第十三章光学设计软件 zemax

第十三章光学设计软件第十三章光学设计软件 ZEMAXZEMAX

一、国内外光学设计软件情况一、国内外光学设计软件情况国内情况：国内情况：北京理工大学北京理工大学 (SOD)(SOD) ，南京理工大学等自编光，南京理工大学等自编光学设计软件。学设计软件。 ZEMAXZEMAX 国外情况：国外情况： Optical Research Associates: Code VOptical Research Associates: Code V

Lambda: OSLOLambda: OSLO 、、 ZEMAXZEMAX 等。等。 ZEMAXZEMAX 已经成为当今使用最普遍的光学设计已经成为当今使用最普遍的光学设计

软件软件

※ ※ 市场占有率：市场占有率： 80~85%80~85%

※ ※ 全球已经销售了两万多套全球已经销售了两万多套※ ※ 台湾已经销售台湾已经销售 600600 多套多套※ ※ 大陆已经有大陆已经有 300300 多套，知道和需要购买多套，知道和需要购买者越来越多者越来越多

二、二、 ZEMAXZEMAX 的应用的应用传统相机、数码相机、内窥镜等光学镜头传统相机、数码相机、内窥镜等光学镜头的设计的设计DVDDVD 、、 VCDVCD 读写头读写头投影系统，背投电视投影系统，背投电视照明系统照明系统干涉仪干涉仪LEDLEDLaser diodeLaser diode光通信器件设计等等光通信器件设计等等……

三、三、 ZemaxZemax 使用群使用群※※NASANASA 美国太空总署美国太空总署 ,Sandia ,Sandia 国家实验国家实验室室 , U.S.Army, U.S.Army 军队军队 , HP, Motorola…, HP, Motorola…

※※ 台湾台湾 :: 电子所电子所 ,, 中科院中科院 ,, 大学大学……以及扫描以及扫描仪仪 ,, 相机相机 ,, 望远镜望远镜 ,, 投影机等制造商投影机等制造商 ..

※※ 大陆：光学、光电研究所，大学，光学大陆：光学、光电研究所，大学，光学公司，光学加工厂，从事光学镜头、条形公司，光学加工厂，从事光学镜头、条形码、投影仪、背投影电视、光通信器码、投影仪、背投影电视、光通信器件、件、 VCDVCD 及及 DVDDVD 读写头等的设计的公司。读写头等的设计的公司。

四、四、 ZEMAXZEMAX 概述概述 11 、、 Focus Software Focus Software 公司产品公司产品————光学镜头设计和光学系统分析光学镜头设计和光学系统分析

软件软件版本有三个等级：版本有三个等级：＊＊ ZEMAX—SE(ZEMAX—SE( 标准版标准版 )) ＊＊ ZEMAX—XE(ZEMAX—XE( 完整版完整版 )) ＊＊ ZEMAX—EE(ZEMAX—EE( 专业版专业版 )) 22 、特点、特点

界面友好，容易上手；资料丰富，既可以直接选择，又可以自定界面友好，容易上手；资料丰富，既可以直接选择，又可以自定义；义；可建立反射、折射、衍射及散射等光学模型；可建立反射、折射、衍射及散射等光学模型；可进行偏振、镀膜和温度、气压等方面的分析可进行偏振、镀膜和温度、气压等方面的分析

具有强大的像质评价和分析功能；具有强大的像质评价和分析功能；丰富的资料库，有现成的镜头和玻璃、样板数据，可供用户选择；丰富的资料库，有现成的镜头和玻璃、样板数据，可供用户选择；大部分窗口都提供在线帮助大部分窗口都提供在线帮助 ,, 方便随时获取相关功能的在线解释和方便随时获取相关功能的在线解释和

帮助；帮助；

系统要求系统要求WIN98WIN98 ，， NTNT ，， 20002000 ，， XPXP

200Mb 200Mb 以上的硬盘空间以上的硬盘空间最小的分辨率为：最小的分辨率为： 1024*7681024*768

一个并行口或者一个并行口或者 USBUSB 接口用来接接口用来接 KEYKEY

64Mb64Mb 以上内存；如果进行对象非常复杂、以上内存；如果进行对象非常复杂、物理光学或散射和照明分析时，最低要求物理光学或散射和照明分析时，最低要求是是 256MB256MB ，最好是，最好是 512Mb512Mb

ZEMAXZEMAX 能做什么能做什么 ZEMAXZEMAX 是一个用来模拟、分析和辅助是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的程序。设计光学系统的程序。 ZEMAXZEMAX 的界面设的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。大部分地进行交互设计。大部分 ZEMAXZEMAX 的功能的功能都用选择弹出或下拉式菜单来实现。键盘都用选择弹出或下拉式菜单来实现。键盘快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运行。行。

ZEMAXZEMAX 不能做什么不能做什么 ?? ZEMAXZEMAX 程序或程序或 ZEMAXZEMAX文件都不能教你如何去进行文件都不能教你如何去进行透镜或光学系统的设计。虽然，透镜或光学系统的设计。虽然， ZEMAXZEMAX 程序在进行光学程序在进行光学系统的设计和分析的时候，可以帮助你做许多事情，但是系统的设计和分析的时候，可以帮助你做许多事情，但是设计者仍然是你。设计者仍然是你。 ZEMAXZEMAX文件并不是关于光学设计、术文件并不是关于光学设计、术语以及方法的课程。语以及方法的课程。 ZEMAXZEMAX 的用户可以获得技术上的支的用户可以获得技术上的支持，包括在使用过程中的帮助，但不包括基本的光学设计持，包括在使用过程中的帮助，但不包括基本的光学设计原理的指导。如果，你在光学设计方面只有很少甚至根本原理的指导。如果，你在光学设计方面只有很少甚至根本就没有经验，你就需要去熟读有关这方面的许多好书。下就没有经验，你就需要去熟读有关这方面的许多好书。下表列出了一些表列出了一些 ((但并非全部但并非全部 )) 可以帮你学习的书。可以帮你学习的书。

最主要的，最主要的， ZEMAXZEMAX 并不能完全代替工程实践。在一并不能完全代替工程实践。在一个设计完成之前，必须要一个有资格的工程师对本软件所个设计完成之前，必须要一个有资格的工程师对本软件所得的计算结果进行检查，以判断结果是否合理。尤其是，得的计算结果进行检查，以判断结果是否合理。尤其是，当一个设计结果将被投产并需动用大量资金时，这一点就当一个设计结果将被投产并需动用大量资金时，这一点就显得非常重要。检查显得非常重要。检查 ZEMAXZEMAX 所得的结果，是工程师的职所得的结果，是工程师的职责，除此以外没有别的选择。责，除此以外没有别的选择。

学习如何使用学习如何使用 ZEMAXZEMAX

可以从可以从 ZEMAX Knowledge BaseZEMAX Knowledge Base ，获，获取更多的课程和应用文章。取更多的课程和应用文章。 Knowledge Knowledge Base Base 网址是：网址是： www.ZEMAX.com/kbwww.ZEMAX.com/kb 。。 ZEMAXZEMAX 全年提供从初学者到高级用户的各全年提供从初学者到高级用户的各种简短课程，请访问种简短课程，请访问 www.ZEMAX.comwww.ZEMAX.com 查查看详情。看详情。

