完整word版ZEMAX光學設計超級學習手冊第1章

1、第 1 章 ZEMAX 入門ZEMAX 是一款使用光線追跡的方法來模擬折射、反射、衍射、偏振的各種序列和非序列光學系統(tǒng)的光學設計和仿真軟件；ZEMAX 有 3 種版本： ZEMAX-SE （標準版） 、ZEMAX-XE（擴展版）、ZEMAX-EE （工程版）,其中 ZEMAX-EE 的功能最為全面；ZEMAX 的界面設計得比較簡潔便利,稍加練習就能很快地進行交互設計使用；ZEMAX 的大部分功能通過都能挑選彈出或下拉式菜單來實現(xiàn),鍵盤快捷鍵可以用來引導或略過菜單,直接運行；本章將要敘述 ZEMAX 中的有關商定的說明,界面功能的習慣用法,以及一些常用窗口操作的快捷鍵；一旦學會了在整個軟件中通用

2、的、簡潔的習慣用法,ZEMAX 用起來就很簡潔了；學習目標：（1）明白界面主窗口菜單的各項功能；（2）嫻熟運用快捷工具欄；（3）嫻熟把握大量光學行業(yè)中商定的說明,如優(yōu)化、公差分析等；（4）嫻熟把握各對話窗口的操作,如鏡頭數(shù)據(jù)、波長數(shù)據(jù)等；1.1 ZEMAX 的啟動與退出安裝 ZEMAX 軟件后, 系統(tǒng)自動在桌面上產(chǎn)生了 ZEMAX 快捷圖標； 同時,“ 開頭”菜單中也自動添加了 ZEMAX 命令；下面講解 ZEMAX 的啟動與退出；1ZEMAX 安裝勝利后, 需要啟動 ZEMAX ,才能使用該軟件進行設計工作；ZEMAX的啟動有 4 種方式；（1）挑選“ 開頭” 菜單命令啟動；挑選“ 開頭 Z

3、EMAX ” 命令,啟動（2）挑選桌面快捷方式圖標；ZEMAX ,如圖 1-1 所示；安裝完成,系統(tǒng)會在桌面上自動創(chuàng)建 ZEMAX 的快捷方式圖標,雙擊圖標便可啟動ZEMAX ,如圖 1-2 所示；右鍵單擊快捷方式圖標后單擊“ 打開” 也可以啟動,如圖 1-3所示；假如桌面上沒有快捷方式圖標,可以從“ 開頭” 菜單中找到相應的程序命令發(fā)送到桌面快捷方式,如圖 1-4 所示；圖 1-1 “ 開頭” 菜單命令啟動圖 1-4 圖 1-2 桌面快捷方式圖標圖 1-3 右擊快捷方式啟動發(fā)送桌面快捷方式（3）挑選快速方式啟動；單擊任務欄快速方式圖標 也可以啟動 ZEMAX ；假如在任務欄沒有快速方式圖標,

4、可以在桌面上找到 ZEMAX 圖標,把圖標拖動到快速啟動區(qū)；（4）雙擊 ZEMAX 文件啟動；在安裝目錄文件里,雙擊帶有“.exe” 后綴格式的 ZEMAX 文件也可以啟動 ZEMAX ,如圖 1-5 所示；圖 1-5 帶 exe 后綴格式的文件1-6 單擊“ 關閉” 按鈕退出2設計編輯任務完成后,用戶退出ZEMAX方式；2 （1）單擊 ZEMAX 界面右上角的“ 關閉” 按鈕,退出 ZEMAX ；如用戶只是要退出當前的 ZEMAX 文件, 單擊當前 ZEMAX 文件的右上角的 “ 關閉”按鈕,如圖 1-6 所示；（2）從“ 文件菜單”（ File）退出；挑選“ 文件菜單”,在彈出的下拉菜單中

5、挑選“Exit ”選項,如圖 1-7 所示；圖 1-7 “ 文件菜單” 退出（3）用鍵盤退出；按“Ctrl+Q ” 組合鍵,退出 ZEMAX ；留意：假如有尚未儲存的文件,就彈出“ 是否儲存”對話框, 提示儲存文件； 單擊“ 是”按鈕儲存文件,單擊“ 否” 按鈕不儲存文件退出,單擊“ 取消” 按鈕就取消退出操作；1.2 用戶界面啟動 ZEMAX 后將進入 ZEMAX 默認的工作界面；ZEMAX 的基本界面比較簡潔,包括一系列菜單和工具按鈕,以及一個透鏡數(shù)據(jù)編輯界面,如圖 1-8 所示；3 圖 1-8 基本界面圖1.2.1 窗口類型ZEMAX 軟件有很多不同類型的窗口,每種窗口各有不同的用途,主

6、要包括：（1）主窗口：此窗口包含一塊很大的空面積,其上方有工作區(qū)、標題欄、菜單欄、工具欄等；菜單欄中的命令一般來說可作用于當前光學系統(tǒng)的整體；（2）編輯窗口： ZEMAX軟件中有5 個不同的編輯器,分別是鏡頭數(shù)據(jù)編輯器、評判函數(shù)編輯器、多重結構編輯器、公差數(shù)據(jù)編輯器和附加數(shù)據(jù)編輯器；（3）圖形窗口： 這些窗口是用來顯示圖形數(shù)據(jù)、曲線圖等；圖表等, 如輪廓圖、 像差曲線圖、 MFT（4）文本窗口：文本窗口是用來顯示文本數(shù)據(jù),如光學性能參數(shù)、像差系數(shù)及數(shù)值等；（5）對話框：對話框是一個彈出窗口,其大小無法轉變；對話框是用來轉變選項或數(shù) 據(jù),如視場角、波長、孔徑、表面類型；對話框仍可用在圖形窗口和文

7、本窗口中,以轉變 選項；圖 1-9 所示為視場對話框；4 圖 1-9 視場對話框圖全部的窗口都可用鼠標或鍵盤命令來移動或轉變大?。▽υ捒虺猓?；1.2.2 主窗口介紹主窗口的菜單欄如圖 1-10 所示；圖 1-10 主窗口菜單各菜單在后續(xù)章節(jié)中有具體的介紹,想明白各菜單中特殊功能的具體使用方法,請看后續(xù)章節(jié)中的特地介紹；（1）文件菜單（ File）：用于文件的打開、關閉、儲存、重命名；（2）編輯菜單（ Editors）：用于打開或關閉編輯器；（3）系統(tǒng)菜單（ System）：用于確定整個光學系統(tǒng)的屬性；（4）分析菜單（ Analysis ）：不能轉變鏡頭數(shù)據(jù),只是從給定的鏡頭數(shù)據(jù)中運算出結果,

