ZEMAX入门与提高.doc

光学设计软件ZEMAX入门与提高2011年3月I目 录第1章 光学设计软件ZEMAX简介 11.1 光学设计软件ZEMAX的特点 11.2 ZEMAX用户界面简要说明 11.2.1 窗口类型 11.2.2 主窗口的操作 21.2.3 编辑窗口操作 21.2.4 图形窗口操作 41.2.5 文本窗口操作 51.2.6 对话框 61.3 快捷方式的总结 7第2章 ZEMAX基本操作要点 102.1 概述 102.2 新建镜头 10第3章 ZEMAX的像质评价与优化 173.1 利用ZEMAX像质优化与设计举例 17第1章 光学设计软件ZEMAX简介1.1 光学设计软件ZEMAX的特点ZEMAX是由美国焦点软件公司（Focus Software Inc）开发出来的一套光学设计软件它有三个不同的版本，即ZEMAX-SE(标准板)、ZEMAX-XE(扩展版)及ZEMAX—EE(工程版)ZEMAX软件可模拟并建立如反射、折射、衍射、分光、镀膜等光学系统模型，可以分析光学系统的成像质量，如各种几何像差、点列图、光学传递函数(MTF)、干涉和镀膜分析等此外，ZEMAX还提供优化的功能来帮助设计者改善其设计，而公差容限分析功能可帮助设计者分析其设计在装配时所造成的光学特性误差。

ZEMAX的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计ZEMAX中的很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现；同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令1.2 ZEMAX用户界面简要说明本节讲述的是ZEMAX用户界面中的约定，并介绍一些常用窗口操作的快捷方式ZEMAX操作与其他Windows应用程序类似，ZEMAX的用户界面亦有一些独有的特点 1.2.1 窗口类型ZEMAX软件中有许多不同类型的窗口，每种窗口完成不同的任务ZEMAX软件的窗口类型有：图1-1 主窗口界面主窗口：如图1-1所示，这个窗口有一大部分空白区域，其上方有标题框、菜单框、工具框莱单框中的命令通常与当前的光学系统相联系，成为一个整体编辑窗口：其中有六个不同的编辑选项，即镜头数据编辑、评价函数编辑、多重结构编辑、公差数据编辑以及仅在ZEMAX—EE中具有的附加数据编辑和非顺序组件编辑图形窗口：这些窗口用来显示图形数据，如系统图、光学扇形图、光学传递函数(MTF)曲线等文本窗口：用于显示文本数据，如指定数据、像差系数、计算数值等对话框：是一个弹出窗口，大小无法改变这类窗口用于更改选项和数据，如视场角、波长、孔径光阑以及面型等。

在图像和文本窗口中，对话框也被广泛地用来改变选项，例如，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鼠标或键盘按钮进行移动和改变大小 1.2.2 主窗口的操作主窗口中包括以下几个菜单选项：文件(File)：用于文件的打开、关闭、保存、重命名(另存为)编辑(Editors)：用于调用(显示)其他的编辑窗口系统(System)：用于确定整个光学系统的属性分析(Analysis)：其中的功能不是用于改变镜头数据，而是根据这些镜头数据进行数字计算和图像显示分析这些结果包括系统图（Layout）、光学扇形图Ray fans、点列图Spot diagrams、衍射计算Diffraction calculations and more等工具(Tool)：该命令是可以改变镜头数据的，也可以从总体上对系统进行计算，包括优化Optimization、公差tolerancing、样板匹配test plate fitting and more等报告(Reports)：用于提供镜头设计的相关文档，包括系统综合数据、面型参数以及图像报告等宏(Macros)：用于编辑运行ZPL宏扩展功能(Extensions)：提供ZEMAX的扩展功能，是ZEMAX的编辑特性。

窗口(Window)：从当前所有打开的窗、口中选择哪一个置于显示的最前面帮助(Help)：提供帮助文档在主窗口的菜单框下还显示了一排按钮，这一排按钮称为工具条工具条可用来快速选择常用的操作命令1.2.3 编辑窗口操作编辑窗口最基本的功能是用于输入镜头数据和评价函数数据图1-2镜头数据编辑器是一个主要的电子表格，将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料单透镜由两个面组成(前面和后面)，物平面和像平面各需要一个面，这些数据可以直接输人到电子表格中当镜头数据编辑器显示在显示屏时，可以将光标移至需要改动的地方，并将所需的数值由键盘输入到电子表格中形成数据每一列代表具有不同特性的数据，每一行表示一个光学面移动光标可以到需要的任意行或列，向左和向右连续移动光标会使屏幕滚动，这时屏幕显示其他列的数据，如半口径、二次曲面系数以及与所在面的面型有关的参数等屏幕显示可以从左到右或从右到左滚动Page Up”和“Page Down”键可以移动光标到所在列的头部或尾部，当镜头面数足够多时，屏幕显示也可以根据需要上下滚动为在活动窗口加入一个增加值，可以输入一个“+”号和增加的数，然后按下“Enter”键即可。

