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光学设计软件zemax中文教程
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Z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...............541§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...........................962§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..........1173§9.21 §9.22 §9.23 §9.24 §9.25快速调焦.........117 添另折叠反射镜.............117 幻像发生器..........118 系统复杂性测试............120 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.....1374§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5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? 。6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Z和保存的选项，当 ZEMAX 运行 时，这些选项可被自动选择。主要配Z文件是 ZEMAX.CFG，这一文 件能被删除，缺省时退回到启动配Z。环境选项分为以下几组。 地址（Address） 目的：本设Z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Z： 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。 显示在?地址?框中的第四行文本，除非文件名称 Address Line 4 和变焦位Z已被选择。7Show Line 4 As Hide Address选择输入文本、镜头文件名称、变焦位Z。 按下此按钮， ?地址?框不会显示。目录(Directories) 目的：本设Z决定 ZEMAX 安放和寻找某一文件的路径。 设Z： 条目 描述 ZEMAX 寻找文件的缺省目录，如玻璃目录和常用 ZEMAX Path 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 Path ZPL Macros 缺省目录。 常用镜头缺省目录，所有常用镜头都存贮在 Stock Stock Path Path 目录的子目录下。 图表（Graphics） 目的：本设Z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Z： 条目 描述 缺省时，ZEMAX 显示的图表是彩色的。若选中此 B/W Screen 项，所有图表变为黑色和白色。 缺省时，ZEMAX 打印出的图表时彩色的。若选中 B/W Plots 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 如果选中此项，选项中的?设Z?框将在其它分析 First 图表计算显示前显示出来。 是以象素为单位的图表窗口的缺省 x，y 值，这能 Win x，y Size 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。8MetafilesMetafile Pen WidthAspect RatioZEMAX 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。 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。 ZEMAX 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Z选项来设Z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Z 1 用笔 1， 视场位Z 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Z决定了文本窗的属性。日期/时间设Z也影响着图表 窗口。 设Z： 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。9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Z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Z： 条目 描述 此选项用于改变显示在镜头数据编辑中的十进制 十进制数 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Z最小。 字体大小 用于定义文本字体的大小，缺省值为 8 point。 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Z、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， 自动更新 ?Update?设Z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? 。 选择它，则表面注释列会显示在镜头数据编辑器 注释显示 中，否则此列隐藏起来。 撤消有三种可选状态：不撤消、单步撤消、多步撤 撤消 消。详细的参见?编辑菜单?这章中的撤消选项。 LDE 单元格尺 在镜头数据编辑器中，定义了单个单元格的宽度， 寸 宽的单元格意味着列少，但数据看的较清楚。 MFE 单元格尺 定义了评价函数编辑器中单个单元格的宽度。 寸 MCE 单元格尺 定义了多参数编辑器中单个单元格的宽度。 寸 EDE 单元格尺 定义了附加数据编辑器中单个单元格的宽度。 寸 TDE 单元格尺 定义了误差数据编辑器中单个单元格的宽度。 寸10打印（Printing） 目的：此设Z用来定义打印输出的属性。 