文件。当数据已改好时,按任意光标键或点击屏幕的任意位置或按 “Enter” 键可结束当前编辑。在数据编辑器中还有一些快捷方法:若要增加当前的值,在数字前写一个加号,例如如果显示的数据是10,键入“+5” 按“Enter” 键,数字会变为15 符号 “*” 和 “/ ” 也同样有效。要减少数字,可用负号和一个空格。如输入 “-5” 可以将17变为12。注意这里 “-” 和“5”之间必须有一个空格,如果不输入一个空格,程序会认为是你输入的是一个负的新数值。输入 “*-1” 可以改变数值的正负号。剪切、复制和粘贴面数据(Cutting,Copying,and Pasting surface data)参见”EDIT”菜单中的说明。输入面注释(Entering surface comments)每个面都有一个注释栏,通过它可以输入最大到32个用户文本字符,这些注释能增强镜头特性的可读性,且不影响光线追迹。在某些分析功能中也会显示这些面的注释。整个注释内容都可以被隐藏。参见下面 ”OPTIONS” 菜单中的说明。输入半径数据(Entering radii data)为输入或改变一个面的曲率半径,移动光标到所要的方格中,将新的数据键入。半径数据通常用透镜的计量单位输入和显示,这些计量单位是表示长度的。输入厚度(Entering thickness data)为输入或改变面的厚度,移动光标到所要的方格中,将新的数据键入,厚度数据通常用透镜的计量单位输入和显示。面厚度表示一个面到另一个面的距离。像平面的厚度是唯一不被使用的数据。通常在一个反射镜后改变厚度符号。奇数次反射后,所有的厚度都是负的,这种符号规定与反射镜的序号和当前的坐标转折无关。这种基本规定不能通过将坐标旋转180度来代替。输入玻璃数据(Entering glass data)每个面所用的玻璃材料是通过将玻璃名写入镜头数据编辑器的 “Glass” 中来确定的。玻璃名字必须是当前已被装载的玻璃库中的玻璃名称之一,缺省的玻璃目录是 “Schott” ,其它目录也是可选用的。要使用多个玻璃库或查阅、编辑、添加玻璃目录,参见”使用玻璃库”这一章。如要把某一个表面定为反射面,这一面的玻璃应命名为 “Mirror”。当输入新玻璃时,可在玻璃名称上添加 ”/P” 选择项,这个选项可以使ZEMAX通过改变前后面的曲率半径来维持该面前后顶点间的光焦度保持不变。 例如, 如果玻璃已选择为BAK7,输入一个新玻璃 “SF1/P” 将使玻璃变为SF1,同时调整前后面半径使光焦度保持不变。。ZEMAX能保持顶点间的光焦度保持不变,但是由于玻璃的光学厚度的改变,整个光焦度将会有微小的改变,这种影响对薄透镜是很小的。输入半口径数据(Entering semi-diameter)半口径的缺省值是由通过追迹各个视场的所有光线沿径向所需的通光半径自动计算获得的。如果半口径值已给定,那么这个给定的数据旁将有一个“U”,这说明此半口径是用户定义的,这个半口径只影响外形图中各面的绘图,不反映面的渐晕。参见各面通光口径的确定(Specifying surface apertures)这一节。输入二次曲面数据(Entering conic data)许多不同的曲面面型中都允许有二次曲面数据。输入或改变一个面的二次曲面系数时,移动光标到所需的方格,键入新数值即可。二次曲面系数不是长度度量。参见面型(Surface Types)一章的标准面型(The standard surface)中关于二次曲面的定义。输入参数数据 (Entering parameter data)参数数据是由8个确定某一特定面性质的数据组成。关于参数数据的其它信息参见面型“ Surface Types”这一章。确定光栏面(Defining the stop surface)光栏面可以是系统中除去物面和像面的任意一面。