ZEMAX光学设计软件操作说明详解.docx

1、ZEMAX光学设计软件操作说明详解【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】第一章简介关于本手册的说明ZEMAX有三种不同的版本:ZEMAX-SE(标准版;ZEMAX-XE(扩展版;ZEMAX-EE(工程版。这本手册涵盖了所有版本的功能,如果一些功能只在一种或者两种版本中存在,在文章中都会有标明。如果某一种功能在ZEMAX-XE和ZEMAX-EE中能够使用,但是在ZEMAX-SE中没有,那么描述时手册中用如下文字标注出来:这一功能只在XE和EE版本中具有如果这一功能在ZEMAX-EE中具有,而在ZEMAX-XE 或者ZEMAX-SE中没有,那么描述时用下面的文子标注出来:这一功能只在ZEMAX-E

2、E版本中具有注意,XE版本是SE版本的扩展;也就是说XE除具有SE的所有功能外,还有一些其他的功能。同样,EE版本是XE版本的扩展。这本手册包含微软操作系统下ZEMAX的所有三个版本。ZEMAX为FOCUS SOFTWARE,INC的注册商标ZEMAX能做什么?ZEMAX能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。ZEMAX的界面简单易用,只需稍加练习,就能够实现互动设计。ZEMAX中有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。手册中对使ZEMAX时的一些惯用方法进行了解释,对设计过程和各种功能进行了描述。ZEMAX不能做什么?ZEMAX程序和

3、ZEMAX说明文件度不会教您如何设计镜头和光学系统,虽然程序会在光学设计和分析中起到很多的帮助,但设计者仍然是您。ZEMAX说明文件也不是光学设计、术语和方法论的教材,ZEMAX的使用者可以得到关于使用这一程序的技术支持,但并不包括对基本的光学设计原理的指导。如果您对光学设计缺乏经验,您可以阅读下列目录中的书。Author(作者Title(书名Bass Handbook of OpticsBorn Wolf Principle of Optics Fischer Tadic-Galeb Optical System DesignHecht OpticsKingslake Lens Design

4、 FundamentalsLaikin Lens Design,Second EditionMahajan Aberration Theory Made SimpleO Shea Elements Modern Optical Design Rutten and van Venrooij Telescope Optics Smith,Warren Modern Lens DesignSmith,Warren Modern Optical Eengineering Welford Useful OpticsWelford Aberrations of Optics Systems Gregory

5、 Hallock Practical Computer-Aided LensDesign最重要的是,ZEMAX不能替代工程实践。只有当有资质的工程师在检查软件的计算结果并认为合理之后,设计才能认为是完成了。这一点在制造成本非常高的情况下更为重要。检查ZEMAX的结果是工程师的责任。学习如何使用ZEMAXZEMAX提供一个在线帮助文件,包括ZEMAX的基本使用和其他主题。要使用这一在线帮助文件,首先安装ZEMAX,然后选择“帮助”,从主菜单上选择“在线帮助教程”即可。系统要求ZEMAX需要系统有200兆(或者更多硬盘空间,一个CD-ROM驱动器,显示器分辨率至少要达到1024768,为获得技术支

6、持和程序升级,还需要有互联网和电子邮箱。ZEMAX需要的内存取决于所设计的光学系统复杂程度以及所分析的类型。对于传统的程序系统,64兆RAM就足够了,这也是对内存的最低要求。如果要设计更复杂的物体、或者广义物理光学、散射和照明分析,为进行优化,则需要更多的内存。这些情况下,至少需要256M,如果有512M 则更好。在ZEMAX中可以运用占据更大内存的大数组进行物理光学分析,详见“内存需求”部分。多处理器的计算机ZEMAX的许多特点需要同时在多个处理器中运行。如果计算机中安装了多个CPU,ZEMAX会自动检测到另外的处理,并进行使用。安装过程安装ZEMAX之前,请按前述要求确定是否满足的有关硬件

