Текст
                    Программа оптического конструирования
Руководство пользователя
6 марта 2002
ZEMAX Development Corporation
4901 Morena Blvd., Suite 207
San Diego, CA 92117-7320 USA
Тел: (858) 490-2844
Факс: (858) 490-2836
support@zemax.com
www.zemax.com


ОГЛАВЛЕНИЕ INTRODUCTION ВВЕДЕНИЕ Глава 1 Относительно этого документа Что может сделать ZEMAX? Чего не может сделать ZEMAX? Обучение работе с ZEMAX Требования к компьютеру Процедура инсталляции Установка электронного ключа Загрузка ZEMAX Политика фирмы относительно утраты электронного ключа Что такое техническая поддержка Как получить техническую поддержку Политика фирмы относительно обнаруженных дефектов 1-1 1-1 1-2 1-3 1-3 1-3 1-3 1-4 1-4 1-4 1-5 1-5 USER INTERFACE ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ-КОМПЬЮТЕР Глава 2 Введение Типы экранных окон Работа с главным окном Работа с редакционными охнами Работа с графическими окнами Использование опции "Annotation" Использование опции "Выделение и увеличение* Работа с текстовыми окнами Работа с диалоговыми окнами Прекращение чрезмерно длительных вычислений Сводка полезных комбинаций клавиш Использование буфера обмена Windows 2-1 2-1 2-2 2-3 2-4 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 2-10 2-12 CONVENTIONS AND DEFINITIONS СОГЛАШЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Глава 3 Введение Активная конфигурация 3-1 3-1 .Угловое увеличение Аподизация 3-1 3-1 |_3адний фокапыный отр езок ^Кардинальные плоскости 3-1 3-2 Главный луч 3-2 . Оси координат_ . Термин Дифракционно ограниченный Краевая толщина [.Эффективное фокусное расстояние Л«яметр входного зрачка 3-3 3-3 3-3 Положение входного зрачка Диаметр выходного зрачка f*t Попохение выходного зрачка Дополнительные данные 3-4 3-4 3-5 3-5 ОГЛАВЛЕНИЕ
гг. г в- СОТЫ погя firs' г Стг- ла 3-5 ,у рэзмео апеотурной -е ос/ л ости F/tf а пр •страистве из _ Числовая апертура в прострэпСтее изображений Единицы <*зме< 3-6 3-6 3-6 3-6 3-7 3-7 Матсичум поля зрения Непаоа«:иальные системы Непоследовательная трассировка луча ' v/роваииые кссрлинаты поля у эрачка Числовая апертура в пространстве объектов Параметрические данные Параксиальные и парабаэовые лучи Параксиальная высота изображения Параксиальное увеличение_ Параксиальное рабочее F/# Главная длина волны 3-7 3-7 3-Г 3-8 3-8 3-9 3-10 3-10 3-10 3-11 3-11 3-11 _Радиус_ 3-11 _Сагиттальный и меридиональный_ Полудиаметры Последовательная^трассировка луча Число Штреля 3-11 3-12 3-12 3-13 Апертуры поверхностей 3-13 Апертура системы 3-13 Толщины 3-13 Полное внутреннее отражение Полная длина системы 3-14 3-14 Коэффициенты виньетирования 3-14 Длина волны 3-16 рабочее F/# 3-16 FILE MENU МЕНЮ "FILE" Глава 4 New Open Save Save as Use Session Files Program Mode Insert Lens Preferences Exit Recently used files 4-1 4-1 4-1 4-2 4-2 4-2 4-3 4-3 4-11 4-11 EDITORS MENU МЕНЮ "EDITORS" Глава 5 Редактор данных оптической схемы -"Lens Data Editor" редактор оценочной функции - "Merit Function Editor" Редактор данных мультиконфигурации -"Multi-Configuration Editor" Редактор данных для анализа допусков -"Tolerance Data Editor" Редактор дополнительных данных - Extra Data Editor" Редактор данных для непоследовательных компонентов - "Non-Sequential Components Editor" Undo Redo, and Recover 5-1 5-14 5-16 5-19 5-21 5-22 5-25 TABLE OF CONTENTS
SYSTEM MENU МЕНЮ "SYSTEM" Глава 6 Update Update All General (Главные параметры схемы) Fields (Поля зрения) Wevelenqths (Длины волн) Next Configuration (Следующая конфигурация) Last Configuration (Предыдущая конфигурация) 6-1 6-1 6-1 6-17 6-18 6-19 6-19 ANALYSIS MENU МЕНЮ "ANALYSIS" Глава 7 Введение Layout (Схемы) Pans (Диаграммы) Spot Diagrams (Диаграмма пятна_рассеивания) MTF (Модуляционная передаточная функция. МПФ) PSF (Фкнкция рассеивания точки. ФРТ> Wavefronl (Волновой фронт) Surface (Поверхность) RMS (Среднеквадратическое отклонение. С.К.З.) Encircled energy (Распределение энергии) Illumination (Освещенность) Imaqe Analysis (Анализ изображения) Вiocular Analysis (Бинокулярный анализ) Miscellaneous (Разные дополнительные программы) Calculations (Вычисления) Gradient Index (Градиент показателя преломлений) Universal Plot (Универсальный график) Polarization (Поляризационный анализ) Coatinqs (Тонкопленочные покрытия) Physical Optics (Физическая оптика) Physical Opltcs Propagaiion Beam File Viewer 7-1 7-1 7-14 7-17 7-21 7-32 7-39 7-42 7-43 7-48 7-52 7-56 7-73 7-75 7-95 7-100 7-100 7-103 7-106 7-109 7-114 7-117 TOOLS MENU МЕНЮ "TOOLS" Глава 8 Optimization (Оптимизация) 8-1 GJobal Search (Поиск глобалного оптимума) Hammer Optimization (Hammer-оптимизация) Merit Function Listing (Список оценочных функций) Remove All Variables (Убрать со всех параметров статус переменной вепичины) I Glass Substitution Template (Спецификатор стекла) 8-1 6-1 8-1 8-2 8-2 Jo'erancing (Допуски) Tolerance Listing (Списокдопусков) Tolerance Summary (Итоговая таблица допусков) Je$tP\aie Fitting {Подгонка радиусов кривизны Поверхностей по„ пробные стекла) Test Plaie Lists (Список пробных стекол) G[ass Catalogs (Каталоги оптического стекла) Lens Catalogs (Каталоги линз) Abg Scatter Data Catalogs (Каталоги ABg данных для характеристики рассеивающих свойств поверхностей) 8-3 8-3 8-3 8-4 8-6 8-7 8-7 8-9 ОГЛАВЛЕНИЕ
cd • C^atirra Fi* (Рела-т^^саа^^е ^гй-ас—а-—vn опокрь тиях) Re ad Coa*-q Fi с fПе" ла'э <а свила го-.--т,..) /•^d Cca: ng to 1 Surface ГНагес.1* пог.Сэггис на все поверхности) Coatina Listip, (Список по*оыил) Convert Semi-Diameiers to Circular Apenures (Преобсазовать полуд^аметсл в круглые апертуры) Convert Semi-Drameters to Floating Apertures (Преобразовать полудиаметры в "плаза«ощие" апертуры) Remove A'l Aoertures (Убрать апертуры со всех поверхностей) Replace Vignetnng With Apertures . (Заменить коэффициенты виноетирсвания на апертуры) Reverse Elements (Обращение группы элементов оптической системэ|) Trlt/Decenter Elements {Наклон и децентрозка элементов) Scale Lens (Масштабирование cxev Make Focal (Масштабирование схемы к новой с зональной длине) Quick Focus (Бысирая подфокусировкз ) Add Fold Mirror (Добавить в схему наклонное зеркало) Delete Fold Mirror (Удалить из схемы наклонное зеркало) Convert to NSC Group (Преобразование группы последовательных элементов в группу непоследовательных элементов) Ghost Focus Generator (Генератор Фокуса "духов ) Performance Test (Тест на скорость вычислений) Create Polyqon Object (Создание объекта типа "Polyqon') Export IGES/STEP Solid Export IGES Line Work Slider 8-11 8-11 8-11 8-11 8-12 8-12 8-12 8-13 8-13 8-13 8-14 8-14 8-14 8-15 8-16 8-17 8-18 8-20 8-21 8-21 8-23 8-25 REPORTS MENU МЕНЮ "REPORTS 11 Глава 9 Введение Surface Data (Данные о параметрах поверхности) System Data (Данные о параметрах оптической системы)^ Prescription Data (Спецификация оптической схемы) Report Graphics 4/6 (Графики для отчета) 9-1 9-1 9-2 9-2 9-3 MACROS, EXTENSIONS, AND WINDOWS MENUS МЕНЮ " MACROS", "EXTENSIONS", AND "WINDOWS " Глава 10 Editl/Run ZPL Macros Refresh Macro List Macro Names Extensions Refresh Extensions List Extensions Names Listing of open windows 10-1 10-1 10-1 10-1 10-2 10-2 10-3 SURFACE TYPES ТИПЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ Глава 11 Введение Параметрические данные Дополнительные данные Обзор типов поверхностей 11-1 11-1 11-2 11-2 TABLE OF CONTENTS
Стандартные поверхности Поверхность с четной асферикой Поверхность с нечетной асферикой Параксиальная поверхность Параксиальная XY поверхность Тороидальная поверхность Биконическая поверхность Тороидвльная дифракционная решетка Поверхности, аппроксимируемые кубическими сплайнами Голограмма 1 Голограмма 2 Поверхность типа "Coordinate Break" Полиномиальная поверхность Поверхность Френеля Поверхность типа ABCD "Альтернативная" поверхность с четной асферикой "Альтернативная" поверхность с нечетной асферикой Дис )ракционная_решетка Поверхность, сопрягающая две точки Наклонная поверхность Нерегулярная поверхность Поверхность типа "gradient 1" Поверхность типа "gradient 2" Поверхность типа "gradient 3* Поверхность типа "gradient 4" Поверхность типа "gradient 5" Поверхность типа "qradient 6" Поверхность типа "gradient 7" Поверхность типа "GRADIUM" Поверхность типа "qradient 9" Поверхность типа "qradient 10" Поверхность Цернике (ряд Frinqe) Фазовая поверхностьЦернике (ряд Fringe) Поверхность Цернике (стандартный ряд) Фазовая поверхностьЦернике (стандартный ряд) Обобщенная полиномиальная поверхность Бинарная оптика 1 Бинарная оптика 2 Обобщенная поверхность с аппроксимацией кубическими сплайнами Обобщенная асферическая поверхность . Обобщенная поверхность с нечетной асферикой Дифракционная решетка с переменным шагом Эллиптическая дифракционная решетка Эллиптическая дифракционной решетка 2 Голограмма, изготовленная оптическим методом Суперконическая поверхность Обобщенная поверхность Френеля Цилиндрическая поверхность Френеля Генерализованная поверхность Френепя Поверхности, определяемые сеткой прогибов Поверхности, определяемые сеткой фазовых величин Периодическая поверхность Голограмма на тороидальной поверхности Матрица Джонса Поверхность для моделирования атмосферной рефракции ' Зонная пластинка 1 Поверхность, определяемая пользователем (UDS DLL) ! Двоякопреломляющие поверхности 1 Радиальная NURBS- поверхность 11-5 11-6 11-6 11-7 11-8 11-9 11-9 11-10 11-11 11-11 11-13 11-13 11-14 11-15 11-15 11-16 11-16 11-17 11-17 11-19 11-19 11-20 11-21 11-22 11-22 11-23 11-24 11-25 11-26 11-29 11-30 11-31 11-32 11-34 11-35 11-35 11-36 11-38 11-40 11-41 11-42 11-43 11-44 11-45 11-46 11-49 11-51 11-52 11-53 11-53 11-56 11-56 11-57 11-58 -.1-59 11-59 11-61 11-70 11-74 ОГЛАВЛЕНИЕ
3" NUF5S-поверхность Псэер/ ^пе*с-а-^л- ых 11-76 NON-SEQUENTIAL COMPONENTS НЕПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ Глава 12 Рведение Оптимизация схемы с NSC-группой (гоуппои непосяедоватегьчьос компонентов) Два метода трассировки лучей через NSC объееты Оозор Истода трассировки лучей через NSC-roynny с портами Обэср метода трассировки лучей через NSC-группу без портов Описание NSC объектов Кольцо Асферическая поверхность Биконическая линза Биконическан поверхность Объект "Binary Г Объект "Binary 2" Конус Граненый параболический концентратор Цилиндрическая трубка Цилиндрический объем Цилиндрическая трубка второго типа Цилиндрический объем второго типа Дифракционная решетка Эллипс Линза с четной асферикой Линза Френеля первого типа Линза Френепя второго типа Импортируемый объект Прямоугольная линза MEMS- системы (Микро-Электро-Механические Системы) Нуль-объект Линза с нечетной асферикой Многогранник Трехгранный угол Прямоугольник Прямоугольная трубка Прямоугольная крыша Прямоугольный объем Слайд Сфера/Шар Стандартная линза Стандартная поверхность STL-объекты Табулированный объект, образованный радиальными гранями Табулированный граненый тороид Табулированная радиальная линза Френеля Тороидальная линза Тороидальная поверхность Торическая поверхность Тороидальный сплошной объект Трехгранный угол Треугольник Комментарий относительно использования граней Источники и детекторы излучения Детектор Диодный источник 12-1 12-2 12-2 12-4 12-7 12-9 12-12 12-13 12-13 12-15 12-17 12-17 12-18 12-19 12-19 12-20 12-20 12-20 12-21 12-22 12-22 12-23 12-25 12-26 12-28 12-29 12-31 12-31 12-31 12-32 12-33 12-33 12-34 12-34 12-35 12-35 12-35 12-36 12-37 12-38 12-39 12-41 12-41 12-42 12-43 12-44 12-44 12-44 12-45 12-45 12-47 12-50 TABLE OF CONTENTS
DLL источник Эллиптический источник Источник в виде спиральной нити Источник, определяемый пользователем Точечный источник Прямоугольный источник Объемный источник в форме цилиндра Объемный источник а форме эллипсоида Объемный источник а формв параллелепипеда Расположение NSC-объектов Преломление и отражение на NSC объектах Дифракция на NSC объектах Диалоговое окно "Свойства объектов" Определение пути луча по указанному списку объектов Апертуры, определяемые пользователем Группировка поверхностей объекта по их рассеивающим свойствам Поляризация и тонкопленочные покрытия Рассеивание Модели рассеивания Объемное рассеивание Моделирование/длины когерентности Определение среды с градиентом показателя преломления Определение дифракционных свойств поверхностей DLL Расщепление лучей Сложение всех эффектов вместе Трассировка лучей методом Монте-Карло Определение объектов типа "Polygon Object" Определение STL-объектов Особые замечания по трассировке лучей через граненые объекты Комментарий относительно объектов DLL l_12 - 51 I 12-52 12-54 12-55 12-57 12-57 12-57 12-58 12-58 12-59 12-64 12-65 12-65 12-66 12-67 12-67 12-68 12-68 12-69 12-73 12-73 12-73 12-73 12-73 12-75 12-76 12-77 12-80 12-81 12-82 SOLVES ФУНКЦИИ "SOLVE" Глава 13 Введение. Список функций "SOLVE" Описание функций "SOLVE*, применяемых к кривизне поверхности Описание функций "SOLVE", применяемых к толщине поверхности Описание функций "SOLVE", применяемых к стеклу Описание функций "SOLVE", применяемых к лолудиамет^у поверхности Описание функций "SOLVE", применяемых к параметрам поверхности Советы по использованию функций "SOLVE" 13-1 13-4 13-6 13-9 13-10 13-10 13-11 OPTIMIZATION ОПТИМИЗАЦИЯ Глава 14 Введение Задание переменных Выбор оценочной функции Возможные ошибки при работе с запрограммированными оценочными функциями Оптимизация при аподиээции пучка Модификация оценочной ф>нкции Операторы оптимизации Понимание операторов ограничения Использовании операторов MTF L Выполнение оптимизации i Определение сложных (составных) операторов 14-1 14-1 14-2 14-8 14-8 14-9 14-11 14-41 14-43 14-44 14-45 ОГЛАВЛЕНИЕ
Om^v/'-a " ZOOV • v rbT/tCh^/^.^a^-^-noixcxev Опт**у/-э »*я объ5<стсв /" ^^пы^епоследевгтепьныхэге'.'^ч-тоэ* Опт/м/зэ^я с опеоатессу (VAE использована операторов кс-трол'руюд.их материалы с град/ентег/ г*4карателя преломления Опорэтссы, определяешье польэсэателем Опт/»ли^аи^я с усполозова^е ^э-эоссв 2PL Глобальн > on /»«/м 14-47 14-49 14-50 1 14-50 14-51 14-51 14-52 14-53 114-55 GLOBAL OPTIMIZATION ГЛОБАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ Глава 15 Введение Возможности ZEMAX Алгоритм глобального поиска Алгоритм 'Hammer Optimization" Оптимизация стекол Рекомендации по использованию алгоритма Глобального поиска" 15-1 15-2 15-3 15-4 15-6 15-8 TOLERANCING ДОПУСКИ Глава 16 Введение Основная процедура Операторы допусков Использование поверхностей нерегулярного типа для анализа допусков Операторы, контролирующие анализ допусков Автоматическое задание допусков Определение компенсаторов Подготовка схемы к анализу допусков Выполнение анализа допусков Как 2 ЕМ АХ выполняет анализ допусков Правила вложения операторов допусхоз при анализе методом Монте-Карло Использование программы "Tolerance Script" при анализе допусков Анализ допусков у ZOOM и мультиконфигурационных систем Анализ допусков с функциями "Solve" Ошибки, уничтожающие результаты анализа допусков - "Подводные камни, на которые можно "налететь" при выполнении анализа допусков Заключение 16-1 16-2 16-3 16-15 16-15 16-19 | 16-21 16-21 16-22 16-28 16-35 16-36 16-44 16-44 16-44 16-45 16-45 MULTI-CONFIGURATIONS МУЛЬТИКОНФИГУРАЦИИ Глава 17 Введение Первый шаг Операторы, используемые в редакторе МСЕ Задание числа конфигураций Определение каждой конфигурации Добавление элементов 8 схему и их устранение Смена конфигураций Оптимизация схем с изменяющейся конфигурацией Использование функций "Solve" с мультиконфигурационными данными 17-1 17-1 17-1 17-5 17-5 17-5 17-6 17-6 17-8 8 TABLE OF CONTENTS
USING GLASS CATALOGS ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАТАЛОГОВ СТЕКОЛ Глава 18 Введение Выбор используемых каталогов стекла Просмотр и редактирование каталогов стекла Описание каталожных данных Создание нового каталога стекла Дисперсионные формулы Аппроксимация дисперсионных данных Аппроксимация данных "плавки" Определение коэффициентов пропускания Моделирование газов и жидкостей _Др_угие опции каталогов стекол Быстрый поиск стекла в каталоге Использование MlL-чисел для описания стекла Использование моделей стекла Литературные источники данных для каталогов стекла Вышедшие из употребления каталоги стекол 18-1 18-2 18-2 18-3 18-4 18-5 18-7 18-8 18-10 18-11 18-11 18-12 18-12 18-12 18-13 18-15 THERMAL ANALYSIS ТЕРМООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Глава 19 Введение Задание температуры и давления Задание длин волн Вычисление величины показателя преломления Операторы, используемые при термооптическом анализе Определение диапазонов изменений температуры и давления для одной конфигурации схемы Автоматическое выполнение термооптического анализа Введение дополнительных величин ТСЕ Моделирование газов и жидкостей Дополнительные данные для температурной зависимости показателя преломления Оптимизация схем в заданном диапазоне температур Ограничения термооптического анализа 19-1 19-1 19-2 19-2 19-5 19-7 19-8 19-8 19-9 19-9 19-10 19-10 POLARIZATION ANALYSIS ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ Глава 20 Введение Обзор основных понятий о поляризации света Свойства непокрытых поверхностей Моделирование покрытий Материалы и покрытия 2ЕМАХ | "Нанесение покрытий на поверхности Что делает 2ЕМАХ. если покрытие не задано** ^Определение состояния поляризации падающих лучей Определение компонент вектора поляризации Что может вычислить ZEMAX при поляризационном анализе7 . Моделирование двоякопреломляющих материалов Моделирование нарушения полного внутреннего отражения ' Ограничения на поляризационный анализ 20-1 20-1 20-7 20-7 20-16 20-17 20-17 20-18 20-18 20-19 20-20 20-20 20-22 1 ОГЛАВЛЕНИЕ
PHYSICAL OPTICS PROPAGATION МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА Глава 21 Введение Дифракционное распространение света Дифракция оренепя Дифракция ©раумгоферз Пипотный пучок Распространение пучка в пределах и вне области Репея Распространение пучка через произвопьные поверхности Учет полр.ризацг.,1 Требования к объему памяти компьютера Задание исходного пучка Специапьные установки дпя поверхностей Вычисление эффективности связи со световодом Советы по использованию программы Приближения в модели к алгоритмах Примеры 21-1 21-3 21-6 21-7 21-8 21-11 21-12 21-13 21-14 21-14 21-19 21-20 21-22 21-23 21-24 ZEMAX PROGRAMMING LANGUAGE ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ ZEMAX Глава 22 Введение Создание ZPL-программ Выполнение ZPL-программ Обзор языка ZPL Переменные 2PL Функции 2PL Использование функции FICLQ Математические операции нэ языке ZPL Логические операторы ZPL Строчные переменные и операции с ними Строчные логические операторы ZPL Ключевые слова ZPL Пример 1 Пример 2 22-1 22-1 22-1 22-2 22-4 22-4 22-12 22-12 22-13 22-14 22-16 22-17 22-69 22-70 ZEMAX EXTENSIONS РАСШИРЕНИЕ ZEMAX: СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ZEMAX С ВНЕШНИМИ КОМПИЛИРОВАННЫМИ ПРОГРАММАМИ Глава 23 Эта глава не переведена на русский язык. Мы полагаем» что содержание этой главы будет понятно без перевода пользователям, владеющим языком программирования СИ. Вместо этой главы мы включили в это издание перевод раздела "Начальный курс обучения работе с ZEMAX", который будет полезен начинающим пользователям. ю TABLE OF CONTENTS
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: TUTORIAL НАЧАЛЬНЫЙ КУРС ОБУЧЕНИЯ РАБОТЕ С ZEMAX Введение Яе*цня 1 Сим глет Лекция 2 Дубле! Лелуия 3. Телескоп Ньютона Лекция 4. Телескоп Шмидта с асферическим корректором Лекция 5. Расширитель лазерного лучка Мультиконфигурация. Лекция 6. Наклонное зеркало Излом оптической оси. Лекция 7. Ахроматическая линза. П1-1 П1-1 П1-8 П1-13 П1-16 П1-21 П1-25 П1-28 ПРИЛОЖЕНИЕ 2: RELEASE NOTES Перечень изменений и дополнений, внесенных bZEMAX с марта по сентябрь 2002 г April 4. 2002 May 16. 2002 June 10. 2002 July 9. 2002 July 24. 2002 Auqust 26. 2002 September 19.2002 П2-1 П2-1 П2-3 П2-3 П2-4 П2-5 П2-6 ОГЛАВЛЕНИЕ 11
INTRODUCTION ВВЕДЕНИЕ About this document Относительно этого документа ZEMAX доступен в трех различных редакциях: ZEMAX-SE (стандартная редакция). ZEMAX-XE (расширенная редакция) и 2ЕМАХ-ЕЕ (инженерная редакция). Это руководство охватывает все три редакции; однако, некоторые программы, входящие в пакет, являются уникальными для одной или двух из этих редакций, как это отмечено в тексте. Если какая-либо из программ доступна только для редакций ZEMAX-XE и ZEMAX-EE, но недоступна для ZEMAX-SE, то в том месте руководства, где описана эта программа, дана «шапка»: ЭТОТ ВИД АНАЛИЗА ДОСТУПЕН ТОЛЬКО ДЛЯ РЕДАКЦИЙ ZEMAX-XE и ЕЕ. Если какая-либо программа доступна только для 2ЕМАХ-ЕЕ и не доступна для ZEMAX-XE и 2EMAX-SE, то в том месте руководства, где эта программа описана, дэна «шапка»: ЭТОТ ВИД АНАЛИЗА ДОСТУПЕН ТОЛЬКО ДЛЯ РЕДАКЦИИ 2ЕМАХ-ЕЕ. Заметьте, что редакция ХЕ включает в себя редакцию SE; все. что доступно в редакции SE. доступно и в ХЕ плюс некоторые дополнительные возможности. Точно так же редакция ЕЕ вмещает в себя редакцию ХЕ. Это руководство охватывает все эти три редакции ZEMAX, работающие в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT. Имейте в виду, что ZEMAX® - зарегистрированная торговая марка фирмы Focus Software, Inc. What does ZEMAX do? Что делает ZEMAX? ZEMAX - это пакет программ, позволяющий моделировать, анализировать и проектировать оптические системы. Интерфейс, с помощью которого осуществляется связь пользователя с компьютером, является очень простым в использовании и, при небольшой практике, позволяет осуществлять быстрый диалог. Доступ к большинству программ ZEMAX осуществляется путем выбора соответствующих опций либо через высвечивоемое на экране главное меню либо через выпадающие подменю. Для быстрого перемещения по меню или ускоренного прохода по его иерархии используются различные комбинации клавиатурных клавиш. В этом руководстве дано описание условных обозначений, используемых ZEMAX. объясняются возможности программы и процедуры их реализации. Глава1: ВВЕДЕНИЕ 1-1
What doesn't ZEMAX do? Чего не может сделать ZEMAX? Ни программа ZEMAX. ни это руководство не предназначены для обучения пользова- пользователей науке проектирования оптических систем. Хотя программа во многом поможет пользователю в проектировании и анализе оптических систем, именно Вы остаетесь проектировщиком. Это руководство по использованию ZEMAX не является учебным пособием по проектированию оптики, используемой в оптике терминологии или методологии. Техническая поддержка предоставляемая пользователям, включает помощь в использовании программы, но не включает обучение фундаментальным основам оптики. Если Вы совсем не имеете или имеете очень небольшой олыт в проектировании оптических систем, то Вы можете обратиться к многочисленным хорошим книгам по оптике для получения ответа на интересующий Вас вопрос. В следующей ниже таблице дан список некоторых полезных книг. REFERENCE ON LENS DESIGN СПИСОК ПОЛЕЗНЫХ КНИГ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОР Bass Born & Wolf Fischer&Tadic-Galeb Hecht Kingslake Laikin Mahajan O1 Shea Rutten and van Venrooij Shannon Smith, Gregory Hallock Smith, Warren Smith. Warren Welford Welford НАЗВАНИЕ Handbook of Optics Principles of Optics Optical System Design Optics Lens Design Fundamentals Lens Design. Second Edition Aberration Theory Made Simple Elements of Modern Optical Design Telescope Optics The Art and Science of Optical Design Practical Computer-Aided Lens Design Modern Optical Engineering Modern Lens Design Aberrations of Optical Systems Useful Optics ИЗДАТЕЛЬСТВО McGraw-Hill Pergamon Press McGraw-Hill Addison Wesley Academic Press Marcel Dekker SPIE Optical Engineering Press John Wiley and Sons Willmann-Bell Cambridge University Press Willmann-Bell, Inc. McGraw-Hill McGraw-Hill Adam Hilger Ltd. University of Chicago Press Самое главное - ZEMAX не заменяет хорошую инженерную практику' Проект не должен рассматриваться как законченный до того, как вычиспения, выполненные с программой, не будут проверены квалифицированным инженером. Это особенно важно, когда проект направляется на производство и стоимость его изготовления оценивается высоко. Проверка результатов ZEMAX должна быть обязанностью инженеров -другого пути нет! 1-2 Chapter 1: INTRODUCTION
Learning to use ZEMAX Обучение работе с ZEMAX Диалоговое учебное пособие по работе с ZEMAX доступно через главное меню ZEMAX: инсталлируйте ZEMAX, затем выберите в главном меню заголовок Help и команду Online Tutorial. Это учебное пособие охватывает основы и некоторые другие темы ло использованию ZEMAX. System requirements Требования к компьютеру ZEMAX требует текущую версию операционной системы, 200 Mb (или больше) свободного пространства на жестком диске, CD-ROM-драйвер, дисплей с минимальным разрешением 1024 х 768 пикселов (и соответствующую видеокарту) и доступ к сети Internet и электронной почте (e-mail) для получения технической поддержки и возможности быстрого обновления программы. Для установки электронного ключа, защищающего ZEMAX от несанкционированного доступа, требуется, чтобы компьютер имел либо параллельный порт, либо USB порт (см. ниже). Требование к объему операционной памяти компьютера варьируется в зависимости от свойств моделируемой оптической системы и вида производимого анализа. Для обычных изображающих систем 64 Mb RAM можно считать достаточным, но только как минимальное требование. Для моделирования очень сложных систем, физического распространения светового пучка, анализа рассеивающих свойств поверхностей или анализа освещенности фокальной плоскости требуется значительно больший объем памяти. Для таких типов анализа 256 Mb RAM можно считать как минимальное требование! но лучше иметь 512 MB. Возможно, что для моделирования физического распространения лучка (заданного матрицей отсчетов с очень большим форматом), потребуется еще больший объем оперативной памяти; смотри в главе "PHYSICAL OPTICS PROPAGATION" раздел "Memory requirements". Использование многопроцессорных компьютеров Многие программы ZEMAX могут выполняться одновременно на нескольких процессорах. Если в компьютере установлено несколько CPU. то ZEMAX автоматически их обнаружит и будет их использовать. Installation procedure Процедура инсталляции Перед тем как инсталлировать программу, пожалуйста, проверьте, что Вы имеете компьютер, удовлетворяющий требованиям, указанным в предыдущем разделе Installing the key Установка ключа ZEMAX является защищенной от копирования программой. Для защиты от копирова- копирования используется специальное кодовое устройство, называемое "ключом" ("key"). Установите ключ, полученный вместе с ZEMAX. в параллельный порт компьютера, предназначенный для подсоединения принтера и обычно расположенный с задней стороны компьютера, если Вы заказывали и получипи ключ для параллельного порта. Глава!: ВВЕДЕНИЕ 1-3
или в USB порт если Вы заказывали и получили ключ типа USB. Если у Вас нет принтера установите в параллельный порт только ключ. Если Вы имеете принтер отсоедините его кабель от компьютера, затем вставьте в этот порт ключ и лрисоедините к ключу кабель принтера. Работа вашего принтера, как и все другие операиии с компьютером не будут нарушены из-за подключения ключа. ■ Подсоединять принтер к ключу не обязательно но если Вы это сделали, то принтер должен находиться во включенном состоянии. Если Вы неправильно установили ключ, то ZEMAX выведет на экран сообщение об ошибке и не позволит программе работать. Running ZEMAX Запуск ZEMAX Инсталляционная программа ZEMAX создаёт новую группу программ. Для запуска ZEMAX дважды кликните на иконку ZEMAX. которая включена в эту группу программ. Policy on the key Политика FSI относительно утраты ключа ZEMAX - программа, защищенная от несанкционированного использования с помощью устройства, называемого "ключом". Ключ должен быть подсоединен к компьютеру при работе с ZEMAX. Ключ не позволяет одновременно работать с несколькими копиями ZEMAX (инсталлированными на разных компьютерах). Зарегистрированный пользователь может инсталлировать ZEMAX на нескольких компьютерах, но при этом работать с программой можно будет только на одном из них (на том, который будет снабжен ключом). Например, пользователь может инсталлировать программу ZEMAX на компьютере, который находится у него на рабочем месте, и на компьютере, который находится у него дома, но ключ должен физически переноситься с одного компьютера на другой. Ключ, поставляемый вместе с ZEMAX, имеет стоимость, равную полной покупной стоимости ZEMAX. Если ключ будет Вами потерян или украден у Вас, то новый ключ можно будет приобрести только за полную стоимость ZEMAX. Застрахуйте ключ точно так же. как это Вы делаете по отношению к другим дорогостоящим устройствам или к личному имуществу. Если ключ к ZEMAX будет Вами потерян или его украдут у Вас, он не будет заменен на новый без дополнительной оплаты полной стоимости ZEMAX! Попытка взлома ключа с целью использования ZEMAX для одновременной работы на нескольких компьютерах является грубым нарушением прав собственника и преследуется по уголовному и гражданскому законодательству США. Definition of support Техническая поддержка В стоимость купленного лицензионного пакета программ ZEMAX входит его 3-х месячная техническая поддержка (с 1-го января 2002 года этот срок будет увеличен до одного года ). Дополнительный год технической поддержки можно получить за дополнительную плату как при покупке ZEMAX, так и в любое Другое время. Период 1-4 Chapter 1; INTRODUCTION
технической поддержки ассоциируется с индивидуальным электронным ключом ZEMAX. "Иметь поддержку" для данного ключа означает, что период поддержки для этого ключа еще не окончился. Техническая поддержка состоит из двух предоставляемых пользователю услуг: собственно технической поддержки и обновления программы. Техническая поддержка заключается в том, что компания Focus Software, Inc. отвечает пользователю на любые его вопросы по использованию ZEMAX. Вопросы можно задавать и получать на них ответы по телефону, электронной почте (e-mail), в факсимильных сообщениях или путем переписки по обычной почте. Обновление ZEMAX состоит в добавлении в пакет новых программ и новых опций, а также в исправлении найденных в программах ошибок. Обновление сопровождается новой документацией, записанной в электронной форме. Пользователи, имеющие техническую поддержку, могут обновлять свои программы через Internet путем копирования файлов с записью новых версий ZEMAX прямо с WEB сайта компании Focus Software, Inc.: www.focus-software.com. Getting technical support Получение технической поддержки Если у Вас есть какие-либо вопросы по инсталляции или по использованию ZEMAX, пожалуйста, следуйте следующим советам для получения нужной Вам информации: 1) Просмотрите раздел "Оглавление": нет ли в этом руководстве главы или раздела, в которых рассмотрен интересующий Вас вопрос. 2) Проверьте по Указателю (данному в конце этого руководства): нет ли в нем соответствующей ссылки. 3) Просмотрите главу "Common question about ZEMAX". В ней Вы можете найти ответы на несколько различных категорий вопросов, наиболее часто задаваемых начинающими пользователями. 4) Просмотрите раздел "The ZEMAX example lens files" в главе "Support files". Возможно. Вы найдете в ней подходящую схему. Если Ваши вопросы касаются установки наклонных компонентов в системе, то несколько таких примеров включены в директорий ZEMAX. Если Вы все же не можете найти необходимую информацию, Вы можете обратиться за помощью на фирму FSI, написав нам письмо, или по телефону, факсу и электронной почте. Если Вы будете звонить по телефону, то постарайтесь на время разговора установить перед собой компьютер. Пожалуйста, имейте в виду, что техническая поддержка производится до тех пор. пока не закончился срок поддержки для вашего электронного ключа, как это было описано в предыдущем разделе. Policy on bug fixes Политика фирмы относительно подтверждения дефектов Все нетривиальные программы могут иметь дефекты. FSI предпринимает все возможные меры для обнаружения и устранения дефектов перед выпуском новых версий ZEMAX. Однако программа ZEMAX является исключительно сложной, так что дзже талантливая группа программистов, занимающаяся тестированием программы перед ее реализацией, не всегда обнаруживает все дефекты Поэтому фирма Focus Software периодически принимает меры по устранению выявленных дефектов Глава!: ВВЕДЕНИЕ 1-5
Если Вы обнаружили очевидный дефект, пожалуйста, сообщите нам об этом. Попытайтесь точно выделить те действия, которые вызывают или ведут к дефекту. Попытайтесь увидеть, не является ли ошибка уникальной для файла именно с вашей схемой Дефект обычно просто выявить, если он явно обнаруживается на файлах с примерами, которые поставляются вместе с программой. Если Вы обнаружили дефект, который вызывает значительную деградацию исполнительных характеристик программы и Вы имеете техническую поддержку Вашей программы, устранение дефекта будет сделано бесплатно. Focus Software оставляет за собой право определять, что именно дефекты лежат в основе значительной деградации программы. Если -Вы не имеете технической поддержки, компания Focus Software, Inc. может потребовать от Вас новой подписки на годовую техническую поддержку Вашей программы перед тем, как будет устранен обнаруженный Вами дефект: в таком случае Вы получите самую последнюю версию программы. Устранение дефектов не производится, если установлено, что они проистекают от несовместимости, нестандартности или недостаточности Вашего компьютера или если Вы пользуетесь устаревшей версией операционной системы. 1 -6 ChaDter 1 INTRODUCTION