ZEMAXZEMAX 的用户界面的用户界面一、一、窗口类型窗口类型 (Types of windows)(Types of windows) ZEMAXZEMAX 有不同类型的窗口，每类窗口完成不同的任有不同类型的窗口，每类窗口完成不同的任务。这些类型有：务。这些类型有：11 、主窗口：这个窗口有很大的空白空间，顶端有标题栏，、主窗口：这个窗口有很大的空白空间，顶端有标题栏，菜单栏和工具栏。菜单栏中的命令通常与当前的光学系统菜单栏和工具栏。菜单栏中的命令通常与当前的光学系统相联系，成为一个整体。相联系，成为一个整体。22 、编辑窗口：有六种不同的编辑器、编辑窗口：有六种不同的编辑器 11))透镜数据编辑器透镜数据编辑器(Lens Data Editor)(Lens Data Editor) ；； 22)) 评价函数编辑器评价函数编辑器 (Merit Function (Merit Function Editor)Editor) ；； 33)) 多重结构编辑器多重结构编辑器 (Multi-Configuration Editor)(Multi-Configuration Editor) ；；44)) 公差数据编辑器公差数据编辑器 (Tolerance Data editor)(Tolerance Data editor) ；； 55))附加数据附加数据编辑器编辑器 (Extra Data Editor)(Extra Data Editor) 和非序列元件编辑器和非序列元件编辑器 (Non-(Non-Sequential Components Editor)Sequential Components Editor) ，仅，仅 ZEMAX-EEZEMAX-EE 可使用。可使用。

33 、图形窗口：这类窗口用来显示图形数据，例、图形窗口：这类窗口用来显示图形数据，例如：系统图；光线扇形图如：系统图；光线扇形图 (Ray Fans)(Ray Fans) ；光学传递；光学传递函数图函数图 (MTF plots)(MTF plots) 等。等。44 、文本窗口：用来列出文本数据，例如：指定、文本窗口：用来列出文本数据，例如：指定数据、像差系数、计算数据等。数据、像差系数、计算数据等。55 、对话窗口：对话框是弹出窗口，不能调整大、对话窗口：对话框是弹出窗口，不能调整大小。对话窗口用来改变选项和数据，如：视场小。对话窗口用来改变选项和数据，如：视场field anglesfield angles ；波长；波长 wavelengthswavelengths ；孔径光阑；孔径光阑aperturesapertures ；表面类型；表面类型 surface typessurface types 等。在图形等。在图形和文本窗口中，对话框也被广泛地用于改变选项，和文本窗口中，对话框也被广泛地用于改变选项，比如改变系统图中光线的数量。除了对话框，所比如改变系统图中光线的数量。除了对话框，所有窗口都能通过使用标准鼠标和键盘按钮进行移有窗口都能通过使用标准鼠标和键盘按钮进行移动和改变大小。动和改变大小。

二、主窗口操作二、主窗口操作 (Main window operations)(Main window operations)

文件菜单：主要用于文件的打开、关闭、文件菜单：主要用于文件的打开、关闭、保存、重命名。保存、重命名。编辑菜单：主要用于打开或关闭各种编辑编辑菜单：主要用于打开或关闭各种编辑器。器。系统菜单：定义光学系统的特性。系统菜单：定义光学系统的特性。分析菜单：分析菜单组特点是它不能改变分析菜单：分析菜单组特点是它不能改变透镜数据，只是从给定的透镜数据中计算透镜数据，只是从给定的透镜数据中计算出结果，以数字或图形表示。这些结果包出结果，以数字或图形表示。这些结果包括轮廓图、像差曲线图、点列图、衍射计括轮廓图、像差曲线图、点列图、衍射计算等等。算等等。


工具菜单：工具菜单的特点是它可以改变透镜数工具菜单：工具菜单的特点是它可以改变透镜数据或对整个系统进行复杂的计算。这些包括优化据或对整个系统进行复杂的计算。这些包括优化计算、公差、套样板计算、公差、套样板 test plate fittingtest plate fitting 、执行宏语、执行宏语言程序等等。言程序等等。报告菜单：以文本方式记录透镜设计结果，这些报告菜单：以文本方式记录透镜设计结果，这些特性包括系统数据汇总、各个表面数据汇总和图特性包括系统数据汇总、各个表面数据汇总和图形报告汇总。形报告汇总。宏菜单：编辑和运行宏菜单：编辑和运行 ZPLZPL宏。宏。扩展菜单：提供扩展接口，以便在外部程序的控扩展菜单：提供扩展接口，以便在外部程序的控制下进行光线追迹、分析和优化。制下进行光线追迹、分析和优化。


窗口菜单：从当前已打开窗口列表当中选择一个窗口菜单：从当前已打开窗口列表当中选择一个窗口，然后将其放置屏幕窗口前面。窗口，然后将其放置屏幕窗口前面。帮助菜单：提供在线帮助文本。帮助菜单：提供在线帮助文本。大多数常用菜单选项可用键盘快捷方式执行。例大多数常用菜单选项可用键盘快捷方式执行。例如，按下“如，按下“ Ctrl + Q”Ctrl + Q” 键将退出键将退出 ZEMAXZEMAX 。快捷键。快捷键的缩略字母列在相应的菜单选项边上。的缩略字母列在相应的菜单选项边上。在主窗口中，各窗口之间快速切换的快捷键在主窗口中，各窗口之间快速切换的快捷键是“是“ Ctrl + Tab”Ctrl + Tab” ，这个可以让，这个可以让 ZEMAXZEMAX 所有的窗所有的窗口快速的顺序切换。口快速的顺序切换。


在主窗口中菜单框下还显示了一排按钮，这一排在主窗口中菜单框下还显示了一排按钮，这一排按钮称为工具栏，其用来快速选择常用的操作命按钮称为工具栏，其用来快速选择常用的操作命令。所有这些按钮代表了菜单中可以使用的功能。令。所有这些按钮代表了菜单中可以使用的功能。在“文件在“文件 File”File”菜单中选择“参数菜单中选择“参数 Preferences”Preferences” 子子菜单，再选择“按钮菜单，再选择“按钮 Button”Button” 子菜单，可以在些子菜单，可以在些改变工具栏按钮所代表的操作命令。在“参数改变工具栏按钮所代表的操作命令。在“参数Preferences”Preferences” 窗口中可找到用三个窗口中可找到用三个 ButtonButton 字母表字母表示的所有按钮名称。如果屏幕分辨率不是足够高，示的所有按钮名称。如果屏幕分辨率不是足够高，就不会显示出所有的按钮。推荐使用就不会显示出所有的按钮。推荐使用 1024×7681024×768或更高的屏幕分辨率。或更高的屏幕分辨率。

三、编辑窗口操作三、编辑窗口操作 (Editor windows operations)(Editor windows operations)