要改变光栏面,可双击将成为光栏面的这一行最左边的一列(即有数字的一列 ),把面型对话框打开,单击“Make Surface Stop”标签,对话框消失,这个面显示”STO”,而不是面序数。确定光栏面时保证如下前提是很重要的:即使入射光瞳与物面同轴,假定此系统有坐标转折,偏心,全息,光栅以及其它能改变光轴的组件,应将光栏放在这些面之前。如果系统是关于光轴旋转对称的,那么这种限制就不需要了。只有使用了使光轴产生偏心或倾斜的面的系统,才要求将光栏放在这些面之前。如果坐标发生转折,对只是由反射镜组成的另一种共轴系统,那么即使光栏面放在这些反射镜后,光瞳位置也可以正确地计算出来。在某些系统中是不可能将孔径光栏放在坐标转折前的,因此,必须对光线进行定位,光线定位将在系统菜单(System Menu)一章中讲解。选择面型(Selecting surface types)ZEMAX中的面有平面,球面,二次曲面。所有这些面型都是在标准面型的基础上组合而成的。双击镜头数据编辑器最左一列,显示面型数据对话框。对话框里有一行是面型,从下拉菜单中选择适当的面型。ZEMAX提供了包括标准型的多种面型。这些面型将在“面型”一章中详细说明。许多光学设计只使用标准面型。各面通光口径的确定(Specifying surface apertures)各面的通光口径用来考虑渐晕的影响。ZEMAX中有11种通光口径类型:无口径,环形口径,环形挡光,长方形口径,长方形挡光,椭圆口径,椭圆挡光,星型挡光,用户自定义口径,用户自定义挡光和浮动口径。口径和挡光是用通过和阻拦光线的面积来分别定义的。当通光口径被定义在一个面时,ZEMAX将在面序号前显示 “*” ,或在数据编辑器中说明。可以在需要的位置插入一个厚度为0的虚拟面,然后在此面上设定附加口径,从而在某一个光学元件中设定一个以上的口径,这对结构复杂的口径是很有用的。多重口径或挡光也可以由用户自定义其特性而同时放在一个单独的面上。可以在面数据对话框中为每个面设置通光口径。双击镜头数据编辑器最左边一列可产生面数据对话框。当口径类型为 ”无口径” (缺省值) 时,所有反射和折射的光线都允许通过该面。通过一个面的光线完全与镜头数据编辑器中的半口径值无关。这些设置的半口径数据只在绘制镜片元件图时起作用,不决定渐晕。为把口径变成缺省值或改变当前口径的类型,可以在面数据对话框种选择其它的口径类型。下面分别讲述各个口径类型。环形口径/挡光::环形口径是由环形面积定义的,到达该面时小于最小半径和大于最大 半径的光线被拦掉。最小与最大半径之间的光线允许通过。环形挡光与环形口径互补。长方形口径/挡光:如光线与该面的交点在由长方形的半宽度x,y决定的长方形面积以外,光线被阻止通过该面。 长方形挡光与长方形口径互补。椭圆口径/挡光:如光线与该面的交点在由椭圆的半宽度x,y决定的椭圆面积以外,光线被阻止通过该面。 椭圆挡光与椭圆口径互补。星形: 星形是由每臂的宽度和臂数定义的。ZEMAX中假定取相同臂长,相同转角分布。第一个臂取沿x轴正向角度为零的位置。具有不同臂长和不同转角分布的复杂星形可以用相邻的多个虚拟面上的几个星形构成。坐标转折面可以将星形旋转至任何想要的角度。用户自定义口径/挡光:参见下一节中的详述。浮动口径:除了最小半径一直为零外,它与环形口径是相似的。最大半径与该面的半口径相同,由于半口径值可以用ZEMAX调整 (在自动模式下) ,因而口径值随半口径值浮动。当宏指令或外部程序追迹缺省半口径以外的光线时,浮动口径是很有用的,它可以将这些光线拦掉。上述的所有口径都是由顶点的子午面向光学面投影模拟的。实际光线与表面交点的坐标x,y用来决定渐晕,z坐标被忽略。如果口径被放在当作光学面前面的虚构面而不是直接放在曲面上,那么对陡峭的光学面来说,会有不同的计算结果。只有在入射角很陡时这种情况才会发生。除非虚构面能更精确地代表你的现状,通常最好将口径直接放在光学面上。用输入X偏离量或Y偏离量或X、Y偏离量的方法,所有类型的口径都可以偏离当前光轴,。