设Z： 条目 描述 如果此对话框打开，当从其它窗口选择打印选项 跳过打印对话 时，ZEMAX 将不会显示允许选择打印机类型和其 框 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。 如果选择此设Z，将使所有被打印的图形旋转 图形旋转 90°。当打印设Z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。 图形的左页边距占整个图形宽度的百分比，只影响 左页边距％ 图形的打印。 图形的右页边距占整个图形宽度的百分比，只影响 右页边距％ 图形的打印。 图形的上页边距占整个图形高度的百分比，只影响 上页边距％ 图形的打印。 图形的下页边距占整个图形高度的百分比，只影响 下页边距％ 图形的打印。 当在文本窗打印时，定义打印字体的大小，缺省值 打印字体大小 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Z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，11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Z。 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Z保持为相片模式，并用旋转图形功能。 ZEMAX 应用这些设Z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Z好或按下?复位?键，对于缺省模式打印机设Z，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Z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Z。 最后，有时需要复盖图像宽度的缺省设Z，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Z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Z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， EFT、 如 EPD、 F/# 等 等。12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13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Z 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。14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)15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Z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Z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Z通光口径。双击镜头数据编16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Z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Z。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17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Z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，-1018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Z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Z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Z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19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Z。 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Z在镜头数据编辑器中的许多数据上。 半径(Radius)：设Z曲率半径求解。20厚度(Thickness)：设Z厚度求解。 玻璃(Glass)：设Z玻璃求解。 半口径(Semi-Diameter)：设Z半口径求解。 二次曲线(Conic)：设Z二次曲线系数求解。 参数(Parameter)：设Z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Z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。21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Z。 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。22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Z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Z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。23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Z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Z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， TCE 中应该输入适合 在 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。