8、用數(shù)字或圖形表示；這些結果包括輪廓圖、像差曲線圖、點列圖、衍射運算,等等；（5）工具菜單（Tools）：可以轉變鏡頭數(shù)據(jù)或對整個系統(tǒng)進行復雜的運算；這些包括優(yōu)化運算、公差、套樣板、執(zhí)行宏語言程序,等等；（6）報告菜單 （Reports）：用文本方式記錄鏡頭設計結果,和各個表面數(shù)據(jù)匯總；（7）宏指令菜單（Macros ）：用于編輯和運行目錄文件；這些特性包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯總（8）擴展命令菜單（Extensions）：供應擴展命令功能,這是ZEMAX的編輯特性；（9）窗口菜單（ Window ）：從當前全部打開的窗口中挑選哪一個置于顯示的最前面；（10）幫忙菜單（ Help ）：供應在線幫忙文本；大多

9、數(shù)常用菜單項項可用鍵盤快捷方式執(zhí)行；例如,按“5 Ctrl + Q” 組合鍵將退出ZEMAX ；快捷鍵的縮略字母列在相應的菜單項項邊上；在主窗口中,各窗口之間相互轉換的快捷鍵是“Ctrl + Tab” ,可使 ZEMAX的主窗口自動向前切換；在主窗口中菜單欄下仍顯示了一排快捷按鈕,如圖 1-11 所示；圖 1-11 快捷按鈕欄這一排按鈕稱為工具條,工具條可用來快速挑選常用的一些操作命令,全部這些按鈕 的功能在菜單中都能找到；在“Environment ” 窗口中可找到用 3 個字母表示的全部按鈕名稱；它使用對應于對話 框具體標題的 3 個便利記憶字母；假如屏幕辨論率低,就不會顯示出全部的按鈕；

10、舉薦使 用 1024 768 或更高的屏幕辨論率；1.2.3 文件菜單文件菜單（ File）如圖 1-12 所示,包含以下幾個子菜單項；圖 1-12 文件菜單（1）新建（ New ）：清除當前的鏡頭數(shù)據(jù)；此選項使ZEMAX復原到起始狀態(tài),當前打開的窗口仍然打開,假如當前的鏡頭未儲存,在退出前ZEMAX將警告要儲存鏡頭數(shù)據(jù)；（2）打開（ Open）：打開一個已存在的鏡頭文件；此選項打開一個新的鏡頭文件,當前打開的窗口仍然打開,假如當前的鏡頭未儲存,在退出前ZEMAX將警告要儲存鏡頭數(shù)據(jù)；（3）儲存（ Save）：儲存鏡頭文件；此選項用于儲存鏡頭文件,當將文件儲存為另一名 稱或儲存在另一路徑下時,

11、用“ 另存為” 選項；（4）另存為（ Save As）：將鏡頭儲存為另一名稱；此選項將文件儲存為另一名稱或保 存在另一路徑下；（5）使用場景文件（Use Session Files）：挑選使用Session 文件；6 （6）序列或者混合模式（Sequential or Mixed Sequential/Non Sequential Mode ）：挑選序列或序列跟非序列混合設計模式；（7）非序列模式（Non Sequential Mode ）：挑選 ZEMAX非系列設計模式；（8）插入透鏡（ Insert Lens）：在編輯器中插入透鏡；（9）屬性（ Preferences）：軟件特性；（10）

12、退出（ Exit ）：退出 ZEMAX ；假如鏡頭已被更換,ZEMAX會提示儲存鏡頭；否就,將終止程序；1.2.4 編輯菜單編輯菜單（ Editors ）如圖 1-13 所示；1鏡頭數(shù)據(jù)（ Lens Data）；鏡頭數(shù)據(jù)編輯器是一個主要的電子表格,將鏡頭的主要數(shù) 據(jù)填入就形成了鏡頭數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)中每一個面的曲率半徑、 厚度、玻璃材料； 單透鏡由兩個面組成（前面和后面） ,圖 1-13 編輯菜單物平面和像平面各需要一個面,這些數(shù)據(jù)可以直接輸入到電子表格中；當鏡頭數(shù)據(jù)編輯器顯示時,可以將光標移至需要改動的地方并將所需的數(shù)值由鍵盤輸入到電子表格中；每一列代表具有不同特性的數(shù)據(jù),每一行表示一個

13、光學面,如圖 1-14所示；圖 1-14 透鏡數(shù)據(jù)編輯窗口光標可以移動到需要的任意行或列,向左或右連續(xù)移動光標會使屏幕滾動,這時屏幕 顯示其他列的數(shù)據(jù),如半徑、二次曲線系數(shù),以及與所在面的面型有關的參數(shù)；屏幕顯示可以從左到右或者從右到左滾動；“ Page UP” 和“ Page Down” 鍵可以移動光標到所在列的頭部或尾部；當鏡頭面數(shù)足夠大時,屏幕顯示也可以依據(jù)需要上下滾動；（1）插入 /刪除面數(shù)據(jù)（ Insert/Delete Surfaces）,如圖 1-15 所示；7 圖 1-15 插入或刪除面數(shù)據(jù)菜單在初始狀態(tài)（除非鏡頭已給定）通常顯示3 個面：物面、光闌面、像面,物面與像面是永有的

14、, 不能刪除, 其他面可以用 “Insert” 或“ Delete” 鍵插入或刪除 （如圖 1-15 所示）；物平面前和像平面后不能插入任何面,這里的“ 前面” 表示一個序號較小的面；而“ 后面”表示一個序號大的面；光線次序地通過各個表面,ZEMAX 中的面序號是從物面,即第 0 面,到最終一個面（即像面） 排列的； 如想在電子表格中輸入數(shù)據(jù),移動光標到正確的方格,然后從鍵盤輸入,可以用 “ BackSpace” 鍵編輯修改當前的數(shù)據(jù),一旦要編輯方格中的內(nèi)容,可以用左方向鍵、右方向鍵、“ Home” 、“ End” 鍵瀏覽整個文件；當數(shù)據(jù)已改好時,按任意方向鍵或單擊屏幕的任意位置或,按“Ent

