ZEMAX教学课程(3)

2019-03-28 15:14

Alt + Tab:切换当前的应用程序,特别是用于快速切换ZEMAX软件和其它运行程序。 Ctrl + Esc:打开Windows的任务菜单,在菜单中可选择其它运行程序。 Alt:选择当前运行程序最上面的菜单项。

Alt + 字母:选择与字母相对应的菜单选项,如“Alt + F”选中文件菜单项。 Tab:将光标移动到下一个选项或下一个按钮。

Shift + Tab:将光标移动到上一个选项或上一个按钮。 空格键:切换选择框的开与关。

Enter:在对话框中相当于按下确定或取消按钮。

字母键:入下拉框中选项的第一个字母,就进入此选项。

Windows剪贴板的应用

剪贴板是Windows最有用的特性之一。剪贴板是图形和文件的“隐藏领地”,剪贴板的最大好处是所有的Windows应用程序都能在剪贴板上输入和输出。

由于ZEMAX软件中用的最多的是图形和文本数据,ZEMAX只支持输出到剪贴板,一旦将数据复制到剪贴板,它就容易被另一程序调用,如文字处理器、图形编辑器、桌面排版系统。例如,在本手册中由ZEMAX生成的图形,就是复制到剪贴板中,然后再从剪贴板进入到桌面排版程序中。

将ZEMAX图形和文件复制到剪贴板上非常简单,先选中希望复制的图形和文本窗口,然后选择窗口中剪贴板选项。虽然什么也没显示,但是数据已经可被其它应用程序调用。

为将剪贴板中的数据输入到文件处理应用程序中,先运行该应用程序,并从该程序的编辑菜单中选择粘贴选项。仔细观察那个程序,注意ZEMAX和那个应用程序可以一直同时处于运行状态。如果你发现自己关闭一个应用程序,然后又打开一个,再关闭,你一定是不熟悉Windows的操作。你可以同时保留所有正在运行的程序,用“Alt + Tab”键切换它们。ZEMAX粘贴图像时,颜色和分辨率不会受到任何影响。剪贴板图像格式是与设备无关的矢量文件,在任何打印设备中都可以最大的分辨率方式输出。

稍加练习,你就会发现将ZEMAX中的图像和文本移动到其它程序中是很快的。旧的DOS程序常用打印到一个文件(“Print to File”)的方式来保存图像和文本。通常,先生成一个HPGL图形文件,然后输入到其它应用程序中。现在这种方法被认为是陈旧的,很少用。然而,你仍旧可以你为打印机驱动器所选择的任何文件格式打印文件。为产生一个HPGL文件,用HP 7470A打印机驱动软件(当然先得安装该驱动软件,详见Windows有关资料),然后在打印对话框中选择“Print to File”。

有些Windows应用程序不能输入ZEMAX图形,尽管这些图形可以正确地显示在Windows剪贴板窗口。在这种情况下,就要用本章前面说明的图形窗口中“Export Metafile”选项,一旦生成图元文件,大多数的Windows应用程序就能输入图形。

第三章 约定和定义

简介

本章解释在本使用手册中始终使用的有关术语的约定和定义。ZEMAX中所使用的大部分约定和条目都与光学工业是相通的,但仍然会有一些重大的区别。

活动的结构

活动的结构是指在当前镜头数据编辑时所显示的形态。其细节参考“多重结构”。

角放大率

近轴象空间的主光线角和近轴物空间的主光线角的倍率。角度的度量以近轴入瞳和出瞳位置为依据。

Apodization(照度分布函数)

Apodization指的是系统入瞳处的照度的分布性。缺省时,光瞳照明是均匀的。但是,有时候需要考虑到光瞳照度的不均匀性。为了达到这个目的,ZEMAX支持光瞳照度的分布函数计算,它是指光波的振幅在光瞳上的变化。

ZEMAX中支持3种光瞳的照度分布函数,即:均匀分布,高斯分布,和正切分布。对于每一种来说,Apodization决定了光瞳上振幅大小的改变率。参考“系统菜单”这一章的关于Apodization类型和函数的讨论。

ZEMAX也支持用户自定义的Apodization,并可被放置于任何镜面上。此镜面的Apodization的运作不同于光瞳的Apodization,因为镜面不需要放在光瞳上。要想得到更详细的有关Apodization的信息,请参考“镜面类型”这一章中的“用户自定义镜面”。

