ZEMAX基本界面:如下图所示.包括一系列文件菜单和工具按钮.以及一个镜头数据编辑对话框.
Zemax基本界面中有不同的窗口,各窗口有不同的用途,主要有:
(1) 主窗口:这个窗口有一个工作区和一个标题栏、一个菜单栏、一个工具栏. (2) 编辑窗口:主要由透镜数据编辑窗口(LDE),优化函数编辑窗口,复合构造编辑窗口等组成.
(3) 图表窗口:用于显示数据、图表等,如设计布局图、扇型光线图等. (4) 文本窗口:显示文本数据,如边缘厚度、像差系数等.
下面将详细介绍各菜单及其子项的使用方法和功能:
1、File菜单下的open项:主要是用来打开一个已存在的镜头文件,如图所示:
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2、编辑菜单下的镜头数据(LensDate)项: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).如图所示.
接下来我将重点说说对Lens Date的使用:
插入或删除面数据(Inserting and deleting)
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.
输入面注释(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.。
输入半径数据(radius 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。
输入玻璃数据(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,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BK7,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(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.
输入二次曲面数据(conic data)
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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.参见面型关于二次曲面的定义. 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.
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.
镜头数据编辑器中的选项栏1.编辑(Edit):编辑菜单中提供以下选项,如图所示: 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.
2 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.
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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. 3 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. 主光线
如果没有渐晕,也没有像差,主光线就被定义为一条从一个特殊的点出射,穿过入瞳中心并落在像平面上的光线。没有渐晕或像差时,任何光线穿过入瞳中心,都会穿过光阑和出瞳的中心。
当考虑渐晕系数时,主光线就被认为是穿过渐晕光瞳中心的光线,那就意味着,主光线并不一定都要穿过光阑的中心。
如果有光瞳像差(事实上,总是会有的),那么,主光线会穿过近轴入瞳的中心(不使用光线瞄准校正时),或光阑的中心(当使用光线瞄准校正时)。通常,不会是两者兼具的。
如果存在使光瞳偏心的渐晕系数,那么,主光线会穿过渐晕入瞳中心(不使用光线瞄准校正时),或渐晕光阑表面(当使用光线瞄准校正时)。
一般的定义是,主光线通过渐晕光瞳的中心,而基本的光线则通过非渐晕光阑的中心。在ZEMAX中,从不使用基本的光线。大部分的计算都涉及主光线或重心光线。注意,重心光线通常都涉及比较深的问题,因为它一般都建立在对像平面有实际照明的光线的总效果上,而不是任意选取的一条“特殊光线”。
坐标轴
光轴是Z轴,物体的光传播的初始方向定为Z轴的正方向。反射镜能改变光传播的方向。坐标系统是右手系,其弧矢方向的X轴则指向绘有标准图的监视器中。子午方向的Y轴是垂直的。