24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Z。 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。25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26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Z。27撤销：无(Undo：None) 如果撤销功能设Z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28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Z 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Z，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29需位Z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Z）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，30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 （Paraxial Reference）和实际光线参考（Real Reference） 。如果光 线定位状态为 ?None? ZEMAX 用近轴入瞳尺寸和位Z来决定从物 ， 面发出的主波长光线，而入瞳由光圈设Z确定并用主波长在轴上计 算。这表示 ZEMAX 忽略入瞳像差。对于有中等视场的小孔径系统， 这是完全可以接受的。但是，那些有小 F 数或大视场角的系统，具有 很大的入瞳像差。 光瞳像差的两个主要影响是光瞳位Z随视场角的漂 移和光瞳边缘的变形。 如果光线定位被选定，ZEMAX 则考虑像差。光线定位后，每 根光线在追迹时被迭代，同时，在程序运行时校正光线定位以便使光 线准确通过光栏面。 光栏面的正确位Z是首先由计算的光栏面半径决定的。正确的 光栏面坐标是用光瞳坐标线性缩放计算得到。例如，边缘光线的归一 化的光瞳坐标为 Py =1.0。光栏面的正确坐标是光栏面半径乘以 Py。 可以用近轴光线或实际光线计算光栏面半径。若选择 ?Real31Reference?那么主波长边缘光线从物面中心向光栏面追迹。光栏面 上的光线高度就是光栏半径。若选择” Paraxial Reference”，那么使 用近轴光线追迹。当选择?Real Reference?时，所有的实际光线被 调整以便在以实际光栏半径为基准的光栏面上正确定位，相应地，近 轴光线以近轴光栏半径为基准。 当使用光线定位时，光栏面（而不是入瞳）是被均匀照明的面。 这会产生意外的结果。例如，当使用物方数值孔径作为系统光圈类型 时， ZEMAX 用正确的数值孔径追迹近轴入瞳的位Z和尺寸。如果 光线定位随后被设Z为 “Paraxial Reference”，实际光线追迹将影响 近轴光栏尺寸。这会产生一个与系统光圈值的不同的数值孔径。这是 由于为消除光瞳像差而调整了光线角度之故。 解决这个问题的办法是 使用实际光线参考（Real Reference） 。 通常，首选设Z为近轴光线参考 “Paraxial reference”。 虽然光线定位比近轴入瞳定位更精确，但在运行的时候，大多数 的光线追迹将使用 2 到 8 倍的时间。 （参见后面“Tolerance” 选项的 说明） 。因此，只有需要时才使用光线定位。为确定系统中的入瞳像 差量，关闭光线定位，然后查看光瞳像差曲线 （参见分析菜单 “Analysis menu” 这一章中的这一功能的说明） 小于一定百分比的光 。 瞳像差通常忽略不计。若系统中有较大的光瞳像差，选择光线定位打 开，反复计算。像差将减少到零或接近零。 使用光线定位贮藏器 （Use Ray Aiming Cache） 若选取光线定位贮藏器， ZEMAX 贮藏光线定位坐标以便新光线 追迹能利用先前光线定位结果进行迭代运算。 使用贮藏器能明显加速 光线追迹。但是，使用贮藏器需要精确追迹主光线。对于主光线不能 被追迹的许多系统， 贮藏器应被关闭。 加强型光线定位（慢） （Robust Ray Aiming （slow） ） 若选取本功能，ZEMAX 使用一种更可靠但较慢的运算来定位光 线。只有在即使贮藏器打开，光线定位也失败时，此选项才被设Z。 除非光线定位贮藏器打开，否则此开关不起作用。加强模式执行一个 附加检查来确定现存的同一光栏面是否有多重光路， 只有正确的一条 被选择。这在大孔径，广角系统中特别成问题，在这种系统的轴外视 场中也许会发现一条通过光栏的实际光线会混淆光线定位迭代。32光瞳漂移：X，Y，Z （Pupil Shift：X，Y，and Z） 对于多数系统，单纯选择光线定位时，尽可能少地追迹正确通过 系统的光线就可以消除光瞳像差的影响。当然，它并不是实际消除像 差，仅仅是考虑它。对于广角或大的倾斜或偏心的系统，若不帮助的 话，光线定位功能将失效。因为是把近轴入瞳作为第一个估计值来追 迹光线。如果光瞳像差很严重，可能连第一个估计值都无法被追迹， 更无法得到第二个更好的估算值，从而使算法中断。 本方法为光瞳关于近轴光瞳偏移量提供粗略的推测。这称为”光瞳 漂移”，由三个分量：x，y，和 z 组成。三个量的缺省值为 0，可以通 过修改三个缺省值来帮助算法寻找光线成功定位的第一估算值。 漂 移量 z 的正值表示实际光瞳在近轴光瞳的后面 （即在通用光学坐标系 统右面） 漂移量的负值表示光瞳向前漂移。多数的广角系统有向前 ， 漂移的光瞳。 所提供的光瞳漂移量 z 与所追迹光线的视场角成线性比例，因此 光瞳漂移指的是全视场光瞳的偏移量。 漂移量 x，y 说明物平面倾斜 或光栏偏心时光瞳位Z的改变。若选择了?视场光瞳偏移比例因子” （Scale pupil shift factors by field） 光瞳漂移量 x， 也随视场缩放， ， y 否则， 漂移量未经缩放地用于所有视场。