例如，要把12变为17，只需键人“+5”并回车同样，使用乘号“*”和除号“/”也同样有效如果要减去一个数，则在减数前面加上一个负号和一个空格即可要区分输入的是减数还是一个负值，可以使用空格来区分如果要对小单元格中的一部分内容进行修改，而不打算重复输入全部内容，则需先将单元格变为高亮度，然后按下“Backspace”键 ”、“ ”、“Home”、“End”键在编辑时用于在小单元格中移动鼠标也能选择、重改部分文本一旦小单元格中的数据被改好后，按下“Enter”键即可完成编辑，并使光标停留在该单元格中按下“ ”、“ ”键也可表示完成编辑，光标也会跟着移动按下“Tab”或“Shift十Tab”键也能左右移动光标若要放弃编辑，可按“Esc”键 ”、“ ”、“ ”、“ ”键也可将光标作相应的移动，同时按下“Ctrl”和“ ”、“ ”、“ ”、“ ”键，一次可使编辑器在相应方向上每次移动一页 按下“Page Up”和“Page Down”键，每次可移动一个屏幕，按下“Ctrl + Page Up”或“Ctrl + Page Down”键，可移动光标到当前列的顶部或底部。

Home”和“End”键可分别移动光标到第一列第一行或第一列最后一行，“Ctrl + Home”和“Ctrl + End”可分别移动光标到第一行最后一列或最后一行最后一列单击任一单元格，光标会移到该单元格双击单元格时，会出现一个求解对话框(如果该对话框存在)，单击鼠标右键，也会出现单元格的求解对话框如常用到的输入玻璃参数，如图1-3所示图1-3掌握透镜数据编辑栏的输入设置很重要，是正确输入镜头数据的第一步，基本的设置和操作如下：（1）在初始状态(除非镜头已给定)下通常显示三个面：即物面（OBJ）、光阑（STO）和像面（IMA）物面与像面是一直都有的，不能删除，而其它的表面可以通过“insert”或“delete”键插入或删除物平面之前和像平面之后不能插入任何面这里的“前面”表示一个序号较小的面，而“后面”表示一个序号较大的面光线顺序地通过各个表面，ZEMAX给从物面(记为O)到最后一个面(像面)的各个表面编号若想在电子表格中输入数据，移动光标到正确的单元格，然后从键盘输入可以用“Backspace”键编辑修改当前的数据，一旦你要编辑单元格中的内容，可以用“Left”，“Right”，“Home”，“End” 键浏览整个编辑数据界面。

当数据已改好时，按任意光标键或点击屏幕的任意位置或按“Enter”键可结束当前编辑2）透镜数据编辑器(LDE)的最左边显示了面序号和每个面的类型物面的序号是0，1是第一面，以此类推一直到像面有三个特殊的表面：物面、光阑面、像面分别显示为“OBJ”、“STO”、“IMA”，而不是面序号物面总是面0，像面总是最后一面，然而光阑面可能是中间的任何一个面序号一些附加信息显示在面序号旁边当在一个表面上定义一个孔径时，ZEMAX将会在面序号后显示一个星号“*”如果定义了一个面的旋转/偏心数据，会显示“+”号如果孔径和旋转/偏心数据都定义了，就会显示“#”号1.2.4 图形窗口操作在图形窗口中有以下菜单项，如图1-4所示：更新(Update)：这一功能能根据现有设置重新计算在窗口中要显示的数据设置(Setting)：激活控制这一窗口的对话框打印(Print)：打印窗口的内容窗口(Windows)：在窗口菜单下有注释、剪贴板、输出图元文件、锁定窗口及长宽比等主要子菜单1)注释(Annotate)：在此菜单下有四个子菜单：① 划线(Line)：在图形窗口中画一条直线；② 文本(Text)：提示并在图形窗口中写入文本。

③ 框格(Box)：在图形窗口中划一个方框④ 编辑(Edit)：进行编辑操作2)剪贴板(Copy Clipboard)：将窗口文件的内容复制到剪贴板窗口中3)输出图元文件(Export Metafile)：将显示的图形以Windows Metafile、BMP或JPG的形式输出4)锁定窗口(Lock Window)：如果选择此选项，则窗口将会转变为一个数据不可变动的静止窗口，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是可以将不同镜头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，于是随后装载的任何新镜头文件将可同被锁定窗口的结果相比较和分析一旦窗口被锁定，就不能开启为重新计算窗口中的数据，此窗口必须被关闭，然后打开另一窗口5)长宽比(Aspect Ratio)：长宽比可以选择3X 4(高X宽)的缺省值，也可以选为3*5、4*3、5*3(后面两组值长比宽大)使用注释功能（Annotate）与几种方式来对图形窗口进行注释，比如常用的划线、方框和文字选择注释的最简单的方法是从图形窗口的菜单栏上选择“window--Annotate”，然后再选“画线”，“方框”或者“文字”。

要画一条直线，选中“画线”这一项，然后在直线起始端按下鼠标左键，并拖动十字线到直线的末端，再释放鼠标键画一个方框的步骤也大致如此要在窗口中添加文字，选择“注释”，然后是“文字”会弹出一个文字输入的对话框输入需要的文字，然后选择“OK”，再在窗口中需要添加文字的部位单击鼠标要对直线和文字进行更为精确的控制，比如对文字字体进行设置，或者增加更为复杂的注释，从图形窗口选择“注释”下的“编辑”菜单将会弹出一个注释编辑器窗口，这个窗口由一个简单的文本编辑器和几个按钮构成，另外还有一个单选框（Check Bok），用来使图形的注释功能禁用或者允许使用文本编辑区域用来定义图形的注释功能图1-41.2.5 文本窗口操作文本窗口的调用，在对应的图形窗口中，点击“Text”如图1-5图1-5在文本窗口中有以下菜单项：更新(Update)：将重新计算的数据显示在当前设置的窗口中设置(Setting)：打开一个控制窗口选项的对话框打印(Print)：打印窗口内容窗口(Window)：在此菜单下有五个子菜单选项：① 剪贴板(Copy Clipbo。