ZEMAX 中文使用说明书
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臵更新。
§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,如光瞳位臵,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臵得到的。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:
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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臵)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。
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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臵来决定从物面发出的主波长光线,而入瞳由光圈设臵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臵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。
光栏面的正确位臵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 ?Real 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
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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臵和尺寸。如果光线定位随后被设臵为 “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,首选设臵为近轴光线参考 “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,此选项才被设臵。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。
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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臵的改变。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,y也随视场缩放,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臵。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
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