第8章zemax分析菜单.doc

第八章 分析菜单1 导言(Introduction)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，可以用选择设置菜单选项来修改缺省设置。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置，在File：Environment：Graphics中使用“Show Options First”选项框。在设置窗口中的“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。 设置：项目说明First surface绘图的第一个面Last surface绘图的最后一个面Wavelength显示的任意或所有波长Field 显示的任意或所有视场Number of Rays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。这个参数可以设置为0Scale Factor若比例因子设置为零，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画出光线通过的最大光瞳坐标Lower Pupil Limit画出光线通过的最小光瞳坐标Marginal and Chief Only只画出边缘光线和主光线Square Edges若选中则画出平面和边缘，否则用半口径值画镜头的边缘DXF File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 “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 File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选择“Field”用每个视场来区分，选择“wave”用每个波长来区分Suppress Frame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Delete Vignetted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。 设置：项目说明First Surface所画的第一个面Last Surface所画的最后一个面Wavelength参与绘图的一种或所有波长Field 参与绘图的一个或所有视场Number of Rays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。本参数可以设置为0。如果Ray Pattern被设置为列表，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并被放置在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则忽略设置的光线数目。Scale Factor若比例因子设置为零，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 Faces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各面会使图形看起来很乱，因而本功能很有用。Hide Lens Edges若选取，则不画镜头外侧的口径。对于给出3D外形的2D”横截面外表很有用。Hide X Bar若选取，则不画镜头的X部分。当“Hide Lens Edges”选取，而 “Hide Lens Faces”未选取时是有用的。Rotation About X用度表示的镜头绕X轴的旋转角Rotation About Y用度表示的镜头绕Y轴的旋转角Rotation About Z用度表示的镜头绕Z轴的旋转角Color Rays by选择”Field” 则用颜色区分不同的视场位置，选择”Wave” 则用颜色区分不同的波长，选择”Zoom”则用颜色区分不同结构Suppress Frame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Delete Vignetted若选取，被任意面拦住的光线不画出Zoom Position 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，Y，Z用透镜单位表示的结构间的X，Y，和Z方向的偏离量。只有变焦位置选择为”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置。 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。当画所有的变焦位置时，在每个变焦位置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，那么所有的变焦位置是重叠的;否则，各变焦位置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置定义的。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，多重变焦位置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。 设置： 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 说明DXF File 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 File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Draw Section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。Radial Segs表达镜头形状用的分割数。该数目越大则运行时间越长。Angular Segs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。 设置： 本设置与在立体模型中的设置是相同的，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。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。设置：除了能设置亮度和背景色外，本选项与在立体模型中的设置是相同的。 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。 设置： 项目说明Surface被绘制的元件的第一个面Show As 选择“Surface”，“Singlet” 或“Doublet”Note File Name 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Edit Note File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Rad n Tol半径(第1，2或3面)的公差栏中的值Pow/Irr n各面(第1，2或3面)的光焦度不规则公差栏中的值Clear Ap n在第几个面上的镜片的全口径。缺省值是半口径的两倍Thick n Tol 第n面中心厚度公差。缺省值是1%Scale Factor若比例因子设置为零，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。Title用户自定义文本区域。缺省是镜头的标题Drawing Name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ApprovedRevisionDrawn ByProjectNote 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)的设置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 说明： 元件图的设置通过按“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置分别保存。