所有漂移量用镜头计量单 位表示。 需要理解的是：知道光瞳漂移的精确值并非重要。一旦第一条估 算光线可以被追迹， 光线定位算法将粗略地找到精确的光瞳位Z。 光瞳漂移值只是光线定位的开始。通常，推测光瞳偏移量是决定其适 合值的可用方法。 变迹法 （Apodization Type） 缺省时，光瞳是均匀照射的。但是，有时光瞳必须使用非均匀照 射。由于这个原因，ZEMAX 支持光瞳变迹，这种变迹是光瞳上振幅 的变化。有三种光瞳变迹类型：均匀、高斯和正切。均匀表示光线均 匀地分布在入瞳上，模拟均匀照射。 高斯变迹是在光瞳上振幅以高斯曲线形式变化。变迹因子表示径A( p)a ? e? Gp 2向的光瞳坐标函数的光束振幅递减率。 光束振幅在光瞳中心归一化为 1 个单位，入瞳其它点的振幅由下式给出：33这里 G 是变迹因子， 是归一化的光瞳坐标。 如果变迹因子是 0， p 那么光瞳照射是均匀的。 如果变迹因子是 1.0， 那么光束振幅在入瞳 边缘的 1/e。 （它表示光强度为 e 的平方分之 1， 大约是峰值的 13%） 。 变迹因子可以是大于或等于 0.0 的任意值。 不建议采用大于 4.0 的值。 因为如果光束振幅离轴下降很快，在许多计算中取样的光线太少，以 至于不能产生有意义的结果。 正切变迹恰当地模拟了点光源照在平面上的强度衰退特点（如入 瞳通常是平面） 。对于一个点光源，偏离点光源距离为 Z 的面上的强 度为：Z2 I (r ) ? Z 2 ? r2这里 r 是平面上一点到光源的距离，强度在轴上已经归一化为一 个单位。 r 用归一化的光瞳坐标来表示， 如 振幅变迹可用平方根产生：A( p) ?1 1 ? p 2 tan 2 ?这里 tanθ是入瞳顶部的光线与 z 轴的夹角的正切。 对于正切变迹，tan θ是变迹因子。特殊情况下变迹因子为 0，当计算变迹时，ZEMAX 用 入瞳位Z和尺寸会自动计算出 tanθ。 除了在入瞳面一外，ZEMAX 也支持用户在任意面上自定义的变 迹，用户自定义变迹用在?表面类型?这一章所讲的用户自定义面型 来完成。 变迹因子 （Apodization Factor） 变迹因子表示光瞳上振幅的衰减速度。参见前一节关于变迹类型 的说明。 光程差参数 （Referece OPD）34光程差或 OPD，在光学设计计算中很有意义，因为光程差表示成 像的波前位相误差。 对零光程的任意偏离都会在光学系统中形成衍射 图像时产生误差。 因为出瞳是光栏在像空间的像，出瞳表示像空间光束有清晰边界 的位Z。出瞳处的照度，其振幅和位相通常是平滑变化的，零振幅和 非零振幅区域有明显的界限。换句话讲，在出瞳处观察，可以合理地 假定波前没有明显的衍射影响。 如果光学系统中的所有面的通光孔径 比受光栏限制入射到每一面上的光束尺寸大，这一假定基本上是事 实。甚至如果出瞳是虚拟的（这是常有的） ，出瞳仍然定义了像空间 光束无衍射影响的唯一位Z。 关于衍射像形成的其它信息和出瞳的重 要性，参见第一章的参考书。 当波前从出瞳传播到像平面时，光束外形在振幅和位相上变得很 复杂，由于衍射的影响，波前扩展到整个空间。因此，为了精确地描 述了波前和像的质量， 在出瞳上测量位相误差是唯一有效和非常重要 的。 ZEMAX 缺省时，使用出瞳作为计算 OPD 的参考面。因此，对一 条给定的光线进行 OPD 计算时，光线通过光学系统追迹，自始至终 到达像平面，然后反向追迹到位于出瞳处的参考球面。这个面后得到 的 OPD 是有物理意义的位相误差， 它对于如 MTF， PSF 和环带能量 等衍射计算是很重要的。由光线向后追迹到出瞳而得的附加路程，从 参考球面的半径中减去，得到 OPD 的微小调整，称之为”校正项”。 这种计算对于所有实际应用是正确和需要的。 但是，ZEMAX 也允许选择两种其他参考方法。 无限远参考面： ?Infinity?参考面假定出瞳在很远的地方（即使它 也许不太远） ，OPD 校正项用光线中的角误差严格给定。只在一种可 能时使用这个设Z：即 ZEMAX 不能正确计算出瞳位Z。这发生在 一些在光栏面不能成像 （实像或虚像）的不常见的光学中。在这种 情况发生时， ZEMAX 用特殊程序代码处理所有已知的可能发生这种 情况的场合，因此，除非 Focus Software 技术支持时特殊推荐它， 否则这个设Z不使用。当前尚没有已知的场合需要推荐这种设Z。 绝对参考面： ?Absolute?参考面表示 ZEMAX 根本不能在 OPD 计算中加上任何校正项，只加上光线的总光程并从主光线中减去它。 这种方式并不是实际有效的，它的目的是用来调试和检查 Focus Software 公司的 OPD 算法。35总之，除非 Focus Software 公司的软件工程师明确地通知改变 设Z，你必须一直使用?出瞳?参考面。若不选择?出瞳?参考面， 则很容易产生错误数据。 近轴光线 （Paraxial Rays） 近轴光线特性通常不用于定义非旋转对称系统。由于这个原因， 在追迹近轴光线时， ZEMAX 缺省忽略由于坐标转折引起的所有倾斜 和偏心。通过忽略倾斜和偏心，ZEMAX 能计算等效的同轴系统的近 轴特性，这种处理方法即使对非对称系统也是正确的。 因此， ?Ignore Coordinate Break? 的缺省设Z是很受欢迎的。 选择与此不同的设Z会导致 ZEMAX 计算失败，象精确计算所有的 近轴数据，光线定位，OPD 计算， 。 只有一种情况需要?Consider Coordinate break? 。对通过陡峭倾 斜光栅的光线追迹，甚至近轴光线也需要坐标转折，否则，光线不能 满足光栅方程。这是因为衍射光栅是严格按照入射界角来弯曲光线 的。 快速非球面追迹 （Fast Asphere Trace） 当追迹的光线通过某一非球面时， 如果光线与该面交点不存在近似解 的公式，则需要迭代。 此框被选中（缺省条件） ，ZEMAX 为加快迭代的收敛性，将为光线 交点的解设一个初始假定值。但是，若选用?fast Guess? ，许多不 规则弯曲的非球面不收敛。使用这种面的系统。此选框不应选取，因 为这时 ZEMAX 将使用速度慢的但加强型的算法来寻找解。不管此 选框选取与否， ZEMAX 将寻找精确的光线交点的解或显示错误信息 标识。 检查梯度折射率元件的口径 （Check GRIN Apertures） 若选取，此设Z将命令 ZEMAX 为渐晕口径面检查所有梯度折射 率光追。 