这种偏离量以透镜计量单位给定。记住偏离不会改变主光线,光栏必须与物体同轴。例如:设计一个离轴望远镜,可以将光栏放在光轴和离轴系统中。用户自定义口径和挡光(User defined apertures and obscurations)通常,可以方便地使用环形,长方形,椭圆口径和挡光,它们包括了大多数情况。但是,有时候需要一个更广义的口径。ZEMAX允许用户用一系列有序数对(x1,y1), (x2,y2),… (xn,yn),来定义口径。这些点是多边形的顶点。多边形可以是任何形状,且可以用简单或复杂的方式封闭。复合多边形可以定义成嵌套或独立。建立用户自定义口径或挡光,从口径类型列表中选择需要的类型 (口径或挡光) 然后点击“ Edit User Aperture“,将会出现一个允许编辑和滚动定义多边形的点的列表框。这是一个简单的文本编辑器。该面的X和Y的坐标可以直接输入,用一组X和Y都设置为0的数据行表示多边形的端点。因而多边形不能用顶点为 (0,0) 的点定义。若一个顶点必须定义为 (0,0),那么将用一个非常小的值代替其中的一个。例如 (1e -6,0 ) ,只要至少有一个坐标不为0,那么这个点就被认为是顶点而不是表示多边形的端点。最后列出的顶点被认为与第一个点相连。例如定义一个边长为20单位的矩形。这些点为 -10,-10 -10, 10 10, 10 10,-10 0, 0注意,最后一个点与第一个点是被假定相联的。因而定义了矩形的最后一条边。复合多边形用坐标为 (0,0) 的行将其分开。例如,由两个狭缝组成的口径,每个狭缝的宽度是5个单位,狭缝之间相隔10个单位,这些点为: -10,-10 -10, 10 -5, 10 -5,-10 0, 0 10,-10 10, 10 5, 10 5,-10 0, 0 复合多边形也可以被嵌套。若一条光线的交点落在一个多边形中,而这个多边形又位于另一个多边形里面,那么这个点被认为是在口径外。允许在一个口径中定义一个岛形 (Islands),使其变为挡光,反之亦然。允许有多层嵌套,每层都产生点的在内和在外的状态。允许用户自定义口径中的点的最大数目为100。到达表面和从表面射出的光线的隐藏(Hiding rays to and from surfaces)面对话框中有一个 “hiding” 选项,可把到达表面和从表面射出的光线隐藏起来。若此选项被选中,在输出的各种外形图中被选中的面上将不绘制到达或从面上射出的光线。设置和撤销求解(Setting and removing solves)大多数数据列 (如半径和厚度) 会有一种或多种求解的方法。在一个方格中设定解,在该位置处双击鼠标左键,单击鼠标右键或者在镜头数据编辑器中选择菜单都可实现上述功能。在求解(Solves)一章中将对求解方法详细说明。选项菜单(Menu options)镜头数据编辑器中的选项栏用来插入和删除面数据,选择面型,和设置解和变量。编辑(Edit)编辑菜单中提供以下选项:面型(Surface Type):这个选项可以改变面型。插入面(Insert Surface): 在电子表格的当前行中插入新面。快捷方式: Insert。后插入(Insert After): 在电子表格的当前行后中插入新面。快捷方式:Ctrl-Insert。删除面(Delete Surface):删除电子表格的当前行。快捷方式:Delete。剪切面(Cut Surface): 将单面或多个面数据复制到Windows剪切板上,然后删除这些面。单面或多面必须用以下的任一种方式选中。 用鼠标:单击所要选中的第一面。按住左键,拖动鼠标将所选的面覆盖。 被选中的面 会用当前显示色的反色显示。 若只选一个面,从所要的面处上下拖动鼠标至两行被选中, 然 后将鼠标拖回到所要的行。 用键盘:将光标移至所要面的任意方格。按住Shift键,上下移动光标直到所需的面被 选中,被选中的面用当前显示色的反色显示。