USER INTERFACE ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Introduction Введение В этой главе описаны правила пользования интерфейсом ZEMAX, а также некоторые комбинаций клавиатурных клавиш для управления основными экранными окнами. ZEMAX будет прост в использовании, если Вы освоите основные правила работы с программой. Для приобретения первых навыков работы с ZEMAX выполните примеры, данные в главе "Tutorial". Types of windows Типы экранных окон ZEMAX имеет различные типы экранных окон, имеющих различное назначение. Типы окон следующие: Главное окно. Это окно занимает весь экран; в его верхней части имеется заголовок окна, строка с заголовками нескольких меню и полоса "горячих" электронных клавиш, служащих для быстрой подачи команд на выполнение требуемых вычислений. Команды, содержащиеся в этих меню, в основном используются для текущей оптической схемы в целом. Окна редакторов. Есть шесть различных редакционных окон: редактор параметров схемы (Lens Data Editor, LDE), редактор оценочной функции (Merit Function Editor, MFE), редактор мультиконфигураций (Multi-Configuration Editor. MCE), редактор допусков (Tolerance Data Editor, TDE), редактор внешних данных (Extra Data Editor. EDE; только в редакции ZEMAX-EE) и (активизируется только при введении в схему "непоследовательных" компонентов) редактор "непоследовательных" компонентов (Non-Sequential Components Editor; только в редакции ZEMAX-EE). Графические окна. Эти окна используются для высвечивания графических данных, таких как оптические схемы, диаграммы и графики. Текстовые окна. Текстовые окна используются для выведения на экран текстовых и числовых данных, таких как исходные данные, величины коэффициентов аберраций, числовые данные графиков, диаграмм и др. Диалоговые окна. Диалоговые окна - это временно высвечиваемые на экране окна, предназначенные для задания и изменения установленных для текущей схемы опций или данных, таких как углы поля, длины волн, апертуры и типы поверхностей. Они также широко используются для изменения опций в графических и текстовых окнах (например, изменения числа лучей на рисунке оптической схемы). Все окна можно перемещать по экрану и у всех окон можно изменять их размер (за исключением диалоговых окон) с помощью стандартной мышки и клавиатурных команд. Если Вы не знакомы с этими процедурами, прочитайте какую-нибудь книгу по использованию Windows или руководство по использованию Windows Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 -1
Main window operations Работа с главным окном В верхней части главного окна расположена строка с заголовками различных меню. Большинство из них имеют те же названия, что и главы в этом руководстве, в которых они описываются. Смотрите соответствующие главы, в которых Вы найдете детальное описание всех рабочих операций, содержащихся в каждом отдельном меню. Заголовки меню следующие: File: Используется для открытия, закрытия, записи и переименования (save as) файлов с данными оптических схем. Editors: Используется для вызова различных редакционных окон. System: Используется для определение главных параметров оптической схемы. Analysis: Группы программ для анализа оптических схем; эти программы не изменяют параметры схемы, а выполняют численные расчеты и строят графики по данным текущей схемы. Это включает построение оптических схем, изображение различных диаграмм, выполнение дифракционных вычислений и многое другое. Tools: "Инструменты"-программы, которые позволяют производить изменения параметров схемы или производить какие-либо операции над схемой в целом. Это включает оптимизацию, расчет и анализ допусков, подгонку радиусов кривизны под пробные стекла и другие. Reports: Используется для документирования оптических схем; это включает суммарные данные по оптической схеме, данные по отдельным оптическим поверхностям и графики для отчетов. Macros: Используется для редактирования и выполнения ZPL программ (ZPL макросов). Extensions: Обеспечивает доступ к программам ZEMAX Extensions, которые являются внешними компилированными программами, работающими вместе с ZEMAX. Window: Позволяет выбрать из списка всех ранее открытых окон нужное окно и расположить его на экране перед другими окнами. Help: Обеспечивает доступ к справочным материалам по использованию ZEMAX. Большинство из наиболее часто используемых рабочих операций, содержащихся в различных меню, могут быть для сокращения времени вызваны с помощью команд, подаваемых с клавиатуры компьютера. Например, комбинация клавиш Ctrt-Q закрывает ZEMAX. Клавиатурные команды указаны в меню вместе с названиями команд. Для быстрого переключения между окнами в пределах главного окна удобно использовать комбинацию клавиш Control-Tab. Это обеспечивает активизацию следующего окна из списка окон, сохраняемых ZEMAX. 2 -2 Chapter 2: USER INTERFACE
В главном окне ниже полосы с заголовками различных меню высвечен также ряд так называемых "горячих" электронных клавиш. Эти клавиши используются для ускоренного вызова наиболее часто используемых рабочих операций. Все эти клавиши дублируют команды, доступные через главное меню. Функциональное назначение всех этих клавиш может быть изменено по вашему желанию с помощью последовательности команд File, Preferences, Button Ваг. Для наименований "горячих* клавиш используются три буквенных символа, соответствующие именам, выбранных для них рабочих операций. Если разрешающая способность экрана недостаточно высока, то не все "горячие" клавиши могут быть высвечены на экране. Рекомендуется, чтобы разрешение экрана было 1024x768 или выше. Editor windows operations Работа с редакционными окнами Редакционные окна используются в основном для введения данных оптической схемы (Lens) и задания оценочной функции (Merit function). Каждый редактор представляет собой таблицу с рядами и колонками. Пересечения рядов и колонок образуют ячейку. Если редактор является активным окном (имеет ярко высвеченный заголовок), то одна из его ячеек будет высвечена в обратном контрасте. Эта ячейка называется активной ячейкой, и она имеет так называемый входной "фокус*. Обратный контраст ячейки также называется курсором, хотя курсор в его обычном понимании отсутствует. Наличие входного "фокуса" означает, что все данные, набираемые на клавиатуре, будут печататься в этой ячейке. Исключение составляют контрольные команды, такие как подаваемые от курсорных клавиш или от различных комбинаций клавиатурных клавиш, команды от которых посылаются прямо к главному окну. Для изменения данных в активизированной ячейке просто напечатайте новые данные и по окончании нажмите на клавишу Enter. Для прибавления какого-либо числа к уже записанному в активной ячейке наберите на клавиатуре знак "+и и за ним добавляемое число, затем нажмите Enter. Например, для изменения 12 на 17 наберите "+5" и нажмите Enter. Символы умножения "#" и деления Т работают также. Для вычитания надо набрать знак "-" и за ним пробел, а затем вычитаемое число и Enter Пробел необходим для того, чтобы избежать путаницу между операцией вычитания и простым вводом отрицательного числа. Для изменения только части текста в ячейке, без перепечатки всего текста, сначала высветите нужную ячейку, а затем нажмите клавишу "Back space" или клавиатурную клавишу F2 Левая и правая клавиатурные курсорные клавиши, а также клавиши "Ноте" и "End" могут быть использованы для перемещения курсора внутри ячейки и редактирования ее содержания. Мышка также может быть использована для выбора и замены части текста в ячейке. После изменения данных в ячейке и нажатия на клавишу Enter редактирование будет полностью закончено, а курсор останется на этой же ячейке. Нажатие на (курсорные) клавиши "Up" или "Down" также завершит редактирование, но курсор будет соответствующим образом перемещен; нажатие на клавиши ""Tab" или "Shift-Tab" также завершит редактирование и переместит курсор вправо или влево. Для прекращения неудачного редактирования и сохранения старых данных в ячейке нажмите клавишу 'Escape* Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 3
Все четыре курсорные клавиши будут перемещать курсор по таблице соответ- соответствующим образом. Одновременное нажатие на клавишу "Ctrl" и одну из курсорных клавиш переместит курсор сразу на одну страницу в соответствующем направлении. Клавиши "Tab" и "Shift-Tab" также перемещают курсор вправо и влево. Клавиши "Page Up" и Page Down перемещают курсор сразу на всю высоту экрана. Клавиши "Cntrl-Page" и Cntrl-Page Down" перемещают курсор из верхней части в нижнюю часть текущей колонки. Клавиши "Ноте" и "End" перемещают курсор к первой колонке первого ряда и к первой колонке последнего ряда соответственно. Клавиши "Ctrl-Home" и Ctrl-End" перемещают курсор к первому и к последнему ряду последней колонки соответственно. Кликнув мышкой на какую-либо ячейку, вы переместите курсор к этой ячейке. Дважды кликнув на ячейку, вы вызовете диалоговое окно для этой ячейки, если оно для нее предусмотрено. Если кликнуть правой кнопкой мышки, будет вызвано диалоговое окно для установки функций Solve, если это предусмотрено для этой ячейки. Graphic windows operations Работа с графическими окнами Графические окна имеют следующее меню: Update: Обновление графика в соответствии с заданными для схемы новыми данными и новыми установками для графика. Settings: Вызывает диалоговое окно, с помощью которого производятся новые установки для данного графика. Print: Печатает на принтере содержание данного графического окна. Window: Открывается выпадающее подменю со следующими опциями: Annotate: Смотри ниже раздел "Using the annotation feature". Выпадающее по этой команде меню содержит четыре опции: Line: Рисование линии в графическом окне. Text: Позволяет сделать текстовую надпись в графическом окне. Box: Рисование прямоугольной рамки в графическом окне. Edit: Редактирование всех предыдущих комментариев. Copy Clipboard: Копирует содержание окна в буфер обмена Windows. Смотри следующий раздел. Export: Экспортирует показанный график в файлы в форматах Windows Metafile (WMF), BMP или JPG. Lock Window: Эта опция переводит график в "статическое" состояние, при котором он уже не может изменяться. Закрытое для новых данных окно может быть распечатано, скопировано в Clipboard или записано в файл. Эта опция применяется для сравнения результатов различных схем. Если окно закрыто для новых данных, то оно не может быть обновлено и, таким образом, результаты анализа новых загруженных схем могут быть сравнены 2 -4 Chapter 2: USER INTERFACE
с результатами, представленными в этом окне. Закрытое командой "Lock Window" окно не может быть открыто вновь! Для обновления данных в окне оно должно быть закрыто, а затем открыто другое окно. Clone: По этой команде открываются новые окна с теми же данными и теми же установками, как у текущего окна. Эта команда полезна для копирования окон. После создания новое окно функционирует точно таким же образом, как все другие окна, так что оно может обновляться и для него могут вводиться другие установки независимо от первоначального окна. Aspect Ratio: Отношение сторон графика может быть установлено: 3x4 (высота х ширина), 3 х 5, 4 х 3 или 5x3. При двух последних установках высота графических окон больше их ширины. Установить отношение сторон для графиков можно также через диалоговое окно Graphics (File, Preferences, Graphics). Active Cursor: Активизация координатного курсора. С помощью координат- координатного курсора на экран выводятся координаты его текущего местоположения на графике. Для большинства графиков X(Y) выводимые на экран величины очевидны. На некоторых графиках, таких как 3D Layout, показанное изображение представляет собой проекцию трехмерного объекта на плоскость. Для проекции изображения координатные данные дают менее значимую информацию, если объект повернут. Не для всех графиков поддерживается работа координатного курсора. По умолчанию координат- координатный курсор "выключен", но он может быть активизирован, если выбрать эту опцию в диалоговом окне Graphics (File, Preferences. Graphics). Configuration: С помощью этой опции можно выбрать любую из имеющихся конфигураций схемы для визуализации соответствующих этой конфигурации данных. По умолчанию в окне отображаются данные активизированной конфигурации. У некоторых окон, особенно у 3D layout и у текстовых окон, нужную конфигурацию (одну или более) можно выбрать также с помощью "установок", произведенных в диалоговых окнах "Settings". Эти последние установки, если они предусмотрены для данного окна, преобладают над опцией изданного меню. Overlay: По этой команде на экран выводится список всех открытых графических окон; любое их этих окон может быть выбрано для расположения его поверх других текущих окон. Эта опция полезна, когда нужно произвести сравнение двух подобных графиков или схем для выявления в них небольших изменений. Text: Открывает новое окно с цифровыми данными, соответствующими данному графическому окну. Эта опция поддерживается не для всех графических окон Zoom: Контроль увеличения небольших областей графиков Смотри ниже раздел "Using pan and zoom". Меню Zoom содержит следующее подменю: in: 2-х кратное увеличение изображения с сохранением текущего центра графика Out: Отмена 2-х кратного увеличения и возвращение к исходному масштабу изображения Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 - 5
Last: Возвращение к предыдущей установке масштаоа изображения Unzoom: Восстанавливает нормальный размер графика. Имеется две возможности использования мышки в графических окнах: Если дважды кликнуть левой клавишей мышки в каком-либо месте графика, то его содержание будет обновлено. Это действует так же, как команда "Update". Если кликнуть правой клавишей мышки в каком-либо месте графика, то будет вызвано диалоговое окно "Settings . Using the annotation feature Использование опции "Аннотация" Есть несколько способов внесения в графические окна комментариев: линий, прямоугольных рамок и текста. Простейший путь - это ислольэовать опцию Annotate в оконном меню, а затем команды Line, Text или Box. Для рисования линии выберите команду Line, кликните на место начала линии и, не отлуская клавишу мышки, ведите курсор к месту, где линия должна закончиться; затем отпустите клавишу мышки. Такая же процедура используется для рисования рамки на графиках. Чтобы произвести на графике запись какого-либо текста, выберите команды Annotate, Text. Появится диалоговое окно. Напечатайте в нем желаемый текст, кликните на электронную клавишу 'ОК" и кликните мышкой на место в окне, где этот текст должен быть расположен. Для более точного контроля за местом расположения линий и текста, а также для установки шрифта и возможности введения более сложных залисей выберите команды Annotate, Edit из меню графического окна. Эти команды вызывают на экран редактор комментариев, который представляет собой обычный текстовый редактор и несколько клавиш. В этом редакторе имеется также одно контрольное окошко "Use Annotations" для установки флага, указывающего программе, следует или нет вносить записанный комментарий в графическое окно. Поле текстового редактора используется для ввода текста комментария, который должен быть записан в графическом окне. Для ввода новой строки используйте (в конце строки) клавиши Ctrl-Enter. Для задания в редакционном окне текста комментария и сопутствующих ему линий и рамок применяется специальный синтаксис: TEXT ччстрока текста" х у угол х-шрифт у-шрифт Команда TEXT записывает текст, взятый в кавычки, в месте на графике, определенном координатами х и у, под углом, определенном аргументом (угол), шрифтом, ширина и высота которого определены аргументами х-шрифт и у-шрифт. Координаты х и у выражаются в нормализованных единицах по отношению к экстремальным координатам графика: левый край графика имеет координату х = ОД правый край графика имеет координату х = 100, нижний край графика имеет координату у = 0.0 и верхний край графика имеет координату у = 100.0. Началом системы координат является левый нижний край экранного окна. Величина "угла* выражается в градусах. Размерность х-шрифт и у-шрифт - задается в относительных 2 -6 . Chapter 2: USER INTERFACE
единицах. Значения угла, х-шрифт и у-шрифт могут оставаться неопределенными; в таком случае будут использованы их значения по умолчанию. LINE xl yl х2 у2 Команда LINE рисует линию от точки с координатами х1. у1 к точке с координатами х2. у2. Единицы измерения и система координат те же, как они объяснены при описании команды TEXT. ЕОХ xl yl х2 у2 Команда BOX рисует прямоугольник, противоположные углы которого имеют координаты х1, у1 и х2, у2 соответственно. Единицы измерения и система координат те же. как они объяснены при описании команды TEXT. £' LIPSE х у гх гу По команде ELLIPSE рисуется эллипс с центром при координатах х и у и полушириной гх по оси х и полушириной гу по оси у. Если величина гу отсутствует, то рисуется окружность с радиусом гх. В этом диалоговом окне имеется также несколько электронных клавиш: ОК: Принимает комментарий к исполнению и закрывает редакционное окно. Cancel: Возвращается к ранее записанному комментарию и закрывает редакционное окно. Save: Открывает окно типа "Save As", в котором можно определить директорий и имя файла, в котором должен быть записан текст с набранным комментарием. Load: Открывает окно типа "Load", из которого можно выбрать и загрузить в текущее графическое окно файл с комментарием. Reset: Очищает редакционное окно. Help: Вызывает справочную систему. Using pan and zoom Использование опции "Выделения и увеличения" В каждом графическом окне можно выделить небольшой фрагмент и увеличить его. Для активизации этой операции кликните левой клавишей мышки в каком-либо месте графического окна и удерживайте клавишу в нажатом состоянии в течение Уг секунды. Вид курсора изменится - он примет форму крестика. Теперь передвигайте курсор вправо и вниз, выделяя прямоугольной рамкой ту часть графика, которую Вы хотите увеличить, а затем нажмите правую клавишу мышки. Выделенная часть графика будет увеличена до размера полного окна (при этом отношение сторон графика сохранится). Используйте бегунки прокрутки, расположенные по краям окна, для перемещения по графику увеличенного фрагмента Бегунки прокрутки появляются топько после испопьзования увеличения выделенного фрагмента. Для восстановления первоначального размера графика используйте команду "Unzoorrf из меню "Zoom" графического окна. Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 - 7
Для выполнения этих операций можно использовать также некоторые комбинации клавиатурных клавиш, смотри в этой главе ниже раздел " Summary of useful shortcuts'*. Text windows operations Работа с текстовыми окнами Текстовые окна имеют следующее меню; Update: Заново вычисляет данные, представленные в окне с текущей установкой. Settings: Вызывает диалоговое окно, с помощью которого осуществляется выбор установок для этого окна. Print: Печатает на принтере содержание окна. Window: Открывает выпадающее меню с пятью опциями: Copy Clipboard: копирует содержание окна в буфер обмена Windows. Смотри следующий раздел. Save Text: Записывает текст с данными в ASCII файл. Lock Window: Эта опция переводит график в "статическое" состояние, при котором он уже не может изменяться. Закрытое для новых данных окно может быть распечатано, скопировано в Clipboard или записано в файл. Эта опция применяется для сравнения результатов различных схем. Если окно закрыто для новых данных, то оно не может быть обновлено и, таким образом, результаты анализа новых загруженных схем могут быть сравнены с результатами, представленными в этом окне. Закрытое командой "Lock Window" окно не может быть открыто вновь! Для обновления данных в окне оно должно быть закрыто, а затем открыто другое окно. Clone: По этой команде открываются новые окна с теми же данными и теми же установками, как у текущего окна. Эта команда полезна для копирования окон. После создания новое окно функционирует точно таким же образом, как все другие окна, так что оно может обновляться и для него могут вводиться другие установки независимо от первоначального окна. Configuration: С помощью этой опции можно выбрать любую из имеющихся конфигураций схемы для визуализации соответствующих этой конфигурации данных. По умолчанию в окне отображаются данные активизированной конфигурации. Имеется две возможности использования мышки в текстовых окнах: Если дважды кликнуть левой клавишей мышки в каком-либо месте текстового окна, то его содержание будет обновлено. Это действует также, как команда "Update". Если кликнуть правой клавишей мышки в каком-либо месте текстового окна, то будет вызвано диалоговое окно "Settings" ■ 2 -8 Chapter 2: USER INTERFACE
Dialog operations Работа с диалоговыми окнами Работа с большинством диалоговых окон понята без пояснений. Обычно в диалоговых окнах имеется две электронные клавиши: ОК и Cancel (Одобрение и Аннулирование, соответственно). Диаграммы и графики, имеют диалоговые окна с шестью электронными клавишами: О К: Производит заново вычисление данных с учетом текущих установок. Cancel: Восстанавливает установки, которые были выбраны до открытия диалогового окна и не производит новых вычислений. Save: Записывает выбранные установки с целью их постоянного использования до момента выбора новых установок. Смотри ниже. Load: Загружает установки, которые были ранее записаны. Смотри ниже. Reset: Вновь восстанавливает установки, которые были заданы изготовителем программы. Help: Вызов справочной системы ZEMAX. Открываемая страница содержит информацию об опциях открытого диалогового окна. Клавиши Save и Load выполняют двойную функцию. Когда нажимается клавиша Save. установки записываются в файл с текущей схемой. Например, если загружена схема "А" и для изображения схемы установлено число рисуемых лучей - 15. то после нажатия клавиши Save это число лучей будет в дальнейшем воспроизводиться по умолчанию. Также, если создается новая схема или загружается старая схема, не имеющие собственных установок для числа лучей, то по умолчанию будет использоваться тоже 15 лучей. Теперь предположим, что загружается следующая схема ' В" и для нее устанавливается число лучей 9. которое записывается нажатием на клавишу Save. Для схемы "В" и всех схем, не имеющих собственных установок, теперь по умолчанию будет устанавливаться число лучей 9. Однако для первой схемы "А" сохранится установка для 15 лучей, так как это уже ее собственная установка. Клавиша Load работает таким же образом. Когда нажимается клавиша Load. ZEMAX проверяет, была ли у этой схемы ранее записанная установка. Если да, то эта установка будет загружена и воспроизведена. Если нет, то ZEMAX загрузит установку, которая была записана самой последней для какой-либо схемы Из предыдущего примера, в новую схему "С" по команде Load будет загружена установка 9 лучей, так как эта установка была записана последней: хотя схемы "А" и "В" будут загружаться с установками 15 и 9 лучей соответственно, так как это их собственные установки. Собственные установки Save и Load записываются в файл под тем же именем, которое имеет схема, за исключением того, что этот файл будет иметь расширение CFG. а не ZMX. В этот файл не записываются данные схемы, а записываются только определенные пользователем установки для каждого графика. Другие опции диалоговых окон могут быть выбраны либо с помощью клавиатуры, либо с помощью мышки. Используйте клавиши Tab и Shift-Tab для перехода от одной опции к другой. Нажатие мышкой на окошки с записью опций также может быть Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 - 9
использовано для переключения мезду ними. Для этой же цели могут быть использованы и курсорные клавиши. Нажатие на клавиатуре буквы, с которой начинается название опции в выпадающем меню, вызывает эту опцию. Aborting long computations Прекращение чрезмерно длительных вычислений Некоторые задачи, решаемые ZEMAX. требуют относительно большого времени. Например, оптимизация, глобальная оптимизация и анализ допусков могут выполняться как за несколько секунд, так и за много дней. Для прекращения выполнения этих задач можно нажать на электронную клавишу "Terminate'1. После этого ZEMAX прекратит вычисления и возвратится к главной программе. При этом результаты незаконченного вычисления не показываются. Некоторые операции по анализу схем, такие как вычисление МПФ (MTF) или анализ изображения, выполняются при некоторых условиях в течение длительного времени. Например, вычисление МПФ с частой сеткой отсчетов или анализ изображения с высокой плотностью лучей требуют длительного времени. Однако при выполнении операций анализа на экран не выводится информация о состоянии вычислений, а также не высвечивается клавиша для прекращения вычислений, так как их результат направляется непосредственно в окно. Поэтому для прекращения длительных вычислений должна использоваться клавиатурная клавиша "Escape". He преду- предусмотрено выполнение этой команды с помощью мышки. - только "Escape"! Нажатие на клавишу Escape позволяет прервать вычисления МПФ (MTF), ФРТ (PSF), функции распределения энергии в пятне рассеяния и другие дифракционные вычисления. После нажатия клавиши "Esc" происходит возвращение к главной программе (это может занять время от 1 до 2 секунд), а показанные в окне данные вычислений будут дефектными. При анализе изображения нажатие на клавишу "Esc" приведет к прекращению трассировки новых лучей, однако уже трассированные лучи будут показаны и соответствующие им данные будут точными, но не полными. Summary of useful shortcuts Сводка полезных комбинаций клавиш В этом разделе дана сводка полезных команд, осуществляемых с помощью клавиш клавиатуры или мышкой. ZEMAX shortcuts Ускоренные команды ZEMAX Действие Ctrl + Tab Ctrl + буква F1...F1O Результат Смена выведенных на экран окон Используется ао многих инструментах и функциях. Например, Ctrl-L вызывает на экран 2D layout plot (двумерное изображение схемы). Все эти клавиши указаны в меню вместе с названиями опций. Функциональные клавиши также используются для многих приложений. Все они указаны в меню вместе с названиями опций. 2-10 Chapter 2: USER INTERFACE
Действие Backspace Двойное нажатие левой клавиши мышки Нажатие правой клавиши мышки Tab Действие Shift + Tab Home/End Ctrl + Home/End Курсорные клавиши M-> I) ctn + курсорные клавиши Page Up/Down Ctrl + Page Up/Down Результат Когда активизировано редакционное окно, высвеченная ячейка может быть отредактирована с помощью клавиши Backspace, После нажатия этой клавиши мышка, а также левая и правая курсорные клавиши могут быть использованы для редактирования. Если мышка установлена на поле какого-либо графика или текстового окна, то двойное нажатие левой клавиши вызовет пересчет и обновление содержания окна; это равносильно команде Update. Для редакционных окон это действие вызывает на экран диалоговый бокс по установке функций solve. Если мышка позиционирована на каком-либо графическом или текстовом окне, то это действие вызывает диалоговое окно с установками для этого окна. Это равносильно выбору из меню окна опции Setting. В редакционных окнах это действие вызывает диалоговое окно для установок функций solve. Перемещает курсор к следующей ячейке в редакционных окнах и к следующему полю в диалоговых окнах. Результат Перемещает курсор в предыдущей ячейке в редакционных окнах или к предыдущему полю в диалоговых окнах. Перемещает курсор к первой/последней строке первой колонки в редакционной таблице или двигает текст в начало/конец в текстовых окнах. Перемещает курсор к первой/последней строке последней колонки в редакционной таблице. В редакционных таблицах производят перемещение курсора (высвеченной ячейки) на одну ячейку в соответствующем направлении. В трехмерных графических окнах производят поворот графиков относительно осей X и Y. В редакционных таблицах производят перемещение курсора (высвеченной ячейки) на одну экранную страницу в соответствующем направлении. В трехмерных графических окнах производят выделение фрагментов графиков для их увеличения. В редакционных таблицах производят перемещение курсора (высвеченной ячейки) на одну экранную страницу вверх или вниз. В трехмерных графических окнах производят поворот графиков относительно оси Z. Перемещает курсор к первой или последней строке в текущей колонке. Windows shortcuts Ускоренные команды Windows Действие Результат Alt + Tab Переключение между всеми текущими вызванными программами. Очень полезно для быстрого перехода от программы ZEMAX к другим программам и обратно. Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2-11
Действие J Результат Ctrl + Esc Выводит на экран рабочий список Windows. Активизирует верхнее меню в текущем приложении. Активизирует в верхнем меню текущего приложения команду, имя которой начинается с нажатой буквы. Та b J Tie ре ход к следующей опции или к следу юще му полю. Shift + Tab | Переход к предыдущей опции или к предыдущему полю. Включает или выключает выбранное контрольное окно. Вызывает диалоговое окно для текущего окна и текущего параметра^ Нажатие первой буквы из названия опции в выпадающем меню активизирует эту опцию. Using the Windows clipboard Использование буфера обмена Windows Очень полезным является буфер обмена Windows. Буфер обмена используется для временного хранения графической и текстовой информации. Преимущество использования буфера обмена состоит в том, что фактически все программы Windows могут либо экспортироваться в буфер, либо импортироваться из него. Так как ZEMAX используется в основном для генерации графических и текстовых данных, он может только экспортировать данные в буфер обмена. Данные, скопированные в буфер обмена (Clipboard), могут быть доступными для других приложений, таких как текстовые редакторы, графические редакторы и издательские системы для восстановления данных. Например, графики, приведенные в этом руководстве, были генерированы 2ЕМАХ, скопированы в Clipboard и помещены из него в издательскую программу. Передача графиков и текстов из ZEMAX в Clipboard осуществляется очень просто. Выберите нужное графическое или текстовое окно, затем из меню этого окна дайте команды Windows, Copy Clipboard. При этом на экране ничего не произойдет (так как данные передаются очень быстро), но данные этого окна уже будут доступны дпя других приложений. Для того чтобы поместить эти данные к какое-либо приложение, откройте это приложение и дайте команду Paste, которая обычно находится в Ed:t menu приложе- приложения для уточнения места расположения этой команды прочитайте руководство к этому приложению. Заметьте, что как ZF.MAX, так и принимающее из Clipboard приложение могут в это время продолжать работать. Если Вы закрываете прило- приложение, а затем открываете другое и снова его закрываете, Вы не будете исполь- использовать все преимущество работы с Windows! Оставляйте все ваши приложения открытыми одновременно и используйте команду Alt-Tab для переключения между ними. ZEMAX передает графики а полном цвете и с полным разрешением. Формат экспортируемых в Clipboard графиков - это независящий от устройства векторньй файл, который будет выводиться на печатать с полным разрешением на любом принтере. При небольшой практике передача графиков и текста из ZEMAX к другим приложе- приложениям осуществляется исключительно быстро. Старые программы DOS часто требо- требовали предварительной записи графиков и текста в файлы В последние годы часто генерировались файлы типа HPGL, которые использовались для импорта данных в 2-12 Chapter 2: USER INT RFACE
другие приложения Этот метод сейчас считается устаревшим и редко используется Однако Вы можете осуществлять запись донных в файл о любом формате, который Вы вьюряли для Вашего принтера Для генерации файла типа HPGL используйте дрсывер принтера HP 7470A (Вы должны его сначала инсталлировать; читайте руководство Windows) и дайте команду' Print To File" из диалогового окна принтера Некоторые приложения Windows не могут импортировать графики ZEMAX, если даже графики выглядят хорошо в просмотровом окне Windows Clipboard Viewer. В таком случае нужно использовать опцию Export Metafile", описанную в этой главе ранее в разделе "Работа с графическими окнами1. Большинство приложении Windows могут импортировать графики, записанные в метафайл. Глава 2: ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 2 -13