介质中的每一条梯度光线追迹都被检查以判别光线是否落在 后一面的通过口径边界外，若是，那么光线是渐晕的。若未选中该设 Z，在光线通过该面口径时，光线也许会落在后一面边界之外。 使用 T，P （Use T，P） 若镜头使用时,温度不是 200C,压力不是一个大气压,则这个选框应36被选取。若此选框未选取。则忽略所有温度和压力影响。这可以加速 折射率数据的计算，如果使用正常的温度和压力，此选框不选。参见 ?热分析? （Thermal Analysis）一章。 此特性只在 ZEMAX-EE 版 本中可用。 温度 （Temperature） 用摄氏度表示的外界温度。 参见?热分析 ZEMAX（Thermal Analysis）一章。 此特性只在 ZEMAX-EE 版本中可用。 压力 （Pressure） 大气中的空气压力。真空值为 0，海水中为 1.0。 参见?热分析? （Thermal Analysis）一章。 此特性只在 ZEMAX-EE 版本中可用。 半口径余量% （Semi Diameter Margin in %） 通常，用自动模式给定的各面的半口径是ZEMAX用没有阻拦的 通过所有光线所需的径向口径计算得到的． 对于有密集元件或边缘靠 近的元件的系统，本缺省设Z会产生明确的口径,而不为抛光和安装 留下余量。通常，光学表面能很好地抛光的尺寸只能占全口径的一部 分,根据零件大小不同，这一部分约在90%到98%之间。 半口径余量控制允许以一定的百分比确定径向口径的余量。缺省 值 0 没有余量，”自动控制”下的 5%余量是在所有面的半口径值上增 加 5% 。 这种控制简化了陡峭面的密集元件和边缘接触点的系统的设计。 最大允许余量为 50%。 半口径的快速计算法(Fast Semi-Diameters) ZEMAX 能?自动?计算半口径。它估算为让所有视场点和波长 的光线通过，各面所需要的明确的口径。对于共轴系统，可以通过追 迹每个视场和波长的两条光线而精确计算。 这两条光线是上下两条边 缘光线。 对于非共轴系统，除了沿渐晕光瞳周边追迹大量的光线外，没有 通用的方法来精确计算半口径。虽然这种算法很精确，但速度很慢， 因为 ZEMAX 需要不断的更新半口径数据，尤其在优化时。速度和 精确之间是要折衷的。 对于非共轴系统,缺省时，ZEMAX 追迹每个视场和波长渐晕光37瞳的实际子午面上的两条光线， 然后用每条光线在每个面上的径向坐 标估算所需的半口径。对于许多系统，估算结果不够精确。这主要包 括具有较小边缘和明显口径限制的系统或具有偏心元件和只有少数 视场点的系统。 如果? Fast Semi-Diameter?选项被选择?off ? ，那么对这些非 共轴系统，ZEMAX 将反复追迹所需的光线来决定半口径, 其精度为 0.01% （5 个有效数字） 。将?Fast Semi-Diameter?关闭可以明显 减慢优化速度，但对于具有复杂评价函数的系统，上述间接操作相对 较小。 全局坐标参考面 （Global Coordinate Reference Surface） 全局坐标是由每个面的局部坐标旋转和转化而来的。此换算可以 写为? x g ? ? xo ? ? R11 R12 R13 ? ? xl ? ? ? ? ? ? ?? ? ? y g ? ? ? yo ? ? ? R21 R22 R23 ? ? yl ? ? z ? ? z o ? ? R31 R32 R33 ? ? zl ? ?? ? ? g? ? ? ?这里下标?g?表示全局坐标， ?0?表示坐标的偏离量（转变） ?l? 表示局部坐标。任意一个面的旋转矩阵 R 和偏离向量可以用其他面 作为全局参考面来计算。 用旋转矩阵可对该面坐标系统在以全局参考面定位时得出重要的 结论。在局部面，沿 x 轴确定方向的单位向量是（１，０，０） 。这 个向量可以用 R 矩阵旋转来产生全局坐标系统的 x 方向。将单一矩 阵分别乘上三个单位矩阵矢量可得：? R13 ? ? R11 ? ? R12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? xl ? R21 , yl ? R22 , zl ? ? R23 ? ? ? ? ? ? R33 ? ? R31 ? ? R32 ? ? ? ? ? ? ?注意沿局部坐标轴定方向的单位向量只是 R 矩阵的列向量。在性 能报告中的全局顶点清单中列出了 R 矩阵分量和每面的偏离向量， 它们以全局参考面为参照的。如果该面是坐标转折点，那么 R 矩阵 包括坐标变换和旋转的影响。如果参考面是坐标转折点，坐标参考系38统是由局部坐标系统偏离和旋转来定义的。如果计算 R 矩阵的面先 于参考面，这面是坐标转折点，系统的 R 矩阵计算先于坐标变换。 当有怀疑时， 在有怀疑的位Z插入一个没有坐标转折的虚拟面来检查 全局方位。 缺省参考面是 1，虽然其它面也可以选为参考面，除非物在无 穷远，否则 0 面不能作为参考面。 参考面也用于定义多重变焦位Z在 3 维外形图中点的重叠。 §5 视场 （Fields） 视场对话框允许确定视场点。视场可以用角度，物高 （有限共轭 系统） ，或像高来确定。可通过用来启动或停止按钮来选择视场位Z， 也可以捡取数据。关于视场的规定，参见第三章?约定和定义? （Conventions and Definition） 。 ZEMAX 也提供定义渐晕系数的数据栏。4 个渐晕因子为：VDX， VDY，VCX，和 VCY。 如果系统中没有渐晕，这些渐晕因子被设为 0。这些因子在第三章?约定和定义? Conventions and Definition） （ 的?渐晕系数?中有说明。 在视场对话框中也有一个标为?Set Vig?的按钮。点击此按钮将 重新计算当前数据下每个视场的渐晕因子。 用设Z渐晕的算法估算渐 晕偏心和压缩因子以便光瞳边缘的上，下，左，右四条边缘光线能通 过每个面的用户自定义半口径。计算时只使用主波长。若要使渐晕因 子成为缺省值 0，单击： ?Clr Vig? 。 该算法通过从光瞳发出一网格光线来开始运算。在使用用户自定 义半口径的每一个面，光线被测试是否在确定的口径内通过。通过所 有面的所有光线用于计算无渐晕的光瞳中心。注意只有用户自定义 （非自动） 半口径被使用时， 面孔径 （如长方形或环形口径） 被忽略。 无渐晕的光瞳边缘用迭代方式精确计算到 0.001% 。 