编辑窗口主要用于输入透镜和评价函数数据。每个编辑窗编辑窗口主要用于输入透镜和评价函数数据。每个编辑窗口类似于一个由行和列构成的表格。每一行与每一列构成口类似于一个由行和列构成的表格。每一行与每一列构成一个单元格。如果编辑窗口是活动窗口一个单元格。如果编辑窗口是活动窗口 (( 标题栏显示为高标题栏显示为高亮亮 )) ，就会有一个单元格显示为高亮或者相反的颜色。这，就会有一个单元格显示为高亮或者相反的颜色。这个单元格被称为活动单元格，具有输入键盘焦点。单元格个单元格被称为活动单元格，具有输入键盘焦点。单元格的相反颜色被称为箭头，虽然他并是通常意义下的箭头。的相反颜色被称为箭头，虽然他并是通常意义下的箭头。具有键盘焦点是指从键盘输入的任何数据都会输入到这个具有键盘焦点是指从键盘输入的任何数据都会输入到这个活动单元格中，除非是像箭头等控制键或者键盘组合，这活动单元格中，除非是像箭头等控制键或者键盘组合，这些控制命令都是直接送入主窗口的。要对活动单元格中的些控制命令都是直接送入主窗口的。要对活动单元格中的数据进行编辑，只需要重新输入新数据并按回车键结束。数据进行编辑，只需要重新输入新数据并按回车键结束。

三、编辑窗口操作三、编辑窗口操作 (Editor windows (Editor windows operations)operations)

增加单元格中的数值，可以输入一个“增加单元格中的数值，可以输入一个“ +”+” 号和增加的数，号和增加的数，然后回车。比如，要把然后回车。比如，要把 12 12 变成变成 1717 ，只需要输入“，只需要输入“ +5”+5”并回车。同样，“并回车。同样，“ *”*” 代表乘，“代表乘，“ /”/” 代表除。如果要减去代表除。如果要减去一个数在减数前面加上一格符号即可。要区分输入的是减一个数在减数前面加上一格符号即可。要区分输入的是减数还是负值，可以使用空格来区分。数还是负值，可以使用空格来区分。要对某一个单元格内容进行编辑，又不想重新出入表中所要对某一个单元格内容进行编辑，又不想重新出入表中所有数据，可以使单元格变为亮，按有数据，可以使单元格变为亮，按 Backspace Backspace 或者或者 F2F2键。 “←”、“→”，键。 “←”、“→”， Home,EndHome,End键都可以用来辅助编键都可以用来辅助编辑。鼠标可用来选择和替换文本部分。一旦单元格内容改辑。鼠标可用来选择和替换文本部分。一旦单元格内容改变了，按回车结束编辑，光标还保留在当前单元格上。按变了，按回车结束编辑，光标还保留在当前单元格上。按上下光标键同样可以结束编辑，也可以顺序移动光标。按上下光标键同样可以结束编辑，也可以顺序移动光标。按下下 Tab Tab 或者或者 Shift-Tab Shift-Tab 键可以结束编辑并左右移动光标。键可以结束编辑并左右移动光标。

三、编辑窗口操作三、编辑窗口操作 (Editor windows (Editor windows operations)operations)

要放弃对单元格的编辑，按要放弃对单元格的编辑，按 Escape Escape 键。键。左右上下光标键可以顺序移动光标。同时按下左右上下光标键可以顺序移动光标。同时按下 ControlControl键键和上下左右光标键，可以一次向一个方向移动一屏。和上下左右光标键，可以一次向一个方向移动一屏。 TabTab或者或者 Shift-Tab Shift-Tab 键也可以向左右移动光标。键也可以向左右移动光标。Page Up Page Up 和和 Page Down Page Down 键一次将光标移动一屏。键一次将光标移动一屏。 Ctrl-Ctrl-page up page up 和和 Ctrl-Page downCtrl-Page down将光标移动到本栏的顶端或将光标移动到本栏的顶端或者底端。者底端。 Home Home 和和 end end 键将光标从第一行和最后一行之键将光标从第一行和最后一行之间切换。间切换。 Ctrl-Home Ctrl-Home 和和 Ctrl-End Ctrl-End 可以将光标从最后一列可以将光标从最后一列第一行和最后一行之间切换。第一行和最后一行之间切换。单击单元格会将光标移到其上面。在单元格上双击会弹出单击单元格会将光标移到其上面。在单元格上双击会弹出solve solve 对话框。单击鼠标右键也会弹出“求解对话框。单击鼠标右键也会弹出“求解 solve”solve” 对话对话框。框。

四、图形窗口操作四、图形窗口操作 (Graphic windows operations)(Graphic windows operations)

图形窗口有以下菜单项：图形窗口有以下菜单项：1. 1. 更新更新 (Update)(Update) ：将显示在窗口中当前设置的的数据重新进行计算。：将显示在窗口中当前设置的的数据重新进行计算。2. 2. 设置设置 (Setting)(Setting) ：打开一个窗口控制选项对话框。：打开一个窗口控制选项对话框。3. 3. 打印打印 (Print)(Print) ：打印窗口的内容。：打印窗口的内容。4. 4. 窗口窗口 (Windows)(Windows) ：在窗口菜单下有以下子菜单：：在窗口菜单下有以下子菜单：注释注释 (Annotate)(Annotate) ：详细可参考下节“注释设置用法”。在此菜单下有：详细可参考下节“注释设置用法”。在此菜单下有如下项目：如下项目：11 ）划线）划线 (Line)(Line) ：在图形窗口中划一条线。：在图形窗口中划一条线。22 ）箭头）箭头 (arrow) (arrow) ：在图形窗口中划一条带箭头的线：在图形窗口中划一条带箭头的线33 ）文本）文本 (Text)(Text) ：提示并在图形窗口中写入文本。：提示并在图形窗口中写入文本。44 ）框格）框格 (Box)(Box) ：在图形窗口划一个方框。：在图形窗口划一个方框。55 ）编辑）编辑 (Edit)(Edit) ：允许注释进行编辑。：允许注释进行编辑。


剪贴板剪贴板 (Copy Clipboard)(Copy Clipboard) ：将窗口文件的内容复制到剪贴：将窗口文件的内容复制到剪贴板窗口中，详细看下面段落。板窗口中，详细看下面段落。输出图形输出图形 (Export)(Export) ：将显示的图形以：将显示的图形以 Windows Windows Metafile,BMP Metafile,BMP 或者或者 JPG JPG 的格式输出。的格式输出。 JPGJPG 格式还支持格式还支持高、中、低三种图像质量。中等图像质量能够在保证图形高、中、低三种图像质量。中等图像质量能够在保证图形质量的情况下，大大减小文件的尺寸。质量的情况下，大大减小文件的尺寸。锁定窗口锁定窗口 (Lock)(Lock) ：如果选择此选项，窗口将会转变为一：如果选择此选项，窗口将会转变为一个数据不可改变的静止窗口，被锁窗口的文件内容可以打个数据不可改变的静止窗口，被锁窗口的文件内容可以打印，复制到剪贴板中，或存为一个文件。这种功能的用途印，复制到剪贴板中，或存为一个文件。这种功能的用途是可以将不同透镜文件的数据的计算结果进行对比。一旦是可以将不同透镜文件的数据的计算结果进行对比。一旦窗口被锁住，它就不能更新，便于随后装载的任何新透镜窗口被锁住，它就不能更新，便于随后装载的任何新透镜文件与被锁定窗口的结果进行比较和分析。一旦窗口被锁文件与被锁定窗口的结果进行比较和分析。一旦窗口被锁定，就不能更新直到窗口被打开。定，就不能更新直到窗口被打开。