CONVENTIONS AND DEFINITIONS УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Introduction Введение В этой главе описаны используемые в этом Руководстве термины и определения. Большинство используемых в 2ЕМАХ терминов являются общепринятыми в оптической промышленности, однако могут быть и некоторые важные различия. Active configuration Активная конфигурация Активная конфигурация оптической системы — это конфигурация, параметры которой показаны в данный момент времени в редакторе данных оптической системы ("Lens Data Editor"). Angular magnification Угловое увеличение Отношение угла параксиального главного луча в пространстве изображений к углу параксиального главного луча в пространстве объектов. Углы измеряются относительно центров входного и выходного (параксиальных) зрачков системы. Apodization Аподизация Аподизация — понятие, характеризующее степень однородности освещения входного зрачка системы: по умолчанию зрачок всегда освещен однородно. Однако в некото- некоторых случаях зрачок должен быть освещен неоднородно. Для этой цели ZEMAX предоставляет возможность произвести аподизацию зрачка — ввести вариации облученности по площади зрачка. ZEMAX поддерживает три типа аподизации: однородную, гауссову и тангенциаль- тангенциальную. Для каждого типа (кроме однородного) факторы аподизации, определяют степень варьирования амплитуды излучения по площади зрачка. Более детальное описание этих типов и факторов аподизации дано в главе "System Menu". ZEMAX позволяет также пользователю ввести свой собственный тип аподизации для какой-либо поверхности схемы. Свойства аподизированной поверхности отличаются от свойств аподизированного зрачка, если положение этой поверхности не совпадает с положением зрачка. Back focal length Задний фокальный отрезок Заднее фокальное расстояние определяется как расстояние вдоль оси Z от послед- последней стеклянной поверхности до параксиальной плоскости изображения. Если стеклянная поверхность отсутствует в схеме, то заднее фокальное расстояние - это расстояние от поверхности 1 до параксиальной плоскости изображения. Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -1
Cardinal Planes Кардинальные плоскости Термин кардинальные плоскости (иногда говорят о кардинальных точках) относится к особому сопряженному положению этих плоскостей, при котором поверхности объекта и изображения связаны определенным увеличением К числу кардинальных плоскостей относятся: главные плоскости, для которых увеличение равно +1, антиглавные плоскости, для которые увеличение равно -1, узловые плоскости, для которых угловое увеличение равно +1. фокальные плоскости, для которых; увеличение равно нулю для фокальной плоскости, расположенной в пространстве изображений, и равно бесконечности для фокальной плоскости, расположенной в пространстве объектов. За исключением фокальных плоскостей, кардинальные плоскости сопряжены одна с другой, то есть главная плоскость в пространстве изображений сопряжена с главной плоскостью в пространстве объектов и так далее. Если в схеме показатель преломле- преломления в пространства изображений и в пространства объектов один и тот же. то узловые плоскости совпадают с главными плоскостями. ZEMAX вычисляет расстояния от поверхности изображения до различных плоскостей в пространстве изображений и расстояния от первой поверхности до различных плоскостей в пространстве объектов. Chief ray Главный луч Если в системе нет виньетирования и нет аберраций, главный луч определяется как луч, проходящий от определенной точки поля через центр входного зрачка к плоскости изображения. Заметьте, что при отсутствии виньетирования и аберраций любой луч, проходящий через центр входного зрачка, будет проходить также через центр апертурной диафрагмы системы и через центр выходного зрачка. Если используются коэффициенты виньетирования, то главный луч рассматривается как луч, проходящий через центр виньетируемого зрачка: это означает, что главный луч может не проходить через центр апертурной диафрагмы. Если имеются аберрации зрачка (а они фактически всегда есть), то главный луч может проходить через центр параксиального входного зрачка (если не используется опция "ray aiming") или через центр апертурной диафрагмы (если используется опция "ray aiming"), но обычно не через обе эти центральные точки. Если введены коэффициенты виньетирования, которые децентрируют зрачок, то главный луч будет проходить через центр виньетируемого входного зрачка (если не используется опция "ray aiming") или через центр виньетируемой апертурной диафрагмы (если используется опция "ray aiming"). Используется общелринятое соглашение о том. что главный луч проходит через центр виньетируемого зрачка, а кардинальный луч проходит через центр невиньетируемой апертурной диафрагмы. ZEMAX никогда не использует кардинальный луч. Большинство вычислений относятся либо к главному лучу либо и к центру "тяжести*1 (центроиду) изображения. Заметьте, что использование в качестве опорной точки центра тяжести изображения является более предпочтительным, так как оно основано на совместном эффекте от всех падающих на плоскость изображения лучей, а не на выборе одного "особого" луча. 3 -2 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
Coordinate axes Оси координат Оптической осью является ось Z, начало которой расположено в плоскости объекта. Осевой луч распространяется слева направо в положительном направлении оси Z. Зеркала могут последовательно изменять направление распространения осевого луча на противоположное. Координатная система - прав(овращательн)ая: сагиттальная ось X направлена "вглубь" экрана монитора при стандартном изображении схемы, а тангенциальная ось Y лежит в плоскости экрана и направлена вертикально. После нечетного числа зеркал A. 3. 5..) пучок лучей физически распространяется в отрицательном направлении оси Z. Поэтому все толщины после нечетного числа зеркал должны быть отрицательными. Diffraction limited Термин "дифракционно ограниченный". Термин "дифракционно ограниченный и используется в тех случаях, когда характери- характеристики оптической системы ограничены в основном эффектами дифракции, а не несовершенством оптической схемы или качеством ее изготовления. Общепринятый способ определения, работает ли система в условиях ограничения дифракцией, — это вычисление или измерение разности оптических путей. Если максимальная разница оптического хода (peak to valley OPD) меньше четверти длины волны, то система считается дифракционно ограниченной. Можно многими другими соотношениями определить дифракционно ограниченную систему, такими как число Штреля, RMS OPD (CK3 оптической разности хода), стандартным отклонением, максимумом ошибки наклона и другими. Существует возможность, что при использовании одного из этих соотношений система может считаться ограниченной дифракцией, а при использовании другого - не относится к дифракционно ограниченной. На некоторых графиках ZEMAX, таких как график MTF (МПФ) или график дифракци- дифракционного распределения энергии, может быть показан дифракционный предел (по вашему желанию). Эти данные обычно вычисляются путем трассирования лучей от опорной точки в поле зрения. Аподизация и виньетирование зрачка. F-число, апертуры поверхностей и пропускание могут учитываться, но разность оптических путей устанавливается равной нулю независимо от действительного (аберраци- (аберрационного) оптического пути. Для систем, для которых определены точки поля 0.0 как по оси X, так и по оси Y (такие как 0.0 для угла поля по оси X и 0.0 для угла поля по оси Y). опорной точкой поля является осевая точка поля. Если точка поля @,0) не определена, то вместо этой осевой точки в качестве опорной используется точка с координатами, определенными для 1 позиции поля! Edge thickness Краевая толщина В ZEMAX используются два разных определения термина "краевая толщина" Обычно краевая толщина определенной поверхности вычисляется по формуле Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -3
где Z, - стрелка прогиба поверхности при полудиаметре +у, Zh-i - стрелка прогиба следующей поверхности при ее полудиаметре +у и Т, - осевая толщина поверхности. Заметьте, что краевые толщины вычисляются с учетом прогибов при соответству- соответствующих полудиаметрах каждой поверхности, величины которых обычно отличаются друг от друга. Заметьте также, что краевые толщины обычно вычисляются при +у радиальной апертуре, что может быть неадекватно системам, не имеющим вращательной симметрии, или случаям, когда на одну из поверхностей установлена апертурная диафрагма (апертурная поверхность). Исключением из этого правила являются вычисления краевых толщин с помощью специальной функции solve - "edge thickness". Так как эта функция может изменять центральную толщину, она может изменять положение, а следовательно, и величину полудиаметра следующей поверхности. Это может привести к неустойчивости процесса вычислений. Поэтому краевые толщины при использовании функции "edge thickness solve" вычисляются для обеих поверхностей строго при полудиаметре только первой поверхности. Полудиаметр второй поверхности никогда не используется, но кривизна второй поверхности учитывается. Effective focal length Эффективное фокусное расстояние ^^^ Это расстояние от задней главной плоскости системы до параксиальной плоскости изображения; это расстояние вычисляется для системы, сопряженной с бесконечностью. Положение главной плоскости всегда основано на данных для параксиального луча. Эффективное фокальное расстояние всегда относится к показателю преломления, равному 1.0, - если даже пространство изображения имеет другую величину показателя преломления. Entrance pupil diameter Диаметр входного зрачка Величина диаметра параксиального изображения апертурной диафрагмы системы в пространстве предметов в установленных линейных единицах. Entrance pupil position Положение входного зрачка - Параксиальное положение входного зрачка относительно первой поверхности в системе. Первая поверхность всегда имеет порядковый номер 1 (поверхность объекта всегда имеет порядковый номер 0). Exit pupil diameter Диаметр выходного зрачка Величина диаметра параксиального изображения апертурной диафрагмы системы в пространстве изображений в установленных линейных единицах. 3 -4 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
Exit pupil position Положение выходного зрачка Параксиальное положение выходного зрачка относительно поверхности изображения. ' Extra data Дополнительные данные < Дополнительные данные — это числовые значения параметров, используемых для ц задания некоторых нестандартных типов поверхностей. Например, эти данные I используются для определения фазы дифракционных оптических поверхностей, < таких, как поверхность типа Binary 1. Более полное описание дополнительных данных < дано в разделе "Extra data" в главе "Surface Types". ' Field angles and heights Углы и высоты поля Точки поля могут быть определены углами поля, высотами объекта (для объектов, расположенных на конечном расстоянии), паракисзльными высотами изображения или реальными высотами изображения. Углы поля всегда определяются в градусах; углы поля измеряются относительно оси Z в пространстве объектов с вершиной, расположенной в точке положения параксиального входного зрачка на оси Z в пространстве объектов. Положительные углы поля соответствуют положительному наклону луча и. таким образом, относятся к отрицательным координатам объекта. ZEMAX преобразует углы поля по осям X и Y в направляющие косинусы луча в соответствии с следующими формулами: tan вл = , п „ т tan ву = , п где I, m и п - направляющие косинусы относительно осей х, у и z. Если для определения точек поля используются высоты объекта или изображения, то эти высоты измеряются в установленных для текущей схемы линейных единицах. Когда точки поля определяются параксиальными высотами изображения, эти высоты являются координатами точки пересечения параксиального главного луча с поверх- поверхностью изображения, и если оптическая система имеет дисторсию. то реальные главные лучи будут иметь другое положение на поверхности изображения. Когда точки поля определяются высотами реального изображения, высоты являются координатами точки пересечения реального главного луча с поверхностью изображения. Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -5
Float by stop size Плавающий размер апертурной диафрагмы "Float by stop size" - один из способов определения апертуры системы, используемых в ZEMAX Это название связано с тем фактом, что положение входного зрачка, числовой апертуры в пространстве объектов, F/# в пространстве изображений и радиус апертурной диафрагмы - все эти основные параметры являются взаимозависимыми и становятся определенными, как только определяется один из них. Поэтому, задав радиус апертурной диафрагмы, и позволив другим параметрам принять соответствующие ей значения, можно определить апертуру системы. Это особенно удобно, когда диафрагма является реальной поверхностью, постоянно встроенной в систему, как, например, в схеме с нуль-корректором. Glasses Стекла __=^ Стекла вводятся путем указания наименования стекла в колонке Glass. Пустые графы в этой колонке трактуются как воздух с показателем преломления, равным 1.0. Зеркала определяются путем написания в этой колонке слова MIRROR, хотя это слово и не содержится в каталогах стекол. Доступные наименования (марки) стекол могут быть просмотрены, а также новые стекла могут быть записаны в каталоги посредством команды Tools, Glass Catalogs. Смотри описание каталогов стекол в главе "Using Glass Catalogs" (Использование каталогов стекол). Hexapolar rings Гексаполярные окружности Zemax обычно автоматически выбирает для Вас диаграмму распределения лучей по площади входного зрачка, когда выполняются обычные вычисления (такие, как расчет диаграммы пятна рассеяния). Обычно используется гексаполярная диаграмма распределения лучей, обладающая вращательной симметрией. Эта диаграмма описывается посредством указания числа концентрических окружностей с центром на оптической оси, через которые проходят лучи. На первой окружности располагается 6 лучей через каждые 60 градусов; первый луч находится на оси X @ градусов). На второй окружности располагается 12 лучей. На третьей окружности располагается 18 лучей. Каждая последующая окружность имеет на 6 лучей больше, чем предыдущая. Многие характеристики (такие как вычисление геометрической МЛФ) требуют задания плотности отсчетов. Величина плотности отсчетов устанавливается посредством указания числа вводимых концентрических окружностей. При установке плотности отсчетов, равной 5, будет использовано 5 окружностей и, соответственно, 1 +6 + 12+18 +24 + 30 = 91 луч, включая центральный луч. Image space F/# F-число в пространстве изображений F/# в пространстве изображений есть отношение эффективного параксиального фокусного расстояния системы, вычисленного для системы, сопряженной с бесконечностью, к величине параксиального диаметра выходного зрачка. Заметьте, что сопряжение системы с бесконечностью используется для определения этой величины даже в тех случаях, когда оптическая система используется не при таком условии. 3 -6 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
Image space numerical aperture (NA) Числовая апертура в пространстве изображений Числовая апертура в пространстве изображений равна произведению показатепя преломления в пространстве изображений на синус угла между параксиальным осевым главным лучом и параксиальным осевым крайним лучом (по координате +у), вычисленному для определенного расстояния до объекта и для главной длины волны. Lens units Единицы измерения Единицы измерения используются для опредепении величин радиусов, топщин, апертур и других линейных величин и могут быть выражены в миллиметрах, сантиметрах, дюймах или метрах. Marginal ray Крайний луч Крайний луч - это луч, исходящий из центра объекта, проходящий через край входного зрачка и падающий на плоскость изображения. Если есть виньетирование, ZEMAX расширяет это определение, определяя краевой луч как луч, проходящий через край виньетированного входного зрачка. Если используется опция "ray aiming", то крайний луч - это луч, проходящий через край виньетированной алертурной диафрагмы системы. Смотри также определение главного луча в начале этой главы. Maximum field Максимум поля Это величина максимального радиуса поля зрения в градусах, если выбрана мода 'field angle" (точки поля заданы в градусах), или - величина максимальной радиальной координаты объекта в установленных линейных единицах измерения, если выбрана мода "object height" (точки поля заданы высотами объекта), или - величина максимальной радиальной координаты изображения, если выбрана мода "image height" (точки поля заданы высотами изображения). Указанные способы задания точек поля устанавливаются в диалоговом окне "Field Data", доступном через меню "System11. Non-paraxial systems Непараксиальные системы Термин "непараксиальные системы" относится к таким оптическим системам, которые не могут быть адекватно представлены данными для параксиальных лучей. Это в основном относится к системам, имеющим наклоненные или децентрированные элементы (установленные посредством введения в систему break-поверхностей), а также к системам, содержащим гопограммные поверхности, дифракционные решетки, параксиальные поверхности, поверхности, аппроксимированные кубическими Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -7
сплайнами, ABCD поверхности, элементы с градиентом показателя преломления или с дифракционными компонентами. Теория аберраций хорошо разработана для систем, имеющих обычные преломля- преломляющие или отражающие компоненты и обладающих вращательной симметрией. Это относится к аберрациям Зейделя. дисторсии, гауссовым пучкам и, фактически, ко всем характеристикам первого порядка - таким, как фокальное расстояние, F/#, величина и положение зрачков. Все эти величины вычисляются для параксиальных лучей Если анализируемая система содержит какие-либо непараксиальные компоненты, то вычисленные для параксиального приближения данные не могут быть надежными. Non-sequential ray tracing "Непоследовательное" трассирование луча "Непоследовательное" трассирование луча означает, что лучи трассируются только вдоль физически осуществимого пути до их попадания на какой-либо объект. Луч затем отражается, преломляется или поглощается в зависимости от свойств объекта, на который он падает. После этого продолжается новый путь луча. При непоследова- непоследовательном трассировании луча лучи могут пройти через какую-либо группу объектов в любом порядке или могут повторно пройти через один и тот же объект в зависимости от геометрии и свойств объектов. Смотри также определение термина Sequential ray tracing" (Последовательное трас- трассирование луча). Normalized field and coordinates Нормированные координаты поля и зрачка Нормированные координаты поля и зрачка часто используются как в самой программе ZEMAX, так и в этом руководстве. Имеется четыре нормированных координаты: Нх, Ну, Рх и Ру. Величины Нх и Ну — нормированные координаты поля; величины Рх и Ру — нормированные координаты зрачка. Нормированные координаты поля и зрачка представляют собой точки на единичном круге. Координаты поля нормируются к максимальному радиальному размеру поля зрения (или к максимальной высоте объекта, если поле зрения определено в значениях высоты объекта), а координаты зрачка нормируются к радиусу входного зрачка. Например, предположим, что максимальная высота объекта равна 10 мм. Тогда координаты (Нх = 0. Ну = 1) будут соответствовать лучу, который стартует в верхней точке объекта (х = 0 мм, у = 10 мм). Координаты (Нх = -1, Ну = 0) будут соответствовать лучу, который стартует с поверхности объекта в точке (х = - 10 мм, у = 0 мм). Координаты зрачка нормируются таким же образом. Предположим, что радиус зрачка (не диаметр!) равен 8 мм. Тогда координаты (Рх = 0. Ру = 1) будут соответствовать лучу, проходящему через верхнюю точку зрачка, то есть на поверхности зрачка луч будет проходить через точку с координатами (х = 0 мм, у = 8 мм). Заметьте, что нормированные координаты всегда должны иметь значения в пределах от -1 до 1 и что 3 -8 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
Преимущество использования нормированных координат состоит в том. что некоторые лучи всегда будут иметь одни и те же координаты независимо от размера или положения объекта и зрачка. Например, краевой луч — это луч, выходящий из центра объекта и проходящий через верхнюю точку зрачка, или (Нх = 0, Ну = О, Рх = 0. Ру = 1I главный луч исходит из верхней точки поля и проходит через центр зрачка, то есть @.1,0.0). Другим значительным преимуществом нормированной системы координат является ее независимость от изменения масштаба. Предположим, что перед оптимизацией оптической схемы вы определили ряд лучей, который должен быть использован при вычислении оценочной функции. При использовании нормированных координат этот же ряд лучей без всякого переопределения их координат будет работать и в тех случаях, когда вы произвели изменение размера или положения объекта или входного зрачка или когда эти изменения, возможно, произойдут в процессе оптимизации. Нормированные координаты поля используются и в тех случаях, когда положение точек поля определяется углами. Например, предположим, что вы выбрали в направлении оси Y углы 0. 7 и 10 градусов. Из этого следует, что определенный вами максимальный "радиус11 поля в пространстве объектов равен 10 градусам. Тогда нормированные координаты Нх = 0 и Ну = 1 будут соответствовать лучу, имеющему угол 0 градусов относительно оси X и угол 10 градусов относительно оси Y. Координаты Нх = - 0.5 и Ну = 0,4 будут соответствовать лучу, идущему под углом - 5 градусов к оси X и под углом 4 градуса к оси Y. Заметьте, что если даже вы не задавали углы относительно оси X, вы все равно можете трассировать лучи от этих точек поля, используя для них отличные от нуля величины для координаты Нх . Величины Нх и Ну всегда относятся к точкам на круге в пространстве углов объекта, радиус которого определяется максимальной величиной радиального поля. Если вы задали только одну точку поля с углами 10 градусов к оси X и -6 градусов к оси Y, то максимальная величина радиального поля будет равна 11,66 градусов, и координаты Нх и Ну будут нормированы именно к этой величине радиуса. Примите во внимание, что нормированные координаты — это относительные величины углов поля в тех случаях, когда вы определяете ваш объект в значениях углов поля. Если же вы используете для полей высоты объекта/изображения, то координаты Нх и Ну — это нормированные высоты объекта/изображения. Object space numerical aperture Числовая апертура в пространства объектов Числовая апертура оптической системы в пространстве объектов есть мера расходимости лучей, исходящих от поверхности объекта. Числовая апертура опреде- определяется как произведение показателя препомления на синус угла краевого луча, измеренных в пространстве объектов. Краевой луч определяет границу светового конуса, расходящегося от точки объекта. Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -9
Parameter data Параметрические данные Параметрические данные используются для определения некоторых нестандартных поверхностей. Например, параметрические данные могут включать коэффициенты асферичности, плотность штрихов у решетки, величины наклонов и децентрировок. Более полное описание этих параметров дано в главе "Surface Types" (Типы поверхностей) в разделе "Parameter Data" (Параметрические данные). Paraxial and parabasal rays Параксиальные и парабазовые лучи Термин параксиальный, строго говоря, означает "близкий к оси". Параксиальная оптика - это оптика, которая хорошо описывается линейным приближением закона Снеллиуса. Закон Снеллиуса выражается следующим соотношением: /7 sin О - //sin О*. Для небольших углов это уравнение принимает вид п О = п ' О'. Большое число определений в оптике основано на линейном приближении. Аберрации представляют собой отклонение от линейности, и поэтому параксиальные свойства оптических систем часто рассматриваются как свойства системы в отсутствии аберраций. Хотя известны разные простые формулы для вычисления параксиальных величин, таких как фокальное расстояние, F/#, увеличение и так далее. 2ЕМАХ обычно не использует эти формулы. Для определения параксиальных величин ZEMAX трассирует "парабазовые" лучи, которые представляют собой реальные лучи (распространяющиеся через систему в соответствии с законом Снеллиуса), идущие под небольшими углами к базовому лучу, в качестве которого обычно используется либо осевой луч, либо главный луч. Смысл того, что ZEMAX использует вместо параксиальных формул трассировку парабазовых лучей, состоит в том, что многие оптические системы содержат непараксиальные компоненты. Термин "непараксиальный" означает, что эти компоненты плохо описываются теорией первого порядка. Это включает наклоненные или децентрированные системы, а также системы, в которых используются голограммы, дифракционная оптика, обычная асферика и линзы с градиентом показателя преломления.гЕМАХ вычисляет многие параксиальные величины, но их значения должны использоваться с большой предосторожностью, когда оптическая система содержит нестандартные элементы. В основном использование парабазовых величин вполне приемлемо, но приближение первого порядка может быть недостаточно для адекватного описания свойств очень необычных систем Paraxial image height Параксиальная высота изображения Это параксиальный радиальный размвр полного поля изображения в параксиальной плоскости изображения, выраженный в установленных для текущей схемы линейных единицах. 3 -10 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
Paraxtal magnification Параксиальное увеличение ( Это (радиальное) увеличение, которое вычисляется как отношение высоты { изображения к высоте объекте. Параксиальное увеличение вычисляется для паракси- параксиальной плоскости изображения. Для системы, работающей на бесконечности, параксиальное увеличение всегда равно нулю. | с Paraxial working F/# < Параксиальное рабочее F/число \ Параксиальное рабочее F/число определяется как j где 0 - угол параксиального краевого луча в пространстве изображений и п — показатель преломления в пространстве изображений. Параксиальный краевой луч трассируется для конкретного сопряжения. Для внеосевых систем этот параметр относится к осевому лучу и представляет собой усредненное по зрачку значение. Параксиальное рабочее F/# есть эффективное F/#, игнорирующее аберрации. Смотрите также определение для рабочего F/# . Primary wavelength Главная длина волны Это величина длины волны, установленная Вами как главная. Эта величина используется для вычисления большинства параксиальных или фактических величин системы, таких как положения зрачков. Величина главной длины волны высвечивается в мкм. Radii Радиус Это радиус кривизны каждой поверхности, измеренный в установленных Вами линейных единицах. В соответствии с установленным правилом знаков величина радиуса положительна, если центр кривизны поверхности расположен справа от вершины поверхности (положительное расстояние вдоль локальной оси Z). и — отрицательна, если центр кривизны расположен слева от вершины поверхности (отрицательное расстояние вдоль локальной оси Z). Это условие не зависит от количества зеркал в системе. Sagittal and Tangential Сагиттальный и меридиональный Термин "tangential" ("меридиональный") относится к данным, вычисленным для меридиональной плоскости, которая определяется линией и одной точкой линия - это ось симметрии оптической системы, а точка - это рассматриваемая точка поля в Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3 -11
пространстве объектов. Сагиттальная плоскость - это плоскость, ортогональная к меридиональной плоскости; она также пересекает ось симметрии в месте расположения входного зрачка. Для обычных, обладающих вращательной симметрией систем, у которых точки поля располагаются вдоль оси Y, меридиональной плоскостью является плоскость Y2, а сагиттальная плоскость определяется как плоскость, ортогональная к плоскости YZ и проходящая через центр входного зрачка. Проблема с этим определением заключается в том, что его нельзя легко распростра- распространить на системы, не обладающие вращательной симметрией. Поэтому в ZEMAX за меридиональную плоскость принимается плоскость YZ вне зависимости от того, где находится точка поля, а меридиональные данные всегда вычисляются вдоль оси Y в пространстве объектов! Сагиттальная плоскость ортогональна к плоскости YZ и пересекает центр входного зрачка обычным образом, а данные для сагиттальной плоскости всегда вычисляются вдоль оси X в пространстве объектов! Смысл этого соглашения заключается в следующем. Если система обладает враща- вращательной симметрией, то только точки поля, расположенные вдоль оси Y, определяют изображающие свойства системы; и эти точки должны быть использованы! В таком случае два разных определения опорных плоскостей являются излишними, поскольку они становятся идентичными. Если система не обладает вращательной симметрией, то нет и осевой симметрии, и выбор опорных плоскостей произволен. Semi-diameters Полудиаметры ====г= ^^==^___ Радиальный размер каждой поверхности задается посредством определения величины ее полудиаметра. При автоматическом расчете радиальная величина каждой поверхности вычисляется и устанавливается, исходя из заданной величины апертуры системы таким образом, чтобы все реальные лучи проходили через все поверхности системы без экранирования. При редактировании колонки "Semi- diameters" в ней будут установлены . новые, введенные Вами величины полудиаметров, а в следующей колонке при этом будет высвечен символ "IIм. Символ "U" показывает, что величина полудиаметра была установлена пользователем. Эта установка влияет только на качество изображения оптической системы и не оказывает влияния на прохождение лучей через данную поверхность или их экранирование этой поверхностью! Это в особенности относится к апертурной диафрагме и к поверхности изображения. Для экранирования лучей необходимо либо вводить факторы виньетирования, либо использовать апертурные поверхности (Surface aperture). Sequential ray tracing Последовательное трассирование лучей Последовательное трассирование лучей означает, что лучи трассируются от одной поверхности к другой в заданной последовательности их расположения. ZEMAX нумерует поверхности последовательно, начиная от нуля, который присваивается поверхности объекта. Первой поверхности, следующей за поверхностью объекта, присваивается номер 1, второй - номер 2, третьей - номер 3, и так далее. При последовательной трассировке лучи, стартующие на поверхности объекта, трассируются к поверхности 1, затем к поверхности 2, и так далее. Лучи не 3-12 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
трассируются, например, от поверхности 5 к поверхности 3. если даже такой путь лучей физически возможен. Смотри также определение термина Non-sequential ray tracing". Strehl ratio Число Штреля Число Штреля - один из наиболее часто используемых критериев, характеризующий качество оптического изображения у высококачественных оптических изображающих систем. Число Штреля определяется как отношение пиковой интенсивности дифракционной функции ФРТ у реальной оптической системы к пиковой интенсивности дифракционной ФРТ у безаберрационной системы.. ZEMAX вычисляет ФРТ дважды - для системы с аберрациями и для безаберрационной системы и делит полученные значения пиковых интенсивностей одно на другое. Число Штреля мало пригодно для характеристики систем, имеющих большие аберрации и для которых число Штреля меньше 0.1. Surface apertures Апертуры поверхностей Для виньетирования пучков используются следующие (устанавливаемые на отдель- отдельные поверхности оптической системы) апертуры: круглая, прямоугольная, эллипти- эллиптическая и апертура с растяжками. "Поверхностные" апертуры не изменяют характер пропускания или трассирования лучей, а только экранируют лучи, если они ограничи- ограничиваются данной апертурой. Эти апертуры не оказывают влияния на апертуру системы (System aperture). Более детальная информация об апертурах поверхностей дана в главе "Editors Menu" в разделе "Specifing surface apertures". System aperture Апертура системы Апертура всей системы может характеризоваться F-числом (F/#). диаметром входного зрачка, числовой апертурой или размером апертурной диафрагмы системы (Stop Size). Каждая из этих четырех характеристик может быть использована для определения трех других для данной системы. Апертура системы используется для определения диаметра входного зрачка в пространстве объектов, который, в свою очередь, используется для трассировки всех лучей. Апертура системы всегда круглая. Лучи могут быть виньетированы апертурными поверхностями. В системе может быть использована только одна апертура системы, хотя в систему может быть введено много апертурных поверхностей. Thicknesses Толщины ^__^^^^_____^_ Толщины — это расстояния вдоль локальной оси Z (оптической оси) от вершины одной поверхности до вершины следующей поверхности в установленных для схемы линейных единицах. Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3-13