15、er” 鍵可終止當前編輯；在數(shù)據(jù)編輯器中仍有一些快捷方法：如要增加當前的值,在數(shù)字前寫一個加號,例如,假如顯示的數(shù)據(jù)是10,輸入“+5” ,按“Enter” 鍵,數(shù)字會變?yōu)?5；符號“*” 和“/”也同樣有效；要削減數(shù)字,可用負號和一個空格,如輸入“5” ,可以將 17 變?yōu)?12；留意這里“” 和“5” 之間必需有一個空格；假如不輸入一個空格,程序會認為輸入的是一個負的新數(shù)值；輸入“* 、 1” 可以轉變數(shù)值的正負號；（2）輸入面注釋（Entering Surface Comments ）,如圖 1-16 所示；每個面都有一個注釋欄,通過它可以輸入最大到32 個用戶文本字符,這些注釋能增強鏡

16、頭特性的可讀性,且不影響光線追跡；在某些分析功能中也會顯示這些面的注釋,整個注釋內(nèi)容都可以被隱匿；如圖 1-16 所示；（3）輸入半徑數(shù)據(jù)（Entering Radius Data ）,如圖 1-17 所示；圖 1-16 輸入面注釋欄 圖 1-17 輸入半徑數(shù)據(jù)欄為輸入或轉變一個面的曲率半徑,移動光標到所要的方格中,將新的數(shù)據(jù)輸入,半徑8 數(shù)據(jù)通常用透鏡的計量單位輸入和顯示,這些計量單位是表示長度的；（4）輸入厚度數(shù)據(jù)（Entering Thickness Data ）；移動光標到所要的方格中,將新的數(shù)據(jù)輸入,厚度數(shù)據(jù)通常用透鏡的計量單位輸入和顯示；面厚度表示一個面到另一個面的距離,像平面的厚

17、度是唯獨不被使用的數(shù)據(jù)；通常在一個反射鏡后轉變厚度符號,奇數(shù)次反射后,全部的厚度都是負的,這種符號規(guī)定與反射鏡的序號和當前的坐標轉折無關,這種基本規(guī)定不能通過將坐標旋轉 180 來代替；（5）輸入玻璃數(shù)據(jù)（Entering Glass Data）；每個面所用的玻璃材料是通過將玻璃名輸入鏡頭數(shù)據(jù)編輯器的“Glass” 中來確定的,玻璃名字必需是當前已被裝載的玻璃庫中的玻璃名稱之一,默認的玻璃目錄是“Schott” ,其他目錄也是可選用的；如要把某一個表面定為反射面,這一面的玻璃應命名為“可在玻璃名稱上添加“/ P” 挑選項,如圖 1-18 所示；這個選項可以使 ZEMAX 通過轉變前后面的曲率半

18、徑,來維護該面前后頂點間的光焦度保持不變；例如,如Mirror ” ；當輸入新玻璃時,果玻璃已挑選為 BK7 ,輸入一個新玻璃 “ SF1/P” 將使玻璃變?yōu)?SF1,同時調整前后面半徑使光焦度保持不變；ZEMAX能使頂點間的光焦度保持不變,但是由于玻圖 1-18 輸入玻璃數(shù)據(jù)欄璃的光學厚度的轉變,整個光焦度將會有微小的轉變,這種影響對薄透鏡是很小的；（6）輸入半口徑數(shù)據(jù)（Entering Semi-Diameter ）,如圖 1-19 所示；圖 1-19 輸入半口徑數(shù)據(jù)欄半口徑的默認值是由通過追跡各個視場的全部光線,沿徑向所需的通光半徑自動計算獲得的；假如半口徑值已給定,那么這個給定的數(shù)據(jù)旁

19、將有一個“U” ,這說明此半口徑是用戶定義的,這個半口徑只影響外形圖中各面的繪圖,所示；不反映面的漸暈； 如圖 1-19（7）輸入二次曲面數(shù)據(jù) （ Entering Conic Data ）,如圖 1-20 所示；圖 1-20 二次曲面數(shù)據(jù)輸入欄很多不同的曲面面型中都答應有二次曲面數(shù)據(jù)；輸入或轉變一個面的二次曲面系數(shù)時,移動光標到所需的方格,鍵入新數(shù)值即可；二次曲面系數(shù)不是長度度量,參見面型關于二 次曲面的定義；（8）確定光闌面（Defining the Stop Surface ）；9 光闌面可以是系統(tǒng)中除去物面和像面的任意一面；要轉變光闌面,可雙擊將成為光闌 面的這一行最左邊的一列（即有數(shù)

20、字的一列）,打開“Surface 1 Properties” （面型 1）對話 框,挑選“Make Surface Stop” 選項,對話框消逝,這個面顯示“STO” ,而不是面序數(shù)（如 圖 1-21 所示）；確定光闌面時保證如下前提是很重要的：使入射光瞳與物面同軸,假定此系統(tǒng)有坐標 轉折、偏心、全息、光柵以及其他能轉變光軸的組件,應將光闌放在這些面之前；圖 1-21 轉變光闌面對話框假如系統(tǒng)是關于光軸旋轉對稱的,那么這種限制就不需要了,只有使用了使光軸產(chǎn)生 偏心或傾斜的面的系統(tǒng),才要求將光闌放在這些面之前；假如坐標發(fā)生轉折,對只是由反射鏡組成的另一種共軸系統(tǒng),即使光闌面放在這些反 射鏡后,光

21、瞳位置也可以正確地運算出來；在某些系統(tǒng)中是不行能將孔徑光闌放在坐標轉 折前的,因此必需對光線進行定位；（9）挑選面型（ Selecting Surface Type）；ZEMAX 中的面有平面、球面、二次曲面,全部這些面型都是在標準面型的基礎上組合而成的；雙擊鏡頭數(shù)據(jù)編輯器最左一列,顯示面型數(shù)據(jù)對話框,對話框里有一行是面型,從下拉菜單中挑選適當?shù)拿嫘停ㄈ鐖D 1-22 所示）；ZEMAX 供應了包括標準型的多種面型,很多光學設計只使用標準面型；（10）各面通光口徑的確定（Specifying Surface Aperture ）；各面的通光口徑用來考慮漸暈的影響；ZEMAX中有 11 種通光口徑