若只选一个面,从所要的面处上下移动光标 至两行被选中,然后将光标移回到所要的行。复制面(Copy Surface): 将单面或多个面数据复制到Windows剪切板上。 选中单面或多面,参见” Cut Surface”中的介绍。粘贴面(Paste Surface): 从Windows剪切板上复制单面或多个面数据到镜头数据编辑器中当前光标的位置。 面数据必须先用上面讲的“Cut Surface”或“Copy Surface”复制到Windows剪切板上。 复制方格(Copy Cell): 复制单个方格数据到Windows剪切板上。粘贴方格(Paste Cell): 将Windows剪切板上的单个方格复制到当前方格。数据必须先用“Copy Cell”将其复制到Windows剪切板上。 复制电子表格(Copy Spreadsheet):用适合于粘帖到另外的Windows应用程序的文本格式将高亮显示的面或整个表格(如果没有面被选中) 复制到Windows剪切板上。求解(Solves) 解和变量可以设置在镜头数据编辑器中的许多数据上。 半径(Radius):设置曲率半径求解。 厚度(Thickness):设置厚度求解。 玻璃(Glass):设置玻璃求解。 半口径(Semi-Diameter):设置半口径求解。 二次曲线(Conic):设置二次曲线系数求解。 参数(Parameter):设置参数列的求解。 变量附加标识(Variable Toggle):把当前所选方格的状态变为可变。此操作的快捷方式为Ctrl-Z。选项(Options) 显示注释(Show Comments):若该菜单被选取,将显示注释列。若未被选取,注释列将隐藏。注释的显示与隐藏,只是用于当前对话期间。如果要在ZEMAX开始时自动设置该选项,请参见文件(“File Menu”)这一章下的环境(Environment)这一节。帮助(Help)使用LDE(Using LDE):产生使用镜头数据编辑器的联机帮助。评价函数(Merit Function)评价函数编辑器用来定义,修改,和检查系统的评价函数。系统的评价函数用于优化,祥见优化(Optimization)一章中说明。编辑(Edit)插入操作数(Insert Operand):在电子表格的当前行插入新行。快捷方式: Insert。后插入(Insert After): 在电子表格的当前行后插入新行。 快捷方式: Ctrl-Insert。删除操作数(Delete Operand):删除当前光标所在行。 快捷方式:Delete。剪切操作数(Cut Operand): 将单行或多行操作数复制到Windows剪切板上,然后删除这些操作数。单行或多行操作数必须用以下的任一种方式选中。  用鼠标:单击要被选中的第一个操作数。按着左键,拖动鼠标将所用的操作数覆盖。 被 选中的操作数用当前显示色的反色显示。 若只选一个操作数,从所要的操作数处上下拖动鼠标至两操作数被选中,然后将鼠标拖回到所要的操作数。  用键盘:将光标移至所要操作数的任意方格。按住Shift键,上下移动光标直到所需的操作数被选中, 被选中的操作数用当前显示色的反色显示。若只选一个操作数,从所要的操作数处上下移动光标至该操作数被选中,然后将光标移回到所要的操作数。复制操作数(Copy Operand): 将单个操作数或多个操作数复制到Windows剪切板上。 选中单操作数或多操作数的办法,参见“Cut Operand”中的介绍。粘贴操作数(Paste Operand): 从Windows剪切板上复制单操作数或多个操作数到评价函数编辑器中当前光标的位置。 操作数必须先用上面讲的“Cut Operand”或“Copy Operand”复制到Windows剪切板上。 复制方格(Copy Cell): 复制单个方格数据到Windows剪切板上。粘贴方格(Paste Cell): 将Windows剪切板上的单个方格复制到当前方格。