Толщины всегда изменяют знак после зеркальной поверхности. После нечетного числа зеркальных поверхностей все толщины допжны быть отрицательными. Это условие знаков не зависит от количества зеркал в системе или наличия в системе фиктивных поверхностей (coordinate breaks). Это основное соглашение не может быть изменено на противоположное путем поворота системы координат на 180 градусов. Total internal reflection (TIR) Полное внутреннее отражение Полное внутреннее отражение (TIR) имеет место в условиях, когда лучи образуют слишком большой угол с нормалью к поверхности, величина которого определяется законом Снеллиуса. Это обычно происходит в тех случаях, когда лучи с большим углом падения переходят из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, например, из стекла в воздух. Лучи, которые испытывают полное внутренне отражение, считаются ошибочными и ограничиваются. Физически эти лучи допжны отражаться, а не преломляться, но ZEMAX не учитывает этот эффект. Total track Полная длина Полный длина - это длина оптической системы, вычисленная путем алгебраического суммирования всех расстояний между вершинами от "крайней левой" (left most) поверхности до "крайней правой" (right most) поверхности. Вычисления начинаются от поверхности номер 1. Учитываются толщины всех поверхностей от номера 1 до плоскости изображения, игнорируя все повороты системы координат. Поверхность, которая лежит при наибольшем значении координаты Z, определяется как "крайне правая" (right most) поверхность, а поверхность, которая лежит при наименьшем значении координаты 2, определяется как "крайне левая11 (left most) поверхность. Полная длина имеет небольшие значения для внеосевых систем. Vignetting factors Коэффициенты виньетирования Факторы виньетирования — это коэффициенты, которые описывают кажущийся размер и положение входного зрачка для различных положений поля. ZEMAX использует четыре фактора виньетирования: VDX, VDY, VCX и VCY . Эти факторы представляют соответственно децентровку по оси X, децентровку по оси Y, сжатие по оси X и сжатие по оси Y входного зрачка. При автоматической установке (по умолчанию) все четыре фактора устанавливаются равными нулю, что соответствует отсутствию виньетирования. Как поле зрения, так и входной зрачок оптической системы могут представляться в виде единичных кругов. Нормированные координаты поля и зрачка, определенные ранее в этой главе, есть координаты этих двух единичных кругов. Например, координаты зрачка (рх = 0, ру = 1) относятся к лучу, который проходит от некоторой точки поля к верхней точке входного зрачка. Если виньетирование в системе 3 -14 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
отсутствует, ZEMAX будет трассировать лучи, заполняя лучами всю площадь зрачка при большинстве последующих вычислений. ■ Во многих оптических системах намеренно используется виньетирование. Это означает, что часть лучей умышленно "обрезается" различными апертурными поверхностями, а не апертурной диафрагмой системы. Двоякий смысл для введения виньетирования в систему имеется. Во-первых, виньетирование уменьшает размер оптических элементов, особенно в широкоугольных системах. Во-вторых, посредством виньетирования можно устранить часть лучей, которые имеют большие аберрации. С ростом виньетирования обычно увеличивается F/# - пропорционально угпу поля (что затемняет изображение), но качество изображения может улучшиться, если большая часть лучей с большими аберрациями будет обрезана. Факторы виньетирования переопределяют положение и форму входного зрачка для каждой из установленных точек поля. Нормированные координаты зрачка модифицируются путем испрользования двух последовательных преобразований. Сначала зрачок масштабируется и смещается в соответствии с соотношениями: Рч' =IDA+PX{\-VCX)> Затем масштабированный и смещенный зрачок поворачивается в соответствии с соотношениями: где G - угол виньетирования. Величина VDX может смещать кажущийся зрачок влево и вправо, в то время как величина VCX делает зрачок большим или меньшим в X- направлении. Подобный результат производят величины VDY и VCY в Y- направлении. Заметим, что если все факторы виньетирования равны нупю, то координаты зрачка остаются непреобразованными. Факторы виньетирования обеспечивают удобный способ проектирования оптических систем с умышленным виньетированием. Однако, имеются недостатки использования факторов виньети- виньетирования, которые нужно хорошо понимать. При выполнении некоторых программ 2ЕМАХ трассирует лучи от произвольных точек поля, которые могут не совпадать с точками поля, для которых были заданы факторы виньетирования. Эти программы не могут обеспечить необходимую точность результатов для тех точек поля, для которых факторы виньетирования не были заданы. При выполнении некоторых программ заданные факторы виньетирования автоматически игнорируются путем расположения на виньетирующей поверхности чистой апертуры эквивалентного размера. Программы, которые автоматически игнорируют факторы виньетирования, описаны в главе "Analysis". Если Вы задали величину коэффициента виньетирования. Вы должны убедиться, что лучи, проходящие вне кажущегося изображения зрачка действительно виньетируются! Если Вы используете виньетирование для сжатия размеров линз, то линзы должны быть сделаны с размерами не больше, чем требуется для пропускания лучей, которые проходят через край кажущегося изображения зрачка Если лучи. Глава 3: УСЛОВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3-15
проходящие вне виньетирующей диафрагмы, будут проходить через реальную оптическую систему, то характеристики реальной системы не будут совпадать с компьютерной моделью. Факторы виньетирования работают как с включением, так и без включения алгоритма "Ray Aiming". Если алгоритм "ray aiming" не задействован, го параксиальное изображение входного зрачка переопределяется в соответствии с данными выше уравнениями Если же задействован алгоритм "ray aiming" то переопределение производится для поверхности апертурной диафрагмы. Одно из возможных применений факторов виньетирования — это учет аберраций зрачка без использования алгоритма "ray aiming". Это удачная хитрость, которая может быть использована для увеличения быстродействия операции трассирования лучей в широкоугольных системах. Факторы виньетирования могут быть определены в диалоговом окне "Field Data". Более детальную информацию можно найти в главе "System Menu". Факторы виньетирования могут быть также параметрами для zoom-систем; см. главу "Multi- Configurations". Более детальную информацию об использовании факторов виньетирования при проектировании оптических систем можно найти в хороших книгах, ссылки на которые даны в первой главе. Wavelength data Длины волн Длины волн всегда задаются в микронах! Величины длин волн вводятся путем использования диалогового окна "Wavelength Data"; см. главу "System Menu". Working F/# Рабочее F/число Рабочее F/число определяется как 1 2п sin О где в — угол краевого луча в пространстве изображений ил — показатель преломления в пространстве изображений. Краевой луч трассируется для заданного определенного сопряжения системы. Для внеосевых систем этот параметр относится к осевому лучу и представляет собой усредненное по площади зрачка значение. Величина рабочего F/#. в основном, значительно полезнее, чем F/# для пространства изображений (image space F/#), так как она основана на реальных данных для конкретного сопряжения системы. См. также определение для параксиального рабочего F/#. 3 -16 Chapter 3: CONVENTIONS AND DEFINITIONS
FILE MENU < МЕНЮ TILE" . с New c Создать файл с новой схемой { Назначение: J Очищает окно с текущей схемой. 1 Обсуждение: * ( Эта опция возвращает ZEMAX к стартовым условиям. Открытое окно Windows * остается открытым. Если текущая схема не была записана, перед закрытием ZEMAX ' запишет ее. Open Открыть Назначение: Открывает существующие файлы сданными оптических схем. Обсуждение: Эта опция открывает новые файлы с данными оптических схем. Если текущая схема не была записана, ZEMAX запишет ее перед открытием новой схемы. Смотри также "Insert Lens". Save Записать Назначение: Записывает файл с текущей оптической схемой. Обсуждение: Эта опция записывает файл с данными текущей оптической схемы. Для записи схемы в другие директории используйте команду "Save As4. Save as Записать как ... Назначение: Записывает файл с текущей схемой под другим именем. Обсуждение: Эта опция записывает файл с данными текущей оптической схемы под другим именем или в другой директорий. Глава 4: МЕНЮ "FILE" 4 -1
Use Session Files Сохранить/нет текущие файлы при загрузке новой схемы Назначение' Переключение между двумя различными режимами загрузки файла с оптической схемой: A) с сохранением всех открытых в предыдущем сеансе работы окон (с данными и установками текущей схемы) или B) с обновлением всех окон (в соответствии с данными новой схемы). Если эта опция включена, то все ранее открытые окна сохраняются при новой загрузке файла с оптической схемой. Обсуждение: Эта опция обсуждается в данном ниже подразделе Environment. Editors. Program Mode Режим работы программы =__==_^_^_^_^_^^__ Назначение: Выбор типа интерфейса и режима работы программы. Обсуждение: Имеется два различных интерфейса пользователя и два соответствующих им режима работы ZEMAX: Работа с последовательными или смешанными - последовательными/ непоследовательными - схемами {'Последовательный" режим работы"). Работа только с непоследовательной схемой ("Непоследовательный" режим работы). При последовательном режиме работы доступны все программы и установки из пакета ZEMAX, включая установку группы "непоследовательных" элементов на любую поверхность последовательной схемы. В этом режиме ZEMAX трассирует лучи, исходящие от поверхности объекта, через все последовательные и непоследовательные элементы схемы. " Этот режим работы является предпочтительным при проектировании изображающих систем, а также систем, требующих оптимизации, расчета допусков и детального анализа изображения. При непоследовательном режиме работы интерфейс пользователя и редактор оптической схемы сильно изменены для упрощения работы с непоследовательной группой элементов: В редакторе схемы используется только одна единственная поверхность №1; на эту поверхность устанавливается вся группа непоследовательных элементов. Редактор данных оптической схемы (Lens Data Editor, LDE) и редактор дополнительных данных (Extra Data Editor, EDE) не используются. Главным редактором схемы служит редактор непоследовательных элементов (Non- (Nonsequential Components Editor. NSCE). Диалоговое окно для установки точбк поля не используется. Используется только диалоговое окно для установки длин волн, которые должны быть трассированы через группу непоследовательных элементов. 4-2 Chapter 4. FILE MENU
Через группу непоследовательных элементов трассируются только лучи, исходящие от источников, расположенных внутри группы. Программы, которые не используются в непоследовательном режиме работы, ( исключаются из главного меню и из строки "горячих" клавиш для упрощения интерфейса пользователя. Это относится к программам построения диаграмм лучевых аберраций, графиков МПФ. диаграмм пятна рассеивания и ; некоторым другим программам, которые используются только при после- - довательной трассировке лучей через оптическую систему. Главное < назначение непоследовательного режима работы - это трассировка лучей к \ одному или нескольким детекторам, расположенным в пределах группы ( непоследовательных элементов. с Использование непоследовательного режима работы упрощает анализ систем, не i строящих изображение. Всегда существует возможность переключиться от непоследовательного режима работы к последовательному режиму работы без потери данных. Однако при обратном переключении - от последовательного режима работы к непоследовательному режиму работы - все "последовательные" данные будут стерты. Insert Lens Присоединить схему Назначение: Присоединение ранее записанного файла к текущему файлу. Обсуждение: Эта опция подобна опции "Open", но при этой команде новый файл добавляется к текущему файлу. После выбора дополнительного файла ZEMAX запросит у Вас номер поверхности, начиная с которой должны быть введены новые данные. Для новых данных будут введены новые дополнительные поверхности. Диалоговое окно имеет также контрольную клавишу "Ignore Object": no умолчанию расстояние от объекта до новой системы будет игнорироваться. Поэтому с новыми данными система будет начинаться с поверхности #1. а не с поверхности #0. Хотя с помощью этой процедуры можно составить систему с большим набором различных схем. в полученной системе могут образоваться лишние поверхности, так что для достижения желаемого результата потребуется некоторое редактирование данных. Preferences Пользовательская среда Назначение: ZEMAX предоставляет пользователю на выбор ряд экранных опций, которые могут быть установлены и записаны, так что они будут выполняться автоматически при каждом новом запуске программы. Главный конфигурационный файл программы - это ZEMAX.CFG, этот файл может быть стерт для возвращения к первоначальной конфигурации, которая устанавливается по умолчанию Экранные опции подразде- Глава 4: МЕНЮ "FILE" 4 -3
лены на группы: Address (адрес), Directories (директории), Graphics (графики), Text (текст), Editors (редакторы). Printing (печать) и Button bar (экранные клавиши). Address Адрес Назначение: Эта опция позволяет сделать какую-либо запись в "адресный бокс". Адрес может быть использован, например, для указания названия предприятия-разработчика или названия оптической системы. Адресный бокс появляется в нижнем правом углу большинства графиков. Settings: Установки: Позиция Address Line 1 Address Line 2 Address Line 3 Address Line 4 Address Line 5 Show Line 4 As Show Line 5 As Hide Address Описание Запись текста в первой строке адресного бокса Запись текста во второй строке адресного бокса Запись текста в третьей строке адресного бокса Запись текста (или автоматическая запись имени файла или номера zoom-позиции) в четвертой строке адресного бокса Запись текста (или автоматическая запись имени файла или номера zoom-позиции) в пятой строке адресного бокса Выбор содержания записи в четвертой строке: текст пользователя, имя файла или номер zoom-позиции Выбор содержания записи в пятой строке: текст пользователя, имя файла или номер zoom-позиции Убрать адресный бокс Directories Директории Назначение: С помощью этой опции задается путь к главному директорию ZEMAX и к поддиректориям, в которые помещаются определенные типы рабочих файлов. Settings: Установки: Позиция ZEMAX Path Output Path Lens Path ZPL Path Undo Path Описание Путь к главному директорию ZEMAX, в котором (по умолчанию) ZEMAX будет искать файлы с записью каталогов стекол и стандарт* ных оптических элементов. Путь к директорию, в который должны записываться (по умолчанию) файлы с текстовыми и графическими данными. Путь к директорию, в который должны записываться (по умолчанию) файлы сданными оптических схем. Путь к директорию, в который должны записываться (по умолчанию) ZPL-макросы. Путь к директорию, в который должны записываться файлы с сохраненными данными для операций undo/redo. 4-4 Chapter 4. FILE MLNU
Позиция Stock Path Objects Path Glass Path Coating Path Описание Путь к директорию, в который должны записываться файлы с дополнительными каталогами оптических элементов и схем. Все отдельные каталоги должны быть записаны в поддиректории директория "StockPath". Путь к директорию, в который должны записываться файлы с "непоследовательными" (NSC) объектами и DLL-файлы. Путь к директорию, в который должны записываться файлы с записью каталогов стекол. Путь к директорию, в который должны записываться файлы с данными об оптических покрытиях Graphics Графики Назначение: С помощью этой опции устанавливаются размер, цвет и характер большинства графических окон ZEMAX. Смотри также описание опции Windows в разделе ^ option (Дата/Время). Settings: Установки: Позиция B/W Screen ВЛЛ/ Printing Show Options First Win X.Y Size Background Metafiles Metafile Pen Width Описание По умолчанию ZEMAX рисует на экране цветные графики; если эта опция включена, то на экране будут изображаться черно- белые графики. По умолчанию ZEMAX печатает на принтере цветные графики; если эта опция включена, то печататься будут черно-белые графики. При включении этой опции перед вычислением и высвечи- высвечиванием графиков на экране сначала будет появляться окно для редактирования установочных параметров. Установка размера графиков графиков (в пикселах), который будет использоваться ZEMAX no умолчанию. Это позволяет подогнать размер графиков к размеру и разрешению используемого монитора. Цвет фона в графических окнах может быть выбран из открывающегося списка. Установка формата записи текстовых и графических данных Метафайлы используются для копирования графиков в буфер (Clipboard) или на диск, после чего они могут быть импортиро- импортированы в другие приложения Windows В большинстве 16-битных приложений Windows 3.1 используется формат 6 Bit Standard". Однако в некоторых приложениях Windows 3.1 используется формат 6 Bit Placeable* В новейших 32-битных приложениях используется формат 2 Bit Enhanced" Файлы, записанные в 32-битном Формате, имеют расширение EMF (Enhanced Metafile Forma!* Остановка толщины ль»«.-.' (в пикселах) на графиках экспорти- экспортируемых в еиле Winoows Metaf es (запись в Clipboard или на Глава 4 МЕНЮ FILE' 4 -5
Позиция Aspect Ratio Use Active Cursor Frame Zoomed Graphics Layouts Rotate Z. Y.X Highlight Layouts Highlight While Scrolling Описание По умолчанию ZEMAX устанавливает для графических окон формат 3x4. который хорошо подходит для стандартной принтерной бумаги 8,5 х 11 дюймов. Для печати на бумаге 11 х 17 дюймов лучше установить формат окон 3x5. При отноше- отношении сторон 4x3 или 5x3 высота окон будет больше их ширины. Каждое графическое окно может иметь свое отноше- отношение сторон, устанавливаемое с помощью Window, Aspect Ratio. Установка активного курсора во вновь создаваемых окнах. В каждом отдельном окне может быть установлен или нет активный курсор. Для уже открытого окна используйте опцию "Active Cursor из Window menu" для данного окна. Если эта опция включена, то увеличенные фрагменты графиков, экспортированные в Clipboard, будут обрамлены рамкой: в противном случае рамка не будет показана. Если установить эту опцию, то поворот всех трехмерных графиков относительно осей X, Y и Z будет производиться в системе координат, связанной с экранными окнами. Это означает, что график будет поворачиваться сначала относительно оси Z, затем относительно оси Y и затем относительно оси X. Эта операция поворотов подобна операции "Coordinate Break", когда установлен флаг "порядка". Если эта опция не установлена, то повороты схемы (графиков) будут осуществляться сначала относительно оси X. затем относительно оси Y и затем относительно оси Z в координатной системе, связанной с экранным окном. Эта операция поворотов аналогична операции "Coordinate Break", когда флаг "порядка" не равен нулю. Если установить эту опцию, то текущая поверхность, установленная в редакторах LDE или EDE, или текущий объект, установленный в редакторе NSCE, будут высвечены в установленном цвете во всех открытых изображениях схемы. При перемещении курсора от одной строки редактора к другой на изображениях схемы будут высвечиваться соответ- соответствующие положению курсора поверхности (объекты). Цвет высвечивания поверхности (объекта) устанавливается в таблице Colors (см. ниже). При высвечивании текущей поверхности на схемах несколько снижается скорость работы с редакторами, так как схемы непрерывно переизображаются. Если установить эту опцию, то высвечивание поверхностей (см. описание предыдущей опции) будет производиться при верти кальном сканировании таблицы редактора схемы, производимой с помощью вертикального ползунка, расположенного с правой стороны редакционного окна. В оптических схемах, состоящих из большого числа поверхностей, эта процедура может взаимодей- взаимодействовать с происходящим обновлением экрана, так ка* изображение схемы обновляется не так быстро, как этого требует быстро перемещаемый сканирующий движок. 4-6 Chapter 4: FILE MENU
Text Текст Назначение* Эта опция используется для установки характеристик текстовых окон. Установка Date/Time (дата/время) будет также действовать в графических окнах Settings: Установки: Позиция Screen Font Size Date/Time Описание Размер шрифта (выраженный в пикселах), который будет исполь- использоваться для высвечивания текста в окнах По умолчанию устанавливается 8-пикселный шрифт. Позволяет выбрать, нужно или кет печатать на диаграммах и графиках дату и время работы с данным файлом. Editors Редакторы Назначение* Эти установки позволяют выбрать формат и другие характеристики таблиц редакто- редакторов данных. Если ячейка в таблице слишком мала, чтобы на неъ могло поместиться введенное число или надпись со многими знаками, то s ячейке вместо урезанных данных будет высвечен знак Settings: Установки: Позиция 1 Описание Decimals Font Size Auto Uodate Позволяет установить число высвечиваемых в редакторе LDE десятичных знаков у всех чисел. Команда «Compact», высвечиваемая вместе с другими числами, изменяет число высвечиваемых десятичных знаков минимизируя занимаемое числом пространство. Размер шрифта, который должен быть использован для текста По умолчанию устанавливается 8-пикселный шрифт. Контроль за тем. как и в какие моменты ZEMAX производит обнов- обновление данных редактора При включении опции "None* такие паоа- метры. как погочение зрачка, функции solves и другие данные редактора LDE не будут обновляться до тех пор. пока не будет дана команда "Update" из системного меню "System" При включе- включении опции "Update" обновление данных будет производиться автоматически каждый раз после того, как будут произведены какме-либо изменения параметров оптической системы, введены данные из внешнего файла или ""чзчзведены изменения в редачтссе мульти>«>фиг>рац »и Пси зъ.5сре опции "Update AJf автоматически б>дут сонсв^тъся не только о*но редактора данчых. но и все другие высвеченчь-е оч.на Смотри ггаву "System ггепо" дг.я детагььсго ознакомление с команда п *Upcate" и -Urxiate АН". Глаза-1'МЕНЮ TILE"
Позиция * Описание Undo LDE Cell Size MFE Cell Size MCE Cell Size EDE Cell Size TDE Cell Size NSC Ceil Size Show Comments Use Session Files i Allow Extent *гъ To push ij* isp з j Эта команда позволяет сделать три установки: None. Memory 1 Step и Diak МиВД 6tep. Детальное описание этих установок дано в главе "Editor» Menu". Установка ширинь- элементов таблицы редактора LDE. При большой ширине элементов на экране может разместиться только небольшое число колонок таблицы, но зато заполняющие их данные будут легче читаться. Установка ширины элемента таблицы редактора MFE (Merit Function Editor) Установка ширины элемента таблицы редактора МСЕ (MuKi-Configuratton Editor). Установка ширины элемента таблицы редактора EDE (Extra Data Editor). Установка ширины элемента таблицы редактора TDE (Tolerance Da'a Editor) Установка ширины элемента таблицы редактора NSC (Non-Sec<J^ntial Components Editor). Если установить этот "флаг", то в редакторе LDE появится дополнительная крг.онка. в которую можно будет записывать комментарий для каждой поверхности. Есгм эта опция установлена, то при загрузке новой схемы все о' рытью окна закрываются и открываются новые окна с их * входным расположением на экране; если эта опция выключена, при загрузке новой схемы расположение открытых окон на экране не изменится. he in установить эту опцию, то работающая совместно с ZEMAX здешняя программа (ZEMAX extension) может изменять данные в гедакционной таблице LDE без предупреждения или напоминания об этом. Если эта опция не установлена, то внешняя программа находится под контролем ZEMAX. Смотри главу "Extensions", в которой дана более детальная информация о внешних программах. Prinfi' j > а .ачение: С помощью этой опции производится установка характеристик вывода 1ных на внешнее печатающее устройство. ettings: Установки: Позиция Описание Skip Print Dialog Если эта установка произведена, то ZEMAX не будет после команды "Print" (поданной из любого открытого окна) высвечивать установочное окно "Print", позволяющее установить тип принтера и выбрать другие опции печати. Если же эта установка не произведена, то после команды "Print" будет высвечиваться установочное окно "Print", позволяющее выбрать опции печати, определенные в Windows Print Manager. 4-8 Chapter 4: FILE MENU
Позиция Rotate Plots Plot Width Pen Width Print Font Size Left Graphic Margin % Right Graphic Margin % Top Graphic Margin % Bottom Graphic Margin % Left Text Margin Top Text Margin Описание Если произвести эту установку, то все графики при печати будут повернуты на 90 градусов. Это позволяет изменить ориентацию графиков для печати в "портретном" режиме. Смотри также текст следующего раздела. Смотри данный ниже радел "Обсуждение". Толщина линии в пикселах. Число 0 соответствует самой тонкой линии, большие числа будут обеспечивать более толстые линии. Установка размера.шрифта при печати текстовых окон. Ширина левого поля фа фи ко в в процентах от максимальной ширины графика. Действует только на печать. Ширина правого поля графиков в процентах от максимальной ширины графика. Действует только на печать. Отступ сверху в процентах от максимальной ширины графика. Действует только на печать. Отступ снизу в процентах от максимальной ширины графика. Действует только на печать. Ширина (отступ) левого поля, выраженная в числе знаков, которая будет использована при распечатке текстовых файлов. Высота (отступ) верхнего поля, выраженная в числе знаков, которая будет использована при распечатке текстовых файлов. Обсуждение: Опция "Plot Width" отличается от большинства других установок в ZEMAX. так как эта характеристика служит скорее для информации о том. какова ширина графика при печати, чем для ее установки. Разные принтеры будут печатать графики различного размера. Для масштабирования графиков необходимо определить их масштаб перед печатью. ZEMAX может печатать графики с точным масштабом 1:1,1:2 и т.д. Нажатие экранной клавиши "Plot Width" приводит к появлению диалогового окна "Print". Это то же самое окно, которое появляется при печати графиков. Это окно позволяет установить нужный драйвер принтера и определить характеристики печати, такие как разрешение, ориентация и другие, изменяющиеся в зависимости от типа принтера. С помощью опций этого окна установите нужный драйвер принтера и режим печати, который Вы предпочитаете Заметьте, что ZEMAX печатает графики в "пейзажной" моде, поворачивая их на 90 градусов, если Вы используете установку "портретной" моды. Это сделано потому, что все принтеры по умолчанию обычно печатают в "портретной" моде. Поэтому лучше не менять установку принтера, а использовать опцию поворота графиков. ZEMAX будет использовать эти установки для определения ширины графиков при печати и будет показывать эту ширину в дюймах в графе "plot width". Заметьте, что ширина графиков автоматически пересчитывается при изменениях установок печати или при нажатии экранной клавиши "Reset", После расчета действительной ширины графика, масштаб оптической схемы при печати будет очень точен. Однако это будет только в том случае, если при печати будет использоваться тот же самый драйвер и тот же самый режим печати Если при печати будут использоваться разные драйверы и разные режимы печати, то ширина графиков не будет автоматически пересчитываться. Для точного масштабирования графиков при печати с новым принтером или в новом режиме необходимо произвести новую установку ширины графика, как это было описано выше. Глава 4: МЕНЮ "FILE' 4-9
Наконец, могут быть случаи, когда требуется изменить устанавливаемую по умолчанию ширину графиков Например, если получаемый размер графиков должен быть уменьшен до определенной величины, чтобы он мог разместиться на каком- либо другом документе то уже известный его размер может быть использован для масштабирования к новому размеру. Для этого просто введите новую ширину изображения в графу "Plot width" и нажмите экранную клавишу "Save". Все последующие графики будут печататься в новом масштабе. Заметьте, что точное масштабирование графиков возможно только при печати изображений схем или отдельных элементов, так как изображения всех других графиков не зависят от масштаба. Colors Цвета Назначение: Эта установка служит для задания цветовой, гаммы, которая будет использоваться ZEMAX для раскраски графических линий. Линии разного цвета используются для изображения графических кривых, относящихся к разным длинам волн или к разным направлениям в поле зрения. Это относится к графикам аберраций, диаграмме пятна рассеяния и другим. Для длины волны под номером 1 будет использоваться цвет "реп Г. для длины волны под номером 2 — "реп Т и так далее. Для поля под номером 1 также будет использоваться цвет "реп 1", для поля под номером 2 -— "реп Т и так далее. Соотношение цифровьгх величин Red (красный), Green (зеленый) и Blue (синий) определяет цвет. Каждая из этих величин должна находиться в пределах от О до 255. В результате цвет определяется 24-битным RGB-числом A6 миллионов цветов), но количество реально получаемых цветов зависит от характеристик компьютера и графической разрешающей способности его монитора. Получающиеся цвета показаны справа от каждого значения RGB. С помощью опции "Highlight Color" устанавливается цвет высвечивания на схемах текущей поверхности или текущего объекта, рассматриваемых в редакторах LDE или NSCE соответственно. Buttons 1-16, Buttons 17-32, Buttons 33-48 "Горячие" клавиши 1-16, 17-32. 33-48 Назначение: С помощью этих установок определяются функции так называемых "горячих" экранных клавиш, расположенных в верхней части главного окна ZEMAX под главным меню. Обсуждение: В верхней части главного окна ZEMAX под главным меню расположен ряд из 48 экранных клавиш, каждая из которых может служить для быстрого вызова любой подпрограммы из главного меню ZEMAX. Каждой клавише может быть присвоена функция любой из опций из главного меню. Опция "Off' убирает изображение данной клавиши с экрана. Для большего удобства все клавиши разбиты на три группы по 16 клавиш в каждой. 4-10 Chapter* RLE MENU
Status Bar Информационная полоса Назначение: С помощью этих установок определяются характеристики оптической системы, которые должны постоянно высвечиваться в информационной строке, располо- расположенной в нижней части главного окна ZEMAX. Обсуждение: В нижней части главного окна ZEMAX имеется информационная полоса, на которой могут высвечиваться различные характеристики оптической системы, такие как EFL (эффективная фокальная длина). EPD (размер диаметра входного зрачка). F/# (F/число) и другие. Exit Выход Назначение: Выход из программы ZEMAX. Обсуждение: Если в схеме были произведены какие-либо изменения, то ZEMAX предложит записать их. Если никаких изменений не было сделано, то работа программы будет просто прекращена. Recently used files Последние из загружавшихся файлов Имена нескольких последних файлов с которыми Вы работали, приведены в нижней части меню "File". Выбрав из этого списка нужный файл. Вы можете сразу же произвести его загрузку. Это просто быстрее, чем при использовании команд File. Open. Глава 4: МЕНЮ 'FILE" 4 -, 1
EDITORS MENU ■ МЕНЮ "EDITORS" Lens Data Редактор данных оптической схемы Редактор данных оптической системы "Lens Data Editor" (LDE) является главной таблицей, в которую вводится большинство параметров оптической системы. Это включает радиусы кривизны оптических поверхностей, расстояния от одной поверхности до Другой (толщины) и марки стекол. Система, состоящая из одной линзы, определяется двумя поверхностями (передней и задней), а также поверх- ностью объекта и поверхностью изображения. Эти основные данные могут быть непосредственно введены в таблицу. Когда на экране открыто окно LDE, данные могут быть просто впечатаны в высвеченный (в обратном контрасте) элемент таблицы. Каждая колонка таблицы имеет заголовок, указывающий тип данных, а каждая строка представляет данные, относящиеся к одной оптической (или. возможно, пустой) поверхности. С помощью курсорных клавиш клавиатуры можно перемещать высвеченный в обратном контрасте элемент (курсор таблицы) к нужному месту таблицы. Перемещая курсор таблицы вдоль какой-либо строки, можно получить доступ к колонкам с названиями "semi-diameters" (лолудиаметры), "conic constants" (конические постоянные) и "parameter" (параметр); назначение последних зависит от типа данной поверхности. Клавиши "Page Up" и "Page Down" могут быть использованы для быстрого перемещения курсора в первую или последнюю строку таблицы соответственно. Inserting and deleting surfaces Ввод и стирание поверхностей Обратите внимание на то. что сначала (до загрузки какого-либо файла) в таблице показаны только три поверхности: object (объект), stop (апертурная диафрагма системы) и image (изображение). Другие поверхности могут быть введены в таблицу или стерты из нее с помощью клавиатурных клавиш Insert и Delete. Однако новые поверхности не могут быть введены перед поверхностью объекта или за поверхностью изображения; в этом контексте слово "перед" означает меньший номер поверхности, а слово "за" — больший номер поверхности в том смысле, что свет достигает различные поверхности последовательно (последовательная трассировка лучей). ZEMAX нумерует поверхности от объекта, которому присваивается номер О, до последней поверхности, которая становится поверхностью изображения. Для введения данных в таблицу переместите курсор таблицы в нужное место и начинайте печатать в этом элементе данные. Для редактирования ранее введенных данных нажмите на клавишу "Backspace". При редактировании данных для перемещения по таблице Вы можете использовать курсорные клавиши клавиатуры, а также клавиши Ноте и End. После того, как Вы ввели новые данные, переместите курсор на любой другой элемент таблицы или просто нажмите на клавишу Enter. Существует также более быстрый способ редактирования данных, который может быть использован только в Редакторе LDE. Чтобы прибавить к текущей величине какое-либо число, просто напечатайте перед этим число знак "+"; например, если Глава 5: МЕНЮ "EDITORS4 5-1