22、類型：無口徑、環(huán)形口徑、環(huán)形擋光、長方形口徑、長方形擋光、橢圓口徑、橢圓擋光、星形擋光、用戶自定義口徑、用戶自定義擋光和浮動口徑；口徑和擋光是用通過和阻攔光線的面積來分別定義的,當通光口徑被定義在一個面時,ZEMAX將在面序號前顯示“* ” ,或在數(shù)據(jù)編輯器中說明；可以在需要的位置插入一個厚度為0 的虛擬面,然后在此面上設定附加口徑,從而在某一個光學元件中設定一個以上的口徑,這對結構復雜的口徑是很有用的；多重口徑或擋光也可以由用戶自定義其特性而同時放在一個單獨的面上,可以在面數(shù)10 據(jù)對話框中為每個面設置通光口徑；雙擊鏡頭數(shù)據(jù)編輯器最左邊一列可產(chǎn)生面數(shù)據(jù)對話框,值）時,全部反射和折射的光線都答

23、應通過該面；當口徑類型為 “ 無口徑” （默認圖 1-22 挑選面型對話框通過一個面的光線完全與鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中的半口徑值無關,這些設置的半口徑數(shù)據(jù)只在繪制鏡片元件圖時起作用,不打算漸暈； 為把口徑變成默認值或轉變當前口徑的類型,可以在面數(shù)據(jù)對話框種挑選其他的口徑類型,如圖 1-23 所示；圖 1-23 挑選通光口徑對話框下面分別敘述各個口徑類型； 環(huán)形口徑 /擋光：環(huán)形口徑是由環(huán)形面積定義的,到達該面時小于最小半徑和大于最大半徑的光線被攔掉；最小與最大半徑之間的光線答應通過；環(huán)形擋光與環(huán)形口徑互補； 長方形口徑 /擋光：如光線與該面的交點在由長方形的半寬度 x,y 打算的長方形面積以外,光線

24、被阻擋通過該面；長方形擋光與長方形口徑互補；11 橢圓口徑 /擋光：如光線與該面的交點在由橢圓的半寬度 光線被阻擋通過該面；橢圓擋光與橢圓口徑互補；x,y 打算的橢圓面積以外, 星形：星形是由每臂的寬度和臂數(shù)定義的；ZEMAX 中假定取相同臂長,相同轉角分布；第一個臂取沿 x 軸正向角度為零的位置；具有不同臂長和不同轉角分布的復雜星形可以用相鄰的多個虛擬面上的幾個星形構成,坐標轉折面可以將星形旋轉至任何想要的角度； 用戶自定義口徑 /擋光：參見下一節(jié)中的詳述； 浮動口徑： 除了最小半徑始終為 0 外,它與環(huán)形口徑是相像的；最大半徑與該面的半口徑相同,由于半口徑值可以用 ZEMAX 調整（在自動

25、模式下） ,因而口徑值隨半口徑值浮動；當宏指令或外部程序追跡默認半口徑以外的光線時,浮動口徑是很有用的,它可以將這些光線攔掉；上述的全部口徑都是由頂點的子午面對光學面投影模擬的,實際光線與表面交點的坐標 x、y 用來打算漸暈, z 坐標被忽視；假如口徑被放在當作光學面前面的虛構面而不是直接放在曲面上,那么對陡峭的光學面來說,會有不同的運算結果；只有在入射角很陡時這種情形才會發(fā)生,除非虛構面能更精確地代表你的現(xiàn)狀；通常最好將口徑直接放在光學面上,用輸入X 偏離量或Y 偏離量或X、 Y 偏離量的方法,全部類型的口徑都可以偏離當前光軸,這種偏離量以透鏡計量單位給定；記住偏離不會轉變主光線,光闌必需與

26、物體同軸；例如,設計一個離軸望遠鏡,可以將光闌放在光軸和離軸系統(tǒng)中； 用戶自定義口徑和擋光（User defined apertures and obscurations）；通?？梢员憷厥褂铆h(huán)形、長方形、橢圓口徑和擋光,它們包括了大多數(shù)情形；但是,有時候需要一個更廣義的口徑；ZEMAX 答應用戶用一系列有序數(shù)對（x1,y1）、（x2,y2）、（xn,yn）,來定義口徑,這些點是多邊形的頂點；多邊形可以是任何外形,且可以用簡潔 或復雜的方式封閉；復合多邊形可以定義成嵌套或獨立,建立用戶自定義口徑或擋光,從口徑類型列表中 挑選需要的類型（口徑或擋光）；然后單擊“Edit User Apertur

27、e ” ,將會顯現(xiàn)一個答應編輯和 滾動定義多邊形的點的列表框,這是一個簡潔的文本編輯器；該面的 x 和 y 的坐標可以直 接輸入,用一組 x 和 y 都設置為 0 的數(shù)據(jù)行表示多邊形的端點,因而多邊形不能用頂點為（0,0）的點定義；如一個頂點必需定義為（0,0）,那么將用一個特別小的值代替其中的一個；例如（1e 6,0）,只要至少有一個坐標不為0,那么這個點就被認為是頂點而不是表示多邊形的端點；最終列出的頂點被認為與第一個點相連；例如定義一個邊長為 20 單位的矩形；這些點為：10, 10 10, 10 10, 10 10,10 0, 0 留意,最終一個點與第一個點是被假定相聯(lián)的；因而定義了矩

28、形的最終一條邊,復合 12 多邊形用坐標為（0,0） 的行將其分開；例如,由兩個狹縫組成的口徑,每個狹縫的寬度 是 5 個單位,狹縫之間相隔 10 個單位,這些點為：10, 10 10, 10 5, 10 5, 10 0, 0 10, 10 10, 10 5, 10 5, 10 0, 0 復合多邊形也可以被嵌套；如一條光線的交點落在一個多邊形中,而這個多邊形又位 于另一個多邊形里面,那么這個點被認為是在口徑外；答應在一個口徑中定義一個島形（Islands）,使其變?yōu)閾豕?；反之亦然；答應有多層嵌?每層都產(chǎn)生點的在內(nèi)和在外的狀 態(tài),答應用戶自定義口徑中的點的最大數(shù)目為 100；（11）到達表面和