克隆克隆 (Clone)(Clone) ：这个选项能够打开一个新的窗口，这一新窗口的各种：这个选项能够打开一个新的窗口，这一新窗口的各种设置和显示数据与当前窗口完全相同。这一功能有助于建立一个基于设置和显示数据与当前窗口完全相同。这一功能有助于建立一个基于原始窗口设置的新窗口。克隆窗口建立之后，操作与其他窗口完全一原始窗口设置的新窗口。克隆窗口建立之后，操作与其他窗口完全一样，他可以被刷新，也可以改变设置，完全独立于原始窗口。样，他可以被刷新，也可以改变设置，完全独立于原始窗口。ll打开窗口打开窗口 (Unlock)(Unlock) ：打开先前被锁定的窗口。：打开先前被锁定的窗口。长宽比长宽比 (Aspect Ratio)(Aspect Ratio) ：长宽比可以选择：长宽比可以选择 3×4(3×4( 缺省值缺省值 )) 、、 3×53×5 、、 4×34×3 、、5×35×3 。后面两组值长比宽大。缺省的长宽比可在“。后面两组值长比宽大。缺省的长宽比可在“ File”File” 菜单下菜单下的“的“ Preferences”Preferences” 子菜单中，选择“子菜单中，选择“ Graphics”Graphics” 中中 Aspect RatioAspect Ratio 设置。设置。活动光标活动光标 (Active Cursor)(Active Cursor) ：当鼠标位于显示图形的活动区域时，。活：当鼠标位于显示图形的活动区域时，。活动光标会在窗口的标题上显示鼠标所在的坐标位置。在大部分由动光标会在窗口的标题上显示鼠标所在的坐标位置。在大部分由XX 、、 Y Y 两个方向表示的图形中，显示的数值的含义是显而易见的。两个方向表示的图形中，显示的数值的含义是显而易见的。而在一些其他的图形中，比如三维结构图中，显示的图形是三维物体而在一些其他的图形中，比如三维结构图中，显示的图形是三维物体在二维平面上的投影。如果图像被旋转，活动光标所显示的坐标值就在二维平面上的投影。如果图像被旋转，活动光标所显示的坐标值就没有意义了。不是所有的图形都支持活动光标。活动光标的默认设置没有意义了。不是所有的图形都支持活动光标。活动光标的默认设置是“关”，但是可以通过选中这项菜单在“开”“关”之间切换。通是“关”，但是可以通过选中这项菜单在“开”“关”之间切换。通过文件菜单中的“参数过文件菜单中的“参数 Preferences” Preferences” 对话框下的对话框下的 raphics raphics 标签创建标签创建新的图形窗口，可以将活动光标设为自动开或者关。新的图形窗口，可以将活动光标设为自动开或者关。


ll结构结构 (Configuration)(Configuration) ：选择当前或者其他特定的结构进：选择当前或者其他特定的结构进行数据显示。默认值是“当前值”，这表示在窗口中显示行数据显示。默认值是“当前值”，这表示在窗口中显示的数据是当前的结构。如一些分析窗口，如三维结构图、的数据是当前的结构。如一些分析窗口，如三维结构图、报告图形、点列图等，在“报告图形、点列图等，在“ Setting”Setting” 对话框中允许选择一对话框中允许选择一种或者多种结构时，这项功能可以使用。如果种或者多种结构时，这项功能可以使用。如果在“在“ Setting”Setting” 对话框中具有这一选项，就可以替代窗口中对话框中具有这一选项，就可以替代窗口中的“结构”菜单，这一项呈灰色。的“结构”菜单，这一项呈灰色。重叠重叠 (Overlay)(Overlay) ：可以在所有已打开图像窗口列表中，选：可以在所有已打开图像窗口列表中，选择任意一个窗口与当前显示的图形进行重叠。重叠功能有择任意一个窗口与当前显示的图形进行重叠。重叠功能有助于对两个相似的图形或者结构进行比较，用以发现细小助于对两个相似的图形或者结构进行比较，用以发现细小的变化。的变化。文本文本 (Text)(Text) ：在新窗口中显示文本数据。并非所有的图形：在新窗口中显示文本数据。并非所有的图形窗口都支持该功能。窗口都支持该功能。


5. 5. 缩放缩放 (Zoom)(Zoom) ：控制图形小区域的绽放。：控制图形小区域的绽放。参考下面段落的参考下面段落的 ""平移和缩放的应用平移和缩放的应用 Using pan Using pan and zoom" and zoom" 。缩放菜单的子菜单如下：。缩放菜单的子菜单如下：

放大放大 (In)(In) ：在当前中间位置为中心，以：在当前中间位置为中心，以 2X2X倍率放大。倍率放大。

缩小缩小 (Out)(Out) ：以：以 2X2X倍率缩小。倍率缩小。还原还原 (Last)(Last) ：恢复先前的缩放设置。：恢复先前的缩放设置。

放大还原放大还原 (Unzoom)(Unzoom) ：将以前放大的图形恢：将以前放大的图形恢复到正常尺寸。复到正常尺寸。

五、文本窗口操作五、文本窗口操作 (Text windows oporations)(Text windows oporations)

文本窗口有以下选项：文本窗口有以下选项：11．更新．更新 (Update)(Update) ：将重新计算的数：将重新计算的数

据显示在当前设置的窗口中。据显示在当前设置的窗口中。22．设置．设置 (Setting)(Setting) ：打开一个控制窗：打开一个控制窗

口选项的对话框。口选项的对话框。33．打印．打印 (Print)(Print) ：打印窗口内容。：打印窗口内容。


44．窗口．窗口 (Window)(Window) ：在此菜单下有三个子菜单选项：：在此菜单下有三个子菜单选项：剪贴板剪贴板 (Copy Clipboard)(Copy Clipboard) ：将窗口文件的内容复制：将窗口文件的内容复制

到剪贴板窗口中，详细看下面段落。到剪贴板窗口中，详细看下面段落。保存文件保存文件 (Save Text)(Save Text) ：将显示在文本框中的文本：将显示在文本框中的文本

数据保存为数据保存为 ASCIIASCII 文件。文件。锁定窗口锁定窗口 (Lock Window)(Lock Window) ：如果选择此选项，窗口：如果选择此选项，窗口

将会转变为一个数据不可改变的静止窗口，被锁窗口的文将会转变为一个数据不可改变的静止窗口，被锁窗口的文件内容可以打印，复制到剪贴板中，或存为一个文件。这件内容可以打印，复制到剪贴板中，或存为一个文件。这种功能的用途是可以将不同透镜文件的数据相对比。一旦种功能的用途是可以将不同透镜文件的数据相对比。一旦窗口被锁住，它就不能修改，于是随后装载的新透镜文件窗口被锁住，它就不能修改，于是随后装载的新透镜文件就可同锁定窗口的结果相比较。一旦窗口被锁，就不能开就可同锁定窗口的结果相比较。一旦窗口被锁，就不能开启。为重新计算窗口中的数据，此窗口必须被关闭，打开启。为重新计算窗口中的数据，此窗口必须被关闭，打开另一窗口。另一窗口。