высвечено число 10. напечатайте "+5" и нажмите клавишу Enter, чтобы получить число 15. Для умножения и деления могут быть использованы также символы "*" и 7\ Для вычитания используйте знак минус с пробелом после него. Например, введение "-_ 5" изменит значение с 17 на 12. Обратите внимание на пробел между "-" и й. Если пробела не будет, то программа поймет это как введение нового значения с отрицательным знаком Ввод ""-1" приведет к изменению знака числа. Cutting, Copying, and Pasting surface data Уничтожение, копирование и "склейка" данных Смотри ниже пояснение к разделу меню "Edit". Entering surface comments Ввод комментария к поверхности Каждая строка в таблице редактора данных имеет поле для записи какого-либо комментария, состоящего из 32 печатных знаков. Колонка комментария используется для записи замечаний, поясняющих данные, и не влияет на расчеты. Эта колонка может быть временно удалена из таблицы и введена снова со всеми записями, когда это требуется; см. ниже описание меню "Options". Entering radii data Ввод величин радиусов Для ввода или изменения величины радиуса (кривизны) поверхности установите курсор на нужный элемент таблицы и напечатайте новое значение. Величины радиусов всегда вводятся в принятых для данной схемы единицах длины. Entering thickness data Ввод величин толщины Для ввода или изменения величины толщины поверхности установите курсор на нужный элемент таблицы и напечатайте новое значение. Величина толщины всегда вводится в принятых для данной схемы линейных единицах. Толщина ловерхности- это расстояние от данной поверхности до следующей поверхности. Не используется только толщина поверхности изображения. Толщина всегда изменяет знак после зеркала. После нечетного числа зеркал все толщины должны быть отрицательными. Это условие знаков не зависит от общего числа зеркал или наличия в системе фиктивных поверхностей типа "coordinate breaks". Это фундаментальное правило не может быть изменено путем поворота системы координат на 180 градусов. Entering glass data Ввод марки стекла Материал, используемый для каждой поверхности, обычно определяется путем введения наименования стекла в колонку "Glass" редактора LDE. Введенное наименование стекла должно присутствовать в одном из загруженных каталогов стекол. По умолчанию загружаются каталоги "Schott" и "Misc"; другие каталоги загружаются по указанию пользователя. О том, как использовать одновременно несколько каталогов стекол, как их просматривать, редактировать и добавлять в них 5 -2 Chapter 5: EDITORS MENU
новые стекла смотри в главе "Using Glass Catalogs" (Использование каталогов стекол). Для задания зеркальной поверхности нужно использовать в колонке 'Glass" слово "mirror" (зеркало). Имеется опция 7Р", которая может быть прибавлена к имени стекла при замене одного стекла на другое. Эта опция вызывает изменение радиусов кривизны обоих поверхностей линзы для сохранения величины её параксиальной оптической силы. Например, если введено стекло ВК7, то введение вместо него стекла "SF1/P" приведет к замене стекла на SF1 и, вместе с этим, произойдет изменение радиусов кривизны обоих поверхностей линзы таким образом, что параксиальная оптическая сила поверхностей линзы останется неизменной. ZEMAX сохраняет неизменной только параксиальную оптическую силу поверхностей (линзы); однако оптическая сила всей линзы несколько изменится в результате изменения ее оптической толщины. Для тонких линз этот эффект обычно очень мал. Entering semi-diameter data Ввод величин полудиаметров По умолчанию величины полудиаметров всех поверхностей автоматически вычисляются таким образом, чтобы они обеспечивали чистую радиальную апертуру для всех лучей, идущих от всех точек поля. Если для какой-либо поверхности будет введена величина полудиаметра, то эта величина будет помечена буквой "LT. Эта буква указывает на то, что величина полудиаметра данной поверхности была задана пользователем. Величина полудиаметра имеет значение только для изображения оптической схемы и не влияет на виньетирование лучей. См. раздел "Specifying surface apertures". Entering conic data Ввод величины конической постоянной Коническая постоянная может быть введена для многих различных типов поверхностей. Для введения или изменения величины конической постоянной просто переместите курсор в соответствующий элемент таблицы LDE и напечатайте нужное значение. Коническая постоянная всегда является безразмерной величиной. Более детальные пояснения даны в разделе "The standard surface" в главе "Surface Types". Entering parameter data Ввод величин параметров В колонки параметров можно ввести до 8 дополнительных числовых данных. определяющих свойства определенных типов поверхностей. Более детальная информация о параметрических данных дана в главе "Surface Types" (Типы поверхностей). The Surface Properties dialog box Диалоговое окно для задания свойств поверхностей Двойное нажатие мышкой на самую левую колонку таблицы (в строке рассматри- 10 ваемой поверхности) вызывает диалоговое окно, с помощью которого можно задать и требуемые свойства данной поверхности. Свойства поверхности, которые можно задать в этом диалоговом окне, следующие. Гпава 5 МЕНЮ 'EDITORS ' 5-3
Surface properties type tab Задание типов и свойств поверхностей (меню "Туре' в диалоговом окне 'Surface Properties") Surface Type Тип поверхности ZEMAX моделирует плоские, сферические и конические (асферические второго порядка) поверхности; группа этих типов поверхностей относится к категории стандартных поверхностей ("Standard surface"). В диалоговом окне имеется список типов поверхностей. Выберите нужный тип поверхности из этого списка. В дополнение к стандартным поверхностям ZEMAX поддерживает много других типов поверхностей. Типы поверхностей обсуждаются в главе "Surface Types". Во многих оптических схемах используются только поверхности стандартного типа. Surface DLL Поверхности типа DLL Если используется поверхность типа "User. Defined" (тип поверхности задается пользователем), то форма поверхности и её свойства задаются через интегрированную с ZEMAX внешнюю программу, называемую Dynamic Link Library, или DLL. Из этой библиотеки выбирается нужный тип DLL-поверхности. Более детальная информация о поверхностях этого типа дана в главе "Surface Types" в разделе "User Defined". Surface Color Цвет поверхности При изображении твердотельной модели оптической схемы (Shaded Model Layout) ZEMAX no умолчанию рисувт зеркальные поверхности в зеленом цвете, а преломляющие и фиктивные поверхности в голубом цвете. Цвет поверхностей при изображении оттененной твердотельной модели может быть установлен по выбору пользователя с помощью диалогового окна File, Preference и таблицы Colors tab. Make Surface Stop Задание поверхности апертурной диафрагмы Апертурная диафрагма может быть установлена на любой поверхности системы, за исключением поверхностей объекта и изображения. Для введения в систему апертурной диафрагмы дважды кликните мышкой на номер той поверхности (в таблице LDE), на которую Вы хотите установить апертурную диафрагму. В открывшемся диалоговом окне установите флажок "Make Surface Stop". Диалоговое окно закроется, а поверхность получит обозначение "STO", которое появится в таблице LDE вместо номера поверхности. Важно установить апертурную диафрагму таким образом, чтобы входной зрачок был сцентрирован с поверхностью объекта. Вы можетв быть уверены в выполнении этого условия, если Вы ломеститв апертурную диафрагму перед поверхностями "coordinate breaks", ловерхностями с децентрированными экранами, поверхностями с голограммами и решетками, или любыми другими компонентами, которые могут 5 -4 Chapter 5: EDITORS MENU
изменять направление оптической оси. Если Ваша система обладает вращательной симметрией, то это ограничение снимается. Только в системах, в которых исполь- используются заклоны и децентрировки оптической оси, апертурная диафрагма должна быть расположена перед такими поверхностями. Если поверхности "coordinate breaks" используются только для введения в систему поворотных зеркал, а в других отношениях система является симметричной, то положения зрачков будут вычислены правильно даже в тех случаях, когда апертурная диафрагма будет расположена после поворотных зеркал. В некоторых системах нет возможности расположить апертурную диафрагму перед поверхностями "coordinate breaks". В таких случаях должна быть использована процедура "нацеливания лучей". Эта процедура обсуждается в главе "System Menu". Make Surface Global Coordinate Reference Задание опорной поверхности в глобальной системе координат Опорной поверхностью в устанавливаемой глобальной системе координат может быть любая поверхность в системе. Для задания опорной поверхности дважды кликните мышкой на номер той поверхности (в таблице LDE), которая должна быть опорной. В открывшемся диалоговом окне установите флажок "Make Surface Global Coordinate Reference". Детальное описание опорной поверхности дано в главе "System Menu" в разделе "Miscellaneous" ("Global Coordinate Reference Surface"). Hiding Rays To/From Surfaces Скрыть на схеме изображение лучей, идущих К/ОТ указанной поверхности Для того, чтобы убрать на схеме изображение лучей, идущих к и от данной поверхности, дважды кликните мышкой на номер той поверхности (в таблице LDE). для которой Вы хотите применить данную опцию. В открывшемся диалоговом окне установите флажок "Hide Rays To/From This Surface". На всех изображениях схемы лучи, идущие К и ОТ данной поверхности, больше не будут изображаться. Do Not Draw Edges From This Surfaces Скрыть на схеме изображения краевых линий у линзовых элементов Если установить опцию ttDo Not Draw Edges From This Surface", то на схеме не будут изображаться краевые линии, соединяющие данную поверхность со следующей поверхностью. Эта опция позволяет в некоторых случаях получить более ясное изображение схемы, например, в системах, у которых промежутки между оптическими поверхностями заполнены каким-либо жидким или другим не воздушным наполнителем. Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5 -5
Surface properties aperture tab Задания типа и свойств поверхностных апертур (диафрагм) (меню Aperture^ в диалоговом окне "Surface Properties') Aperture type and other aperture controls Тип и другие свойства поверхностных апертур Апертуры устанавливаются иа отдельные поверхности для учета виньетирования. ZEMAX поддерживает следующие типы апертур: no aperture (нет апертуры), circular aperture (круглая апертура), circular obscuration {круглый экран), rectangular aperture (прямоугольная апертура), rectangular obscuration {прямоугольный экран), elliptical aperture (эллиптическая апертура), elliptical obscuration (эллиптический экран), spider obscuration (экран в форме растяжек), user defined aperture (определяемая пользователем форма апертуры), user defined obscuration (определяемая пользователем форма экрана) и floating aperture (плавающая апертура). Апертуры и экраны определяют области пропускания и виньетирования лучей соответственно. Если апертура определена для данной поверхности, то ZEMAX помечает эту поверхность знаком "*". прибавляя его к номеру поверхности в редакторе LDE. Если апертура определена для данной поверхности, то ZEMAX помечает эту поверхность знаком "*", прибавляя его к номеру поверхности в редакторе LDE. На поверхность можно установить несколько различных апертур путем введения в требуемом месте нескольких дополнительных фиктивных поверхностей с нулевой толщиной; на каждую такую поверхность можно установить свой тип апертуры. Это позволяет создавать апертуры с более сложной формой. Сложная форма апертур и экранов может быть определена также путем использования апертур и экранов типа "user defined aperture" (определяемая пользователем форма апертуры) и "user defined obscuration" (определяемая пользователем форма экрана). Для установки апертуры на какую-либо поверхность дважды кликните мышкой на номер этой поверхности (в таблице LDE). В открывшемся диалоговом окне войдите в опцию "Aperture" и выберите нужный тип апертуры. Если выбрать апертуру типа "None" (этот тип устанавливается по умолчанию на все поверхности), то все лучи. которые могут быть отражены или преломлены на данной поверхности, пройдут дальше. Прохождение лучей через данную поверхность совершенно не зависит от величины ее полудиаметра ("Semi-Diameter"), указанной в редакторе LDE; эти величины используются только для рисования элементов схемы, а не для учета виньетирования. Для изменения текущего типа апертуры выберите из открывшегося списка другой нужный тип апертуры. Отдельные типы апертур описаны ниже. Circular Aperture/Obscuration: Circular Aperture (круглая апертура) определяет кольцеобразную область, которая виньетирует все лучи, которые попадают внутрь области, ограниченной радиусом "minimum radius", и проходят за пределами области, ограниченной радиусом "maximum radius". Если луч проходит в области мевду минимальным и максимальным радиусами, то он будет пропущен. Circular Obscuration (круглый экран) является дополнением Circular Aperture до целой плоскости. 5 -6 Chapter 5: EDITORS MENU
Rectangular Aporture/Obscuratlon: Лучи виньетируются, если они пересекают поверхность вне прямоугольной области, определенной полуширинами х и у. ^ Прямоугольный экран (Rectangular Obscuration) дополняет прямоугольную [ апертуру (Rectangular Aperture) до целой плоскости. Elliptical Aperture/Obscuration: Лучи виньетируются, если они пересекают поверхность вне эллиптической области, определенной полуширинами х и у. с Эллиптический экран (Elliptical Obscuration) дополняет эллиптическую апертуру ( (Elliptical Aperture) до целой плоскости. Spider: Растяжки определяются их шириной и общим количеством. ZEMAX I считает, что все растяжки имеют одинаковую ширину и что они расположены ( равномерно по кругу с одинаковыми углами между ними. Первая растяжка < устанавливается вдоль положительного направления оси X, и ее радиальный ' угол считается равным нулю. Более сложные растяжки, имеющие различные ' ширины и расположенные неравномерно по кругу, могут быть промоделированы путем использования нескольких таких апертур, установленных друг за другом на дополнительные пустые поверхности. Поверхности "coordinate break" могут быть использованы для поворота одной или всех растяжек на любой угол. * User Defined Aperture/Obscuration: Смотри обсуждение, данное в следующем разделе. Floating Aperture: "Floating Aperture" (плавающая апертура) очень подобна круглой апертуре, за исключением того, что ее максимальный радиус всегда равен полудиаметру поверхности. Так как полудиаметр поверхности может перевычисляться ZEMAX (при работе в автоматическом режиме), то полудиаметр апертуры изменяется ("плавает") вместе с величиной полудиаметра поверхности. Плавающая апертура полезна, когда макросы или внешние программы используются для трассировки лучей; некоторые из этих лучей могут проходить вне установленных по умолчанию полудиаметров поверхностей и поэтому должны быть виньетированы. Все описанные выше апертуры моделируются в плоскости, касательной к вершине оптической поверхности. Реальные координаты х и у пересечения лучей с поверхностью используются для определения виньетирования; z-координата при этом игнорируется. Разные результаты могут быть получены для сильно выпуклой или вогнутой оптической поверхности, если апертура установлена не на самой оптической поверхности, а на пустой поверхности, расположенной перед ней, и в случае, если апертура устанавливается прямо на искривленную поверхность. Это может произойти только в том случае, если лучи падают на поверхность под большими углами. Обычно наилучшее место для апертуры - это расположить ее прямо на оптической поверхности, если, конечно, ее другое расположение не будет в большей степени соответствовать Вашей задаче. Все типы апертур могут быть децентрированы относительно текущей оптической оси путем введения Х- или Y-смещений, или их обоих. Величины децентрировки задаются в установленных линейных единицах измерения. Важно помнить, что децентрировки не смещают главный луч; апертурная диафрагма системы должна быть расположена на той же оси, на которой расположен объект. Для моделирования внеосевого телескопа, например, апертурная диафрагма системы устанавливается на оси. а децентрируется сама система? Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5 -7
User defined apertures and obscurations Апертуры и экраны геометрическая форма которых определяется пользователем Круглые, прямоугольные и эллиптические диафрагмы и экраны просты для использования и пригодны для большинства обычных схем. Однако бывают случай, когда необходимы более сложные формы. ZEMAX позволяет пользователю определить нужную геометрию апертур и экранов с помощью серии упорядоченных пар координат: (х1. у1), (х2 у2). .. (хп. уп); точки определяют вершины многоуголь- многоугольника. Многоугольник может иметь любую форму и может быть замкнут простым или сложным образом; можно также определить множество многоугольников, которые могут быть вложены друг в друга или нет. Для задания собственной диафрагмы или экрана выберите желаемый тип (User Aperture или User Obscuration) из списка типов апертур, а затем нажмите в этом же окне электронную клавишу "Edit User Aperture" (Редактирование апертуры пользова- пользователя). На экране появится простой текстовый редактор, который позволяет редактировать и "прокручивать" список координат точек, определяющих вершины многоугольника или многоугольников. Координаты точек на поверхности (X и Y) вводятся непосредственно. Коней многоугольника указывается точкой с координатами X и Y, равными нулю; поэтому многоугольник не может быть определен с вершиной в точке @,0). Если одна из вершин многоугольника должна находиться в точке @,0). просто определите ее координаты в близкой к ней точке, например, в точке Aе-6, 0). Пока хотя бы одна из координат не будет равна нулю, эта точка будет рассматриваться как вершина многоугольника, а не как его окончание. Принимается, что последняя из перечислен- перечисленных вершин должна быть связана с первой указанной вершиной. Например, для определения квадрата со стороной 20 единиц нужно задать следующие точки: -10, -ю, ю, ю, о, -10 10 10 -10 0 Обратите внимание на то, что последняя точка будет связана с первой точкой, так что ими определяется последняя сторона квадрата. Можно задать множество много- многоугольников, разделяя их точками с координатами @,0); например, для определения апертуры, состоящей из двух щелей, имеющих ширины по 5 единиц и разделенных промежутком 10 единиц, нужно задать следующие точки: -ю, -ю, -5, -5, 0, ю, ю. 5, 5, 0, -10 10 10 -10 0 -10 10 10 -10 0 5 -8 Chapter 5: EDITORS MENU
Несколько многоугольников могут быть также вложены друг в друга. Если луч пересе- пересекает точку, находящуюся внутри многоугольника, который находится внутри другого многоугольника, то принимается, что точка находится вне апертуры. Эта условность позволяет определять внутри апертуры "островки", которые становятся экранами, и наоборот. Допускается любое число уровней вложения, и каждый уровень переклю- переключает положение точки: внутри/снаружи. Максимальное число точек для определения апертуры равно 200. Surface properties scattering tab Задание рассеивающих свойств поверхностей (меню "Scattering" в диалоговом окне "Surface Properties") ЭТИ ОПЦИИ ДОСТУПНЫ ТОЛЬКО ДЛЯ РЕДАКЦИИ ZEMAX-EE. Хорошо полированные оптический поверхности обычно рассеивают небольшое количество света в небольшом телесном угле (приблизительно конической формы) в направлении преломленного ипи отраженного луча. Моделирование такого процесса рассеяния полезно для учета эффектов рассеяния при оценке MTF (МПФ) ипи других количественных характеристик оптической системы. ZEMAX моделирует рассеяние путем случайного изменения величины угла преломления ипи угла отражения для некоторого количества или для всех лучей, покидающих данную поверхность. В ZEMAX используются два фундаментально различных метода моделирования рассеяния света: "последовательный" и "непоследовательный". При "последовательном" моделировании рассеяния принимается, что лучи рассеиваются только в очень небольшом угле. Главный эффект такого процесса рассеяния заключается в "размытии" пятна рассеяния или картины распределения лучей на поверхности изображения. Метод "последовательного рассеяния" не предназначен для моделирования процессов рассеяния назад, рассеяния в широких углах (типа ламбертовского) или рассеяния, при котором рассеянные лучи могут распространяться в произвольном направлении (а не только в направлении к следующей поверхности, проходя все поверхности системы одну за другой в строгой последовательности). При непоследовательном" моделировании рассеяние может происходить в широкой области углов и лучи будут трассироваться правильно независимо от того, в каком направлении они распространяются. Непоследовательный метод моделирования лучше выбирать в тех случаях, когда необходимо промоделировать рассеяние от поверхностей, не являющихся частью оптической системы, таких как оправы линз, бленды или другие подобные объекты. Более детальное описание этого метода моделирования рассеяния дано в главе "Non-Sequential Components". Нет никакой необходимости использовать непоследовательные компоненты для моделирования рассеяния, если оптическая система состоит из последовательных поверхностей и интерес представляет только рассеяние в небопьших углах обусловленное небопьшой шероховатостью оптических поверхностей, а также желательно выпопнить только анализ деградации качества изображения, вызванного таким видом рассеяния. Глава 5: МЕНЮ EDITORS" 5 -9
Surface scattering settings Задание рассеивающих свойств поверхностей В ZEMAX используются одна и те же терминология и одни и те же модели рассеяния как для последовательных поверхностей, так и для непоследовательных компонен- компонентов Детальное техническое описание моделей рассеяния дано в главе "Non- Sequential Components в разделе "Scattering". Различие между моделями рассеяния для непоследовательных компонентов и для последовательных поверхностей заключается только в следующем; Модель рассеяния АВд для непоследовательных компонентов поддерживает одновременно коэффициенты рассеивания как для отраженного, так и для преломпенного света. Эта же модель для последовательных поверхностей поддерживает только один единственный ряд коэффициентов - либо для отраженного, либо для преломпенного света, но не для того и другого вместе. Отражает ли последовательная поверхность свет или преломляет его зависит только от того, является эта поверхность зеркальной (типа "mirror") или нет. Хотя опция "Рассеяние по Ламберту" присутствует в диалоговом окне для установки свойств последовательных поверхностей, лучи по этой модели могут рассеиваться вперед в любом направлении, так что некоторые из них могут рассеиваться в довольно больших углах и не будут распространяться через оставшуюся часть оптической системы.. Данные по рассеиванию лучей используются только в некоторых программах анализа характеристик оптической системы. В большинстве других программ, таких как оптимизация ипи изображения схемы данные рассеивания на поверхностях игнорируются. В программах, в которых используются данные рассеивания лучей, таких как "Spot diagram", в диалоговых окнах "Settings" имеется контрольный флажок 'Scatter Rays'. Surface tilt/decenter tab Установка наклонов и деиентрировок поверхностей (меню Tilt/Decenter" в диалоговом окне "Surface Properties") Эти установки позволяют производить изменения координатной системы как непосредственно перед поверхностью ("Before Surface"), так и сразу же после нее ("After Surface"). Это включает: - децентрировку поверхности с- последующим возвращением к первоначальной координатной системе; - наклон зеркала и последующий повторный наклон координатной системы для придания правильного направления отраженному пучку; - наклон поверхности для моделирования клина и многие другие применения. Эти установки дублируют введение в схему поверхностей типа "coordinate breaks" и очень подобны им по своему действию; см. в главе "SURFACE TYPES* раздел "Coordinate Break". Действие установок Tilt/Decenter" можно представить себе как последовательное введение в схему трех поверхностей: A) поверхности типа "coordinate breaks", B) оптической поверхности и C) следующей за ней еще одной фиктивной поверхности типа "coordinate breaks". 5 -10 Chapter 5: EDITORS MENU
Преимущество использования установок Tilt/Decenter" состоит в том, что в этом ■ случае в таблице редактора схемы (Lens Data Editor) отсутствуют перегружающие ее J пустые поверхности типа "coordinate breaks". Недостатком установок Tilt/Decenter" ^ является то, что в настоящее время ZEMAX не позволяет производить оптимизацию этих поверхностей. Наклоны и децентрировка поверхностей производятся следующим образом. Order Порядок ввода наклонов и децентровок Dec. Tilt Координатная система сначала децентрируется no X ("Dec.X") и Y ("Dec.Y") направлениям, а затем производятся наклоны относительно осей X ("Tilt X"), Y ("Tilt V) и 2 ("Tilt 2"). Величины децентровок задаются в единицах измерения, установленных для схемы, а наклоны - в градусах; углы наклона отсчитываются по часовой стрелке относительно направления соответствующих осей. Tilt Dec: Можно выбрать и другой порядок, в соответствии с которым сначала производятся наклоны относительно осей Z, Y и X, а затем координатная система децентрируется по Y и X направлениям. G Установки "Before Surface": Порядок, в котором производятся наклоны и децентрировки координатной системы, существенен! Установки "After Surface": Таким же образом производятся повороты и децентровки координатной системы непосредственно после поверхности. Величины наклонов и децентровок перед поверхностью и после нее могут быть независимыми и введены в любой последовательности. Однако часто бывает полезным, чтобы величины наклонов и децентровок после поверхности находились в определенном соотношении с введенными перед поверхностью. В соответствии с этим предусмотрены следующие опции: Explicit: Независимое задание величин наклонов и децентровок; Pick Up This Surface: Взять величины наклонов и децентровок, заданные для этой поверхности в установках "Before Surface". Reverse This Surface: Взять с обратным знаком величины наклонов и децентровок, заданные для этой поверхности в установках "Before Surface". Pick Surface n: Взять величины наклонов и децентровок, заданные для одной из предыдущих поверхностей в установках "Before Surface". Reverse Surface n: Взять с обратным знаком величины наклонов и децентровок, заданные для одной из предыдущих поверхностей в установках "Before Surface". Глава 5: МЕНЮ 'EDITORS" 5 -11
Все эти опции поддерживаются для установок "After Surface" Инверсные значения от предыдущей поверхности приводят к (автоматическому) изменению порядка наклонов и децентрировок для текущей поверхности и изменению их знака. Координатная система, полученная после установок наклонов и децентрировок для текущей поверхности (группы поверхностей), определяет координатную систему для последующей поверхности. Толщина поверхности, для которой были введены наклоны и децентрировки. измеряется в новой координатной системе вдоль новой ocnZ. Более детальная информация о преобразовании координатной системы дано в главе "SURFACE TYPES" в раздел "Coordinate Break". Surface physical optics tab Установка Физических свойств поверхностей (меню "Physical Optics" в диалоговом окне "Surface Properties'^ Смотри в главе "PHYSICAL OPTICS PROPAGATION" раздел "Surface specific settings". Setting and removing solves Меню "Solves" в редакторе "Lens Data Editor" Большинство колонок с данными (такие, как радиус и толщина) поддерживают одну или несколько опций "solve" - функциональных условий, накладываемых на данный параметр системы. Для установки функции "solve" на параметр нужно установить курсор на соответствующий элемент таблицы LDE и дважды нажать левую клавишу мышки. Можно также один раз нажать на правую клавишу мышки или выбрать команду "Solves" из меню LDE. Типы функций "solve" описаны в главе "Solves" Setting and removing variables Установка и снятие статуса переменной величины Чтобы установить на какой-либо параметр статус переменной величины, кликните на ячейку, в которой записана величина этого параметра, и нажмите на клавиатуре клавиши Ctrl-2. Повторное нажатие на эти клавиши снимет с параметра статус переменной величины; эти клавиши работают как переключатель. Menu options Меню опций в редакторе LDE В редакторе LDE имеется ряд опций, позволяющих вводить новые и стирать ненужные поверхности, производить выбор типа поверхностей, устанавливать функций solve и статус переменной величины на параметры схемы. Edit Редактирование Меню Edit предоставляет пользователю следующие опции: Surface Type (тип поверхности): эта опция позволяет задать или изменить тип поверхности. 5 -12 Chapter 5: EDITORS ME NU
Insert Surface, (добавить поверхности): эта опция вводит в таблицу LDE новую строку, которая появляется на месте текущей строки. Клавиша Insert может быть с использована для введения такой строки более коротким способом. Insert After: с помощью этой опции новая строка вводится в таблицу LDE после С текущей строки. Для этой же цели может быть использована комбинация клавиш Ctrl-Insert как более короткий путь. < Delete Surface: эта опция позволяет стереть текущую строку в таблице LDE Для * этой цели может быть использована также клавиша Delete. с Cut Surface: с помощью этой опции осуществляется копирование данных одной с или нескольких строк таблицы LDE в буфер Windows Clipboard, а затем эти ( строки стираются. Эти строки должны быть выделены в таблице одним из , следующих способов: i С помощью мышки: Кликните первую строку из тех. которые должны быть выделены. Перемещайте теперь курсор при нажатой клавише мышки к последней поверхности, которая должна быть выделена. Для выделения только одной строки двигайте мышкой вверх или вниз для выделения нескольких строк, а затем возвратитесь назад к желаемой поверхности. С помощью клавиатуры: Установите курсор на любой элемент таблицы нужной поверхности. Затем нажмите клавишу "Shift" и перемещайте курсор по таблице вверх или вниз с помощью курсорных клавиш, выделяя нужную область строк, которые будут высвечиваться в обратном цвете. Для : • выделения только одной поверхности переместите курсор на одну - две строки от нужной поверхности» а затем вернитесь к этой поверхности. Copy Surface: с помощью этой опции копируются данные одной или нескольких строк таблицы в Windows Clipboard. Для выделения одной или нескольких строк используйте один из описанных выше способов. Paste Surfaces: импортируются данные одной или нескольких строк из Windows те Clipboard в таблицу LDE на место текущей установки курсора. Эти строки зг должны были быть, конечно. • прежде скопированы в буфер Clipboard посредством опций "Cut Surface" или "Copy Surface", описанных выше. Сору Cell: Копирует данные одной ячейки таблицы в Clipboard. Paste Cell: Импортирует из Clipboard данные одной ячейки в текущую ячейку. Эти данные должны были быть прежде скопированы из таблицы в Clipboard. Edit Cell: Используется для редактирования данных в текущей ячейке. in Copy Spreadsheet: Копирует в Clipboard данные либо высвеченной области поверхностей, либо всю таблицу (если нет высвеченных поверхностей) в текстовом формате, подходящем для помещения данных в другие приложения Windows, такие как Word. Формат текста - табличный. Solves Функции "Solve" ть В редакторе LDE на многие параметры схемы могут быть наложены какие-либо функциональные условия типа solve и/или этим параметрам может быть придан статус переменной величины: Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5-13