29、從表面射出的光線的隱匿（Hide Rays to and fromSurface ）；圖 1-24 所示面對話框中有一個“hiding ” 選項,可把到達表面和從表面射出的光線隱藏起來；如此選項被選中,在輸出的各種外形圖中被選中的面上將不繪制到達或從面上射出的光線；圖 1-24 到達表面和從表面射出光線選項對話框（12）設置和撤銷求解（Setting and Removing Solves ）；大多數(shù)數(shù)據(jù)列（如半徑和厚度）會有一種或多種求解的方法；在一個方格中設定解,在該位置處雙擊鼠標左鍵、單擊鼠標右鍵或者在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中挑選菜單都可實現(xiàn)上述功能,如圖 1-25 所示；13 圖 1-25 厚

30、度求解對話框（13）LDE 窗口的菜單項項（Menu Options ）；鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中的菜單項項用來插入和刪除面數(shù)據(jù),如圖 1-26 所示；挑選面型, 以及設置解和變量,圖 1-26 鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（14）編輯（ Edit）：編輯菜單中供應以下選項,如圖 1-27 所示；圖 1-27 編輯菜單. 面型（ Surface Type）：這個選項可以轉變面型；. 插入面（ Insert Surface）：在電子表格的當前行中插入新面,快捷鍵是“Insert” ；. 后插入 （Insert After ）：在電子表格的當前行后中插入新面,快捷鍵是 “Ctrl-Insert ” ；. 刪除面（ De

31、lete Surface）：刪除電子表格的當前行；快捷鍵是“Delete” ；. 剪切面（ Cut Surface）：將單面或多個面數(shù)據(jù)復制到 Windows 剪切板上,然后刪除這些面；說明：單面或多面必需用以下的任一種方式選中； 用鼠標： 單擊所要選中的第一面,按住左鍵拖動鼠標將所選的面掩蓋；被選中的面14 會用當前顯示色的反色顯示,如只選一個面,從所要的面處上下拖動鼠標至兩行被選中,然后將鼠標拖回到所要的行； 用鍵盤：將光標移至所要面的任意方格,按住“Shift” 鍵,上下移動光標直到所需的面被選中,被選中的面用當前顯示色的反色顯示；如只選一個面,從所要的面處上下移動光標至兩行被選中,然后

32、將光標移回到所要的行；. 復制面（ Copy Surface）：將單面或多個面數(shù)據(jù)復制到 Windows 剪切板上,選中單面或多面,參見“Cut Surface” 中的介紹；. 粘貼面（ Paste Surface）：從 Windows 剪切板上復制單面或多個面數(shù)據(jù)到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中當前光標的位置；面數(shù)據(jù)必需先用上面講的“Cut Surface” 或“Copy Surface” 復制到 Windows 剪切板上；. 復制方格（ Copy Cell ）：復制單個方格數(shù)據(jù)到 Windows 剪切板上；. 粘貼方格（ Paste Cell）：將 Windows 剪切板上的單個方格復制到當前方格；數(shù)據(jù)

33、必須先用“Copy Cell ” 將其復制到 Windows 剪切板上；. 復制電子表格（Copy Spreadsheet）：用適合于粘貼到另外的 Windows 應用程序的文本格式將高亮顯示的面或整個表格（假如沒有面被選中）復制到 Windows 剪切板上；（15）求解（Solves）：解和變量可以設置在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中的很多數(shù)據(jù)上,如圖 1-28所示；圖 1-28 求解菜單項項. 半徑（ Radius）：設置曲率半徑求解；. 厚度（ Thickness）：設置厚度求解；. 玻璃（ Glass）：設置玻璃求解；. 半口徑（ Semi-Diameter ）：設置半口徑求解；. 二次曲線（ Co

34、nic ）：設置二次曲線系數(shù)求解；. 參數(shù)（ Parameter）：設置參數(shù)列的求解；. 變量附加標識（Variable Toggle）：把當前所選方格的狀態(tài)變?yōu)榭勺?；此操作的快捷鍵是“Ctrl+Z ” ；（16）視圖（ View ）；顯示注釋（ Show Comments）：如該菜單被選取,將顯示注釋列；如未被選取,注釋列將隱匿,如圖 1-29 所示；注釋的顯示與隱匿,只是用于當前對話期間；15 圖 1-29 視圖菜單（17）幫忙（ Help）；使用 LDE （Using LDE ）：產(chǎn)生使用鏡頭數(shù)據(jù)編輯器的聯(lián)機幫忙,如圖 1-30 所示；圖 1-30 幫忙窗口2評判函數(shù)（ Merit Fu

35、nction ）；評判函數(shù)編輯器用來定義、修改和檢查系統(tǒng)的評判函數(shù),系統(tǒng)評判函數(shù)用于優(yōu)化數(shù)據(jù)；如圖 1-31、圖 1-32 所示；圖 1-31 評判函數(shù)菜單項項圖 1-32 評判函數(shù)編輯器窗口3多重數(shù)據(jù)結構（Multi-Configuration ）；多重數(shù)據(jù)結構編輯器與鏡頭數(shù)據(jù)編輯器相同；為編輯方格中的內(nèi)容,只要把光標移動到此方格中,將新數(shù)據(jù)輸入（如圖1-33 所示）；如設置方格的解,雙擊鼠標左鍵尾或挑選求解類型的菜單項,如圖 1-34 所示；16 圖 1-33 多重結構編輯器窗口圖 1-34 多重結構屬性對話框4公差數(shù)據(jù)（ Tolerance Data）；公差數(shù)據(jù)編輯器用來定義、修改和檢查

36、系統(tǒng)中的公差值,如圖 1-35 所示；圖 1-35 公差數(shù)據(jù)編輯器窗口5附加數(shù)據(jù)（ Extra Data）；這個功能只能在ZEMAX-EE版本中才能使用；附加數(shù)據(jù)編輯器只有在ZEMAX-EE版本中特殊的面才能使用,除了附加數(shù)據(jù)值能被顯示和編輯外,附加數(shù)據(jù)編輯器與鏡頭數(shù)據(jù)編輯器是相同的,如圖1-36 所示；附加數(shù)據(jù)編輯器窗口圖 1-36 6非序列結構（Non-sequential Components ）,如圖 1-37 所示；圖 1-37 非序列結構編輯器窗口7撤銷,重做（Undo,Redo）；1.2.5 系統(tǒng)菜單系統(tǒng)菜單（ System）如下圖 1-38 所示；此菜單包含以下幾個子菜單；17