这种算法不是在所有场合中都能起作用。对于设Z渐晕失败的系 统，渐晕因子需要手工调整。设Z渐晕运算的精度可以用追迹少数边 缘光线检测。 §6 波长 （Wavelength） 波长对话框用于设Z波长，权因子，和主波长。按钮可以用来启 动或停止输入波长和捡取数据。包括常用的波长列表。要使用列表中39的项目，选择所需的波长，点击”Select”按钮。 其 它 信 息 参 见 第 三 章 ? 约 定 和 定 义 ? Conventions and （ Definition） 。 §7 偏振状态 （Polarization State） 偏振状态对话框用于设Z使用偏振光线追迹的许多分析计算的 缺省输入状态。许多分析功能?Use Polarization?开关来使用偏振 光线追迹和变迹，如点列图和作为视场函数的均方根 RMS 。本对话 框是设Z初始偏振状态的唯一工具。对于这些功能，当考虑菲涅尔衍 射，薄膜和内部吸收影响时，偏振光线追迹只被用来决定光线的透过 强度。 在这里电磁场的矢量方向被忽略， 而假定只有标量理论可适用。 光线只是在强度上衰减，加权计算被应用。 偏振是由 4 个数值定义的：表示电磁场 X 和 Y 方向模值的 Ex 和 Ey，用度表示的 X-位相和Ｙ－位相的相位角。ZEMAX 将电磁场 向量归一化为 1 个强度单位。 有一个标签为?Unpolarized?检查框。若选取，那么偏振值 Ex， Ey，X-位相，Y-位相被忽略。这时使用非偏振计算。非偏振计算用正 交偏振的两条光线追迹并计算最终透过率的平均值。注意，非偏振计 算比偏振计算所需的时间长， 而偏振计算也比完全忽略偏振的计算所 需的时间长。 偏振光线追迹只在 ZEMAX-EE 版本中使用。 §8 下一重结构 （Next Configuration） 当要更新所有的图表以便反映下一个结构（或变焦位Z）时，本 菜单选项提供了快捷方式。若选中，所有的电子表格，文本和图解数 据都将被更新。 §9 最后结构 （Last Configuration） 当要更新所有的图表以便反映最后一个结构（或变焦位Z）时，本 菜单选项提供了快捷方式。若选中，所有的电子表格，文本和图解数 据都将被更新。40第八章 §1 导言(Introduction)分析菜单这一章将详细介绍 ZEMAX 种的所有分析功能。分析镜头数据的 曲线和文本通常包括像差、MTF、点列图、以及其他的计算结果。程 序修改镜头数据和处理其它数据（如玻璃数据库）的特性将在工具菜 单?Tools Menu” 一章中讲述。 选择了一个菜单选项立刻执行一个需要的计算。一旦曲线和文本 窗口被显示，可以用选择设Z菜单选项来修改缺省设Z。一旦你已经 作了适当的改变，敲击?OK”，程序将重新计算和显示当前窗口种的 数 据 。 如果 你 要在 曲 线 和文 本 数据 显 示 前改 变 设Z ， 在 File ： Environment：Graphics 中使用?Show Options First?选项框。 在设Z窗口中的?OK??Cancel??Save??Load??Reset? ， ， ， ， 和?Help?的功能参见用户界面一章。 每个分析窗口都有一个? Updata?菜单项。更新功能会强迫 ZEMAX 重新计算和重新显示当前窗口中的数据。当镜头数据改变和 当前显示的曲线不能用时，这个功能是很有用的。在窗口双击会执行41与选择更新选项相同的功能。敲击鼠标右键与敲击?Setting?相等。 还有许多信息参见用户界面一章。 §2 外形图(Layout) 二维外形图(2D Layout) 目的： 通过镜头 YZ 截面的外形曲线。设Z：项目 First surface Last surface Wavelength Field Number of Rays 说明 绘图的第一个面 绘图的最后一个面 显示的任意或所有波长 显示的任意或所有视场 光线数目确定了每一个被定义的视场中画出的子午光线数目。除 非变迹已被确定，否则光线沿着光瞳均匀分布。这个参数可以设 Z为 0 Scale Factor 若比例因子设Z为零，那么?Fill Frame?将被选取，“Fill Frame” 将缩放各面来充满画页。若输入数值，则图形将按实际尺寸乘以 比例因子画出。例如，比例因子为 1。0 将打印（不是在屏幕上） 出镜头的实际尺寸。比例因子为 0。5 将按尺寸的一半画图。 Upper Pupil Limit Lower Pupil Limit Only Square Edges DXF File 若选中则画出平面和边缘，否则用半口径值画镜头的边缘 在这个文本地址中输入使用 DXF 格式的文件名。只有当以后把 画出光线通过的最大光瞳坐标 画出光线通过的最小光瞳坐标Marginal and Chief 只画出边缘光线和主光线42?Export As DXF File? 按钮按下时， 这个选项才使用。 在输出时， 文件被存储在缺省目录下 Export File As DXF 若按下此按钮，则产生一个与当前显示的图解窗口有相同数据的 DXF 格式文件。文件名在?DXF 文件?选项中给定。产生的 DXF 文件是一个能与输入到 CAD 程序中的文件相匹配的 2 维模型系 统。 Color Rays By Suppress Frame Delete Vignetted 选择?Field?用每个视场来区分，选择?wave”用每个波长来区 分 隐藏屏幕下端的绘图框，这可以为外形图留出更多的空间。比例 尺，地址，或其它数据都不显示 若选取，被任意面拦住的光线不画出说明： 若使用坐标转折，星形挡光，挡光偏心，X-转角，全息或其它 能破坏镜头的旋转对称的组件，本功能不能使用。而是用 3D 外形。 ?Export As DXF File?按钮将产生一个 2D DXF 文件，并将它 存储起来。它的文件名用?DXF 文件?处输入的文件名确定。DXF 文件是由弧和线组成，弧用来显示镜头面的曲率。如果是只使用球面 (或平面)的透镜，那么弧可以完全的表示镜头。但是，弧只能近似的 表示非球面。如果面是非球面，那么弧只有在顶点，最高点和最低点 是正确的。ZEMAX 在这三个地方用适合的弧表示确切的面。参见工 具菜单中?Export IGES File?关于数据的 IGES 输出。 若光线未能射入到一个面， 那么在发生该错误的面光线不画出。 如够光线发生全反射，那么在发生全反射的面入射的光线画出，出射 的光线不画出。 