Radius: Установка solve на радиус кривизны поверхности. Thickness: Установка solve на толщину поверхности. Glass: Установка solve на стекло. Semi-Diameter: Установка solve на величину полудиаметра. Conic: Установка solve на величину конической постоянной. Parameter: Установка solve на параметрические данные. Variable Toggle: Установка статуса переменной величины на высвеченный в таблице параметр. Эта операция может быть проще выполнена с помощью комбинации клавиш Ctrl-Z. Options Опции Show Comments (показать комментарий): Если эта опция включена, то в таблице LDE появится дополнительная колонка для записи каких-либо комментариев к данной поверхности. Если эта опция не выбрана, то колонка с комментариями будет отсутствовать в таблице. Оба этих состояния могут быть использованы только при текущей работе с программой. Для автоматической установки какого-либо из этих состояний при запуске ZEMAX используйте команды, описанные в разделе "Environment" в главе "File Menu". Help Помощь Using the LDE (использование редактора LDE): вызывает оперативную помощь по использованию редактора LDE. Merit Function Редактор оценочной функции Редактор оценочной функции (Merit Function Editor) используется для задания, модификации и просмотра оценочной функции оптической системы. Оценочная функция системы используется для оптимизации характеристик системы, - как описано в главе "Optimization" (оптимизация). Edit Редактирование Insert Operand: Вводит в таблицу редактора новую строку на место текущей (высвеченной). Эта же операция может быть выполнена с помощью клавиатурнойклавиши "Insert". Insert After: Вводит в таблицу редактора новую строку после текущей. Эта же операция может быть выполнена с помощью комбинации клавиш "Ctrl-Insert4. Delete Operand: Удаляет из таблицы высвеченную строку. Эту же операцию можно выполнить с помощью клавиши "Delete". 5-14 Chapters EDITORS MENU
Delete All: Удаляет все операторы в таблице оценочной функции. Cut Operands: Сначала копируются все данные одного или нескольких операторов в Windows Clipboard, а затем эти операторы удаляются из таблицы . редактора. Операторы, подлежащие этой операции, должны быть сначала ( выделены с помощью одной из следующих процедур: С помощью мышки: Кликните мышкой первый оператор, который должен J быть удален с предварительной записью в Clipboard. Удерживая левую \ клавишу мышки, передвигайте курсор до покрытия нужной области с операторов. Выбранные операторы будут высвечены в обратном контрасте. q Для селекции только одного оператора передвигайте курсор вверх или вниз до того, как будут высвечены хотя бы два оператора, а затем возвратитесь < назад к желаемому оператору. i i С_помощью клавиатуры: Переместите курсор на строку с нужным операто- оператором. Затем, нажав клавишу "Shift", перемещайте курсор вверх или вниз до покрытия нужной Вам области операторов. Выбранная область операторов будет высвечена в обратном контрасте. Для селекции только одного оператора передвигайте курсор вверх или вниз до тех пор, пока не будут высвечены хотя бы два оператора, а затем возвратитесь назад к желаемому оператору. Copy Operands: Копирует данные одного или нескольких операторов в Windows Clipboard. Процедура выделения операторов описана выше в разделе «Cut Operands». Paste Operands: Импортирует данные одного или нескольких операторов из Windows Clipboard в редактор Merit Function Editor на место текущего положения курсора. Вводимые операторы должны быть ранее скопированы в Windows Clipboard либо командой «Cut Operands», либо командой «Copy Operands» как описано выше. Copy Cell: Копирует данные только одной ячейки (таблицы) в Windows Clipboard. Paste Cell: Импортирует данные одной ячейки из Windows Clipboard в текущую ячейку таблицы. Данные должны были быть ранее скопированы в Windows Clipboard с помощью команды "Copy Cell", описанной выше. Edit Cell: Используется для редактирования данных в текущей ячейке * Copy Spreadsheet: Копирует в Windows Clipboard либо высвеченный ряд операторов, либо данные всей таблицы (если область операторов не выделена); копирование производится в формате, подходящем для импортирования данных в другие приложения Windows такие, как редакторы таблиц или текстов. Формат - с табличным разграничением текста. Tools Инструментарий Update: Эта опция производит новое вычисление Merit Function. Все операторы пересчитываются и их новые значения выводятся на экран. Default Merit Function: Выводит на экран диалоговое окно, используемое для ввода одной из заложенных в программу оценочных функций. Смотри главу «Optimization» (Оптимизация). Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5-15
Save Записывает текущую оценочную функцию (всю таблицу!) в файл с расширением VMF Эта операция требуется только в том случае, если Вы хотите данную оценочную функцию в будущем загрузить в какую-либо другую схему Этого не требуется при работе с данной схемой, так как ZEMAX автомати- автоматически запишет Вашу оценочную функцию вместе с записью самой схемы. Load Загружает оценочную функцию, ранее записанную в файл \ MF или в файл " ZMX Тип загружаемого файла может быть выбран; из файла VZMX будет загружена только оценочная функция. При этом текущая оценочная функция будет уничтожена! Help Помощь Вызывает систему оперативной помощи по выбору операторов. Multi-Configuration Редактор мультиконфигурационных данных Редактор "Multi-Configuration" очень похож на редактор "Lens Data Editor". Для редактирования ячейки таблицы просто установите курсор на эту ячейку и напечатайте в ней новые данные. Для установки функции solve дважды кликните левой клавишей мышки на нужную ячейку или выберите нужную функцию solve из меню редактора. Edit Редактирование Operand Type: Эта опция позволяет выбрать и внести в таблицу редактора нужный оператор мультиконфигурации. Описание операторов мультиконфи- гурации дано в главе "Multi-Configurations'. Insert Operand: Добавление в таблицу редактора "Multi-Configuration" новой строки на место текущей строки. В новой строке устанавливается оператор "OFF", что означает, что эта строка будет игнорироваться до тех пор, пока в нее не будет введен какой-либо из действующих операторов. Эта опция может быть быстрее выполнена нажатием клавиши "Insert". Insert After: Добавление в таблицу редактора "Multi-Configuration" новой строки на место после текущей строки. В новой строке устанавливается оператор "OFF", что означает, что эта строка будет игнорироваться до тех пор, пока в нее не будет введен какой-либо из действующих операторов. Эта опция может быть быстрее выполнена нажатием комбинации клавиш "Ctrl-Insert". Delete Operand: Стирает текущую строку из таблицы редактора. Эта опция может быть быстрее выполнена нажатием клавиши "Delete". Cut Operands: Сначала копируются все данные одного или нескольких операторов в Windows Clipboard, а затем эти операторы удаляются из таблицы редактора. Операторы, подлежащие этой операции, должны быть сначала выделены с помощью одной из следующих процедур: 5 -16 Chapter 5: EDITORS MENU
С помощью мышки: Кликните мышкой первый оператор, который должен быть удален с предварительной записью в Clipboard. Удерживая левую с клавишу мышки, передвигайте курсор до покрытия нужной области операторов. Выбранные операторы будут высвечены в обратном контрасте. ■ Для селекции только одного оператора передвигайте курсор вверх или вниз *■ до того, как будут высвечены хотя бы два оператора, а затем возвратитесь назад к желаемому оператору. С ( С помощью клавиатуры: Переместите курсор на строку с нужным операто- ' ром. Затем, нажав клавишу "Shift11, перемещайте курсор вверх или вниз до q покрытия нужной Вам области операторов. Выбранная область операторов с будет высвечена в обратном контрасте. Для селекции только одного < оператора передвигайте курсор вверх или вниз до тех пор, пока не будут < высвечены хотя бы два оператора, а затем возвратитесь назад к ' желаемому оператору. Copy Operands: Копирует данные одного или нескольких операторов в Windows Clipboard. Процедура выделения операторов описана выше в разделе «Cut Operands». Paste Operands: Импортирует данные одного или нескольких операторов из Windows Clipboard в редактор Multi-Configuration Editor на место текущего положения курсора. Вводимые операторы должны быть ранее скопированы в Windows Clipboard либо командой «Cut Operands», либо командой «Сору Operands», как описано выше. Copy Cell: Копирует данные только одной ячейки (таблицы) в Windows Clipboard. Paste Cell: Импортирует данные рдной ячейки из Windows Clipboard в текущую ячейку таблицы. Данные должны были быть ранее скопированы в Windows Clipboard с помощью команды Хору Cell", описанной выше. Edit Cell: Используется для редактирования данных в текущей ячейке Insert Configuration: Добавляет в таблицу редактора новую колонку, предназначенную для новой конфигурации. Delete Configuration: Стирает конфигурацию, на которой установлен курсор. Из таблицы редактора убирается вся колонка и все содержащиеся в ней данные! Solves Функции solve е бе Solve Type: Вызывает диалоговое окно, с помощью которого определяется тип функции solve для ячейки, на которой установлен курсор. , Variable Toggle: Установка и снятие статуса переменной величины с текущей ячейки. Tools Инструментарий Auto Thermal: Этот "инструмент" используется для облегчения в выполнении утомительной работы по подготовке к проведению теплового анализа в режиме Глава 5: МЕНЮ'EDITORS" 5-17 г
мультиконфигурации. Появляется диалоговое окно, которое позволяет установить число требуемых для анализа конфигураций, а также рассматри- рассматриваемый диапазон температур. Имеется также опция для удаления или сохранения существующих данных мультиконфигурации и для сортировки данных по номерам поверхностей, а не по типу операторов, как Это производится по умолчанию. Если установить опцию "Delete existing configuration data", то автоматически создается номинальная конфигурация (под номером 1), соответствующая текущим (номинальным) значениям температуры и давления. Затем определяются дополнительные конфигурации для покрытия заданной области температур. Если, например, задано три конфигурации, то будут созданы одна номинальная конфигурация и три дополнительных конфигурации, покрывающих заданный диапазон температур через равные температурные интервалы, так что всего будет создано четыре конфигурации. Давление воздуха для всех конфигураций принимается таким же, как для номинальной конфигурации. Если установить опцию "Use existing n configurations as nominal", то существу- существующие в MCE редакторе данные будут использованы для создании номинальной конфигурации. Программа автоматически добавит новые операторы для других данных, которые обычно требуются для термооптического моделирования, таких как кривизна стеклянных поверхностей, величины полудиаметров, числовые значения параметров и внешних данных из редактора "Extra Data Editor". В этом режиме полное число конфигураций будет определяться произведением количества номинальных конфигураций на количество новых конфигураций плюс оригинальная (исходная) номинальная конфигурация. Для всех радиусов, толщин, стекол, полудиаметров, параметров и внешних данных, подверженных температурному воздействию, будут введены соответствующие операторы с функциями ТСЕ pickup solves". Проверка результатов этой автоматической установки является хорошей инженерной практикой; необходимо удостовериться в том, что не был упущен ни один важный параметр. Внимательно проверяйте результаты автоматической установки данных для термооптического анализа! Make Single Confiq: Этот команда стирает все мультиконфигурационные данные, оставляя только одну единственную конфигурацию - ту, которая была активизирована в момент подачи этой команды. Add All Data: По этой команде в МСЕ редактор будут введены все данные, определенные в текущей схеме. Это освобождает от необходимости вводить в таблицу редактора многочисленные данные вручную. Для некоторых схем, однако, проще стереть нежелательные данные, чем вводить новые. Help Помощь Вызывает систему оперативной помощи. 5-18 Chapter 5: EDITORS MENU
Tolerance Data Редактор данных для расчета допусков Редактор Tolerance Data Editor используется для задания, изменения или просмотра ^ значений допусков на систему. Смотри главу «Tolerancing» для более детального ознакомления. С Edit [ Редактирование Insert Operand: Вводит новую строку в таблицу редактора TDE на место текущей строки. Эту же операцию можно быстрее выполнить с помощью клавиши ( «Insert». \ Insert After: Вводит новую строку в таблицу редактора на место после текущей строки. Эту же операцию можно быстрее выполнить с помощью комбинации клавиш «Ctrl-Insert». Delete Operand: Стирает строку, на которой установлен курсор. Эту же операцию можно быстрее выполнить с помощью клавиши клавиатуры «Delete». Cut Operands: Копирует все данные одной или нескольких строк из таблицы редактора в буфер Windows Clipboard, затем стирает эти строчки. Для выполнения этой операции одна или несколько строк (операторов) должны быть прежде выделены путем использования одной из следующих процедур: С помощью мышки: Кликните мышкой первый из выбранных Вами операторов для его высвечивания. Нажмите на левую клавишу мышки и передвигайте курсор до покрытия желаемой области операторов. Выбранные Вами операторы будут высвечены в обратном контрасте. Для выбора только одного оператора двигайте мышкой вверх и вниз около нужного Вам оператора до тех пор. пока только он один будет высвечен. С помощью клавиатуры: Установите курсор на любой ячейке выбранного Вами оператора (строки). Затем нажмите клавишу «Shift» и с помощью курсорных клавиш перемещайте курсор вверх и вниз до высвечивания нужной Вам области операторов. Выбранные Вами операторы будут высвечены в обратном контрасте. Для выбора только одного оператора переместите курсор вверх или вниз от него и вернитесь к нему назад. Copy Operands: Копирует все данные одного или нескольких операторов в Windows Clipboard. Для выбора одного или нескольких операторов для копирования используйте туже процедуру, как это описано выше в разделе «Cut Operands». Paste Operands: Копирует данные одного или нескольких операторов из Clipboard в таблицу редактора Tolerance Data Editor на место текущей установки курсора. Данные операторов должны быть прежде скопированы в Clipboard путем использования либо опции «Cut Operands», либо опции «Copy Operands» как это описано выше. Copy Cell: Копирует данные одной ячейки таблицы в Clipboard Paste Cell: Копирует данные из Clipboard в текущую ячейку. Эти данные должны Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5 -19
должны были быть прежде скопированы в Clipboard с помощью команды Хору Cell" Edit Cell: Используется для редактирования данных в текущей ячейке. Copy Spreadsheet Копирует либо высвеченную область операторов, либо всю таблицу (если нет высвеченной области) в Clipboard в виде текста в табличном формате. Tools Инструментарий Default Tolerances: Выводит на экран диалоговое окно, позволяющее установить необходимые допуски на положение и параметры элементов схемы. Смотри главу «Tolerancing» для более детального ознакомления. Loosen 2X: Увеличивает все области допусков в два раза. Это быстрый путь увеличения допусков, если все они были заданы слишком небольшими. Tighten 2X: Уменьшает все области допусков в два раза. Это быстрый путь для ужесточения допусков, если все они оказались слишком большими. Sort by Surface: Сортирует все операторы в возрастающем порядке по номерам поверхностей, начиная от первой поверхности, и печатает их. Операторы СОМР и CPAR всегда располагаются в начале списка. Оператор SAVE объединяется с предыдущим оператором списка. Оператор STAT, если он присутствует, располагается в начале списка, и он должен быть вручную перемещен или вставлен заново. Так как оператор STAT воздействует на все другие операторы, которые имеются в списке, сортировка списка будет повреждать оператор STAT. Всякий раз, когда оператор STAT используется в поле списка допусков (для изменения статистик "на лету1*), необходимо редактировать список после каждой его сортировки для установки оператора STAT в правильном месте. Заметьте, что может потребоваться много операторов STAT, если операторы, которые следовали в списке за оператором STAT, были рассредоточены по списку в результате операции сортировки. Sort by Type: Сортирует операторы в возрастающем порядке по их типу, а уж затем по номеру поверхности. Смотри опцию "Sort by Surface". Save: Записывает текущие данные допусков в файл с расширением *.TOL. Эта операция требуется только в том случае, если Вы хотите использовать эти данные в будущем для загрузки в какую-либо другую схему. Этого не требуется при работе с данной схемой, так как ZEMAX автоматически запишет данные допусков вместе с записью самой схемы. Load: Загружает данные допусков, ранее записанные в файлы типа *.TOL или *.ZMX; тип файла может быть выбран. Из файла типа \ZMX будут загружены только данные допусков. Help Помощь Вызывает систему оперативной помощи.. 5 -20 Chapter 5: EDITORS MENU
Extra data Редактор внешних (дополнительных) данных Этот редактор доступен только для редакции 2ЕМАХ-ЕЕ С Редактор Extra data editor (дополнительных данных) используется только для специфических форм оптических поверхностей, поддерживаемых пакетом ZEMAX- v ЕЕ. Редактор Extra data editor подобен редактору Lens Data Editor, но предназначен ( только для введения и визуализации внешних данных. Смотри главу «Surface Types» (Типы поверхностей) для более детального ознакомления. Поверхности в таблице ' редактора Extra data editor не могут быть введены или стерты. < Edit < Редактирование ] Copy Cell: Копирует данные текущей ячейки таблицы в Clipboard. Paste Cell: Импортирует данные из Clipboard в текущую ячейку таблицы. Данные должны были быть прежде скопированы в Clipboard с помощью команды "Сору Cell". Edit Cell: Используется для редактирования данных в текущей ячейке. Solves Функции solve Solve Type: Вызывает диалоговое окно, с помощью которого определяется тип функции solve для ячейки, на которой установлен курсор. Variable Toggle: Установка и снятие статуса переменной величины. ь Tools Инструментарий ч import: Используется для загрузки дополнительных данных (для поверхностей, требующих их введения) из заранее созданного ASCII файла. Эта опция вызывает з диалоговое окно, которое показывает список ASCII файлов, названия которых имеют расширение .DAT. Диалоговое окно позволяет также установить номер поверхности, для которой должны быть загружены новые данные. Вид числовой таблицы в ASCII файле должен быть точно таким же, какой имеет таблица редактора внешних данных. Формат ASCII файла - это одна колонка с числами в свободном формате; имя файла должно иметь расширение .DAT. ZEMAX будет искать эти файлы в директории, указанном в таблице Directories tab (File, Preferences, Directories). Help Помощь Вызывает систему оперативной помощи. Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5 -21
Non-Sequential Components Редактор "непоследовательных" компонентов Этот редактор доступен только для редакции ZEMAX-EE. Редактор "NSC Editor" используется только для редактирования поверхностей типа Non-Sequential Components", поддерживаемых ZEMAX-EE. Этот редактор очень похож на редактор LDE. Описание "непоследовательных" компонентов дано в rnaee'Non-Sequential Components". Редактор NSC может быть активизирован только тогда, когда в редактор LDE введена NSC-поверхность или когда установлен режим работы "Non-Sequential Design". Об изменении режима работы смотри в главе "File menu" раздел Program Mode". Menu options Меню опций Меню опций в редакторе NSC используется для введения и стирания объектов, выбора и установки типа объекта и его свойств, установки на параметры условий solve и статуса переменной величины. Edit Редактирование Object Properties: Открывает диалоговое окно, в котором можно выбрать и задать тип объекта и свойства его поверхностей и его объема. Смотри в главе "Non-Sequential Components" раздел "The object properties dialog". Next Group: Если в редакторе Lens Data Editor задано более одной поверхности NSC. то эта опция может быть использована для перехода от текущей NSC поверхности (и связанных с ней объектов) к следующей NSC поверхности (к следующей группе объектов). Edit Object: Эта опция используется для редактирования ASCII-файлов с внешними данными, в которых определены объекты типа Polygon Object (РОВ). После редактирования и записи файла подайте команду "Reload Object" для обновления данных в ZEMAX. Reload Object: Эта команда используется для перезагрузки файла с описанием объекта (см. описание предыдущей опции) и. воссоздания объекта в соответствии с новыми данными этого файла. Обычно эта опция используется после обновления файлов с данными о РОВ- или STL- объектах. Reload All Objects: Эта команда используется для перезагрузки и воссоздания всех объектов, перечисленных в списке редактора. См. описание предыдущей опции. Insert Object: Введение нового объекта в редакционную таблицу. По этой команде в текущую строку таблицы вводится объект типа "Null Object". Эта же команда может быть подана путем нажатия на клавиатурную клавишу "Insert". Insert After: Введение нового объекта в редакционную таблицу. По этой команде объект типа "Null Object" вводится в следующую (за текущей) строку редакционной таблицы. Эта же команда может быть подана путем нажатия на клавиатурные клавиши "Ctrl-Insert". 5 -22 Chapter 5: EDITORS MENU
Delete Object: Эта команда используется для удаления объекта из текущей строки редакционной таблицы. Эта же команда может быть подана с помощью нажатия на £ клавиатурную клавишу "Delete". Cut Objects: С помощью этой команды все данные для одного или нескольких ( выделенных объектов копируются в Windows Clipboard, а затем эти объекты удаляются из редакционной таблицы. Выделение группы объектов может быть { произведено следующим образом: ( С помощью мышки: Кликните мышкой на первый из выбранных Вами q объектов. Нажмите на левую клавишу мышки и передвигайте курсор до \ покрытия желаемой области объектов. Выбранные объекты будут ( высвечены в обратном цвете. Для выбора только одного объекта двигайте < мышкой вверх или вниз от строки с нужным объектом до тех пор, пока ' только два объекта будут высвечены, а затем верните мышку к строке с ' выбранным объектом. С помощью клавиатурных клавиш: Установите курсор на любой ячейке строки с выбранным объектом. Затем нажмите клавишу «Shift» и с ломощью курсорных клавиш перемещайте курсор вверх и вниз до высвечивания нужной Вам области объектов. Строки с выбранными объектами будут высвечены в обратном контрасте. Для выбора только одного объекта перемещайте курсор вверх или вниз от строки с нужным объектом до тех пор. пока только две строки будут высвечены, а затем верните курсор к строке и выбранным объектом. Copy Objects: По этой команде все данные для одного или нескольких выбранных объектов будут скопированы в Windows Clipboard. См. выше опцию "Cut Objects", где дано описание способов выбора одного или нескольких объектов. Paste Objects: Копирует в текущую строку редакционной таблицы из Windows Clipboard все данные для одного или нескольких объектов. Эти данные должны были быть ранее скопированы в Windows Clipboard с помощью команды "Cut Object" или "Copy Objects", описание которых было дано выше. Сору Cell: Копирует данные одной ячейки таблицы Windows Clipboard. Paste Cell: Копирует в текущую ячейку таблицы данные из Windows Clipboard. Эти данные должны были быть ранее скопированы в Windows Clipboard с помощью команды "Copy Cell", описание которой-было дано выше. Edit Cell: Переводит ячейку в редакционный режим. Copy Spreadsheet: Копирует либо высвеченную область объектов, либо всю таблицу (если область объектов не выделена) в Windows Clipboard в текстовом формате, подходящем для записи данных в какую-либо другую программу Windows, такую как Таблица или Word. Формат записи данных - табличный. Paste Objects: Копирует данные одного или нескольких объектов из Windows Clipboard в редактор NSC на место текущего положения курсора. Эти данные должны были быть прежде скопированы в Windows Clipboard командами 'Cut Objects* или "Copy Objects". Copy Cell: Копирует данные одной ячейки в Windows Clipboard. Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" '- 5-23
Paste Cell: Копирует данные одной ячейки из Windows Clipboard в текущую ячейку. Данные должны были быть прежде скопированы из таблицы в Windows Clipboard. Edit Cell: Редактирование данных ячейки. Solves Функции solve Статус переменной величины и условия Solve могут быть установлены на положения X, Y и Z, на наклоны относительно осей X. Y и Z и на все другие параметры объекта: X Position: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на положение объекта по оси X. Y Position: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на положение объекта по оси Y. Z Position: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на положение объекта по оси Z Tilt about X: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на наклон объекта относительно оси X. Tilt about Y: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на наклон объекта относительно оси Y. Tilt about Z; Установка условий 'fixed", Variable" или "pickup" на наклон объекта относительно оси Z. Parameter: Установка условий "fixed", "variable" или "pickup" на какой-либо параметр объекта. Variable Toggle: Установка или снятие статуса леременной величины с выделенной (текущей) ячейки. Для этой же операции можно использовать комбинацию клавиш 'Ctrl-Z" Errors Ошибки Show Error Messages: Если активизировать эту опцию, то на экран будет автоматически вызываться сообщение о допущенных ошибках типа 961 и 962. Эти ошибки могут происходить из-за некорректного расположения объектов в NSC-группе. Однако, у некоторых систем долустимо некорректное расположение объектов в группе; в таком случае эту опцию лучше отключить, чтобы сообщение об этих ошибках больше не вызывалось на экран. Detectors Детекторы Ray Trace/Detector Control: Эта команда используется для открытия диалогового окна, с помощью которого осуществляется контроль за очисткой (обнулением) детекторов и обновлением трасс лучей, исходящих от NSC-источников. Более детальная информация об этой опции дана в главе "Non-Sequential Components". 5 -24 Chapter 5: EDITORS MENU
Detector Viewer Эта команда открывает окно 'Detector Viewer", на котором представлены данные, записанные каким-либо определенным детектором. [ Help Помощь Вызывает систему оперативной помощи по использованию редактора NSC. Undo, Redo, and Recover Функции Undo, Redo и Recover < ZEMAX предоставляет три разных функции *отката" выполненных действий (Undo): , None. Memory 1 Step и Disk Mutti Step. Выбор какой-либо из этих функций производится в редакторе Environment Editors, который описан в главе «File Menu». Undo: None He производить "отката" назад Если для функции Undo установлена функция None, то операция отмены выполненных действий (откат к предыдущему состоянию) Undo, просто не поддерчивается. Эта опция может быть использована при работе на компьютере, имеющем недостаточное для поддержания Undo количество оперативной или дисчогсй памяти. Undo: Memory 1 Step Откат на один шаг (памяти) назад Если для функции Undo установлено состояние Memory 1 Step ZEMAX копирует в память компьютера течущую схему перед и после ка>адого ее редактирования или оптимизации По команде Undo текущая схема заменяется на предьщущую схему, которая, например, была до оптимизации (откат к предыдущему состоянию). По команде Reoc поенсхедит обратная замена схем. Состояние Memory I Step попезно для восстановления схемы после ее неудачного редактирования или для возврата к исходной схеме после ее оптимизации. Однако в этсй опции поддерживается топьчо один шаг запоминания Преимущество этой операции в ее сь-стрсдействии: запись предыдущей схемы в память компьютера происходит так бь'стро. что это практичесчи незаметно. Undo. Disk Multi Step Откат на много шагов tc записью на диск) назад Если для функции Undo чстановлено состояние DisV Multi Step, ZEMAX копирует на дисч чсмпьютера (в виде файлов ZMX) все текущие схех<ы посте какого их редачтиссБання или оптимизации. Записанные файлы с этими схемами затем могут быть использованы для последовательного возвращения к схемам, существовавшим до каччсго шага их редактирования или оптимизации Для ЕссстаьсБпен.'я схем престо дайте кемзндч Unoe из меню Editors Menu Любое число чомзнд Urdo мочет быть Еыполпечо вплоть до БС35ра^ем«'в к само первой Глава 5: МЕНЮ "EDITORS" 5-25
загруженной схеме Команда Redo восстанавливает схему, которая была на экране перед последней командой Undo. ZEMAX создает поддиректорий, в котором размещаются Undo-файлы; по умолчанию этот поддиректорий создается под названием \UNDO и размещается в главном директории ZEMAX. Undo-файлы автоматически стираются всякий раз, когда записывается (или открывается) основной файл со схемой или когда прекращается работа с ZEMAX. Если работа с ZEMAX прекращена необычным образом, например, из-за сбоя в работе оперативной системы компьютера, из-за отключения питания компьютера или по каким-либо другим причинам, и текущие данные схемы теряются, то ZEMAX способен восстановить утерянные данные посредством воспроизведения последнего Undo-файла. При запуске ZEMAX проверяет, есть ли в памяти компьютера какой-нибудь Undo-файл. Так как при нормальном прекращении работы с ZEMAX эти файлы стираются, то присутствие такого файла указывает на ненормальное прекращение работы с предыдущей программой. В таком случае ZEMAX выводит на экран сообщение об ошибке с предложением восстановить последний Undo-файл. Если Вы дадитв команду на восстановление этого файла, то ZEMAX немедленно запишет его под новым именем, так как старое имя не быпо записано вместе со схемой. Работа с функцией Undo немного ограничивает скорость работы с редакторами данных, так как каждая редакция данных будет сопровождаться записью Undo-файла. Эта запись не уменьшает скорость трассирования лучей или выполне-ния операции оптимизации, а сказывается только на скорости редактирования данных. Если с ZEMAX одновременно проводится более одного сеанса работы, то для каждого сеанса создаются свои собственные undo-файлы. Однако, для восстановления всех файлов неправильно прерванной работы программы необходимо вторично запустить все прерванные сеансы. Например, если одновременно проводилось два сеанса работы, и питание компьютера быпо внезапно выключено, то в первом новом сеансе работы можно восстановить только файлы старого первого сеанса. Для восстановления файлов второго старого сеанса необходимо снова запустить второй сеанс. 5 -26 Chapter 5. EDITORS MENU
SYSTEM MENU ( МЕНЮ "SYSTEM" [ Update Обновить Эта команда производит обновление данных только в редакторах Lens Data Editor и Extra Data Editor. Обновление редакторов используется для пересчета свойств первого порядка, положения зрачков, величин полудиаметров, показателей преломления и функций solve. Затрагиваются только данные, представленные в редакторах Lens Data Editor и Extra Data Editor. Смотри раздел "Update АН". Update All Обновить все Эта команда обновляет все окна для приведения их в соответствие с последними внесенными в данные изменениями. ZEMAX не обновляет автоматически графические и текстовые окна сразу после внесения изменений в данные. Это сделано потому, что программа работала бы слишком медпенно, если бы 2ЕМАХ после каждого изменения производил пересчет МПФ. многочисленных диаграмм и других данных. Вместо этого, сделав необходимые изменения в данных, дайте команду Update All для обновления всех окон. Каждое графическое или текстовое окно может быть в отдельности также обновлено, если дважды кликнуть мышкой где-либо в пределах окна. General Главные параметры Эта команда вызывает диалоговое окно "General System Data", с помощью которого определяются характеристики и параметры, являющиеся общими для оптической системы как целого, а не параметры отдельных поверхностей. Главные параметры разделены на следующие группы. Aperture Апертура В эту группу включены следующие установки. Aperture Type Тип апертуры Апертура системы определяет размер пучка, идущего через систему вдоль оси! Для установки апертуры системы Вы должны определить тип апертуры и ее величину Используйте курсорные клавиши для выбора нужного типа апертуры системы из выпадающего списка. Типы апертуры могут быть следующие Глава 6: МЕНЮ "SYSTEM" 6 -1
Entrance Pupil Diameter. Диаметр входного зрачка в линейных единицах как он видится из пространства объектов. Image Space F/#. Сопряженное с бесконечностью параксиальное F/# в пространстве изображений Obieci Space Numerical Aperture: Числовая апертура (п sinOn) крайнего луча в пространстве объектов Float by Stop Size' Определяется величиной полудиаметра поверхности, на которую помещена апертурная диафрагма системы. Paraxial Working F/#; Параксиальное F/# в пространстве изображений при работе с конечного расстояния. Object Cone Angle: Половина угла (в градусах) крайнего луча в пространстве объектов; может превышать 90 градусов! Эти термины были ранее определены в главе "Conventions and Definitions. Если Вы выберите тип "Object Space N.A." или тип "Object cone angle", то "толщина" объекта должна быть конечной величиной. Для данной схемы можно определить только один тип апертуры системы; например, если выбран тип "Entrance Pupil Diameter", то все другие типы апертур определяются самой схемой Aperture Value Размерность и величина апертуры системы Размерность величины апертуры зависит от типа апертуры. Например, дпя апертуры "Entrance Pupi! Diameter" ее величина выражается в установленных линейных единицах. 2ЕМАХ совместно использует установленный тип апертуры системы и ее величину, определенную в соответствующих единицах, для вычисления таких фундаментальных величин, как размер входного зрачка и величина чистой апертуры для всех компонентов системы. Исключение из этого правила составляет только апертура типа "Float by Stop Size": Если выбран этот тип апертуры, то величина апертуры системы определяется величиной полудиаметра диафрагмы, установленной на апертурной поверхности в редакторе Lens Data Editor. Apodization Type Тип аподизаиии По умолчанию входной зрачок всегда освещен однородно. Однако иногда требуется, чтобы зрачок освещался неоднородно. Для этой цели ZEMAX позволяет произвести аподизацию зрачка, так чтобы амплитуда излучения варьировалась по его поверхности. Доступны три типа аподизации: однородное, гауссово и тангенциальное. Термин "однородное*1 означает, что трассируемые лучи распределяются равномерно (однородно) по поверхности входного зрачка, моделируя тем самым его однородное освещение. При гауссовой аподизации амплитуда излучения изменяется по поверхности зрачка в соответствии с распределением Гаусса. Величина коэффициента аподизации определяет темп уменьшения амплитуды излучения с изменением радиальной координаты зрачка. Амплитуда пучка лучей в центре зрачка принимается равной единице. Амплитуда в других точках входного зрачка нормируется к единице и определяется выражением; в -2 Chapter 6: SYSTEM MENU