在用文本窗口时，还有两个鼠标键可用：在用文本窗口时，还有两个鼠标键可用：1)1) 在文本窗口中双击任何一处将更新在文本窗口中双击任何一处将更新

内容，这同“更新内容，这同“更新 Update”Update” 选项的功能相选项的功能相同。同。

2)2) 在文本窗口任何地方单击鼠标右键在文本窗口任何地方单击鼠标右键将打开窗口选项对话框。将打开窗口选项对话框。

六、对话框操作六、对话框操作 (Dialog (Dialog operations)operations)

大多对话框都有自己的说明，通常包含有在大多对话框都有自己的说明，通常包含有在 WindowsWindows 对对话框中常用的“确定”和“取消”按钮。话框中常用的“确定”和“取消”按钮。在分析功能中在分析功能中 (( 如像差曲线图如像差曲线图 )) ，都有一个允许选择不同，都有一个允许选择不同选项的对话框，所有的对话框都有六个按钮：选项的对话框，所有的对话框都有六个按钮：

确定确定 (OK)(OK) ：此按钮使窗口在当前选项下重新计算：此按钮使窗口在当前选项下重新计算和重新显示数据。和重新显示数据。

取消取消 (Cancel)(Cancel) ：将所有选项恢复到对话框使用前的：将所有选项恢复到对话框使用前的状态，不会重新计算数据。状态，不会重新计算数据。

保存保存 (Save)(Save) ：保存当前选项，并在将来作为缺省：保存当前选项，并在将来作为缺省值使用。值使用。

装载装载 (Load)(Load) ：装前先前保存时的缺省数据。：装前先前保存时的缺省数据。复位复位 (Reset)(Reset) ：将选项恢复到软件出厂时的缺省状：将选项恢复到软件出厂时的缺省状

态。态。帮助帮助 (Help)(Help) ：打开：打开 ZEMAXZEMAX 的帮助系统，所显示的的帮助系统，所显示的

帮助文件中将包含活动对话框中选项的信息。帮助文件中将包含活动对话框中选项的信息。


保存和装载按钮有双重功能，当按下保存按钮，保存和装载按钮有双重功能，当按下保存按钮，当前透镜文件的设置被保存，同时该设置也将保当前透镜文件的设置被保存，同时该设置也将保存在所有的没有自己特定设置的透镜数据中。例存在所有的没有自己特定设置的透镜数据中。例如，如果装入透镜如，如果装入透镜 AA ，在轮廓图上，在轮廓图上 AA 的光线条数的光线条数被设置为被设置为 1515 ，然后按下保存按钮，则，然后按下保存按钮，则 AA新的光新的光线条数缺省值为线条数缺省值为 1515 ，其它新创建透镜或没有自己，其它新创建透镜或没有自己特殊设置的老透镜的光线条数缺省值也为特殊设置的老透镜的光线条数缺省值也为 1515 。现。现在假设后来透镜在假设后来透镜 BB装入，光线的条数变为装入，光线的条数变为 99 ，再，再次按下保存按钮，则透镜次按下保存按钮，则透镜 BB 和所有没有专门设置和所有没有专门设置过光线条数的透镜，过光线条数的透镜， 99就是它们光线条数新的缺就是它们光线条数新的缺省值，而透镜省值，而透镜 AA由于已经设置了光线条数值，其由于已经设置了光线条数值，其值仍保持值仍保持 1515 。。


装载按钮也有同样的功能。当按下装载按钮，装载按钮也有同样的功能。当按下装载按钮， ZEMAXZEMAX会检查此透会检查此透镜以前是否保存过的设置，如果有，则设置被装入，否则，镜以前是否保存过的设置，如果有，则设置被装入，否则， ZEMAXZEMAX将装入所有透镜中最后一次保存的设置。同样前面例子，新透镜将装入所有透镜中最后一次保存的设置。同样前面例子，新透镜 CC 将将装入装入 99 条光线的设置，因为这是最后一次保存的设置，而透镜条光线的设置，因为这是最后一次保存的设置，而透镜 AA 和和 BB保持原来的数值，因为它们有自己的设置。保持原来的数值，因为它们有自己的设置。保存和装载中的设置信息被保存在与透镜文件同名的另一个文件中，保存和装载中的设置信息被保存在与透镜文件同名的另一个文件中，但是扩展名是但是扩展名是 CFGCFG 而不是而不是 ZMXZMX 。在。在 CFGCFG 文件中没有透镜数据，只文件中没有透镜数据，只是保存了用户为每个分析功能所定义的设置。是保存了用户为每个分析功能所定义的设置。对话框中的其它选项既可用键盘又可用鼠标来选择。在键盘控制时，对话框中的其它选项既可用键盘又可用鼠标来选择。在键盘控制时，用“用“ Tab”Tab” 和“和“ Ctrl + Tab”Ctrl + Tab” 键可以由一个选项移动到另一选项，空格键可以由一个选项移动到另一选项，空格键可用来选定当前选择的设置栏，光标键可用来在下拉菜单中选择项键可用来选定当前选择的设置栏，光标键可用来在下拉菜单中选择项目，按下下拉菜单中条用途第一个字母也可选择那个项目。目，按下下拉菜单中条用途第一个字母也可选择那个项目。

七、常用快捷键七、常用快捷键 -ZEMAX-ZEMAX

热键对应的功能Ctrl + Tab 将光标由一个窗口移动到另一个窗口

Ctrl + 字母 ZEMAX “工具框和函数的快捷方式。例如， Ctrl + L”打开 2D轮廓图。所有的快捷键在菜单项边上列出。

F1…F10功能键 ,它也是许多功能的快捷键，所有的功能键都列在菜单条上。

Backspace当编辑窗口处于输入状态时，高亮单元可

“用 Backspace” 键来编辑，一旦按下“ Backspace” 键，鼠标和左右光标可进行编辑。

双击鼠标左键如果将鼠标置于图形窗口或文本窗口，双击左键就可打开窗口的内容，这同选项中的修改选项功能相同。双击编辑窗口，可打开对话框。

单击鼠标右键如果将鼠标置于图形窗口或文本窗口，单击右键就可打开窗口的内容，这同选项中的修改选项功能相同。双击编辑窗口，可打开对话框。

七、常用快捷键七、常用快捷键 -ZEMAX-ZEMAX

Tab在编辑窗口中将光标移动到下一个单元，或在对话框中移动到下一处。

Shift + Tab在编辑窗口中将光标移动到上一个单元，或在对话框中移动到上一处。

Home/End在当前编辑窗口中，将光标移动到左上角 /右下角，或在文本窗口中将光标移动到最上端 /下端。

Ctrl + Home/End

在当前编辑窗口中，将光标移动到左上角 /右下角

Page Up/Down 上下移动屏幕一次。

Ctrl +Page Up/Down

移动光标到最顶部 /底部。

七、常用快捷键七、常用快捷键 -windows-windows

热键对应的功能

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。

八、实例八、实例假设你需要设计一个假设你需要设计一个 F/4F/4 的镜片，焦距为的镜片，焦距为100mm100mm ，在轴上可见光谱范围内，用，在轴上可见光谱范围内，用 BK7BK7玻璃，你该怎样开始呢？玻璃，你该怎样开始呢？