7、要求。安装加密狗ZEMAX是用一个硬件设备(加密狗来进行加密保护的。加密狗只允许同一时间一套软件被使用。如果企图同时在多台计算机上使用ZEMAX,或者企图解开加密狗的保护度是对软件所有者版权的侵犯,都要受到严厉的刑事或者民事处罚。如果随软件一起提供的加密狗是并口类型的,将他插在计算机后面的打印机并口上,如果是USB类型的,则插在USB口上。对于并口型加密狗,如果你没有接打印机,直接将加密狗插入并口上;如果有打印机,则先将打印机电缆拔下,然后将加密狗插入并口,再把打印机插在加密狗上。你的打印机,以及其他计算机的操作,不会由于加密狗的存在而受到影响。你不必将打印机与加密狗相连接起来,但如果连接了,

8、必须将打印机电源打开。当加密狗安装不正确时,ZEMAX会提示出错信息,程序将不能运行。运行ZEMAXZEMAX安装程序会在计算机上创建一个新的程序组。要运行ZEMAX,在程序组中的ZEMAX图标上双击,即可使用。加密狗使用原则ZEMAX使用一个硬件加密狗来禁止对软件的一套多用。要运行ZEMAX,必须将加密狗插到计算机上。加密狗能够防止同时使用多套ZEMAX。ZEMAX 软件的注册用户可以在多台计算机上安装,只要不在同一时间使用多套软件。比如,使用者可以在工作单位的计算机以及家里的另外一台计算机上安装软件,但同一时间只能使用一套。这是因为要运行ZEMAX必须将加密狗插在相应的计算机上。随软件提供

9、的加密狗价格相当于整套软件的价格。如果加密狗丢失或者被盗,则需要再付整套软件的价格来重新购买。应该把加密狗视为价值相当的公司或者私人财产来确保他安全。有问题的加密狗,或者加密狗在使用过程中不起作用了,只要具有当前有效的合同,都可以免费更换。但在更换之前必须将不能使用的加密狗交回Focus Software.Inc.公司。如果加密狗丢失或者被盗,除非付软件的所有费用,否则不予更换。有关支持的说明新购买的ZEMAX软件有90天的支持的时间(如果是2002年1月1日后购买的,支持期为1年。在购买新的软件后会有附加的支持。支持期与每一个加密狗的具体情况相关。某一个加密狗“具有支持”是指这一加密狗的支持

10、时间没有到期。支持包括两方面;技术支持和软件更新。技术支持是指由Focus Software公司对需要一位工程师解决的问题作出回答。这包括通过电话、电子邮件、传真这信件解答如何使用ZEMAX,以及ZEMAX的功能加密狗的问题、程序安装或者程序的缺陷等问题。软件更新包括扩展的新功能,程序的缺陷修正等。同时,还包含新的电子文档的更新。对于所有享有支持的用户,可以从Focus Software公司的网址下载更新程序。如何获得技术支持如果你在安装或者使用ZEMAX过程中遇到问题,请从一下几种途径中去找你所需要的信息:1查找目录表,看是否有相关主题的章节和部分;2查找索引(在使用说明书后面,看是否有参考

11、;3查找是否有同一类型的、合适的透镜实例。如果通过上面几种途径仍然不能找到所需要的信息,你可以通过电话、传真、或者信件的方式来获得技术支持。电话号码以及地址见本手册的扉页。如果是通过电话咨询,最好能够在计算机前,面对软件进行咨询。要获得技术支持,必须保证你所使用的ZEMAX加密狗是被有效支持的。缺陷修正的原则所有的计算机软件都存在缺陷。一个新版本发布之前,都会做很多的努力来寻找并修正这些缺陷。然而,由于程序本身的复杂性,即便先前由一个智囊团来完成测试工作,也不可能把所有的缺陷都找到。因此,Focus Software公司定期提供缺陷修正的发布信息。如果你发现了明显的错误,请通知我们,并试着分析

12、引起、导致缺陷的确切操作,以及这个错误是否只对你所设计的透镜出错。如果在程序提供的例子文件中也存在同样的缺陷,要找出来就容易得多了。在具有支持的情况下,如果你找出的错误对程序运行造成明显影响,我们将提供免费的错误修正服务。Focus Software公司保留对错误所造成的影响大小进行判断的权利。如果你的软件不在支持期内,在获得错误修正之前,必须先续延对软件的支持。续延后您会得到一套最新版的软件。如果是由于硬件条件不兼容、不符合要求或者不充分的原因引起的错误,或者所使用的操作系统过期,将不能得到错误修正的服务。第二章用户界面概述本章介绍了对ZEMAX用户界面进行操作的一些习惯用法,以及一些常用的