= е-0"' ; С = где G - коэффициент аподизации и р - нормированная радиальная координата зрачка. Если коэффициент алодизации равен нулю, то зрачок будет освещен равномерно. Если коэффициент аподизации равен 1.0 , то амплитуда пучка падает в е раз на краю входного зрачка (что означает падение интенсивности в е2 раз, то есть на краю зрачка ее величина составляет около 13% от пикового значения). Коэффициент аподизации может быть любым числом, равным или большим 0.0. Значения больше 4.0 не рекомендуются. Это связано с тем, что для вычислений будет использоваться слишком мало" лучей для получения значимых результатов, если амплитуда будет уменьшаться слишком быстро с удалением от оси. Аподизация типа "Tangential" (тангенциальная) подходит для моделирования осве- щенности плоской поверхности (такой как входной зрачок, который почти всегда бывает плоским) точечным источником. Для точечного источника интенсивность лучей, освещающих различные области плоскости, удаленной от источника на расстояние 2, определяется выражением: /(/■)= 3/2 где г - расстояние от вершины плоскости, а интенсивность нормирована к единице на оси. Подставляя вместо г нормированные координаты зрачка и извлекая из выражения корень квадратный, получаем выражение для амплитудной аподизации: А(р) = (l+p2tan20K/4 ' где tanO - тангенс угла между линией, соединяющей точечный источник с верхней точкой входного зрачка, и осью 2. 2ЕМАХ использует положение и размер входного зрачка дня автоматического вычисления величины tanO при вычислении аподизации; коэффициент аподизации игнорируется. 2ЕМАХ также поддерживает аподизацию, определямую пользователем для любой поверхности, а не только для входного зрачка. Задание аподизации поверхностей осуществляется с помощью поверхностей типа "User defined surface", описание которых дано в главе "Surface Types". Apodization Factor Коэффициент аподизаиии Величина коэффициента аподизации определяет быстроту затухания амплитуды излучения с ростом радиальной координаты зрачка. Смотри предыдущий раздел "Apodization Type". Глава 6: МЕНЮ "SYSTEM" 6 -3
Units Единицы измерения Lens Units Линейные единицы измерения Линейные единицы измерения используются в большинстве редакционных таблиц ZEMAX. Эти единицы устанавливают размерность таких величин как радиусы кривизны, толщины, диаметр входного зрачка, координаты (места расположения в трехмерном пространстве) непоследовательных компонентов и многих других параметров схемы. Имеется возможность выбора следующих линейных единиц измерения: миллиметры, сантиметры, дюймы и метры. В большинстве программ анализа характеристик схемы и при построении различных диаграмм на экран выводятся данные, выраженные в микронах. Длины волн также всегда выражаются в микронах, независимо от того, какие единицы измерения установлены пользователем для данной схемы. Source Flux Units Энергетичесие единицы измерения Энергетические единицы измерения используются для установки размерности заданных величин мощности источников излучения. Эти установки действуют только для источников, определенных в редакторе NSC-комлонентов. Мощность источника можно задать либо в Ваттах, либо в люменах с дополнением приставок микро (micro), милли (milli), кило (kilo) или мега (mega). Ватты используются при радиометрическом анализе, а люмены - при фотометрическом анализе. Дополнительная информация об энергетических единицах измерения дана в следующем разделе. Irradiance/llluminance Units Единицы измерения потока излучения и освещенности Единицы измерения потока излучения и освещенности используются при радиометрическом и фотометрическом анализе схемы. Эти установки действуют только для детекторов, принимающих излучение от источников, определенных в NSC-редакторе. Единицы потока могут быть выражены в Вт/м2, Вт/см2 , Вт/мм2, Вт/фут2 или Вт/дюйм2. Единицы освещенности могут быть выражены в фут-кандела, люксах или фотах. Если мощность источника выражена (установлена) в Ваттах (смотри предыдущий раздел), то поток будет измеряться в радиометрических единицах - Вт/площадь. Если мощность источника выражена (установлена) в люменах, то освещенность будет измеряться в фотометрических единицах - фут- кандела, люкс или фот. Ключевым отличием радиометрических и фотометрических единиц яваляется то» что фотометрические единицы соответствуют взвешенной по длинам волн чувствительности человеческого глаза. В следующей ниже таблице приведены используемые в ZEMAX радиометрические и фотометрические единицы измерения. 6 -4 Chapter 6: SYSTEM MENU
RADIOMETRIC AND PHOTOMETRIC UNITS Радиометрические единицы Flux - Мошность Ватт Интенсивность излучения Ватт/стерадиан Поток излучения Вт/м'. Вт/см*, Вт/мм^. Вт/фут2 или Вт/дюйм2. Плотность потока Вт/стерадиан/м2 Фотометрические единицы Мощность Люмен Интенсивность Люмен./стерадиан = Кандепа (Свеча) Освещенность Люмен/м2 = люкс = метр-кандела ^юмен/см2 = и>от Люмен/фут2 = сЬут-кандела Яркость Люмен/стеоадиан/м2 Неудачно, в оптической промышленности (и в ZEMAX) один и тот же термин - 'Интенсивность" - используется для определения двух совершенно разных понятий. Этот термин используется в программах трассировки лучей для определения потока, переносимого одним единственным лучом и измеряемого в Ваттах или в люменах. Этот термин используется также в радиометрии и в фотометрии для определения пространственной ллотности потока, измеряемой в Ваттах/стерадиан или в люменах/стерадиан. ZEMAX учитывает энергию, ассоциируемую с величиной потока для каждого луча, которая равна квадрату вектора электрического поля, также ассоциируемого с лучом. Когда этот луч попадает на детектор. ZEMAX вычисляет площадь пиксела детектора для вычисления величины потока (мощность/площадь) и величину телесного угла для вычисления радиометрической интенсивности (мощность/телесный угол). Различие этих двух лонятий. определяемых одним и тем же словом "интенсивность", всегда может быть выяснено путем рассмотрения природы выполняемого с помощью ZEMAX анализа. Более детальную информацию о радиометрических и фотометрических единицах можно найти в книге "Handbook of Optics", ссылка на которую дана в первой главе в разделе "What doesn't ZEMAX do?". Title/Notes Наименование схемы/Заметки Lens Title Наименование схемы Наименование схемы будет появляться на всех выходных графиках и текстах Наиме- Наименование схемы нужно просто напечатать в требуемом месте. Дополнительная текстовая информация может быть введена в большинство графических окон; смотри раздел "Preferences" в главе "File Menu". Notes Заметки Это поле позволяет ввести несколько строк текста, который будет записан в файл текущей схемы Глава 6: МЕНЮ "SYSTEM' 6-5
Glass Catalogs Каталоги стекол --га редакционная строка и группа электронных флажков используется для указания ■/•иен файлов (без расширения), в которых записаны используемые в данное время каталоги стекол По умолчанию установлен флажок каталога Schott", что означает, чго в cxev.c могут быть использованы стекла из этого каталога. Если требуются другие каталоги, то установите соответствующие этим каталогам другие флажки. Если требуются каталоги, для которых не предусмотрены флажки, то просто напечатайте в редакционной строке имена файлов (без расширения), в которых они записаны. В этой строке можно записать (через пробел) большое число различных каталогов Смотри главу Using Glass Catalogs". Ray Aiming Алгоритм "нацеливания" луча Эта группа параметров, используется для следующих установок. Ray Aiming Type Тип алгоритма "нацеливания" луча Меню выбора режима "нацеливания" лучей (Ray Aiming) имеет три установки: "No Ray Aiming", "Aim to unaberrated (paraxial) stop height" и "Aim to aberrated (real) stop height". Если выбрана установка "No Ray Aiming", ZEMAX будет использовать параксиальные величины размера и положения входного зрачка, определенные при установке величины алертуры и вычисленные на оси по запущенным от поверхности объекта лучам для главной длины волны; это означает, что ZEMAX будет игнорировать аберрации входного Зрачка! Для слабых систем с умеренными угловыми полями это вполне приемлемо; однако некоторые системы, такие как системы с небольшими F/# или системы с большими угловыми полями зрения, могут иметь значительные аберрации входного зрачка. Аберрации зрачка производят два главных эффекта: изменение положения зрачка для разных углов поля и изменение формы зрачка. ZEMAX может учитывать аберрации входного зрачка, если выбрать одну из установок "Ray Aiming". При использовании режима "Ray Aiming" каждый луч трассируется итеративным методом с помощью программы, которая "нацеливает" луч так, чтобы он пересекал поверхность апертурной диафрагмы в правильном месте. "Правильные" координаты точки пересечения луча с ловерхностью апертурной диафрагмы вычисляются путем линейного масштабирования координат зрачка. Например, краевой луч имеет координату Ру = 1.0. "Правильная" координата на поверхности диафрагмы рассчитывается путем умножения радиуса диафрагмы на Ру. Величина радиуса апертурной диафрагмы может быть вычислена по трекам либо реальных, либо параксиальных лучей. Если выбрана установка "Aim to aberrated (real) stop height", то крайний луч для главной длины волны трассируется через систему от центральной точки объекта к поверхности апертурной диафрагмы. Высота этого луча на поверхности апертурной диафрагмы приравнивается величине ее радиуса. Если же выбрана установка "Aim to unaberrated (paraxial) slop height", то вместо этого луча трассируется параксиальный луч. Когда используется (реальная) высота апертурной диафрагмы, все реальные лучи нацеливаются к их "правильным" 6 -6 ' Chapter 6: SYSTEM MENU
положениям на поверхности апертурной диафрагмы, определяемым ее реальным радиусом, в то время как параксальные лучи всегда относятся к ее параксиальному радиусу. При использовании "Ray Aiming* апертурная диафрагма, а не входной зрачок ( является однородно освещенной поверхностью! Это может приводить к неожиданным результатам. Например, когда в качестве величины, определяющей апертуру системы, используется "Object Space NA", ZEMAX трассирует лучи с | правильной величиной NA к положению и размеру параксиального входного зрачка. < Если затем производится установка типа "Aim to unaberrated (paraxial) stop height", то < трек реального луча будет отнесен к параксиальному размеру диафрагмы. Это может \ привести к получению другой величины числовой апертуры, чем была установлена ( для системы. Это происходит из-за того, что угол луча был определен (нацелен) с учетом какой-либо аберрации зрачка. В таком случае для устранения этого i несоответствия следует использовать установку "Aim to aberrated (real) stop height". * В общем, если требуется "нацеливание луча", то предпочтительной установкой является "Aim to unaberrated (paraxial) stop4. Хотя "Ray Aiming" является более точной процедурой, чем "entrance paraxial pupil aiming", большая часть треков лучей при этом будут вычисляться от двух до восьми раз дольше. Поэтому установка "Ray Aiming" должна использоваться только в тех случаях, когда это действительно требуется. Для определения величины аберраций входного зрачка в Вашей системе снимите установку "Ray Aiming" и просмотрите график аберраций зрачка (см. главу "Analysis Menu", в которой обсуждается эта подпрограмма). Величина аберраций зрачка в пределах нескольких процентов в основном является незначительной. .Если же Ваша система имеет значительные аберрации зрачка, то произведите установку "Ray Aiming" и повторите вычисление аберраций. Аберрации уменьшатся до нуля или до очень близко к тому. Use Ray Aiming Cache Использование буферной памяти для Ray Aiming Если установить этот флажок, то ZEMAX поместит в буферную память (кэш) координаты луча, вычисленные алгоритмом "Ray Aiming", которые будут использованы при трассировке нового луча. Использование кэш позволяет в огромное число раз увеличить скорость трассировки лучей при работе с алгоритмом "Ray Aiming". Однако для использования кэша требуется, чтобы через систему мог быть трассирован главный луч. Для некоторых систем трассировка главного луча невозможна и кэш должен быть отключен. Robust Ray Aiming (slow) Надежный "Ray Aiming" (медленный алгоритм) Если выбрать эту опцию, то ZEMAX будет использовать более надежный, но более медленный, алгоритм "Ray Aiming". Эта опция должна использоваться только в том случае, если алгоритм "Ray Aiming" является недостаточным даже с включенным кэш Алгоритм JRobust Ray Aiming" не работает без кэш Этот алгоритм обеспечивает дополнительный контроль за ходом лучей для уверенности в том. что при наличии многих оптических путей к одному положению апертурной диафрагмы, выбран только е правильный из них. Это типичная проблема для светосильных широкоугольных 1 систем, в которые внеосевые лучи могут найти виртуальные пути к диафрагме, что сбивает алгоритм Ray Aiming*. Глава 6: МЕНЮ SYSTEM" 6 -7
Pupil Shift: X. Y. and 2 Смещение зрачка по осям X, Y и Z Для большинства систем простое использование апгоритма ray aiming будет /странять эффекты воздействия аберрации входного зрачка по меньшей мере - для обеспечения правильной трассировки лучей через систему. Это не приводит, конечно, к фактическому устранению аберраций, а только к их учету. Для некоторых широкоугольных или сильно наклоненных и децентрированных систем алгоритм "Ray Aiming' не сможет работать без помощи разработчика. Проблема заключается в том, что при трассировке лучей в качестве первого приближения используется параксиальный входной зрачок. Если аберрации зрачка очень большие, то существует возможность, что даже это первое приближение не может быть использовано для трассировки лучей, а необходимо предоставить алгоритму второе, более точное приближение. Решение этой проблемы может быть достигнуто приближенной установкой величины смещения реапьного зрачка относительно его параксиального положения. Эта операция называется "Pupil shift" (Смещение зрачка) и состоит из трех составляющих: х. у и z. Все эти три величины (по умолчанию равные нулю) должны быть испопьзованы для оказания помощи алгоритму в нахождении более подходящего первого приближения для операции ray aiming. Попожительная величина смещения Z указывает на то, что реальный зрачок находится за (то есть правее в принятой оптической координатной системе) параксиальным зрачком, а отрицательная величина этого смещения указывает на смещение аберрированного зрачка вперед. Большинство широкоугольных систем имеют зрачки.смещенные вперед. Величина смещения зрачка по оси Z линейно масштабируется по углу поля трассируемых лучей, так что эта величина должна относиться к смещению зрачка для максимального поля. Величины смещения зрачка по осям X и Y используются для изменения положения зрачка в случаях, когда плоскость объекта сильно наклонена или когда апертурная диафрагма сипьно децентрирована. Если выбрана опция "Scale pupil shift factors by fields", то величины смещения X и Y также будут масштабироваться по полю; в противном спучае будет использоваться одна и та же величина смещения для всех полей. Все смещения выражаются в установленных линейных единицах. Важно понимать, что точные значения величин смещения не так важны. Если обеспечена возможность трассировки лучей в первом приближении, то этого достаточно, чтобы алгоритм ray aiming надежно определил точное положение зрачка. Величины смещения зрачка необходимы только для обеспечения стартовых условий для алгоритма ray aiming. В общем, путем подбора величин смещений зрачка можно определить подходящие значения. Environment Окружающая среда Use Temperature, Pressure Использовать/нет данные о температуре и давлении Если установить этот флаг, то при вычислениях будут учитываться отклонения температуры и давления от их номинальных значений: 20С и 1атм. Если этот флаг снять, то все эффекты, обусловленные изменениями температуры и давления, будут 6 -8 Chapter 6: SYSTEM MENU
игнорироваться. При этом возрастает скорость вычисления показателей преломления , стекол; поэтому при анализе схемы для номинальных значений температуры и с давления этот флаг лучше снять. В Обратите внимание на то, что заданные дпя схемы длины волн относятся к текущим ^ значениям температуры и давления. Длины волн всегда измеряются в микронах и относятся к воздушной среде ("air") при текущих значениях температуры и давления (окружающей среды). Если Вы изменили температуру и/или давление, проявите внимание к тому, чтобы , заданные Вами длины волн соответствовали новым окружающим условиям. Смотри в ( главе 3 раздел "Wavelength data", а также главу "Thermal Analysis" дпя получения более детальных сведений по этому вопросу. Термооптический анализ доступен только для редакции ZEMAX-EE Temperature in degrees С г Температура в градусах Цельсия Окружающая температура выражается в градусах Цельсия. Pressure in ATM Давление в Атм Давление воздуха выражается в атмосферах. Величина 0.0 соответствует вакууму. 1.0-давлению на уровне моря Polarization а Поляризация Это установочное окно служит дпя задания исходного состояния поляризации луча, которое в дальнейшем будет использоваться для анализа схемы с учетом г поляризационных эффектов. В частности, заданное в этом окне начальное состояние поляризации лучей будет использоваться (при внутренних установках опции "Use Polarization") для учета поляризационных эффектов и аподизации в таких программах, как расчет диаграммы пятна рассеяния (Spot diagrams) или расчет зависимости среднеквадратической величины радиуса пятна рассеяния от поля (RMS " vs. Field). В этих программах трассировка поляризованного луча используется только для определения интенсивности пропущенного луча с учетом эффектов Френеля, тонкопленочных покрытий и поглощения в массе стекла. Векторная природа электрического поля игнорируется, но скалярная теория еще принимается во внимание. Учитывается просто ослабление интенсивности лучей и выполняются взвешенные вычисления. ТРАССИРОВКА ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЛУЧЕЙ ДОСТУПНА ТОЛЬКО ДЛЯ РЕДАКЦИИ ZEMAX- ЕЕ ф Глава 6: МЕНЮ SYSTEM" 6-9 N
Unpolarized Установка "Unpolarized" Если эта опция активизирована, то установленные исходные значения Ех, Еу. X-Phase и Y-Phase игнорируются; производится трассировка двух лучей с ортогональной поляризацией и для них вычисляется средняя величина пропускания. Заметьте, что "unpolarized" вычисления занимают больше времени, чем "polarized" вычисления, которые в свою очередь занимают больше времени, чем вычисления с игнорированием поляризации вообще. Ея. Еу, X-Phase, Y-Phase Задание значений Е^ Еу. X-Phase, Y-Phase Поляризация определяется четырьмя числами: Ех и Еу, которые являются величинами электрического поля ло осям X и Y, и X-Phase и Y-Phase. которые являются фазовыми углами, выраженными в градусах. ZEMAX нормирует векторы электрического поля к единице. Files Файлы Coating File Файл с данными о покрытии Ввод имени файла с данными о материалах и слоях покрытия, который должен использоваться с данной схемой (файл размещается в директории \ZEMAX\COATINGS). По умолчанию файлу присваивается имя "COATING.DAT". Для каждой схемы может быть использован свой собственный файл с данными о покрытии, если это желательно. Scatter Profile Профиль диаграммы рассеивания Ввод имени файла с данными о профиле диаграммы рассеивания лучей на оптических поверхностях, который должен использоваться с данной схемой (файл размещается в директории \ZEMAX\PROFILES). Можно добавить новые или стереть старые файлы с помощью таблицы "Scattering tab", доступ к которой осуществляется через диалоговое окно "NSC Objects property11. Смотри в главе "Non-Sequential Components" раздел "The objects properties dialog box", подраздел "Surface Scattering tab". По умолчанию файлу присваивается имя "SCATTER_PROFILE.DAT. Для каждой схемы может быть использован свой собственный файл, если это желательно. ABg Data File Файл с данными для ABq-модели рассеивания Ввод имени файла с данными о параметрах модели рассеивания типа ABg, который должен использоваться с данной схемой (файл размещается в директории \ZEMAX\ABG_DATA.DAT). По умолчанию файлу присваивается имя ABG_DATA.DAT1. Для каждой схемы может быть использован свой собственный файл, если это желательно. 6-10 Chapter 6: SYSTEM MENU
Miscellaneous Другие установки < Reference OPD < Опорная поверхность для вычисления OPD Разность хода лучей (Optical Path Difference, или OPD) - величина, которая $ представляет фазовые ошибки волнового фронта, формирующего изображение. \ Любые отклонения OPD от нуля приводят к деградации изображения, образованного < оптической системой. < j Так как выходной зрачок является изображением апертурной диафрагмы системы в пространстве изображений, он определяет область в пространстве изображений, в которой пучок лучей имеет четко определенные границы. Освещенность в области , ' выходного зрачка в основном плавно меняется по амплитуде и фазе, и существуют четко определенная граница между областями с нулевой и ненулевой амплитудой. Говоря другими словами, разумно предположить, что волновой фронт, идущий от выходного зрачка, не испытывает больше дифракционных эффектов. Это асимптотически правильно, если все апертуры в системе имеют большие размеры. чем размеры падающего на каждую из них пучка, ограниченного диафрагмой системы. Даже если выходной зрачок является действительным, что бывает довольно часто, он еще определяет область в пространстве изображений, в которой пучок свободен от дифракционных эффектов. Большую информацию об образовании дифракционного изображения и важности выходного зрачка можно найти в книгах, ссылки на которые даны в первой главе. По мере того, как волновой фронт распространяется от выходного зрачка к плоскости ш изображения профиль пучка усложняется по амплитуде и фазе и волновой фронт расширяется из-за эффектов дифракции. С этой точки зрения ошибка фазы. измеренная в плоскости выходного зрачка, однозначно и критически важна для описания волнового фронта и качества изображения. По умолчанию ZEMAX использует выходной зрачок в качестве опорной плоскости для - вычисления OPD. Поэтому, когда производится вычисление OPD для данного луча, луч трассируется через оптическую систему вплоть до плоскости изображения, а затем трассируется назад - к "опорной сфере4, которая лежит в выходном зрачке. Оптическая разность хода, измеренная 'назад" до этой поверхности, представляет собой физически значимую фазовую ошибку, величина которой важна для е" дифракционных вычислений, таких как МПФ. ФРТ и функции распределения энергии е Дополнительная длина оптического пути, возникающая в результате трассирования *■ луча назад к выходному зрачку, вычитается из радиуса опорной сферы, что дает небольшую корректировку OPD. называемую коррекционным членом ("correction term"). Эти вычисления являются корректными и представляют собой хороший метод для всех практически важных случаев. Однако ZEMAX позволяет использовать для вычисления OPD две другие опорные , поверхности Использование в качестве опорной бесконечно удаленной поверхности ("Infinity*) является приближением к случаю, когда выходной зрачок удален очень далеко (если даже этого не может быть), и когда величина коо^е^ци^чного члена строго задается угповой ошибкой пуча Существует только один возмо - ый смысл для и пользования этой установки в маловероятной случае когда ZEMAX не » >-*»т правильно Глава 6: МЕНЮ 'SYSTEM' 6 -11
вычислить положение выходного зрачка. Это может произойти с какой-нибудь необычной оптической системой которая не образует изображения апертурной диафрагмы (действительного или мнимого). ZEMAX снабжен специальным кодом для определения всех известных случаев, когда это может произойти, и поэтому эта установка не должна использоваться без специальных рекомендаций группы технической поддержки фирмы Focus Software. В настоящее время не известны случаи, для которых можно было бы рекомендовать эту установку. Установка опорной поверхности типа "Absolute" означает, что ZEMAX не будет учитывать коррекционный член при вычислениях OPD. а просто подсчитает полную длину оптического пути луча и вычтет ее из длины оптического пути главного луча. Этот метод не может быть физически значимым и может использоваться только с целью отладки или тестирования алгоритма вычисления OPD, разработанного Focus Software. Итак, всегда используйте установку "exit pupil", а другие установки используйте только после получения соответствующих инструкций от Focus Software Engineer. В противном случае Вы можете просто получить ошибочные данные. Paraxial Rays Параксиальные лучи Обычно свойства параксиальных лучей могут быть определены для систем, не обладающих вращательной симметрией. Поэтому ZEMAX при трассировке паракси- параксиальных лучей игнорирует все наклоны и децентрировки в системе, заданные поверхностями типа coordinate break. Игнорируя наклоны и децентрировки, ZEMAX может вычислить параксиальные свойства эквивалентной центрированной системы, которая обычно соответствует даже системам, не обладающим вращательной симметрией. Поэтому очень рекомендуется установка "Ignore Coordinate Breaks", которая задана по умолчанию. При выборе других установок ZEMAX может дать ошибочные результаты при вычислении параксиальных данных, Ray Aiming и OPD. Известен только один случай, когда может потребоваться установка "Consider Coordinate Breaks". При трассировании лучей через сильно наклоненную дифракционную решетку учет наклонов и децентрировок может потребоваться даже для параксиальных лучей, в противном случае траектории лучей могут не удовлетворять уравнению решетки; это обусловлено тем, что угол отклонения лучей дифракционной решеткой существенно зависит от угла падения лучей. Fast Asphere Trace Быстрая трассировка лучей через асферические поверхности При трассировке лучей через некоторые типы асферических поверхностей требуется итеративный процесс, - если не существует замкнутой формы решения для уравне- уравнений пересечения лучей с поверхностью. Если эта опция установлена (она устанавливается по умолчанию), то ZEMAX производит первое приближение для решения уравнения пересечения лучей с поверхностью, пытаясь ускорить сходимость итерационного процесса. Однако итерационный процесс может не сходиться, если этот режим 'быстрого приближения" будет применен к некоторым типам очень сильно искривленных асферических поверхностей- Для систем, в которых используются такие поверхности, может потребоваться отключение опции 6-12 Chapter 6: SYSTEM MENU
h "Fast Asphere Trace"; в таком случае ZEMAX будет использовать более медленный, но более надежный алгоритм для нахождения решения. Независимо от того, [ используете ли Вы эту опцию или нет. ZEMAX либо найдет точное решение Е уравнения пересечения лучей с поверхностью, либо даст сообщение об ошибке. ', Fast Semi-Diameters Быстрое вычисление полудиаметров с ZEMAX "автоматически" вычисляет для всех поверхностей величины полудиаметров таким образом, чтобы через поверхности могли пройти все лучи от всех \ установленных полей и для всех определенных длин волн. Для точки на оси эти < вычисления могут быть выполнены точно путем трассировки двух краевых (верхнего < и нижнего) лучей для каждого поля и для каждой длины волны. i Для внеосевых систем нет другого пути для точного вычисления полудиаметров, как ' трассировка большого числа лучей по периметру виньетирующего зрачка. Это дает точный результат, но может замедлить вычисления, так как ZEMAX должен будет часто пересчитывать величины полудиаметров, особенно во время оптимизации. Существует компромисс между скоростью вычислений и точностью. Для внеосевых систем по умолчанию ZEMAX будет трассировать в истинной меридиональной плоскости виньетирующего зрачка только по два луча для каждого поля и каждой длины волны и использовать полученные координаты каждого луча на каждой поверхности для оценки требуемых величин полудиаметров. Для некоторых систем полученные таким образом оценки оказываются недостаточно точными. Если для опции "Fast Semi-Diameters" произвести установку "off', то для внеосевых систем ZEMAX будет итеративно трассировать столько лучей, сколько это необходимо для определения величин лолудиаметров с точностью не хуже 0.01% E значимых цифр). Скорость оптимизации при этом будет сильно замедлена, но для систем с очень сложной оценочной функцией это может быть и не так существенно. Check GRIN Apertures Контроль GRIN-апертур Эта установка инструктирует ZEMAX о том. что необходимо производить контроль за J прохождением лучей через поверхности с градиентом показателя преломления (GRJN-поверхности). Каждый трек луча в пределах среды с градиентом показателя преломления будет контролироваться: не прошел ли луч вне границ, определенных * фронтальной поверхностью, и если это так. то он будет виньетирован. Если эту установку снять, то луч может пройти вне границ, определенных фронтальной поверхностью, если на ней не установлена апертурная диафрагма. Semi Diameter Margin (lens units) Запа^размера полудиаметра (в линейных единицах) , Обычно полудиаметры поверхностей вычисляются 2ЕМАХ автоматически таким 1 образом, чтобы через поверхности проходили все лучи без задержки Для систем с близко расположенными друг к другу элементами или когда края соседних элементов находятся в близком контакте, такие вычисления дают значения чистых апертур и не оставляют запаса на полировку и монтировку линз Часто оптическая полировка осуществляется качественно только в пределах части от полной радиальной * I апертуры, обычно составляющей от 90% до 98% - в зависимости от размера ■> Глава 6: МЕНЮ SYSTEM 6 -13
Опция Semi Diameter Margin in lens units" позволяет увеличить расчетную величину полудиаметра на установленную величину. По умолчанию устанавливается значение 0. при котором никакого запаса не остается; в то же время, если установить число 2.0, то есе величины полудиаметров будут автоматически увеличены на 2.0 линейные единицы (только для тех поверхностей, для которых величины полудиаметров вычисляются автоматически - режим 'automatic"). Смотри описание следующей опции - Semi Diameter Margin in %". Если обе эти опции имеют ненулевые значения, то сначала величина полудиаметра увеличивается на заданный процент, а затем учитывается добавка в линейных единицах. Semi Diameter Margin in % Запас размера полудиаметра в процентах Обычно полудиаметры поверхностей вычисляются ZEMAX автоматически таким образом, чтобы через поверхности проходили все лучи без задержки. Для систем с близко расположенными друг к другу элементами или когда края соседних элементов находятся в близком контакте, такие вычисления дают значения чистых апертур и не оставляют запаса на полировку и монтировку линз. Часто оптическая полировка осуществляется качественно только в пределах части От полной радиальной апертуры, обычно составляющей от 90% до 98% - в зависимости от размера. Опция "Semi Diameter Margin in %" позволяет увеличить расчетную величину полудиаметра на установленную величину. По умолчанию устанавливается значение 0, при котором никакого запаса не остается; в то же время, если установить запас 5%, то все величины полудиаметров будут автоматически увеличены на 5%. Этот контроль сильно упрощает проектирование систем с близко расположенными элементами с крутыми поверхностями и краевыми контактами. Допускается максимальный запас в 50%. Global Coordinate Reference Surface Опорная поверхность для глобальной системы координат Глобальные координаты определяются путем поворота и смещения локальных координат на каждой поверхности. Преобразование координат может быть записано следующим образом: , V Л + /?2| /?22 /?„ Л| Л« лзз. *| >*| V где подстрочный индекс ид" используется для обозначения глобальных координат, индекс " - для обозначения сдвига координатных систем и индекс и|" - для обозначения локальных координат. Матрица поворота R и вектор сдвига могут быть вычислены для любой поверхности, используя любую другую поверхность в качестве опорной для глобальной системы координат. Матрица поворота позволяет понять ориентацию координатной системы поверхности по отношению к глобальной опорной поверхности. На локальной поверхности единичный вектор, ориентированный вдоль оси х, есть просто A, 0, 0). Этот вектор 6-14 Chapter 6: SYSTEM MENU