首先，运行首先，运行 ZEMAXZEMAX 。。 ZEMAXZEMAX主屏幕会显示镜片数主屏幕会显示镜片数据编辑据编辑 (LDE)(LDE) 。你可以对。你可以对 LDELDE 窗口进行移动或重新调整窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你的喜好。尺寸，以适合你的喜好。 LDELDE由多行和多列组成，类似由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半径等列是使用得最多于电子表格。半径、厚度、玻璃和半径等列是使用得最多的，其他的参数只在某些特定类型的光学系统中才会用到。的，其他的参数只在某些特定类型的光学系统中才会用到。

LDELDE 中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。这个反白条在本课程中指的就是光标。你可以用之高亮。这个反白条在本课程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵鼠标在格子上点击来操纵 LDELDE ，使光标移动到你想要停，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用方向键。留的地方，或者你也可以只使用方向键。 LDELDE 的操作很的操作很简单，只要稍加练习，你就可以掌握。简单，只要稍加练习，你就可以掌握。

第一步，先为系统输入波长。这不一定要先第一步，先为系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统菜单条上，选择“系统 (System)”(System)” 菜单下的“波菜单下的“波长长 (Wavelengths)”(Wavelengths)” 。。

屏幕中间会弹出一个“波长数据屏幕中间会弹出一个“波长数据(Wavelength Data)”(Wavelength Data)” 对话框。对话框。 ZEMAXZEMAX 中有许多中有许多类似的对话框，用来输入数据和提供选择。用鼠类似的对话框，用来输入数据和提供选择。用鼠标在第二和第三行的“使用标在第二和第三行的“使用 (Use)”(Use)” 上单击一下，上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入个“波长”行中输入 0.4860.486 ，这是氢，这是氢(Hydrogen)F(Hydrogen)F 谱线的波长，单位为微米。谱线的波长，单位为微米。

ZEMAXZEMAX 指定微米作为波长的单位。指定微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入现在，在第二行的波长列中输入 0.5870.587 ，，最后在第三行输入最后在第三行输入 0.6560.656 。这就是。这就是 ZEMAXZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为器指出了主要的波长，当前为 486486微米。微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到下移到 587587 的位置。主波长用来计算近轴的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。参数，如焦距，放大率等等。

现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使 ZEMAXZEMAX 在在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个要一个 F/4F/4透镜，我们需要一个透镜，我们需要一个 25mm25mm 的孔径的孔径 (100mm(100mm 的焦距除的焦距除F/4)F/4) 。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常 (General)”(General)” 菜菜单项，出现“通常数据单项，出现“通常数据 (General Data)”(General Data)” 对话框，单击“孔径值对话框，单击“孔径值(Aper Value)”(Aper Value)” 一格，输入一个值：一格，输入一个值： 2525 。注意孔径类型缺省时为。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径“入瞳直径 (Entrance Pupil Diameter)”(Entrance Pupil Diameter)” ，也可选择其他类型的，也可选择其他类型的孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。 ZEMAXZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度度 ((到下一个面的轴上距离到下一个面的轴上距离 )) ，和玻璃。一些表面也可有其他的，和玻璃。一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。注意在数据，我们以后将会讨论到。注意在 LDELDE 中显示的有三个面。物中显示的有三个面。物平面，在左边以平面，在左边以 OBJOBJ表示；光阑，以表示；光阑，以 STOSTO 表示；还有像平面，表示；还有像平面，以以 IMAIMA表示。对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平表示。对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面，前镜面面，前镜面 ((同时也是光阑同时也是光阑 )) ，后镜面，和像平面。要插入第四，后镜面，和像平面。要插入第四个面，只需移动光标到像平面个面，只需移动光标到像平面 (( 最后一个面最后一个面 )) 的“无穷的“无穷 (Infinity)”(Infinity)”之上，按之上，按 INSERTINSERT 键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像键。这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。新的面被标为第平面往下移。新的面被标为第 22 面。注意物体所在面为第面。注意物体所在面为第 00 面，面，然后才是第然后才是第 1(1( 标上标上 STOSTO 是因为它是光阑是因为它是光阑 )) ，第，第 22 和第和第 33 面面 (( 标标作作 IMA)IMA) 。。

现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光现在我们将要输入所要使用的玻璃。移动光标到第一面的“玻璃标到第一面的“玻璃 (Glass)”(Glass)”列，即在左边被标作列，即在左边被标作STOSTO 的面。输入“的面。输入“ BK7”BK7” 并敲回车键。并敲回车键。 ZEMAXZEMAX 有有一个非常广泛的玻璃目录可用。所有我们需要做的一个非常广泛的玻璃目录可用。所有我们需要做的仅仅是决定使用“仅仅是决定使用“ BK7”BK7” ，， ZEMAXZEMAX会去查找我们会去查找我们所定的玻璃并计算每一个波长的系数。所定的玻璃并计算每一个波长的系数。

由于我们需要的孔径是由于我们需要的孔径是 25mm25mm ，合理的镜片，合理的镜片厚度是厚度是 4mm4mm 。移动光标到第。移动光标到第 11 面面 ((我们刚才输入我们刚才输入了了 BK7BK7 的地方的地方 )) 的厚度列并输入“的厚度列并输入“ 4”4” 。注意缺省。注意缺省的单位是毫米。其他的单位的单位是毫米。其他的单位 (( 分米，英寸，和米分米，英寸，和米 ))也可以。也可以。

现在，我们需要为镜片输入每一面的现在，我们需要为镜片输入每一面的曲率半径值。让我们设想一下，前面和后曲率半径值。让我们设想一下，前面和后面的半径分别是面的半径分别是 100100 和和 -100-100 ，在第，在第1(STO)1(STO) 和和 22 面中分别输入这些值。符号约面中分别输入这些值。符号约定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，定为：如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号在左边为负。这些符号 (+100(+100 ，， -100)-100) 会产会产生一个等凸的镜片。我们还需要在镜片焦生一个等凸的镜片。我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个点处设置像平面的位置，所以要输入一个100100 的值，作为第的值，作为第 22 面的厚度。面的厚度。

我们怎样才能知道这个镜片是否好呢？也许在镜片我们怎样才能知道这个镜片是否好呢？也许在镜片设计中，最有用的判断工具是光线扇形图图。要产生一幅设计中，最有用的判断工具是光线扇形图图。要产生一幅光线扇形图图，先选择“分析光线扇形图图，先选择“分析 (Analysis)”(Analysis)”菜单，然后选择菜单，然后选择“图“图 (Fan)”(Fan)” 菜单，再选择“光线像差菜单，再选择“光线像差 (Ray Aberration)”(Ray Aberration)” 。。你将会看到光线扇形图图在一个小窗口显示出来你将会看到光线扇形图图在一个小窗口显示出来 (( 如果看如果看到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与到任何出错信息，退回并确认是否所有你所输入的数据与所描述的是一致的所描述的是一致的 )) 。光线扇形图图如图。光线扇形图图如图 E1-1E1-1 所示。图所示。图形以入瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差形以入瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差 ((指的是指的是以主光线为基准以主光线为基准 )) 。左边的图形中以“。左边的图形中以“ EY”EY”代替代替 εYεY 。这。这是是 YY 方向的像差，有时也叫做子午的，或方向的像差，有时也叫做子午的，或 YZYZ 面的。右图面的。右图以“以“ EX”EX”代替代替 εXεX ，有时也叫做弧矢的，或，有时也叫做弧矢的，或 XZXZ 面的。此面的。此光学扇形图表示出了一个明显的设计错误，光线扇形图通光学扇形图表示出了一个明显的设计错误，光线扇形图通过原点的倾斜表示有离焦现像存在。过原点的倾斜表示有离焦现像存在。