光线失败将使用本章后面所讲的光线追迹计算来详细 判断。 3D 外形图(3D Layout) 目的： 绘制镜头系统的三维外形图。运算绘制镜头的网格表示。 设Z：43项目 First Surface Last Surface Wavelength Field Number of Rays说明所画的第一个面 所画的最后一个面 参与绘图的一种或所有波长 参与绘图的一个或所有视场 光线数目决定绘图中被选中每一个视场和波长所画的光线数目。光 线将沿光瞳均匀分布和当环被选为 Ray Pattern 时环绕其边缘均匀 分布， 或者除非变迹已确定。 本参数可以设Z为 0。 如果 Ray Pattern 被设Z为列表，它被忽略 Ray Pattern 选择 X Y Fan、X Fan、Y Fan、Ring 或 List 来表示应该被追迹的光 线分布方案。List 选项表示被追迹的光线是用户自定义在列表文件 中。 文件必须被命名为 RAYLIST.TXT 并被放Z在 ZEMAX 根目录下。 文件的格式是每根光线用两个数字表示的 ASCII 码，其中一个代表 px，另一个代表 py。用归一化的光瞳坐标定义在每一个被选择的视 场和波长所追迹的光线。若选择 List 则忽略设Z的光线数目。 Scale Factor 若比例因子设Z为零，那么?Fill Frame?将被选取，“Fill Frame”将 缩放各面来充满画页。若输入数值，则图形将按实际尺寸乘以比例 因子画出。例如，比例因子为 1.0 将打印（不是在屏幕上）出镜头的 实际尺寸。比例因子为 0.5 将按尺寸的一半画图。 Hide Lens 若选取，则不画镜头表面，只画镜头边缘。许多复杂的系统如果画 Faces 各面会使图形看起来很乱，因而本功能很有用。 Hide Lens 若选取，则不画镜头外侧的口径。对于给出 3D 外形的 2D”横截面外 Edges 表很有用。 Hide X Bar 若选取， 则不画镜头的 X 部分。 ?Hide Lens Edges? 当 选取， “Hide 而 Lens Faces”未选取时是有用的。 Rotation About 用度表示的镜头绕 X 轴的旋转角 X Rotation About 用度表示的镜头绕 Y 轴的旋转角 Y Rotation About 用度表示的镜头绕 Z 轴的旋转角 Z Color Rays by 选择”Field” 则用颜色区分不同的视场位Z，选择”Wave” 则用颜色44Suppress Frame Delete Vignetted Zoom Position区分不同的波长，选择”Zoom”则用颜色区分不同结构 隐藏屏幕下端的绘图框，这可以为外形图留出更多的空间。此时， 比例尺、地址或其它数据不显示 若选取，被任意面拦住的光线不画出 选 择 “All” 同 时 画 出 所 有 的 结 构 ， 或 选 择 画 出 一 个 结 构 ， 或 选 择”Current”显示当前活动的结构。Zoom Offset X， 用透镜单位表示的结构间的 X，Y，和 Z 方向的偏离量。只有变焦位 Y，Z Z选择为”All”时本选项才起作用说明： 按 left，right，up，down，Page Up，Page Down 键会使显示 的图形旋转到不同的透视位Z。 若光线在某一面上发生光线溢出，则该面光线不画出，如果光 线发生全反射，那么在发生全反射的面射入的光线画出， 射出的光 线不画。 光线溢出与否将使用本章后面所讲的光线追迹计算来详细判 断。 当画所有的变焦位Z时，在每个变焦位Z x，y，z 的方向独立的 加上偏离量。若需要，偏离量可以都为 0。若所有的偏离量都为 0， 那么所有的变焦位Z是重叠的;否则，各变焦位Z之间用确定的数值 相互分隔，以便区别。注意，所有的偏离量都是相对于参考面的位Z 定义的。参考面在系统中的 Advaced 对话框中定义。若所有的偏离 量都是 0，多重变焦位Z在参考面处是重叠的。 立体模型(Solid Model) 目的： 绘制以隐藏线代表镜头的立体图。 设Z： 本选项和 3D 外形图中所得到的选项相类似，但“Hide Lens Edges”和?Hide X Bars?控件不再有，几个新的控件描述如下：项目 DXF File 说明 在这个文本方格中输入使用 DXF 格式的文件名。只有当“Export As DXF File”按钮按下时这个选项才使用。在输出时，文件被存 储在缺省目录下 Export As DXF 若按下此按钮，则产生一个包含当前显示的图解窗口相同信息的 File DXF 格式文件。文件名在?DXF 文件?选项中给定。所产生的 面向 3D 的镜头系统模型 DXF 文件能输入到可以读取 DXF 文件 的 CAD 程序中去45Draw Section Radial Segs Angular Segs选择”All”则每个镜头元件都完全画出。3/4，1/2，1/4 选项则分别 画出元件的 3/4，1/2，和 1/4，产生镜头内部的截面透视。 表达镜头形状用的分割数。该数目越大则运行时间越长。 表达镜头形状用的角度分割数。该数目越大则运行时间越长。说明： 立体模型算法将镜头描述为一个多面体的集合。观察不到的线 和面被消去，显示镜头的立体外形。本运算比其它外形图慢，但能产 生最佳视觉效果。 显示镜头元件的面的数目可以用径向或角向分割数 段选项来修改。 “Export As DXF File” 按钮将产生一个 3D DXF 文件并将它存 储在 “DXF 文件” 处输入文件名的文件中。 DXF 文件是由 3D 方向 上的小面组成。这些小面用来显示镜片面的弯曲形状。然而这些面是 表面轮廓被切割细分后的近似，所以它几乎是平的。但小面的边角都 和实际光学面重合， 而面内的任意点并不能与光学表面的轮廓线相一 致。ZEMAX 在每个小面的边角处用精确的光学面的矢高来来定义面 形状。 按 left，right，up，down，Page Up，Page Down 键会使显示 的图形转动以产生不同的透视效果。 若某一面上发生光线溢出，则该面的光线不画出，如果光线发 生全反射，那么在发生全反射的面射入的光线画出， 射出的光线不 画。光线溢出与否将使用本章后面所讲的光线追迹计算来详细判断。 网格图(Wireframe) 目的： 画出表示镜头的网格图。 设Z： 本设Z与在立体模型中的设Z是相同的， 包括对 DXF 文件的支 持。 