数据必须先用“Copy Cell ”将其复制到Windows剪切板上。 复制电子表格(Copy Spreadsheet):用适合于粘帖到另外的Windows应用程序的文本格式如电子表格或word程序,将高亮显示的操作数或整个电子表格(如果没有操作数被选中) 复制到Windows剪切板上。 此格式在文本中用Tab键区别。工具(Tools) 更新(Updata):此选项可以从新计算评价函数。所有的操作数都被计算,且重新显示。 评价函数缺省值(Default Merit Function):产生可以定义一个评价函数缺省值的对话框。参见”Optimization”一章。 保存(Save):将当前的评价函数保存在*.MF文件中。只有评价函数随后被装载另外的镜头时才需要上述操作。当整个镜头被保存时,评价函数和镜头数据一起会被ZEMAX自动保存。 装载(Load):评价函数可以预先保存在*.MF或*.ZMX文件中,两者可以任意选择。文件中只有评价函数部分被装载到电子表格中。当前评价函数被破坏。帮助操作数帮助(Help on Operands):产生联机帮助系统。多重数据结构 (Multi-Configuration)多重数据结构编辑器与镜头数据编辑器相同。为编辑方格中的内容,只要把光标移动到此方格中,将新数据键入。若设置方格的解,双击鼠标左键尾或选择求解类型的菜单选项。编辑 (Edit)操作数类型(Operand Type):此选项允许改变多重数据结构操作数类型。关于多重数据结构操作数的完整描述,参见“ Multi-Configuration”一章。插入操作数(Insert Operand):在表格的当前行插入新行。 新操作数类型是”OFF”,表示操作数尚未被认可。快捷方式: Insert。后插入(Insert After): 在表格的当前行后插入新行。 新操作数类型是”OFF”,表示操作数尚未被认可。快捷方式: Ctrl-Insert。删除操作数(Delete Operand):删除电子表格中当前光标所在行。 快捷方式:Delete。插入结构(Insert Configuration):选择此项可插入代表新结构的新的一列。删除结构(Delete Configuration):删除当前光标所在位置的结构。此功能删除完整一列及其所包含的内容。求解(Solves)解值类型:此选项可产生当前光标方格的解值对话框。变量附加标识:将当前所选方格的状态成为可变。工具(Tools)自动热分析(Auto Thermal):使用该项可进行设置多重数据结构热分析参数的繁琐工作。此时会出现一个对话框,用它可设置结构数量,最大和最小温度。此工具可建立一个具有当前温度和压力的正常结构。附加结构按给定的温度范围产生。如果需要三重结构,也必须要有一个正常结构(结构1),另外3个结构按给定的温度范围等量递增分布,总共是4个结构。空气压力与正常结构相同。对于每一个受到温度影响的半径和厚度,在TCE中应该输入适合的操作数。此工具可清除镜头中已定义的任意结构数据。帮助操作数帮助(Help on Operands):产生联机帮助系统。公差数据(Tolerance Data)公差数据编辑器用来定义,修改,和检查系统中的公差值。参见公差这一章的讲述。编辑(Edit)插入操作数 (Insert Operands):在电子表格的当前行插入新行。快捷方式: Insert。后插入 (Insert After): 在电子表格的当前行后插入新行。 快捷方式: Ctrl-Insert。删除操作数 (Delete Operands):删除电子表格当前光标所在行。 快捷方式:Delete。剪切操作数 (Cut Operands):将单行或多行操作数数据复制到Windows剪切板上,然后删除这些操作数。单行或多行操作数必须用以下的任一种方式选中。  用鼠标:单击要被选中的第一个操作数。按着左键,拖动鼠标将所用的操作数覆盖。 被选中的操作数用当前显示色的反色显示。 