13、窗口操作的快捷键。一旦您学会了在整个程序中通用的简单的习惯用法, ZEMAX用起来就很容易了。在线教程中,也有逐步学习ZEMAX使用方法的例子。视窗的类型ZEMAX有不同类型的窗口,每类窗口完成不同的任务。这些类型有:1、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相联系,成为一个整体。2、编辑窗口:有六种不同的编辑1透镜数据编辑;2绩效函数编辑;3多重结构编辑;4额外数据(ZEMAX-EE;5公差数据编辑;和非顺序组件编辑(ZEMAX-EE。3、图形窗口:这类窗口用作呈现图像数据,例如:系统图;光线扇形图(Ran fan;光学传递函数(M

14、TF;曲线(Dot Spot等等。4、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。5、对话窗口:对话框是弹出窗口,不能改变大小。对话窗口用来改变选项和数据,如:视场;波长;孔径光阑;表面类型等。在图像和文本窗口中,对话框也被广泛地用来改变选项,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这键盘按钮进行移动和改变大小。如果你对这些方法不熟悉,请参考有关Windows使用的书籍或者Windows的说明书。主窗口的操作方法主窗口栏有几个菜单标题。大部分菜单标题与这本手册后面的章节标题相对应。从这些章节能够找到使用每一菜单项的具体方法。以下是菜单的标题:F

15、ile:用于镜头文件的打开、关闭、保存、重命名;Editors:用作调用(显示其他的编辑窗口;System: 用于确定整个光学系统的属性;Analysis:分析中的功能不是用于改变镜头数据,而是根据这些数据进行数字计算和图像显示分析。包括:系统图(Layout、Ray fans, Spot diagrams,Diffraction calculations and more。Tools:工具中的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:Optimization,tolerancing,test plate fitting and more。Reports:提供透镜设计的相关

16、文档。包括系统数据概要;表面数据以及图像报告等。Macros:用来编辑和运行ZPL macros。Extensions:提供ZEMAX Extensions 的功能,这是ZEMAX的编辑特性。Window:从当前所有打开的窗口中选择那一个置于显示的最前面。Help:提供在线帮助文档。大部分菜单命令都有相应的键盘快捷键。比如:退出ZEMAX可以键入Ctrl-Q。快捷键都标在了相应菜单命令旁边。在主窗口中可以使用Ctrl-Tab快捷键对各种子窗口进行切换,操作后,在ZEMAX“窗口”菜单中罗列的下一个子窗口就变成当前窗口。主窗口菜单栏下面,还有一排按钮。这排按钮可以对一些常用的命令进行快速选择。所

17、有按钮的功能在菜单中都能找到。按钮的标题与文件菜单下对话框中相关的命令不完全相同,他使用对应于对话框详细标题的三个方便记忆的字母。要显示这些按钮,显示器最好使用1024768以上的分辨率。编辑窗口的操作编辑窗口的最基本的功能是用来输入镜头和评价函数数据。每个编辑窗口类似于一个由行和列构成的电子表格。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(标题栏显示为高亮,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活动单元格中,除非是象箭头等控制键

18、或者键盘组合,这些控制命令都是直接对主窗口的。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。要增加单元格中是数值,可以输入一个“+”号和增加的数,然后回车。比如,要把12变成17,只需要输入“+5”并回车。同样,“*”代表乘,“/”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有数据,可以使单元格变为亮,按Backspace或者F2键。左右光标键,home,end键都可以用来辅助编辑。鼠标可用来选择和替换文本部分。一旦单元格内容改变了,按Eenter结束编辑,光标还保留

19、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。按下Tab或者 Shift-Tab键可以结束编辑并左右移动光标。要放弃对单元格的编辑,按Escape键。左右上下光标键可以顺序移动光标。同时按下Control键和上下左右光标键,可以一次向一个方向移动一屏。Tab或者 Shift-Tab键也可以向左右移动光标。Page up和 Page down键一次将光标移动一屏。Ctrl-page up 和Ctrl-Page down将光标移动到本栏的顶端或者底端。Home和end键将光标从第一行和最后一行之间切换。Ctrl-home和Ctrl-end可以将光标从最后一列第一行和最后一行之间