37、 圖 1-38 系統(tǒng)菜單窗口（1）更新（ Update）；這個選項只更新鏡頭數(shù)據(jù)編輯器和附加數(shù)據(jù)編輯器中的數(shù)據(jù)；更新功能用來重新運算一階特性,如光瞳位置、半徑口徑、折射率和求解值；只影響鏡頭數(shù)據(jù)編輯器和附加數(shù)據(jù)編輯器中的當前數(shù)據(jù)；（2）全部更新（ Update All ）；這個選項更新全部窗口以放映最新鏡頭數(shù)據(jù)；ZEMAX不能在圖形和文件窗口自動改變最終形成的鏡頭數(shù)據(jù)；這是由于新數(shù)據(jù)在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中被鍵入時,ZEMAX假如不斷地運算MTF 、光線特性曲線、點列圖和其他數(shù)據(jù),程序反應會變得很慢；對鏡頭做全部需要的轉變,然后挑選 “ Update All ” 來更新和重新運算全部的數(shù)據(jù)窗口；單個

38、曲線和文本窗口（非編輯器）也可以雙擊窗口內(nèi)的任意位置更新；（3）通用數(shù)據(jù)（ General）；這個選項打開通用系統(tǒng)數(shù)據(jù)對話框；它用來定義作為整個系統(tǒng)的鏡頭的公共數(shù)據(jù),而 不是與單個面有關的數(shù)據(jù)；如圖 1-39 所示；圖 1-39 通用數(shù)據(jù)對話框鏡頭標題 （Lens Title ）：鏡頭標題顯現(xiàn)在曲線和文本輸出中,標題是通過將題目輸入到 所需位置得到的；附加的文本數(shù)據(jù)可以放在大多數(shù)圖形輸出中；光圈類型（ Aperture Type）：系統(tǒng)光圈表示在光軸上通過系統(tǒng)的光束大??；要建立系統(tǒng) 光圈,需要定義系統(tǒng)光圈類型和系統(tǒng)光圈值；18 用光標在下拉列表中挑選所需的類型,系統(tǒng)光圈類型有如圖圖 1-40

39、系統(tǒng)光圈類型1-40 所示幾種；. 入瞳直徑（ Entrance Pupil Diameter ）：用透鏡計量單位表示的物空間光瞳直徑；. 像空間 F/# （ Image Space F/#）：與無窮遠共軛的像空間近軸 F/#；. 物空間數(shù)值孔徑（Object Space NA ）：物空間邊緣光線的數(shù)值孔徑（nsin m）；. 通過光闌尺寸浮動（Float By Stop Size ）：用光闌面的半口徑定義；. 近軸工作 F/#（Paraxial Working F/# ）：共軛像空間近軸 F/#；. 物方錐形角（ Object Cone Angle ）：物空間邊緣光線的半角度,它可以超過 9

40、0 度；如挑選了“Object Space NA ” 或“Object Cone Angle ” 作為系統(tǒng)光圈類型,物方厚度必需小于無窮遠；上述類型中只有一種系統(tǒng)光圈類型可以被定義,例如一旦入瞳直徑確定,以上說明的全部其他光圈都由鏡頭規(guī)格打算；光圈值（ Aperture Value）：系統(tǒng)光圈值與所選的系統(tǒng)光圈類型有關；例如,假如挑選“ Entrance Pupil Diameter ” 作為系統(tǒng)光圈類型,系統(tǒng)光圈值是用透鏡計量單位表示的入瞳直徑, ZEMAX 采納光圈類型和光圈數(shù)值一起來打算系統(tǒng)的某些基本量的大小,如入瞳尺寸和各個元件的清楚口徑,挑選“ Float by Stop Size

41、” 為系統(tǒng)光圈類型是上述規(guī)律的唯獨例外；假如挑選“Float by Stop Size ” 作為系統(tǒng)光圈類型,光闌面（鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中設置）的半口徑用來定義系統(tǒng)光圈；鏡頭單位（ Lens Units ）：鏡頭單位有4 種挑選包括毫米、厘米、英尺、米；這些單位用來表示數(shù)據(jù),如半徑、厚度、和入瞳直徑；很多圖形（光學特性曲線、點列圖）使用微 米做單位,波長也是用微米表示；玻璃庫（ Glass Catalogs）：本控件組有一個列出當前被使用的玻璃庫（無擴展名）名稱的可編輯欄（如圖1-41 所示）；欄的默認值是“schott” ,它表示鏡頭可以從庫中使用玻璃,假如需要不同玻璃類別,可以用按鈕或鍵入玻璃

42、類名來挑選,如要使用不在按鈕列表中的 玻璃庫,可以在編輯欄鍵入類名；多個玻璃庫之間可以用空格來分隔；19 圖 1-41 玻璃庫鏡頭注解（ Lens Notes）：注解部分答應輸入幾行文本,它們與鏡頭文件一起被儲備；（4）視場（ Fields）；視場對話框答應確定視場點,視場可以用角度、物高、或像高來確定；可通過用啟動或停止按鈕來挑選視場位置,也可以輸入數(shù)據(jù)；如圖 1-42 所示；圖 1-42 視場對話框（5）波長（ Wavelengths）；波長對話框用于設置波長、權因子、主波長；“Select” 按鈕可以用來啟動或停止輸入波長和撿取數(shù)據(jù)；包括常用的波長列表；要使用列表中的項目,挑選所需的波長

43、,單擊“ Select” 按鈕；如圖 1-43 所示；20 圖 1-43 波長對話框（6）下一重結構（Next Configuration ）；當要更新全部的圖表以便放映下一個結構（或變焦位置）時,本菜單項項供應了快捷方式,如選中,全部的電子表格、文本和圖解數(shù)據(jù)都將被更新；如圖 1-44 所示；（7）最終結構（ Last Configuration ）；當要更新全部的圖表以便放映最終一個結構（或變焦位置）時,本菜單項項供應了快捷方式,如選中,全部的電子表格、文本和圖解數(shù)據(jù)都將被更新；如圖 1-45 所示；圖 1-44 下一重結構菜單 圖 1-45 最終結構菜單1.2.6 分析菜單分析菜單（An