说明： 除了被隐藏的线不消去外， 网格模型与立体模型几乎是相同的。 用网格图表示时， 会使屏幕由于线多而变得混乱。 可以用 ?Hide Lens Faces?使显示变得清晰。本显示的优点是速度，它的生成比立体模 型快得多。 若某一面上发生光线溢出，则该面的光线不画出，如果光线发 生全反射， 那么在发生全反射的面射入的光线画出， 射出的光线不画。46光线溢出与否将使用本章后面所讲的光线追迹计算来详细判断。 阴影图(Shaded Model) 目的： 用 OpenGL 图画表示镜头的带阴影的立体模型。 设Z： 除了能设Z亮度和背景色外，本选项与在立体模型中的设Z是相 同的。 画元件图(Element Drawing) 目的： 本功能能自动创建供光学车间生产使用的表面， 单透镜或双胶合 透镜的图纸。 设Z：项目 Surface Show As Note File Name 说明 被绘制的元件的第一个面 选择?Surface??Singlet? 或?Doublet?” ， ASCII 码文件的文件名，该文件包含被添加在元件绘图注释部 分的注释。注释项总是从第 2 相开始，因为第 1 项注释是保留 作为规定单位用的 点击此按钮产生 NOTEPAD.EXE 编辑器，它可用来修改被选 择的注释文件 半径(第 1，2 或 3 面)的公差栏中的值 各面(第 1，2 或 3 面)的光焦度不规则公差栏中的值 在第几个面上的镜片的全口径。缺省值是半口径的两倍 第 n 面中心厚度公差。缺省值是 1% 若比例因子设Z为零，那么“Fill Frame”将被选取，“Fill Frame” 将缩放元件来充满元件图。若输入数值，则图形将按实际尺寸 乘以比例因子画出。例如，比例因子为 1.0 将打印（不是在屏 幕上）出元件的实际尺寸。比例因子为 0.5 将按元件尺寸的一 半画图。 用户自定义文本区域。缺省是镜头的标题 所有这些区域用于用户自定义文本。可以输入任何文本。无缺 省值Edit Note File Rad n Tol Pow/Irr n Clear Ap n Thick n Tol Scale FactorTitle Drawing Name Approved Revision Drawn By Project Note Font Size选择 Standard，Medium，Small 或 Fine。这些选项是按字体 大小的顺序排列的。 注释字体大小(Note Font Size)的设Z只影 响在图形中注释的注释文件的字体大小。较小的字体允许显示 较大的注释文件47说明： 元件图的设Z通过按 ?Save? 按钮被保存在专门的镜头文件中。 与多数的分析功能不同。 元件图功能可以将每个面的所有设Z分别保 存。例如，面 1 的注释和公差可以被保存，然后面 3 的注释和公差也 被输入和保存。若要将该设Z赋予某一个特定的面，只要将面序号改 为所需要的面号，按?Load?按钮就可以了。若与先前保存的面匹 配，则将显示先前面的设Z。本功能使重新产生多组元光学系统的复 杂图形变得容易了。 画元件图功能的重要特性是它能装载不同的注释文件并把它们 放在图形中。 缺省注释文件“DEFAULT.NOT” 是一套普通的很少使用 的注释。但是用户可以修改注释文件(它们是 ASCII 码文件，word 处 理器或文本编辑器都可以修改)并把它们用不同的名字存储。例如， 你可以为你设计的每一个光学部件建立一个.NOT 文件，当元件图产 生时装载适合的注释文件。 注释文件注释行从数字 2 开始。注释行 1 被 ZEMAX 保留给行 “1)All dimensions in millimeters” 或当前镜头的单位，注释文件中的 分行和空格在元件图中被严格复制。 一旦新零件图产生或 “Reset” 按钮被按下，缺省设Z将重新产 生。缺省公差从公差数据编辑器中获得。min/max 公差范围中的最大 值使用缺省。 例如， TTHI 厚度公差为-.03， 若 +.05， 公差值将为 0.05。 这里只考虑 TTHI，TRAD，和 TIRR 公差。若不能产生一个适合的缺 省值， 公差设Z为 0。 注意所有的公差都是文本;可以按需要进行编辑。 当用检测样板检查零件的牛顿圈(光圈)时， 半径公差和用干涉条纹?R? 2 # fringes ? ?R 2表示的光焦度之间的简便的转换公式为： 这里ΔR 是半径误差，λ是测试波长，ρ是径向口径，R 是曲率半径。 此公式可以近似用于小曲率。其它信息参见 Malacara，Optical Shop Testing，J.Wiley&Sons，Inc.(《光学车间检测》一书) §3 特性曲线(Fans) 光线像差(Ray Aberration) 目的：48显示作为光瞳坐标函数的光线像差。 设Z：项目 Maximum Scale 说明 设Z图形中最大的垂直比例。对于光线特性曲线，最大比 率 利用微米表示，对于 OPD 用波长表示，对于入瞳像差用 百分比表示。本设Z将复盖自动选择的绘图比例。输入 0 时自动设Z比例 图形原点两边所追迹的光线数量 执行计算所需的波长数目 执行计算所需的视场数目 选择像差的哪个分量画在子午曲线上。由于子午曲线是关 于入瞳坐标的 y 值的函数，缺省是绘制像差的 y 分量图形 选择像差的哪个分量画在弧矢曲线上。由于弧矢曲线是关 于入瞳坐标的 x 值的函数，缺省是绘制像差的 x 分量图形 画图时选择颜色(对彩色屏幕和绘图仪而言) 或虚线 (对 单色屏幕和绘图仪而言) 确定是否检查光线能不能通过所有的面口径。若选取，没 有通过面口径的光线不被画出。面口径与半口径是不同 的，参见?约定和定义?这一章 若选取，光瞳坐标轴将按无渐晕缩放，此时所得数据将反 映系统的渐晕；若不选取，光瞳坐标轴将按渐晕光瞳缩放Number of Rays Wavelength Field Tan Fan Sag Fan Use Dashes Check ApertureVignetted Pupil说明： 横向特性曲线是用光线的光瞳的 y 坐标的函数表示的横向光线 像差的 x 或 y 分量。缺省选项是画出像差的 y 分量曲线。但是由于横 向像差是矢量，它不能完整的描述像差。 当 ZEMAX 绘制 y 分量时， 曲线标称为 EY， 当绘制 x 分量时，曲线标称为 EX。 垂轴刻度在图形的下端给出。 绘图的数据是光线坐标和主光线 坐标之差。横向特性曲线是以光瞳的 y 坐标作为函数，绘制