若只选一个操作数,从所要的操作数处上下拖动鼠标至两操作数被选中,然后将鼠标拖回到所要的操作数。  用键盘:将光标移至所要的操作数的任意方格。按住Shift键,上下移动光标直到所需的操作数被选中, 被选中的操作数用当前显示色的反色显示。若只选一个操作数,从所要的操作数处上下移动光标至两操作数被选中,然后将光标移回到所要的操作数。复制操作数 (Copy Operands): 将单个操作数或多个操作数数据复制到Windows剪切板上。 要选中单个操作数或多操作数,参见” Cut Operands”中的介绍。粘贴操作数 (Paste Operands): 从Windows剪切板上复制单操作数或多个操作数到公差数据编辑器中当前光标的位置。 操作数必须先用上面讲的” Cut Operands”或” Copy Operands ”复制到Windows剪切板上。 复制方格 (Copy Cell): 复制单个方格数据到Windows剪切板上。粘贴方格 (Paste Cell): 将Windows剪切板上的单个方格复制到当前方格。数据必须先用” Copy Operands”将其复制到Windows剪切板上。复制电子表格 (Copy Spreadsheet):用适合于粘帖到另外的Windows应用程序的文本格式如电子表格或word文档格式,将高亮显示的操作数或整个电子表格(如果没有操作数被选中) 复制到Windows剪切板上。此格式在文本中用Tab键区别。工具(Tools)缺省公差 (Default Tolerances):产生缺省公差对话框。参见公差一章的讲述。放松2X (Loosen 2X ): 用倍数2增加所有的公差。这是公差较紧时放松公差的最快方式。紧缩2X (Tighten 2X): 用倍数2减少所有的公差。这是公差较松时紧缩公差的最快方式。按面排序 (Sort by Surface):将所有操作数先从第一个面序号开始按上升顺序排列,然后按类型排列。操作数COMP和CPAR一直放在列表的顶部。因为SAVE操作数与表中原操作数有关,所以在排序前, SAVE是在有关的那个操作数下面的,(执行这个步骤后) SAVE操作数将会自动地移到原先的那个操作数的下面。如果当前有STAT操作数,它将被放在列表的顶部,它必须能人工移动和重新写入。既然STAT影响表中随后的所有操作数,因而表中的排序对STAT操作数是不起作用的。只要STAT被用在公差列表的正文主体 (随意改变统计) 上,那么一旦进行排序,就需要通过编辑来使STAT操作数正确定位。注意,如果原先跟着STAT的操作数通过操作数排序被分散在列表中, 将需要设定多重STAT操作数,按类型排序 (Sort by Type):按类型上升的顺序为所有的操作数排序,然后按面序数。参见按面排序。帮助操作数帮助 (Help on operands):产生联机帮助系统。附加数据(Extra Data) 这个功能只在ZEMAX-EE版本中才可以使用 附加数据编辑器只有在ZEMAX-EE版本中特殊的面才可以使用。除了只有附加数据值能被显示和编辑外, 附加数据编辑器与镜头数据编辑器是相同的。参见 “Surface Type” 一章中关于ZEMAX-EE版本支持的特殊面的说明。在附加数据编辑器中面不能插入或删除。编辑(Edit) 复制方格 (Copy Cell): 复制单个方格数据到Windows剪切板上。粘贴方格 (Paste Cell): 将Windows剪切板上的单个方格复制到当前方格。数据必须先用“Copy Cell” 将其复制到Windows剪切板上。求解(Sloves)附加数据只允许使用一种求解类型。每个附加数据值可定义为变量或固定值。 附加数据的变量状态不是解值,但为了与其它电子表格相一致和便于以后在附加数据中增加解值,菜单选项中仍称为解值。工具(Tools)附加数据编辑器中有两个工具:求解和输入。