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1、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置更新。 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，如光瞳位置，半口径，折射率和求解值。只
2、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置得到的。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
3、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：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(nsin 6 m)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
4、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“O bject 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
5、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 StopSize” 作为系统光圈类型，光栏面 （镜头数据编辑器中设置）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。如果需要不同玻璃
6、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
7、Reference）0如果光线定位状态为“None”，ZEMAX用近轴入瞳尺寸和位置来决 定从物面发出的主波长光线，而入瞳由光圈设置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置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。光栏面的正确位置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。
8、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 y半径乘以 Pyy。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， Z
9、EMAX 用正确的数值孔径追迹近轴入瞳的位置和 尺寸。如果光线定位随后被设置为“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 ）0通常，首选设置为近轴光线参考 “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
10、，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。力口强型光线定位(慢)(Robust Ray Aiming (slow)若选取本功能,ZEMAX使用一
11、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，此选项才被设置。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。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
12、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
13、倾斜或光栏偏心时光瞳位置的改变。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置。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
14、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。变迹因子表示径向的光瞳坐标函数的光束振 幅递减率。光束振幅在光瞳中心归一化为 1个单位，入瞳其它点的振幅由下式给出：A( p)a = e_Gp2这里G是变迹因子，p是归一化的光瞳坐标。如果变迹因子是0那么光瞳照射是均匀的。 如果变迹因子是 1.0，那么光束振幅在入瞳边缘的 1/e。 (它表示光强度为 e 的平方分之1，大 约是峰值的 13%)。变迹因子可以是大于或等于 0.0的任意值。不建议采用大于 4.0的值。因为 如果光束振幅离轴下降很快，在许多计算中取
15、样的光线太少，以至于不能产生有意义的结果。正切变迹恰当地模拟了点光源照在平面上的强度衰退特点(如入瞳通常是平面)。对于一个 点光源，偏离点光源距离为 Z 的面上的强度为：Z2I ( r )二-Z 2 + r 2这里 r 是平面上一点到光源的距离，强度在轴上已经归一化为一个单位。如 r 用归一化的光 瞳坐标来表示，振幅变迹可用平方根产生：1A (P)=-pl + p 2 tan 2 9这里tan0是入瞳顶部的光线与z轴的夹角的正切。对于正切变迹，tan0是变迹因子。特殊情 况下变迹因子为0当计算变迹时，ZEMAX用入瞳位置和尺寸会自动计算出tan0。除了在入瞳面一外,ZEMAX也支持用户在任意面
16、上自定义的变迹，用户自定义变迹用在“表面类型”这一章所讲的用户自定义面型来完成。变迹因子(Apodization Factor)变迹因子表示光瞳上振幅的衰减速度。参见前一节关于变迹类型的说明。光程差参数(Referece OPD)光程差或0PD，在光学设计计算中很有意义，因为光程差表示成像的波前位相误差。对零光 程的任意偏离都会在光学系统中形成衍射图像时产生误差。因为出瞳是光栏在像空间的像，出瞳表示像空间光束有清晰边界的位置。出瞳处的照度，其 振幅和位相通常是平滑变化的，零振幅和非零振幅区域有明显的界限。换句话讲，在出瞳处观察， 可以合理地假定波前没有明显的衍射影响。如果光学系统中的所有面的通光孔径比受光栏限制入 射到每一面上的光束尺寸大，这一假定基本上是事实。甚至如果出瞳是虚拟的(这是常有的)， 出