20、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solve对话框。单击鼠标右键也会弹出solve对话框。图形窗口操作图形窗口有一下菜单条:刷新:这一功能根据现有设置重新计算在窗口中要显示的数据;设置:激活控制这一窗口的对话框;打印:打印窗口内容;窗口:窗口菜单下有这些子菜单:注释:详见“使用注释功能”,注释下面的菜单有:划线:在图形窗口中画一条直线;文本:在图形窗口中创建并标注文字;方框:在图形窗口中绘制方框;编辑:允许对注释功能进行扩展编辑;复制剪切板:将窗口内容拷贝到Windows的剪切板。下面的部分有详细的解释:输出:将显示的图形以Windows Metafile,BMP或者JP

21、G的格式输出。JPG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质量的情况下,大大减小文件的尺寸。锁定:如果“锁定”被选中,窗口会变为“静态”窗口,数据不能被改变。被锁定窗口的内容可以被打印、可以拷贝到剪切板,也可以存为一个文件。这一功能可以用于对不同镜头文件进行比较。一旦窗口被锁定,就不能被刷新。因此,随后打开的任何新的镜头文件可以与被锁定的窗口的数据进行对比分析。如果窗口被锁定了,就不能解锁。要重新计算窗口中的数据,必须把窗口关闭并打开另一个窗口。克隆: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原始窗口设置的新

22、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。长宽比:长宽比可以选为34(高宽的默认值,也可以选为35, 43,53。后两种选项高度要比宽度大。默认的长宽比可以在文件的Preferences对话框的Graphics标签上进行设置。活动光标: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X、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。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没有意义了。不是所有的图形都支持活动光

23、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。通过文件菜单中的Preferences对话框下的Graphics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。结构: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的数据是遵循当前的结构。有一些分析窗口,如三维结构图、报告图形、点列图等,在“Setting”对话框中允许选择一种或者多种结构。如果在“Setting”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。重叠:提供所有打开图形窗口的名单。其中任意一个都可以选择用来与当前显示的图形进行重叠。重叠功能有助

24、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。文本:在新窗口中显示文本数据。不是所有的图形窗口都支持这一功能。缩放:控制图形中小区域内图形的缩放。详见后面“使用PAN和缩放”部分。缩放菜单下的子菜单有:放大:以当前中心位置为中心进行两倍放大;缩小:以两倍缩小;上一次:恢复前一次的缩放设置;不缩放:恢复图形的完整视图。在使用图形窗口时,有两种鼠标的快捷方式:在图形窗口任意位置双击鼠标可以使内容更新。这与选择菜单上的刷新是一样的。在图形窗口任意位置按下鼠标右键,会弹出设置对话框。使用注释功能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

25、单栏上选择,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

26、许使用。文本编辑区域用来定义图形的注释功能。要插入一条新的直线,可以使用键盘命令Ctrl-Enter。有几种支持的命令,每一种使用特定的语法。如:TEXT“string”x、y angle fontx fontyTEXT命令用来在x,y确定的位置写上双引号中的文本。文字角度由angle确定,采用固定字体,这种字体的宽度和高由fontx和fonty确定。坐标使用归化单位:图形左边缘的坐标为x=0.0,右边x=100.0,底边y=0.0以及顶部y=100.0。原点为屏幕是左下角。角度值用度数表示。Fontx和fonty的单位可以是任意的。角度、Fontx、fonty的值可以不定义,此时使用的是默认

27、值。LINE x1 y1 x2 y2LINE命令用来绘制一条从x1, y1 到x2, y2的直线。X和Y的单位和坐标系统与上面TEXT命令中的确定方法完全相同。BOX x1 y1 x2 y2BOX命令以x1, y1 和x2, y2为对角位置绘制一个方框。X和Y的单位和坐标系统与上面TEXT命令中的确定方法完全相同。ELLIPSE x y rx ryELLIPSE命令以x ,y为中心,长半轴为rx,短半轴为ry画椭圆。如果rx 与ry相同,或者ry省略,那么画出来的是一个半径为rx的圆。在注释对话框中有几个按钮:OK:接受显示的注释并退出。Cancle:恢复为原先的注释并退出。SAVE:打开“保