求解工具能产生一个允许选择高亮显示参数状态的对话框。如果当前方格没有被当前的面型使用,那么不显示求解对话框。若方格被当前的面型使用了,那么将出现可以在变量和固定值之间改变状态并选取求解值的对话框。输入工具用来从ASCII文件中为附加数据面装载附加数据值而不是直接输入数据。这个菜单选项能产生一个对话框,框内有表示ASCII数据文件的列表,此表以扩展名.DAT结束。该对话框允许确定接受数据的面的序数。ASCII文件中的数据必须同在附加数据电子表格中的格式一样。 ASCII文件用单列自由格式数字,文件必须以扩展名DAT结束。 ZEMAX将在环境屏幕所规定的缺省目录下寻找此文件。帮助(Help)使用EDE:(Using the EDE)产生使用附加数据编辑器的联机帮助。:撤销,重做,和恢复(Undo,Redo,Recover)ZEMAX中有三种形式执行撤销状态:无(None), 一步记忆撤销(Memory 1 Step), 多重存盘撤销 (Disk Multi Step)。撤销状态在 “File Menu” 中讲述的环境编辑器中设置。撤销:无(Undo:None)如果撤销功能设置为无,那么不提供撤销功能。在计算机没有足够的系统内存或磁盘空间支持撤销功能时,使用该选项。撤销: 一步记忆撤销(Undo:Memory 1 Step)在每次编辑和优化前后, ZEMAX在内存中存储当前镜头的备份。若选择Undo,那么当前的镜头将被先前的镜头替换。若再选择Redo,镜头将再次被替换,其结果是再次存储。当偶然的编辑误操作后,或优化后要使镜头按它的原先状态复原时, “Memory 1 Step” 在存储镜头方面是很有用的。但是,它只支持一个Undo。这个选项的优点是速度快,在内存中保存原先的数据的速度如此之快以至于不能感觉到。撤销:多重存盘撤销 (Undo:Disk Multi Step)在每次编辑和优化后, ZEMAX在硬盘中用ZMX文件存储当前镜头的备份。这些被存储的文件用于执行无限多步Undo功能,此功能允许恢复对镜头所做的任一改变或系列改变。 当一个偶然的编辑误操作后或优化后甚至几次改变后重新存储原先的数据时,这种恢复功能是很有用的。要恢复镜头的变化,只要从编辑器菜单中选择Undo即可。任意数目的恢复都可以实现,在装载镜头文件后,所有的改变都能被恢复,直到返回第一次编辑的状态。Redo功能恢复最后一次Undo。ZEMAX保留一个Undo文件目录,它是在ZEMAX目录下缺省为\UNDO的子目录。当文件被保存,新文件打开或ZEMAX正常中断时, Undo文件会自动删除。如果ZEMAX非正常中断,操作系统失败,计算机电源被中断,或其它原因使数据丢失, ZEMAX将通过恢复最后的Undo文件来恢复丢失的数据。 ZEMAX开始时,如果存在Undo文件,将会看见一个选项。由于这些文件在正常中断时被删除,Undo文件的存在表示先前是非正常中断。 ZEMAX将发出一个恢复最后的Undo文件选项的警告信息。若恢复,因为旧的文件名内没有存储镜头,新文件立即被保存在新文件名内。 因为每一个编辑跟随一个保存操作,所以Undo功能会减慢编辑的速度。保存不减慢光线追迹和优化的速度,只减慢镜头数据的编辑。 如果ZEMAX有不止一个操作同时运行,每个操作都有自己的Undo文件。但是从一个系统事故或非正常程序中断中恢复所有文件,需要运行相同数目的ZEMAX操作。例如,如果ZEMAX的两个操作在运行,电源中断, ZEMAX的第一个新操作将恢复先前的第一个操作文件。 ZEMAX第二个操作将需要运行来恢复先前的第二个操作文件。第七章 系统菜单§1 全部更新(Update All)这个选项更新全部窗口以反映最新镜头数据。 ZEMAX不能在图形和文件窗口自动改变最后形成的镜头数据。这是由于新数据在镜头数据编辑器中被键入时, ZEMAX如果不断地计算MTF,光线特性曲线,点列图和其它数据,那么程序反应会变得很慢。