主要的面

“主要的面”(有时称为主要的点)这个专用名词指的是物平面和像平面有特定放大率的共轭平面,包括放大率恒为 +1的主面,放大率恒为 -1的反主面,角放大率为 +1的节平面和对像空间焦平面放大率为0,而对物空间焦平面放大率为无穷大的焦平面。

除了焦平面,这些面的位置是相互共轭的。也就是说,像空间主面和物空间主面互相共轭,等等。如果镜头物空间和像空间具有相同的折射率,节平面和主面就是重合的。

ZEMAX列举了从像空间到各种像空间平面的距离,并列出了从第一面到各种物空间平面的距离。

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。注意,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。

衍射极限

衍射极限这个术语的含义是指,在一个光学系统中,仅仅由衍射的物理效应所产生的限制,它不包括设计和制造时的缺陷。判定一个系统是否达到衍射极限的常用的测定方法是计算和测量光程差。如果波峰到波谷的光程差少于四分之一的波长,则此系统就被认为是达到了衍射极限。

有许多种方法可以判定一个系统是否达到衍射极限,比如斯特列尔(STREHL)判断,光程差的均方根值(OPD RMS),标准偏差,最大斜率差等等。对于同一个系统,有可能用一种方法判定出达到了衍射极限,而用另一种方法却没有达到衍射极限。

边缘厚度

ZEMAX中对“边缘厚度”有两种不同的确定方法。通常,对于一个特定的面来说,边缘厚度可用以下的公式计算:

E i = Z i+1 — Z i + T i

其中,Zi是该表面+Y方向上的半口径的矢高;Zi+1是下一个表面半径+Y方向上半口径的矢高,Ti是该表面的轴上厚度。注意,边缘厚度只能根据每一个面的半径各自的半口径形成的矢高计算,一般说来,每一个面的半口径大小是不同的。

还要注意,边缘厚度一般只计算+Y方向的光圈孔径,这种方法对于非旋转对称系统或表面孔径取决于两个面之一的情况来说,是不适当的。

另外一个确定边缘厚度的办法是进行求解处理。因为边缘厚度求解时会改变中心厚度,边缘厚度求解的结果会改变光线在下一面的入射位置,这就意味着下一面的半口径有可能会改变。如果在计算边缘厚度时用到下一面的半径,就会引起“死循环”或无限循环。

因此,边缘厚度求解中对两个面计算矢高时,对于两个面来说都必须严格要求按照第一面的半口径大小进行。虽然会用到第二面的曲率或形状,但第二面的半口径却不会用到。

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。

出瞳位置

系统中从像平面起算的沿轴的出瞳的近轴位置。

附加数据

附加数据值用来描述非标准表面的面型。例如,附加数据值可以用来描述衍射光学表面的相位,如二元光学中的Binary 1表面类型。在“附加数据”这一章中的“镜片类型”中,有关于附加数据值的详细讨论。

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

随光阑尺寸漂移是ZEMAX所支持的一种系统孔径类型。这个词语实际上所指的是: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。当光学系统中含有一个实际的,不变的光阑面时,使用这种方法特别方便,比如当设计零位光学校正器时。 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。反射镜面可以作为一种特别的玻璃类型,输入“MIRROR”,但这个词在玻璃目录中并不出现。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。细节请参考“玻璃目录的使用”一章。

六角环带

执行常规计算如点列图之类时,ZEMAX通常会选择一个光线分布模式。光线分布模式指的是一束光如何被安排在入瞳上。六角环带的光线分布模式是用中心光线周围的环带的数目来描述的。第一个环带中包含了6根光线,第一条光线从0度开始(在光瞳的X轴上),每一条光线之间相隔60度。第二个环带中有12条光线(包括第0环上的中心光线,总数为19),第三个环有18条光线。每一个环都比它前面的一个多出6条光线。许多要求指明采样参数的特性的计算(如MTF计算)都使用六角环带作为一种指定光束条数的简便方式。如果六角环带的采样密度是5,并不表示使用了5条光线,而是使用了1+6+12+18+24+30=\条。

像空间F/#

像空F/#是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率。注意,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。

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


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