28、存为”对话框,可以按给定的文件名对注释进行保存。LOAD:打开装载对话框,可以选择装载文件。装载进来的文件包含有注释。RESET:清除编辑缓存。HELP:在线帮助功能。使用移动和缩放功能任何图形窗口都可以被移动(左右上下移动或者被缩放。要激活移动和缩放功能,选择任意ZEMAX的图形窗口,在窗口任何位置单击鼠标左键并持续按住1/2秒钟,这时光标将由箭头变为十字。向右下方拖动鼠标,当出现的矩形框大小覆盖需要聚焦放大的区域后,释放鼠标。选中的区域会放大到充满整个窗口,但是图形的纵横比仍然保持不变。要进行移动,拖动窗口边缘的滚动按钮。只有当图形被放大后,才允许对图形进行移动。要将图形恢复到原始尺寸,从

29、图形窗口的菜单栏中选择“缩放”“不缩放”即可。使用移动和缩放功能时,可以使用键盘快捷键。详见本章“常用快捷键总结”表。文本窗口操作文本窗口有以下菜单条:刷新:使用当前设置,重新计算窗口中显示的数据;设置:激活控制窗口选项的对话框。打印:打印窗口内容;窗口:有五个子菜单:复制剪切板:将窗口内容复制到Windows剪切板。下面有详细的介绍。保存文本:将显示文本数据保存为ASCII文件;锁定窗口:如果选择此项,窗口会变为静态窗口,其中数据不能改变。锁定窗口中的内容可以被打印、复制到剪切板,和保存到一个文件中。这一功能应用于对不同的镜头文件数据结果进行对比。一旦窗口被锁定,就不能刷新,所以后被载入的新

30、镜头文件就可以与它进行对比分析。窗口被锁定后,就不能解锁。要对窗口的数据进行重新计算,必须关闭此窗口,重新打开。克隆:这一选项会打开一个新的窗口,新窗口的设置和显示的数据与当前窗口完全一致。这一功能有助于建立一个基于原始窗口设置的新窗口。克隆窗口被建立之后,与其他窗口完全一样,可以被刷新,也可以独立于第一窗口改变设置。结构:为显示数据选择当前或者任意结构。默认值是“当前”,这表示在窗口中显示的数据是遵循当前激活的机构的。文本窗口中有两种鼠标的快捷方式:在图形窗口任意位置双击鼠标可以使内容更新。这与选择菜单上的刷新是一样的。在图形窗口任意位置按下鼠标右键,会弹出设置对话框。对话框操作大部分对话框

31、都有自说明文件。一般来说Windows的对话框都有OK 和Cancle按钮。分析功能中(比如Ray Fan Plot的对话框可以对不同选项进行选择。这种对话框有六个按钮。确定(OK:按照当前选项,重新计算和显示数据;取消(Cancle:恢复对话框激活当前的选项,不重新计算数据;保存:将当前选项保存作为以后的默认设置。下面有详细的解释;载入:载入之前保存的默认值。下面有详细的解释;复位:将默认值复位为出厂设置;帮助:启动ZEMAX帮助系统。保存和载入按钮具有双重功能。当保存按钮被按下时,当前设置被保存到当前镜头文件中,同时,其他所有没有特定设置的镜头也按此进行设置。比如,镜头A载入时,在系统图中

32、光线数目设为15,然后按下保存按钮, A的默认光线数目就被设为15。而后建立的其他新镜头,或者没有特定设置的原有镜头,也会将15条光线作为默认值。假设又载入镜头B,光线数要变为9,也按下保存按钮。对于B,以及其他没有特定设置的镜头,默认值就变成了9。但是,原来的镜头A仍保持15的设置,因为它有自己的特定设置。载入按钮也是一样的。当按下载入按钮时,ZEMAX会检查是否这一镜头之前有过设置。如果有,相应的设置也被载入。如果没有,ZEMAX就载入对所有镜头适用的最后一次的设置。还用上面的例子,如果载入一个新的镜头C,由于最后一次的保存设置光线数为9,它的光线数也是9,而A 和B载入时,设置分别为15和9,这是因为他们都有属于自己的设置。保存和载入的设置被保存在与镜