对镜头做所有需要的改变,然后选择“Update All”来更新和重新计算所有的数据窗口。单个曲线和文本窗口(非编辑器)也可以双击窗口内的任意位置更新。§2 更新(Update)这个选项只更新镜头数据编辑器和附加数据编辑器中的数据。更新功能用来重新计算一阶特性,如光瞳位置,半口径,折射率和求解值。只影响镜头数据编辑器和附加数据编辑器中的当前数据。参见本章中§1全部更新“Updata All”的内容。§3 通用数据 (General)这个选项产生通用系统数据对话框,它用来定义作为整个系统的镜头的公共数据,而不是与单个面有关的数据。参见“Advanced”部分。 镜头标题 (Lens Title)镜头标题出现在曲线和文本输出中。标题是通过将题目输入到所需位置得到的。附加的文本数据可以放在大多数图形输出中,参见本章后面“Configuring the environment”的说明。 光圈类型 (Aperture Type)系统光圈表示在光轴上通过系统的光束大小。要建立系统光圈,需要定义系统光圈类型和系统光圈值。用光标在下拉列表中选择所需的类型。系统光圈类型有如下几种:入瞳直径 (Entrance Pupil Diameter):用透镜计量单位表示的物空间光瞳直径像空间F/# (Image Space F/#):与无穷远共轭的像空间近轴F/#物空间数值孔径(Object Space Numerical Aperture)物空间边缘光线的数值孔径(nsinθm)通过光栏尺寸浮动(Float by Stop Size):用光栏面的半口径定义近轴工作F/#(Paraxial Working F/#):共轭像空间近轴F/#物方锥形角 (Object Cone Angle):物空间边缘光线的半角度,它可以超过90度这些术语在第三章“约定和定义”中进一步定义。若选择了“Object Space N.A”或“Object cone angle”作为系统光圈类型,物方厚度必须小于无穷远。上述类型中只有一种系统光圈类型可以被定义。例如,一旦入瞳直径确定,以上说明的所有其它光圈都由镜头规格决定。 光圈值 (Aperture Value) 系统光圈值与所选的系统光圈类型有关。例如,如果选择“Entrance Pupil Diameter” 作为系统光圈类型,系统光圈值是用透镜计量单位表示的入瞳直径。 ZEMAX采用光圈类型和光圈数值一起来决定系统的某些基本量的大小,如入瞳尺寸和各个元件的清晰口径。 选择“Float by Stop Size”为系统光圈类型是上述规律的唯一例外。如果选择“ Float by Stop Size” 作为系统光圈类型,光栏面 (镜头数据编辑器中设置)的半口径用来定义系统光圈。 镜头单位 (Lens Units) 镜头单位有四种选择:毫米,厘米,英尺,或米。这些单位用来表示数据,如半径,厚度,和入瞳直径。许多图形(光学特性曲线,点列图)使用微米做单位,波长也是用微米表示。 玻璃库 (Glass Catalogs) 本控件组有一个列出当前被使用的玻璃库(无扩展名)名称的可编辑栏。栏的缺省值是”schott”,它表示镜头可以从库中使用玻璃。如果需要不同玻璃类别,可以用按钮或键入玻璃类名来选择。若要使用不在按钮列表中的玻璃库,可以在在编辑栏键入类名。多个玻璃库之间可以用空格来分隔。关于改变玻璃库的内容参见“使用玻璃目录”一章。 注解 (Notes) 注解部分允许输入几行文本,它们与镜头文件一起被存储。§4 高级数据(Advanced) 这个选项产生Advanced System Data对话框,它不是定义与单个面有关的数据,而是用来定义作为整个系统的镜头的少数公共数据。参见 “通用” 部分。 光线定位 (Ray Aiming) 光线定位选择框由三种状态:无 (None),近轴光线参考 (Paraxi
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