图图 E1-1E1-1

为了纠正离焦，我们用在镜片的后面的为了纠正离焦，我们用在镜片的后面的 SolveSolve 来进来进行。行。 SOLVESSOLVES动态地调整特定的镜片数据。为了将像平动态地调整特定的镜片数据。为了将像平面设置在近轴焦点上，在第面设置在近轴焦点上，在第 22 面的厚度上双击，弹出面的厚度上双击，弹出SOLVESOLVE 对话框，它只简单地显示“固定对话框，它只简单地显示“固定 (Fixed)”(Fixed)” 。在下。在下拉框上单击，将拉框上单击，将 SOLVESOLVE类型改变为“边缘光高类型改变为“边缘光高 (Marginal (Marginal Ray Height)”Ray Height)” ，然后单击，然后单击 OKOK 。用这样的求解办法将会调。用这样的求解办法将会调整厚度使像面上的边缘光线高度为整厚度使像面上的边缘光线高度为 0 0 ，即是近轴焦点。，即是近轴焦点。注意第注意第 22 面的厚度会自动地调整到约面的厚度会自动地调整到约 96mm96mm 。现在，我。现在，我们需要更新光线扇形图图看其变化。从光线扇形图窗口菜们需要更新光线扇形图图看其变化。从光线扇形图窗口菜单，单击“更新单，单击“更新 (Update)”((Update)”( 在窗口任何地方双击也可更在窗口任何地方双击也可更新新 )) ，其光线扇形图图如图，其光线扇形图图如图 E1-2E1-2 所示。现在，离焦已消所示。现在，离焦已消失，主要的像差是球差。注意图中比例的改变。失，主要的像差是球差。注意图中比例的改变。

图图 E1-2E1-2

这是不是所能得到的最佳的设计呢？我们下面就要这是不是所能得到的最佳的设计呢？我们下面就要用优化来完成本设计的工作。首先，我们将告诉用优化来完成本设计的工作。首先，我们将告诉 ZEMAXZEMAX ，，哪个参量在设计中是自由的哪个参量在设计中是自由的 ((这些被称为变量这些被称为变量 )) ，然后我，然后我们将告诉它设计的要求们将告诉它设计的要求 ((这些被称为目标这些被称为目标 (Targets)(Targets) 或操或操作数作数 (Operands))(Operands)) 。有三个变量可以供我们利用，它门是：。有三个变量可以供我们利用，它门是：镜片的前、后曲率，和第二面的厚度，这些变量可以用离镜片的前、后曲率，和第二面的厚度，这些变量可以用离焦来补偿球差。将光标移到第焦来补偿球差。将光标移到第 11 面的半径这一列，然后按面的半径这一列，然后按Ctrl-Z(Ctrl-Z( 如果你喜欢用菜单界面，单击“半径”，然后选择如果你喜欢用菜单界面，单击“半径”，然后选择SOLVESSOLVES ，再从，再从 LDELDE菜单中选变量“菜单中选变量“ Variable toggle”Variable toggle” ；；你也可以在“半径”上双击，得到一个下拉的选择列，其你也可以在“半径”上双击，得到一个下拉的选择列，其中包括了变量状态中包括了变量状态 )) 。注意，出现“。注意，出现“ V”V”表示一个可变的表示一个可变的参量。按参量。按 Ctrl-ZCtrl-Z 与菜单的功能相同。再在第与菜单的功能相同。再在第 22 面半径以及面半径以及第第 22 面的厚度上设置变化的标志，。第面的厚度上设置变化的标志，。第 22 面的厚度变化时，面的厚度变化时，它的值会复盖它的值会复盖 (overrides)(overrides) 先前用求解定出的值。先前用求解定出的值。

现在我们需要为镜片定义一个“评价函数现在我们需要为镜片定义一个“评价函数 (Merit (Merit Function)”Function)” 。评价函数从数学理念上指出什么样的镜片是。评价函数从数学理念上指出什么样的镜片是好的。评价函数就像是高尔夫球赛的得分，分数越低越好。好的。评价函数就像是高尔夫球赛的得分，分数越低越好。一个理想的透镜一个理想的透镜 (( 对于一个指定的应用对于一个指定的应用 ))它的评价函数的它的评价函数的值应为值应为 00 。。

为了定义评价函数，从主菜单中选择“编辑为了定义评价函数，从主菜单中选择“编辑(Editors)”(Editors)” 菜单下的“评价函数”。出现一个与菜单下的“评价函数”。出现一个与 LDELDE类似类似的电子表格。从这个新的窗口的菜单条上，选择“工具的电子表格。从这个新的窗口的菜单条上，选择“工具(Tools)”(Tools)” 菜单下的“缺省评价函数”。再在出现的对话框菜单下的“缺省评价函数”。再在出现的对话框中，点击中，点击 ResetReset ，然后，然后 OKOK 。你最终将会明白这些操作的。你最终将会明白这些操作的功能，但现在你只需接受缺省值。功能，但现在你只需接受缺省值。 ZEMAXZEMAX很擅长于决定很擅长于决定一个和合理的缺省评价函数。一个和合理的缺省评价函数。

ZEMAXZEMAX 已经为你构建了一个缺省的评价函数，它已经为你构建了一个缺省的评价函数，它由一系列的可以使得由一系列的可以使得 RMSRMS波前差最小的追迹光线组成。波前差最小的追迹光线组成。但这并不够，因为除了使弥散斑尺寸最小外，我们还需要但这并不够，因为除了使弥散斑尺寸最小外，我们还需要使透镜的焦距为使透镜的焦距为 100mm100mm 。如不限定透镜的焦。如不限定透镜的焦距，距， ZEMAXZEMAX会很快地发现，设定焦距无穷大会很快地发现，设定焦距无穷大 (( 镜片相当镜片相当于一个窗玻璃于一个窗玻璃 ))会得到很好的波前像差。会得到很好的波前像差。

在第一行中的任何一处单击鼠标，使光标移动到评在第一行中的任何一处单击鼠标，使光标移动到评价函数编辑的第一行，按下价函数编辑的第一行，按下 INSERTINSERT键插入新的一行。现键插入新的一行。现在，在“在，在“ TYPE”TYPE”列下，输入“列下，输入“ EFFL”EFFL” 然后按回车。此操然后按回车。此操作数控制有效焦距。移动光标到“作数控制有效焦距。移动光标到“ Target”Target” 列，输列，输入“入“ 100”100”然后按回车。其“权重然后按回车。其“权重 (Weight)”(Weight)” 输入一个值：输入一个值：11 。这样我们就完成了评价函数的定义，你可以在窗口的。这样我们就完成了评价函数的定义，你可以在窗口的左上角双击，将评价函数编辑器从屏幕中移走，评价函数左上角双击，将评价函数编辑器从屏幕中移走，评价函数不会丢失，不会丢失， ZEMAXZEMAX会自动将它保存。会自动将它保存。