44、alysis）包括：外形圖（Layout）、特性曲線（Fans）、點列圖（Spot Diagrams）、調制傳遞函數(shù) （MTF）、點擴散函數(shù)（PSF）、波前（Wave front）、曲面（Surface）、均方根（RMS）、能量分布（Encircled Energy）、照度（Illumination ）、像分析（Image Analysis）、雙目分析（Biocular Analysis）、雜項（ Miscellaneous）、像差系數(shù)（ Aberration Coefficients ）、運算（ Calculations）、玻璃和梯度指數(shù)（Glass and Gradient Index ）

45、、通用圖表（Universal Plot ）、偏振狀態(tài)（Polarization）、鍍膜（ Coatings）、物理光學（ Physical Optics）功能、如圖 1-46 所示；本節(jié)功能在設計過程中起到很重要的作用,我們將在其次章像質評判中具體介紹每個功能的使用方法；21 1.2.7 工具菜單ZEMAX圖 1-46 分析菜單窗口工具菜單（Tools）是軟件的一個最為重要的模塊,包括以下選項：優(yōu)化（Optimization ）、公差（Tolerancing）、樣板（Test Plates）、玻璃庫 （Catalogs）、鍍膜（Coating s）、散射（ Scattering）、光圈（ A

46、pertures ）、折疊反射鏡（Data）、雜項（ Miscellaneous ）,如圖 1-47 所示；圖 1-47 工具菜單窗口1優(yōu)化（ Optimization ）；Fold Mirrors ）、輸出資料（ Export 優(yōu)化的目的是提高或改進設計,使它滿意設計要求；執(zhí)行“Tools Optimization Optimization ” 命令,彈出如圖 1-48 所示的“Optimization ” （優(yōu)化）對話框；（1）全局搜尋（ Global Search）：啟動一個全局優(yōu)化,對于給定的評判函數(shù)和變量,利用本功能最有可能得到好設計；如圖 1-49 所示；22 圖 1-48 Opt

47、imization 對話框圖 1-49 Global Search 對話框版本（2）錘形優(yōu)化（ Hammer Optimization ）：此功能只在ZEMAX-EE或 ZEMAX-XE中才能使用,在評判函數(shù)處于局部最小值時,能自動重復一個優(yōu)化過程,來脫離局部極值區(qū)；如圖 1-50 所示；（3）評判函數(shù)列表 （Merit Funciton Listing ）：此操作可產(chǎn)生一個可以被儲存或打印的評價函數(shù)文本列表；如圖1-51 所示；圖 1-51 評判函數(shù)窗口圖 1-50 Hammer Optimization 對話框（4）排除全部的變量（Remove All Variables ）：可快速排除設

48、置在當前數(shù)據(jù)中的全部變量標識,通過將當前數(shù)據(jù)之中的全部量設置為“Fixed” 而排除全部的變量設置；如圖 1-52所示；（5）玻璃替換模板（Glass Substitution Template）：此功能可以進行材料的優(yōu)化；如圖1-53 所示；2公差（ Tolerancing ）：容許的誤差；如圖1-54、圖 1-55 所示；23 圖 1-52 排除全部變量菜單項項 圖 1-53 玻璃替換模板窗口圖 1-54 公差菜單欄 圖 1-55 公差對話窗口（1）公差列表 （Tolerance Listing ）：此操作可產(chǎn)生一個可以被儲存或打印的公差文本列表；如圖 1-56 所示；（2）公差匯總表 （

49、Tolerance Summary）：此操作可產(chǎn)生一個可以被儲存或打印的公差文本列表；此表的格式比文本公差列表易讀,不需要使用特地的變量記憶符,可以使制造者和其他對 ZEMAX術語不熟識的人簡潔懂得；如圖1-57 所示；公差匯總表窗口圖 1-56 公差列表窗口圖 1-57 24 3樣板（ Test Plates）：在文本窗口中顯示特定廠家的樣板；如圖 1-58 所示；（1）套樣板（ Test Plate Fitting ）：此功能只在 ZEMAX-EE 或 ZEMAX-XE 版本中才能使用；按廠家供應的樣板表自動套半徑樣板；如圖 1-59 所示；圖 1-58 樣板菜單欄 圖 1-59 套樣板對

50、話窗口（2）樣板列表 （ Test Plate Lists）：在文本窗口中顯示特定廠家的樣板表；如圖 1-60 所示；圖 1-60 樣板列表窗口4玻璃庫（ Catalogs）：供應玻璃品種庫；如圖 1-61 所示；（1）玻璃目錄（ Glass Catalogs）：展現(xiàn)各類型玻璃品種；如圖 1-62 所示；25 圖 1-61 玻璃庫菜單欄 圖 1-62 玻璃目錄窗口（2）玻璃部件（ Glass Compare）：玻璃部件屬性；如圖 1-63 所示；圖 1-63 玻璃部件對話窗口（3）鏡頭庫（ Lens Catalogs）：從鏡頭庫中搜尋或瀏覽特定的鏡頭；如圖 1-64 所示；圖 1-64 鏡頭庫

51、窗口5鍍膜（ Coatings）：列出了包含在 COATING DAT 文件中的材料和膜系；如圖 1-65 所示；（1）編輯鍍膜文件（Edit Coating File ）：產(chǎn)生于WINDOWS 下 用 NOTEPAD 編 輯 器 來 編 輯COATING .DAT 文件,這個文件包括材料和鍍膜說 26 圖 1-66 面添加膜層參數(shù)對話窗口明；假如 COA TING.DAT 文件被編輯, ZEMAX必需關閉或重新啟動來更新新的鍍膜數(shù)據(jù)；（2）重新載入鍍膜文件（Reload Coating File ）：系統(tǒng)重新輸入鍍膜文件；（3）給全部的面添加膜層參數(shù)（Add Coating to All S

52、urfaces）：為全部的空氣玻璃界限面加鍍膜參數(shù)；如圖 1-66 所示；當挑選時, 本功能將提示所用的膜層名稱,默認膜是 “ AR ” ,它代表 1/4 波長的 MgF2 膜,可以確定任意定義的鍍膜名稱；全部從玻璃到空氣界面都將使用鍍膜,因此本功能對于應用防反射膜是很重要的；（4）鍍膜列表 （Coating Listing ）：此功能只在 ZEMAX-EE 版本中才能使用；本操作產(chǎn)生一個文本,它列出了包含在 COATING.DAT 文件中的材料和膜系；如圖 1-67 所示；圖 1-67 鍍膜列表窗口6散射（ Scattering）：光線發(fā)射分布；如圖 1-68 所示；（1）ABg 散射數(shù)據(jù)目