光传播的初始方向是从左到右,沿着Z轴的正方向。经过奇数次 (1,3,5……)的镜面反射后,光束会沿着Z轴的负方向物理传播。因此,经过奇数面的镜头的总厚度应该是负的。
有效焦距
从后方主平面到近轴像平面的距离。这是为无限远共轭点而计算的。主平面计算一般基于近轴光数据上,有效焦距常常指的像空间的折射率为1.0的系统,尽管像空间的介质折射率有可能不为1。
入瞳直径
以透镜长度单位为单位的光阑在物空间所成近轴像的直径。 入瞳位置
系统中从第1面起算的沿轴向的入瞳位置。第1面一般是指第一个镜面,而不是物平面,物平面是第0面。
出瞳直径
以透镜长度单位为单位的光阑在像空间所成近轴像的直径。
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出瞳位置
系统中从像平面起算的沿轴的出瞳的近轴位置。
视场角和高度
视场角一般用度来表示,其测量一般依据近轴入瞳的位置。 正的视场角其物体坐标是负的,其光线斜率是正的。如果用物体或像的高度来描述视场点时,就要用透镜长度单位表示高度。当像高被用来描述视场时,其高度指的就是近轴像高。如果光学系统有畸变,则实际像点将会落在不同的位置。
随光阑尺寸漂移
入瞳位置,物空间数值孔径,像方空间F/#,和光阑面半径这些数据中,当有一个是指定时,那么其他所有的都是确定的。因此,设定光阑半径,然后让其他的数据随之相应变化,是一种很有效的描述系统孔径的方法。
玻璃
玻璃的输入操作可通过在玻璃这一列中键入玻璃名称来实现。空白的被看作是空气,它的折射率为1。常用的玻璃可以在玻璃库中进行查阅,新的玻璃类型可以用玻璃目录工具输入。
F/#
F数就是f/d,f为焦距,d为入射光瞳直径,为相对孔径的倒数,决定了像面照度,决定了设计的难度,光学设计还有:
1像空间F数:计算无穷远共轭点时的轴上有效焦距与近轴入瞳孔径的比值。即使此镜片没有在无穷远共轭点上使用,也用无穷远共轭点来表征此数量大小。
2近轴F数:就是忽略了像差的有效f数。
3工作F数:此F数比像空间F数有用,由于它基于镜头的实际共轭面的真实光线。
透镜长度计量单位
透镜长度计量单位是度量镜头系统时的一个基本单位。透镜长度计量单位可用来衡量半径,厚度,孔径和其他的数量,可以是毫米,分米,英寸或米。
边缘光线
边缘光线是从物体中心发出的经过入瞳边缘并落在像平面上的光线。
如果有渐晕,ZEMAX将此定义扩展为渐晕入瞳边缘上的光线。如果利用光线瞄准调整法追迹光线,则边缘光线就通过在渐晕光阑边缘上的点。
也可参考“主光线”。 最大视场
当选择“视场角”模式时,以度为单位的最大径向视场角;当选择“物体高度” 模式时,以透镜长度单位度量的最大径向物体坐标;或者当选择“像高”模式时,以透镜长度单位为单位的最大径向像坐标。视场模式可在“系统”菜单下的“视场数据”对话框中设置。
物空间数值孔径
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物空间数值孔径是物面上发出的光的发射角大小的度量。数值孔径被定义为折射率乘以物空间所度量的边缘光线与光轴夹角的正弦。边缘光线定义为从一个物点发出的发散光束所组成的圆锥体的边缘。
主波长
主波长以微米为单位。这个值用来计算大部分近轴值或系统值,如光瞳位置等。 半径
系统中每一个面用透镜长度单位表示的曲率半径。习惯的用法是,如果曲率中心位于从表面顶点向右(沿着Z轴有正的位移),半径为正,而如果曲率中心是从表面顶点向左(沿着Z轴有负的位移),半径为负。它与系统中反射镜面的数量无关。
系统孔径
系统孔径是全系统的F/#、入瞳半径、数值孔径或光阑尺寸。对于一个具体的光学系统,4个值中任何一个值都足够描述其余的3个。系统孔径用来描述物空间入瞳半径,入瞳半径则是所有光线发出的起点。系统孔径一般总是圆的。光线在经过各种表面孔径以后,可能会产生渐晕现象。虽然表面孔径可以有很多,但系统孔径只有一个。
厚度
厚度是用透镜长度单位表示的到下一个面的顶点的相对距离。厚度不是一个累积的值,每一个厚度值指的是仅从前一个顶点开始沿Z轴的偏移量。
厚度在经过反射镜后,总会改变正负号。经过奇数面的镜面后,总的厚度值将会是一个负值。正负号的约定与镜面数量或坐标中断的出现无关。这种基本约定也适用于坐标旋转180度后的情况。
波长数据
波长数据一般以毫米为单位测量。波长数据在“波长数据”对话框中输入。
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