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。若要将该设置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置。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，缺省设置将重新产生。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，若TTHI厚度公差为-.03，+.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，公差设置为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表示的光焦度之间的简便的转换公式为：这里R是半径误差，是测试波长，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： 显示作为光瞳坐标函数的光线像差。 设置： 项目 说明Maximum Scale设置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。本设置将复盖自动选择的绘图比例。输入0时自动设置比例Number of Rays图形原点两边所追迹的光线数量Wavelength执行计算所需的波长数目 Field执行计算所需的视场数目 Tan Fan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 Sag Fan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Use Dashes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)Check Aperture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Vignetted Pupil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 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，绘制光线和像平面的交点的x或y坐标和主波长的主光线x或y坐标的差。 弧矢特性曲线是以光瞳的x坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x或y坐标和主波长的主光线x或y坐标的差。 每个曲线图的横向刻度是归一化的入瞳坐标PX或PY。 若显示所有波长，那么图形参考主波长的主光线。若选择单色光那么被选择的波长的主光线被参照。由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。因为像差是有x和y分量的矢量，光线像差曲线不能完全描述像差，特别是像平面倾斜或者系统是非旋转对称时。另外，像差曲线仅仅表示了通过光瞳的两个切面的状况，而不是整个光瞳。像差曲线图的主要目的是判断系统中有哪种像差，它并不是系统性能的全面描述，尤其系统是非旋转对称时。 光程(Optical Path) 目的： 显示用光瞳坐标函数表示的光程差。 设置： 除了由于OPD是标量，“Tan Fan” 和“Sag Fan”选项只能是OPD之外，本选项与光线像差曲线是相同的。 说明： 垂轴刻度在图形的下端给出。 绘图的数据是光程差(OPD)，它是光线的光程和主光线的光程的差，通常，计算以返回到系统出瞳上的光程差为参考。 每个曲线的横向刻度是归一化的入瞳坐标。 若显示所有波长，那么图形以主波长的参考球面和主光线为参照基准的。若选择单色光那么被选择的波长的参考球面和主光线被参照。由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。 光瞳像差(Pupil Abberation) 目的： 显示用光瞳坐标函数表示的入瞳变形。 设置： 除了由于光瞳像差是标量，“Tan Fan” 和“Sag Fan”选项只能是OPD之外，本选项与光线像差曲线是相同的。 说明： 入瞳像差是实际光线在光栏面的交点和主波长近轴光线交点的差在近轴光栏半径所占的百分比来定义的。若最大像差超过一定的百分比，就得用光线定位 (参见“系统菜单”一章) ，以便在校正物空间的光线使它正确地充满光栏面。若光线定位选择被打开，入瞳像差将为零 (或剩下很小的值)，因为变形被光线追迹算法补偿了。可以利用这一点来检查光线定位是否正确。这里所用的光瞳像差的定义并不是追求其完整性和与其它定义的一致性。本功能的唯一目的是为是否需要光线定位提供依据。4 点列图(Spot Diagram) 标准(Standard) 目的： 显示点列图。 设置：项目说明Pupil Parrern光瞳模式可以是六角形，方形或高频脉冲。这些方式与出现在光瞳面的光线的分布模式有关。当镜头大离焦时来研究光瞳分布模式。高频脉冲点列图是在长方形或六角形模式的点列图中删去对称因素的伪随机光线产生的。如果光瞳变迹给定，那么用光瞳分布变形来给出正确的光线分布。没有最好的模式，每一种模式都只能表示点列图的不同特性。Reference Point缺省点列图是以实际主光线为参考的。列在图形尾部的RMS和GEO（在说明部分定义）点尺寸是假定主光线是零像差点计算的。但是，本选项允许选择其他两个参考点：重心和中点。重心是用被追迹的光线分布定义的。中点定义使其最大光线误差在x和y方向相等。Show Scale比例条目是缺省的。选择艾利圆斑 “Airy Disk” ，将在图“的每个点的周围画椭圆环表示艾利椭圆。空心环的半径是1.22乘以主波长乘以系统的F#；它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。如果空心环比点大，空心环将设置为放大尺，否则点尺寸将设置比例尺。选择“Square”将画方形，其中心是参考点，宽度是从参考点到最外光线的距离的2倍。选择”Cross” 将通过参考点画一个十字。设置为”Circle”将以参考点为中心画圆。 Wavelength执行计算所需的波长数目Field 执行计算所需的视场数目Surface Number选择点列图将被计算的面。它在计算中间像或渐晕时很有用。Max Scale设置用毫米表示的最大比例尺。零设置将产生一个适合的比例Delta Focus离焦增量选项只有在离焦点列图被选择时才使用。它是在点列图平面上Z方向的间隔。每个视场角显示5个点列图。离焦量是给定的离焦增量分别乘以-2，-1，0，1，2。离焦量单位是mm.。某些系统中，缺省的离焦增量太小以至于不能使点列图的结构发生改变。Ray density 若选择六角形或高频脉冲光瞳模式，光线密度决定了六角环形的数目，若选择长方形模式，光线密度决定了光线数目的均方根。被追迹的光线越多，虽然计算时间会增加，但点列图的RMS越精确。第一个六角环中有6条光线，第二个有12条，第三个有18条，依此类推。Use Symbols若选中，每种波长将画不同的符号，而不是点。它可以帮助区分不同的波长Use Polarition若选中，将用偏振光追迹每个需要的光线，通过系统的透过强度将被考虑。参见“系统菜单（System Menu）”一章的“偏振状态”中关于偏振状态的定义和描述。只有ZEMAX-EE版本支持这个功能。 说明： 光线密度有一个依据视场数目，规定的波长数目和可利用的内存的最大值。离焦点列图将追迹标准点列图最大值光线数目的一半光线。 列在曲线上的每个视场点的GEO点尺寸是参考点（参考点可以是主波长的主光线，所有被追迹的光线的重心，或点集的中点）到距离参考点最远的光线的距离。换句话将，GEO点尺寸是由包围了所有光线交点的以参考点为中心的圆的半径。 RMS点尺寸是径向尺寸的均方根。先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平