53、錄（ABg Scatter Data Catalogs）：雙向散射分布函數(shù),通過它可以定義入射光經(jīng)過一個散射面后的能量分布；如圖1-69 所示；散射數(shù)據(jù)目錄圖 1-68 散射菜單欄圖 1-69 （2）散射功能視窗 （Scatter Function Viewer ）：檢測散射分布的觀測器；如圖 1-70 所示；27 圖 1-70 散射功能視窗7光圈（ Apertures）：孔徑、光闌；如圖 1-71 所示；圖 1-71 光圈菜單（1）變換半口徑為環(huán)形口徑（Convert Semi-Diameter to CircularApertures ）：將全部未給出表面通光口徑的面轉化成具有固定的半口徑

54、的面,其通光口徑是與半口徑相應的圓孔；本功能主要是使?jié)u暈影響的分析簡潔化；對于多數(shù)的光學設計,在優(yōu)化期間使用漸暈 因子是比較簡潔和快速的；然而,漸暈因子是近似的；本功能變換全部的半口徑為面口徑,然后漸暈因子被刪除 （該功能不會對此自動操作）,光瞳被溢出,以便發(fā)覺何處使光線能真正地通過系統(tǒng)；（2）變換半口徑為浮動口徑（Convert Semi-Diameter to FloatingApertures ）：將全部未給出表面孔徑的面轉為按半口徑值漸暈的浮動口徑；除了使用浮動口徑而不是使用固定的環(huán)形口徑外,Circular Apertures ” 很相像；本功能與“ Convert Semi-Dia

55、meters to 浮動口徑將面的半口徑值定為“ 自動” 模式,動態(tài)地調整漸暈口徑來匹配半口徑值,留意假如半口徑是“ 固定” ,就它們保持固定,漸暈將在每個面的確定半口徑上產(chǎn)生；（3）移除全部光圈 （Remove All Apertures ）：移除全部孔徑、光闌；（4）重新放置漸暈光圈 （ Replace Vignetting With 28 圖 1-72 折疊反射鏡菜單Apertures）：在系統(tǒng)上重新放置畸變孔徑、光闌；8折疊反射鏡（Fold Mirrors ）如圖 1-72 所示；（1）添加折疊反射鏡（Add Fold Mirror ）：為彎曲光束,包括坐標轉折,插入一個轉折鏡；如圖

56、1-73 所示；（2）刪除折疊反射鏡 （Delete Fild Mirror ）：把需要刪除的反射鏡刪除,如圖 1-74 所示；圖 1-73 添加折疊反射鏡對話窗口 圖 1-74 刪除折疊反射鏡對話窗口（3）局坐標轉換成全局坐標（Conert Local To Global Coordinates ）：以某一個面為參考,全部面參考該面進行坐標轉換使全部面都具有同一坐標；如圖 1-75 所示；（4）全局坐標轉換成局坐標（Conert Local To Global Coordinates ）以全局坐標為參考,把部分面坐標進行生標轉換,如圖1-76 所示；圖 1-76 全局坐標轉換成局坐標圖 1-

57、75 局坐標轉換成全局坐標9導出數(shù)據(jù)（ Export Data ）如圖 1-77 所示；（1）導出 IGES/STEP/SAT/STL 實體（ Export IGES/STEP/SAT/STL Solid ）：通過該操作可以導出三維模型,如圖1-78 所示；圖 1-78 導出 IGES/STEP/SAT/STL 實體圖 1-77 輸出數(shù)據(jù)菜單（2）輸出 NSC 源文件數(shù)據(jù)（ Export Source Date ）：輸出非序列數(shù)據(jù)；10雜項（ Miscellaneous）如圖 1-79 所示；29 圖 1-79 其他菜單項項（1）零件反向排列（Reverse Elements）：將鏡頭元件或鏡

58、頭組反向排列；如圖 1-80 所示；（2）鏡頭縮放（ Scale Lens）：用確定的因子縮放整個鏡頭；例如,將現(xiàn)有的設計縮放成一個新的焦距時,波長圖 1-80 零件反向排列對話窗口不縮放,縮放鏡頭功能也可以用來將單位從毫米變?yōu)橛⒊?或其他組合單位類型；如圖1-81 所示；（3）生成焦距（ Make Focal）：除了所要的焦距是直接輸入的,生成焦距與縮放鏡頭是相同的,整個鏡頭被縮放成焦距為給定值的鏡頭；如圖 1-82 所示；圖 1-81 鏡頭縮放窗口 圖 1-82 生成焦距窗口（4）幻像發(fā)生器（Ghost Focus Generator）：幻像分析；如圖 1-83 所示；（5）性能測試（ P

59、erfirnance Test）：統(tǒng)光線追跡復雜性測試；如圖 1-84 所示；圖 1-83 幻象分析對話窗口 圖 1-84 性能測試對話窗口30 （6）鎖定全部窗口（Lock All Windows ）：鎖定某個窗口,在其它更新的時候,該窗口保持鎖定不變；（7）解除鎖定全部窗口（Unlock All Windows ）：解除鎖定的窗口,使其可以更新；（8）快速調焦（ Quick Focus ）：通過調整后截距對光學系統(tǒng)快速調焦；如圖 1-85 所示；（9）焦距調劑（ Quick Adjust ）：相當于調整正確焦面；如圖 1-86 所示；圖 1-85 快速調焦對話窗口 圖 1-86 焦距調劑窗

60、口（10）滑塊（ Slider ）：讓某個面的半徑在某一范疇內(nèi)變化；如圖 1-87 所示；（11）轉到 NSC 組（Convert to NSC Group ）：從序列轉化到非序列中；如圖 1-88 所示；圖 1-87 滑塊 圖 1-88 轉到 NSC 組窗口（12）轉換文件格式（Convert File Format ）：依據(jù)需要可以轉換格式；如圖1-89 所示；圖 1-89 復雜物體窗口（13）網(wǎng)絡系列號測試服務（Test Network License Server ）：當它裝顯現(xiàn)問題時,可以通過該項進行檢查；1.2.8 報告菜單報告菜單（Reports）包括以下選項： 表面數(shù)據(jù)（Sur