现在从主菜单条中选择“工具”菜单下的“最佳化现在从主菜单条中选择“工具”菜单下的“最佳化(Optimization)”(Optimization)” ，会显示最佳化工具对话框。注意“自动，会显示最佳化工具对话框。注意“自动更新更新 (Auto Update)”(Auto Update)” 复选框。如果这个选项被选中，屏幕复选框。如果这个选项被选中，屏幕上当前所显示的窗口上当前所显示的窗口 (( 如光学扇形图图如光学扇形图图 ))会按最佳化过程会按最佳化过程中透镜的改变而被自动更新。在该复选框中单击选择自动中透镜的改变而被自动更新。在该复选框中单击选择自动更新，然后单击“自动更新，然后单击“自动 (Automatic)”(Automatic)” ，， ZEMAXZEMAX会很快地会很快地减少评价函数。单击“退出减少评价函数。单击“退出 (Exit)”(Exit)” 关闭最佳化对话框。关闭最佳化对话框。

最佳化的结果是使镜片弯曲。结果所得出的镜片曲最佳化的结果是使镜片弯曲。结果所得出的镜片曲率使得焦距大致为率使得焦距大致为 100mm100mm ，并且使这个简单的系统具有，并且使这个简单的系统具有了一个尽可能小的了一个尽可能小的 RMSRMS波前差。波前差。 ZEMAXZEMAX也许不会很确也许不会很确切地将焦距优化到切地将焦距优化到 100mm100mm ，因为，因为 EFFLEFFL限制是一个被看限制是一个被看作与其他的像差一样的“权重”目标。作与其他的像差一样的“权重”目标。

我们现在可以用光线扇形图图来研究计算结果。最我们现在可以用光线扇形图图来研究计算结果。最佳化的设计结果的最大的像差约为佳化的设计结果的最大的像差约为 200200微米，如图微米，如图 E1-3E1-3所示。所示。

衡量光学性能的另一个方法的是产生一个点列图。衡量光学性能的另一个方法的是产生一个点列图。为了得到点列图，选择“分析”菜单下的“点列图”选项，为了得到点列图，选择“分析”菜单下的“点列图”选项，然后选其中的“标准然后选其中的“标准 (Standard)”(Standard)” 。点列图将会显示在另。点列图将会显示在另一个窗口中。此点列图的弥散大小是一个窗口中。此点列图的弥散大小是 400400微米。作为比微米。作为比较，艾利较，艾利 (Airy)(Airy) 衍射斑的大小粗略地约为衍射斑的大小粗略地约为 66微米。微米。

另一个有用的判断工具是另一个有用的判断工具是 OPDOPD图。这是以入瞳坐图。这是以入瞳坐标为函数的光程差标为函数的光程差 (( 以主光线为基准以主光线为基准 )) 分布图，它的入瞳分布图，它的入瞳坐标与光学扇形图图中相同。为了看坐标与光学扇形图图中相同。为了看 OPDOPD图，选择“分图，选择“分析”菜单下的“图”，再选择“光程析”菜单下的“图”，再选择“光程 (Optical Path)”(Optical Path)” 。你。你可以参考图可以参考图 E1-4E1-4 中的中的 OPDOPD图。这个系统中有大约图。这个系统中有大约 2020 个个波长的波像差，大部分为焦面上的，球差，色球差和轴上波长的波像差，大部分为焦面上的，球差，色球差和轴上色差。色差。

图图 E-3E-3

图图 E-4E-4

你大概会意识到，当波像差约等于或小于四分之一你大概会意识到，当波像差约等于或小于四分之一波长时，镜片要考虑“衍射极限”波长时，镜片要考虑“衍射极限” (( 可参考有关此概念的可参考有关此概念的更为详细的讨论更为详细的讨论 )) 。显然，我们的单透镜并没有达到衍射。显然，我们的单透镜并没有达到衍射极限。为了提高此光学系统极限。为了提高此光学系统 (( 或任何光学系统或任何光学系统 )) 的性能，的性能，设计者必须判断哪一种像差限制了其性能，以及什么操作设计者必须判断哪一种像差限制了其性能，以及什么操作可以用来改正。从光线图可以用来改正。从光线图 (( 图图 E1-3)E1-3) 中，可较明显地看出，中，可较明显地看出，色差色差 (Chromatic aberration)(Chromatic aberration) 是其主要像差。是其主要像差。 ((另一方面，另一方面，它可能不明显，可再看其他的一些能够提供有关光线图的它可能不明显，可再看其他的一些能够提供有关光线图的建议的好书。建议的好书。 ))

ZEMAXZEMAX 为一阶色差的大小提供了另外一种简便的为一阶色差的大小提供了另外一种简便的工具：多色光焦点漂移图。这种图形把焦距作为一种波长工具：多色光焦点漂移图。这种图形把焦距作为一种波长的函数，它指出了近轴焦点的变化。为了得到多色光焦点的函数，它指出了近轴焦点的变化。为了得到多色光焦点漂移图，选择“分析”菜单中的“杂项漂移图，选择“分析”菜单中的“杂项 (Miscellaneous)”(Miscellaneous)” ，，然后再选“色差移焦然后再选“色差移焦 (Chromatic Focal Shift)(Chromatic Focal Shift) 。。

可以参考图可以参考图 E1-5E1-5 。注意纵坐标表示波长范。注意纵坐标表示波长范围，覆盖了所定义的波长段，焦距的最大变化范围，覆盖了所定义的波长段，焦距的最大变化范围约为围约为 15401540微米。对于单透镜镜片来说，其曲微米。对于单透镜镜片来说，其曲线的单调变化类型是很典型的。线的单调变化类型是很典型的。

为了修正一阶多色差，要求有另外一种玻璃为了修正一阶多色差，要求有另外一种玻璃材料。这导出了我们的下一个例子，即双透镜的材料。这导出了我们的下一个例子，即双透镜的设计。如果你想保存此镜片以用来作为以后的评设计。如果你想保存此镜片以用来作为以后的评估，选择“文件估，选择“文件 (File)”(File)” 菜单下的“另存为菜单下的“另存为 (Save (Save as)”as)” 选项，选项， ZEMAXZEMAX会提醒你输入一个文件名。会提醒你输入一个文件名。任何一个以这种方式保存的透镜都可以通过选择任何一个以这种方式保存的透镜都可以通过选择“文件”菜单下的“打开“文件”菜单下的“打开 (Open)”(Open)” 选项来调用。选项来调用。要退出要退出 ZEMAXZEMAX ，请选择“文件”菜单下的“退，请选择“文件”菜单下的“退出出 (Exit)”(Exit)” 。。

图图 E-5E-5

第 十 三章 光学设计软件 zemax

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第十三章光学设计软件 zemax