можно повернуть, используя матрицу R, для ориентации оси х в глобальной системе координат. Умножение матрицы на каждый из трех единичных векторов дает: ■*„" «2. Л, , 2,= "Л,,' Заметьте, что единичные вектора, ориентированные вдоль осей локальной координатной системы, это просто столбцы в матрице R. Приводимые в списке "Prescription Data" величины "Global vertex coordinates" (координаты вершин поверхностей в глобальной системе координат), а также величины компонент матрицы поворота R и вектора сдвига - все относятся к глобальной опорной поверхности. Если поверхность является поверхностью типа "coordinate break", то в R-матрицу включаются эффекты сдвига и поворота координат. Если поверхность типа "coordinate break" выбрана в качестве опорной глобальной поверхности, то опорная координатная система определяется после децентрировки и поворота локальной координатной системы. Если матрица R вычисляется для поверхности типа "coordinate break" и эта поверхность предшествует опорной поверхности, то R матрица относится к системе, предшествующей трансформации координат. Если у Вас возникает на этот счет сомнение, просто введите пустую поверхность, не являющуюся поверхностью "coordinate break", в интересующее Вас место для проверки глобальной ориентации. Положение опорной поверхности в схеме будет автоматически изменяться при введении в схему или удалении из нее каких-либо поверхностей, расположенных перед опорной поверхностью. Любая поверхность может быть выбрана в качестве опорной, кроме поверхности объекта, если объект расположен на бесконечности! Опорная поверхность используется также для определения точки совмещения zoom - позиций на трехмерных изображениях схемы. Non-Sequential Установки для NSC-объектов Это установочное окно используется для определения способа трассировки лучей в пределах группы NSC-компонентов. Maximum Ray-Object Intersections Per Ray Максимальное число пересечений луча с объектами В этом контрольном окне устанавливается максимальное число пересечений одного луча с NSC-объектами вдоль какого-либо одного пути от источника до точки последнего пересечения. Когда используется программа расщепления лучей, этот параметр позволяет контролировать максимальное количество генерируемых вторичных лучей, "отщепленных" от исходного пума. В некоторых системах таких как абсолютно отражающая сфера с расположенным внутри нее источником, лучи будут отражаться от стенок сферы до тех пор. пока не будет достигнут установленный предел на количество пересечений. Глава 6: МЕНЮ "SYSTEM" 6 15
Maximum Ray Segments Per Ray Максимальное число лучевых сегментов на один луч В этори контрольном окошке задается максимальное число лучевых отрезков (сегментов), на которые делится путь луча в пределах NSC-группы. Лучевой отрезок определяется как часть пути луча от одного пересечения (с поверхностями объектов) до следующего. Когда луч запускается от источника, он идет к первому объекту. Образуется 1-ый отрезок пути. Если луч затем расщепляется на два луча, то каждый из них образует свой следующий отрезок пути (всего получается три отрезка). Если каждый из этих лучей снова расщепляется, то образуется уже 7 отрезков пути. В общем, если лучи расщепляются, то число лучевых отрезков (сегментов) возрастает очень быстро, и нужно число сегментов должно значительно превышать число пересечений луча. Maximum Nested Objects Максимальное число вложений объектов друг в друга В этом окошке задается верхний предел на число объектов, расположенных внутри каждого другого. Например, если максимальное число вложенных объектов равно 3, то третий объект может быть помещен внутрь второго, который, в свою очередь, помещен внутрь первого объекта. В этом случае может быть любое число таких групп, каждая из которых имеет по три вложенных друг в друга объектов. Задаваемый предел определяет максимальное число вложений для отдельной группы, но число таких групп (8 пределах NSC-группы) может быть любым. Minimum Relative Ray Intensity Минимальная относительная интенсивность луча Так как каждый луч расщепляется, его энергия быстро уменьшается. Минимальная относительная интенсивность луча - это нижний предел на энергию луча, которую он может нести и при которой он еще должен быть трассирован. Этот параметр задается как некоторая часть по отношению к интенсивности луча, исходящего от источника, например, как 0.001. Когда интенсивность луча уменьшается ниже этого установленного предела, дальнейшая трассировка луча прекращается. Minimum Absolute Ray Intensity Минимальная абсолютная интенсивность луча Этот параметр подобен параметру, определяющему минимальную относительную интенсивность трассируемого луча, за исключением того, что он определяет предел интенсивности в абсолютных единицах - в ваттах, а не по отношению к интенсивности стартового луча. Если этот параметр равен нулю, то порог абсолютной интенсивности игнорируется. Glue Distance In Lens Units Расстояние между "склеиваемыми" элементами схемы Когда два NSC-объекта располагаются в тесном контакте друг с другом, например, когда соприкасаются грани "склеенных" призм, может произойти ошибка в трассировании лучей из-за того, что между соприкасающимися гранями может быть обнаружено очень небольшое расстояние. Ошибка может произойти и в тех случаях, когда соприкасающиеся объекты поворачиваются в трехмерном пространстве и не 6 -16 Chapter 6: SYSTEM MENU
хватает точности в опрелении их положения из-за конечного числа знаков, введенных в таблицу редактора схемы. "Glue distance" - это предельное минимальное расстояние между элементами схемы - при расстояниях меньше этого установленного значения принимается, что элементы находятся в контакте. По умолчание величина "glue distance" принимается равной 1Е-06 от установленной для схемы единицы измерения (то есть равна 0,001 микрон, если расстояния измеряются в миллиметрах). Эту величину приходится изменять только в очень редких случаях. 1 "Glue distance" также определяет минимальную длину распространения лучей при их трассировании через схему. Если расстояние от точки пересечения луча с одним объектом до точки пересечения этого же луча с последующим объектом меньше "glue distance", то пересечение игнорируется. Это может быть произойти, когда луч трассируется от граненого рефлектора и луч попадает в пределах "glue distance" на край между двумя соседними гранями. ZEMAX автоматически увеличивает "glue distance" (отчасти произвольно) в 50 раз при трассировке луча вблизи граненых объектов, таких как тороидальные линзы и асферические поверхности, для получения точного итерационного решения. Это 50- ти кратное увеличение помогает программе обнаруживать множество пересечений, которое бывает, когда две асферические поверхности располагаются в контакте, как. например, у двух находящихся в контакте тороидальных линз. Коэффициент 50 снижает необходимость в использовании огромного числа треугольников, для создания точной модели объектов такого типа. В подавляющем большинстве случаев нет необходимости в коррекции величины этого параметра. Fields Поля ^ ^ Установочное окно "Fields" позволяет задать определенные направления в лоле зрения оптической системы (точки поля или просто "поля"). Поля могут быть заданы углами, высотами объекта (для систем с конечным сопряжением), параксиальными высотами изображения или реальными высотами изображения. Электронные клавиши могут быть использованы для активации и деактивации отдельных точек поля, а также для упорядочения полей в списке по их возрастанию, записи данных в отдельные файлы и загрузки этих файлов в другие схемы. Смотри главу "Conventions and Definitions", в которой описаны принятые соглашения относительно полей. Vignetting factors Коэффициенты виньетирования ZEMAX предоставляет также возможность ввода коэффициентов виньетирования для каждого поля. Четыре коэффициента виньетирования имеют обозначения VDX. VDY. VCX и VCY. Величины этих коэффициентов должны быть равны нулю, если в системе нет виньетирования. Коэффициенты виньетирования описаны в главе "Conventions and Definitions" в разделе Vignetting Factors". В установочном окне имеется также электронная клавиша под названием "Set Vig". Если нажать эту клавишу, то коэффициенты виньетирования для каждого поля будут Глава 6: МЕНЮ SYSTEM*1 6-17
вычислены заново на основе данных текущей схемы. Алгоритм вычисления факторов эиньетирования рассчитывает "виньетирующие4 коэффициенты децентрировки и сжатия зрачка таким образом что четыре краевых луча, идущих через верхний, нижний левый и правый края зрачка, пропускаются в пределах всех определенных пользователем полудиаметров каждой поверхности; испол&зуется только главная длина волны. Комада Clr Vig" служит для обнуления коэффициентов винье- виньетирования Алгоритм стартует с запуска "сетки" лучей через зрачок. На каждой поверхности, для которой самим пользователем были установлены величины полудиаметров, производится проверка: проходит луч через эту апертуру или нет. Все лучи, прошедшие через все поверхности, затем используются для вычисления центроида невиньетирующего зрачка. Заметьте, что используются только установленные пользователем (а не вычисленные автоматически) величины полудиаметров, а поверхностные апертуры (такие как круглые и прямоугольные) игнорируются. Точный контур невиньетирующего зрачка затем вычисляется итеративным методом с точностью около 0.001%. Алгоритм может не работать в некоторых случаях. Для таких систем факторы виньетирования должны подбираться и устанавливаться вручную. Точность алгоритма расчета факторов виньетирования можно проверить путем трассировки нескольких краевых лучей. Для полей с идентичными или близкими к идентичным координатами не могут быть заданы различные коэффициенты виньетирования! Смотри главу "Conventions and Definitions". Saving and loading field data Запись и загрузка данных о точках поля Электронные клавиши "Save" и "Load" (имеющиеся в окне "Field dialog box") используются для запоминания и восстановления полевых данных независимо от данных схемы. Запись данных в файл производится в формате ASCII, что позволяет их редактировать (и создавать новые файлы) вне ZEMAX. Wavelengths Длины волн Это диалоговое окно используется для определения длин волн, их весовых коэффициентов и назначения главной длины волны. Электронные клавиши могут быть использованы для активизации и деактивизации отдельных длин волн, а также для их сортировки в порядке возрастания. В этом же окне Вы найдете обширный список наиболее употребляемых длин волн. Для введения длин волн из этого списка просто выберите нужную длину волны и нажмите электронную клавишу "Select". Дополнительную информацию по длинам волн можно найти в главе "Conventions and Definitions". 6 -18 Chapter 6: SYSTEM MENU
Saving and loading wavelength data Запись и загрузка данных о длинах волн Электронные клавиши "Save" и "Load" (изображенные в диалоговом окне "Wavelength dielog box") используются для запоминания и восстановления данных с длинами волн независимо от данных схемы. Запись данных в файл производится в формате ASCII, что позволяет их редактировать (и создавать новые файлы) вне ZEMAX. Next Configuration Следующая конфигурация Эта опция обеспечивает быстрое изменение всех графиков для отображения данных следующей конфигурации (или zoom-позиции). По этой команде обновляются все таблицы, текстовые и графические данные. Last Configuration Последняя конфигурация Эта опция обеспечивает быстрое изменение всех графиков для отображения данных последней конфигурации (или zoom-позиции). По этой команде обновляются все таблицы, текстовые и графические данные. Глава 6: МЕНЮ SYSTEM" 6 19
ANALYSIS MENU МЕНЮ "ANALYSIS" Introduction Введение В этой главе дано детальное описание каждого вида анализа, выполняемого ZEMAX.( Слово "анализ" в этом контексте означает различные текстовые и графические! данные, вычисленные на основе параметров схемы. Это включает различные виды аберраций, МПФ, ФРТ, диаграмму пятна рассеяния и многие, многие другие вычисления. Подпрограммы, которые используются для модификации и оптимизации оптической схемы или которые манипулируют какими-либо другими данными (такимиj как каталоги оптических стекол), описаны в главе Tools Menu". Выбрав из меню "Analysis" какой-либо вид анализа, Вы немедленно получите результат вычислений. После того, как на экране появится текстовое или графическое окно с вычисленными данными, Вы можете использовать команду MSettings"(ycTaHOBKH) из меню этого окна для представления данных в более удобном для Вас виде, чем это дается по умолчанию. После того, как Вы провели новые установки, нажмите электронную клавишу ЫОК", и программа произведет новые вычисления и представит графические данные в новом виде. Если Вы предпочитаете производить установки до того, как на экран будут выведены данные вычислений, используйте опцию "Show Options First1, которую можно установить в диалоговом окне "Graphics dialog box" (File; Environment; Graphics dialog box). Описание команд OK, Cancel. Save, Load, Reset и Help, присутствующих в большинстве диалоговых окон "Settings", дано в главе "User Interface". Каждое окно с данными анализа имеет в своем меню команду "Update". По этой команде ZEMAX заново вычисляет данные, представленные в окне. Это полезно. когда в схеме были произведены какие-либо изменения, а в окне показаны "устарелые" данные. Обновление данных окна можно также произвести, дважды кликнув мышкой в поле окна. Если в поле окна кликнуть правой клавишей мышки, то вызывается диалоговое окно "Settings". Все эти приемы более детально описаны в главе "User Interface". Layout Схема 2D Layout Двумерное изображение схемы Назначение: Изображение оптической схемы в двумерном виде. Это просто сечение схемы в плоскости YZ. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7 1
Установки Позиция First Surface Last Surface Wavelength Frefd Number of Rays Scale Factor Upper Pupil Limit Lower Pupil Limit Marginal and Chief Only Square Edges DXF File Export As DXF File Color Rays By Suppress Frame Delete Vignetted Fletch Rays Описание Номер поверхности, с которой должно начинаться изображение схемы. Номер поверхности, которой должно заканчиваться изображение схемы. Все или какая-либо одна из установленных длин волн должны быть изображены на схеме. Все или какое-либо одно из установленных полей должны быть изображены на схеме. Количество лучей, изображаемых на схеме (в меридиональном сечении) для каждого поля. Лучи будут равномерно распределены по сечению зрачка, если не была задана аподизация зрачка. Этот параметр может быть равен нулю. Если масштабный коэффициент будет равен нулю, то заданная область оптических поверхностей будет занимать всё поле графического окна. Если будет введено какое-либо число, то схема будет изображена в "реальном" масштабе с учетом масштабного коэффициента. Например, если масштабный коэффициент равен 1.0, то схема будет отпечатана на принтере (а не изображена на экране) в масштабе 1:1; если коэффициент равен 0.5, то схема будет отпечатана в масштабе 0.5. Максимальная координата зрачка, ограничивающая изображаемые лучи. Минимальная координата зрачка, ограничивающая изображаемые лучи. Изобразить на схеме только краевой и главный лучи. Подавляет другие установки! Изобразить прямоугольные края линзы. Без этой установки края линзы рисуются с использованием величин полудиаметров для каждой поверхности. В этом поле указывается имя DXF-файла, в который записывается изображение схемы. Предварительно нужно нажать электронную клавишу "Export As DXF File". Файл будет записан в директорий, установленный для выходных документов. Если нажать эту клавишу, то все данные, показанные в графическом окне, будут записаны в файл в формате DXF. Имя файла указывается в поле "DXF File". DXF-файл может затем быть импортирован в какую-либо программу CAD. См. данное ниже обсуждение. Если выбрать опцию "Fields", то цвета будут использованы для выделения лучей различных полей. Если выбрать опцию "Waves", то цвета будут использованы для выделения различных длин волн. Скрывает нижнее поле на графике, в котором печатаются наименование схемы, адрес и Другие данные. Скрывает лучи, виньетируемые какой-либо поверхностью. При этой установке на каждом луче рисуются стрелки, указывающие направление распространения луча. 7-2 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Обсуждение: Двумерная схема не может быть изображена, если в схеме используются поверхности типа "coordinate breaks", экранирующие растяжки, децентрированные экраны, поля по оси X. голограммы или какие-либо другие элементы, нарушающие вращательную симметрию схемы. В таких случаях используйте изображение в трехмерном виде (D layout"). С помощью клавиши Export DXF File1 изображение схемы можно записать в 2D DXF файл с именем, указанным в поле "DXF File". DXF файл будет содержать дуги и линии Дуги используются для изображения контура оптических поверхностей линз. Только сферические и плоские поверхности линз изображаются достаточно хорошо. Для асферических поверхностей их контур аппроксимируется дугой окружности. Если прогиб поверхности имеет асферическую форму, то дуга окружности будет проведена через вершину, верхнюю и нижнюю точки. ZEMAX использует точные значения стрелки прогиба для подгонки дуги к этим трем точкам. Смотри также раздел "Export IGES/SAT/STEP Solid" в главе 'Tools Menu". Если лучи идут мимо поверхности, то они не будут проведены к этой поверхности Если луч испытывает на какой-либо поверхности полное внутреннее отражение, то он будут проведен к этой поверхности, но не пройдет ее. Неправильный ход лучей можно проанализировать, вычислив их треки с помощью подпрограммы "Ray Trace", описание которой дано в этой главе ниже. 3D Layout Трехмерное изображение схемы Назначение: 3-х мерное изображение оптической схемы. Settings: Установки: Позиция First Surface Last Surface Wavelength Field Number of Rays Описание Номер поверхности, с которой должно начинаться изображение схемы. Номер поверхности, которой должно заканчиваться изображение схемы. Все или какая-либо одна из установленных длин волн должны быть изображены на схеме. Все или какое-либо одно из установленных полей должны быть изображены на схеме. Определение числа лучей, которые должны быть изображены на схеме для каждого установленного поля и для каждой установленной длины волны. Лучи будут равномерно распределены по сечению зрачка или, в случае выбора опции "Ring" в меню "Ray Pattern", no его периметру (если, конечно, не задана аподизация зрачка). Величина этого параметра может быть установлена равной нулю. Этот параметр игнорируется, если в меню "Ray Pattern" выбрана опция "List". Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-3
Позиция i Ray Pattern Scale Factor Hide Lens Faces Hide Lens Edges Hide X Bars Rotation About X Rotation About Y Rotation About Z Color Rays By Suppress Frame Delete Vignetted Configuration Описание Выбор диаграммы распределения трассируемых лучей по поверхности входного зрачка: вдоль XY- сечений вдоль Х-сечения, вдоль Y-сечения, по периметру зрачка или по заданному списку (List). Опция "List используется для изображения на схеме лучей, указанных пользователем в файле под именем "RAYLIST.TXT" Этот файл должен быть помещен в главный директорий ZEMAX. Файл должен быть написан в формате ASCII и содержать две колонки чисел одна для координаты рх и вторая - для ру Нормализованные координаты зрачка определяют, какие лучи должны быть трассированы и изображены на схеме для каждого поля и для каждой длины волны. Если выбрана опция List, то установка числа лучей игнорируется Если масштабный коэффициент будет равен нулю то заданная область оптических поверхностей будет занимать всё поле графического окна. Если будет введено какое-либо число, то схема будет изображена в "реальном" масштабе с учетом масштабного коэффициента. Например, если масштабный коэффициент равен 1.0, то схема будет отпечатана на принтере (а не изображена на экране) в масштабе 1:1. Если коэффициент равен 0.5, то схема будет отпечатана в масштабе 0.5. Скрывает изображение лицевых (и тыльных) поверхностей линз, рисуются только края линз. Эта опция полезна, так как изображение сложных систем может быть трудно воспринимаемым при изображении лицевых поверхностей. Скрывает изображение торцевых поверхностей линз. Эта опция полезна, так как позволяет придать трехмерной "картинке" вид двумерного изображения Скрывает Х-часть в изображении лицевых поверхностей. Эта опция полезна, когда установлена опция 'Hide Lens Edges" и не установлена опция "Hide Lens Faces". Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси X. Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси Y. Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси Z. Если выбрать опцию "Fields", то цвета будут использованы для выделения лучей различных полей. Если выбрать опцию "Waves", то цвета будут использованы для выделения различных длин волн. Если выбрать опцию "Config", то цвета будут использованы для выделения разных конфигураций схемы. Удаляет нижнее попе на графике, в котором печатаются наименование схемы, адрес и другая информация. Скрывает лучи, виньетируемые какой-либо поверхностью. По выбору изображаются: всё конфигурации схемы одновременно или какая-либо одна из них, или текущая (активизированная) конфигурация. 7-4 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Offset X, Y. 2 Fletch Rays Split NSC Rays Scatter NSC Rays Square Edges Описание Задаются величины смещения на графике (по осям X, Y и Z) изображений разных конфигураций схемы относительно друг друга. Работает только при \становке опции "АН" в меню "Configuration". При этой установке на каждом изображаемом луче рисуются небольшие стрелки, указывающие направление распространения луча. При этой установке лучи, идущие от NSC-источников статистически расщепляются при пересечениях с поверхностями NSC-объектов. Отрезки лучей от входного порта до первой поверхности не расщепляются. При этой установке лучи, идущие от NSC-источников статистически рассеиваются на поверхностях NSC-объектов. На поверхности входного порта лучи не рассеиваются. При этой установке на линзах изображаются плоские лицевые фаски и цилиндрические края; в противном случае при изображении линз используются величины полудиаметров. Обсуждение: Курсорные клавиши клавиатуры, а также клавиши "Page Up" и "Page Down" могут быть использованы для поворота изображения схемы относительно всех трех осей. Для лучей, идущих от последовательного входного порта: Если лучи идут мимо поверхности, то они не будут проведены к этой поверхности. Если луч испытывает на какой-либо поверхности полное внутреннее отражение, то он будут проведен к этой поверхности, но не пройдет ее. Неправильный ход лучей можно проанализировать, вычислив их треки с помощью программы MRay Trace", описание которой дано в этой главе ниже. Когда изображаются все конфигурации одновременно, можно установить величины смещения их изображений относительно друг друга по всем трем осям. Смещения могут быть равны нулю, если это желательно. Если смещения равны нулю, то изображения всех конфигураций накладываются друг на друга; в других случаях они изображаются отдельно в соответствии с установленными величинами смещений Заметьте, что все смещения отсчитываются от положения опорной поверхности в глобальной системе координат; опорная поверхность задается через меню "System" в диалоговом окне "General" (установки "Misc."). Еспи все смещения равны нулю, то опорные поверхности всех конфигураций совмещаются друг с другом. Raylist file format Формат Файла "RAYLIST.TXT1 Если при задании диаграммы распределения трассируемых лучей по поверхности входного зрачка (Ray Pattern) выбрана установка "List", то через оптическую систему будут трассироваться лучи, список которых задан пользователем в созданном им специальном текстовом файле. Этот файл должен иметь имя RAYLIST TXT и должен быть помещен в главный директорий ZEMAX Файл должен быть записан в формате ASCII При создании файла можно использовать две формы записи данных' Implicit (неявная) и Explicit (явная). При неявной форме записи (Imphsit) файл должен содержать по два числа (нормированные координаты зрачка) в каждой строке, одно число для указания Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7-5
значения Рх и второе - для указания значения Ру. Указанные лучи будут трассироваться от каждой заданной точки лоля для каждой из заданных длин волн Пример: Четыре крайних луча задаются следующим образом: 00-1.0 0.0 1.0 -1 0 0.0 1 0 0.0 При явной форме записи (Exphsit) файл должен содержать заголовок EXPLICIT и значения: начальных координат луча - х. у. 2 , направляющих косинусов • I, m, п и номера используемых длин волн. Все координаты относятся к пространству объекта. Если объект расположен на бесконечности, то координаты относятся к поверхности №1. Если объект расположен на конечном расстоянии, то координаты относятся к поверхности №0. В обоих случаях сам луч распологается в среде пространства объекта: до преломления на поверхности №1. При использовании этой формы записи заданные в схеме установки для полей и длин волн игнорируются и через оптическую схему трассируются только указанные в файле лучи. Пример: 0.0-5.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1 0.0+0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 2 0.0+5.0 0.0 0.0 0.0 1.0 3 Solid Model Твердотельная модель Назначение: Изображение элементов схемы в твердотельном виде. Установки: Эти опции аналогичны тем, которые используются в 3D схеме. Нет только опций "Hide Lens Edges" и "Hide X Bars". Описание нескольких новых установок дано ниже. Позиция DXF File Export As DXF File Draw Section Radial Segments Angular Segments Описание В этом поле указывается имя DXF-файла, в который экспортируется изображение схемы. Предварительно нужно нажать электронную клавишу "Export As DXF File". Файл будет записан в директорий, установленный для выходных документов. Если нажать эту клавишу, то все данные, показанные в графическом окне, будут записаны в файл в формате DXF. Имя файла указы-вается в поле UDXF File". DXF-файл с записью трехмерной схемы можно затем импортировать в какую-либо программу CAD. Если выбрана опция "Full", то все элементы изображаются в полном виде. Если устанавливается одна из опций 2А, *а или ЛА% то рисуется указанная часть элемента, а оставшаяся часть вырезается. Установка количества радиальных сегментов, используемых для аппроксимации формы элемента. Чем больше число сегментов, тем больше времени требуется для вычислений. Число угловых сегментов, используемых для аппроксимации формы элемента. Чем больше количество сегментов, тем больше времени требуется для вычислений. 7-6 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Алгоритм твердотельной модели рисует элементы схемы в виде многогранных призм. Невидимые линии и грани не изображаются, что придает рисунку элемента вид твердого тела Этот алгоритм работает медленнее, чем другие алгоритмы рисования схем, но он обеспечивает наилучший вид схемы. Число граней, используемых для изображения элемента, можно изменять с помощью опций "Radial Segs" и "Angular Segs". Клавиша "Export As DXF File" служит для записи рисунка в 3D DXF файл; название файла указывается в поле "DXF File'. DXF файл будет содержать мелко граненые поверхности в полной 3D ориентации. Грани используются, чтобы показать искривленную форму поверхности линзы. Однако грани представляют собой плоские сегменты, которые только приблизительно очерчивают контур поверхности. Углы каждой грани всегда лежат точно на реальной оптической поверхности, но другие точки грани не лежат на ней. ZEMAX использует точные величины стрелок прогиба поверхности при углах каждой грани для определения формы граненой поверхности. Смотри также раздел "Export IGES/SAT/STEP Solid" в главе "Tools Menu". Курсорные клавиши клавиатуры - [eft, right, up, down, а также клавиши "Page Up" и "Page Down" могут быть использованы для поворота изображения схемы относительно всех трех осей для наблюдения ее с разных направлений. Если лучи идут мимо поверхности, то они не будут проведены к этой поверхности. Если луч испытывает на какой-либо поверхности полное внутреннее отражение, то он будут проведен к этой поверхности, но не пройдет ее. Неправильный ход лучей можно проанализировать, вычислив их треки с помощью подпрограммы Ray Trace", описание которой дано в этой главе ниже. Wireframe "Проволочная" модель Назначение: Изображение элементов схемы в виде "проволочного скелета". Settings: Установки: Все установки аналогичны тем, которые используются в твердотельной модели. Обсуждение: Проволочная модель идентична твердотельной модели, за исключением того, что невидимые линии не убираются. Это представпение схемы может выглядеть запутанным. Опция "Hide Lens Faces" может быть использована для некоторого прояснения вида схемы. Преимущество изображения проволочной модели - быстрота вычислений, - этот алгоритм работает значительно быстрее, чем для твердотепьного изображения. Если лучи идут мимо поверхности, то они не будут проведены к этой поверхности. Если луч испытывает на какой-либо поверхности полное внутреннее отражение, то он будут проведен к этой поверхности, но не пройдет ее Неправильный ход лучей можно проанализировать, вычислив их треки с помощью подпрограммы "Ray Trace", описание которой дано в этой главе ниже. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7 -7
Shaded Model Оттененная модель Назначение Представление схемы в виде оттененной твердотельной модели. Установки Все установки идентичны установкам в твердотельной модели, за исключением нескольких дополнительных установок для регулировки уровней яркости изображения и цвета фона. ZEMAX Element Drawing Чертеж элемента в формате ZEMAX Назначение: Создание чертежей оптических поверхностей, одиночных линз или дублетов для производственных целей. Установки: Позиция Surface Show As Note File Name Edit Note File Rad n Tol Pow/lrr n Clear Ар п Thick n To! Scale Factor Title Drawing Name Approved Revision Drawn By Project Описание Номер поверхности, которая должна быть первой на чертеже. Вычерчивание поверхности ("Surface"), одиночной линзы ("Singlet") или дублета ("Doublet"). Указывается имя файла с записью технических требований, которые должны быть внесены в чертеж элемента. Технические требования всегда должны записываться, начиная со строки №2. так как первая строка зарезервирована для определения единиц измерения. Вызывает редактор Windows Notepad, в котором можно редакти-ровать файл с записью технических требований. Величина допуска на радиус 1, 2 или 3 поверхности; вносится на чертеже в таблицу допусков. Величины допуска на оптическую силу/нерегупярность (для поверхностей 1, 2 или 3); записывется из таблицы допусков. Размер чистой апертуры на поверхности 1, 2 или 3. По умолчанию чистая апертура равна удвоенной величине полудиаметра. Допуск на центральную толщину поверхности 1или 2. По умолчанию записывается 1% допуск. Если масштабный коэффициент будет равен нулю, то заданная область оптических поверхностей будет изображена на полном поле графического окна. Еспи будет введено какое-либо число, то схема будет изображена в "реальном" масштабе с учетом масштабного коэффициента. Например, если масштабный коэффициент равен 1.0, то схема будет отпечатана на принтере (а не изображена на экране) в масштабе 1:1; если коэффициент равен 0.5, то схема будет отпечатана в масштабе 0.5. Это поле предназначено для записи какого-либо текста. По умолчанию записывается наименование схемы. Все эти поля используются для записи любого текста. По умолчанию эти поля остаются свободными. 7-8 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Описание Note Font Size Размер шрифта: Standard (стандартный), Medium (средний), Small (мелкий) или Fine (тонкий). Зта установка оказывает действие только на размер файла с записью технических требований, которые должны быть внесены в чертеж. Чем меньше размер шрифта, тем больший объем текста может быть внесен в чертеж. _^_____ Reset all but titles При нажатии на эту клавишу произойдет восстановление (если они были изменены) всех заданных (по умолчанию) допусков и размеров апертур для изображаемых поверхностей; но текстовые записи сохранятся. Обсуждение: Сделанные установки могут быть записаны вместе с файлом оптической схемы путем нажатия на клавишу "Save". В отличие от других программ анализа все установки для чертежа элемента могут быть записаны для каждой поверхности отдельно. Например, технические требования и допуски для поверхности 1, а затем технические требования и допуски для поверхности 3 могут быть введены и записаны отдельно. Для вызова установок, сделанных для определенной поверхности, измените номер поверхности на желаемый и нажмите клавишу "Load". Если установки для этой поверхности были ранее записаны, то они появятся на экране. Зта опция позволяет быстро просматривать и редактировать чертежи для многоэлементных систем. Важной особенностью программы создания чертежей является возможность загрузки разных файлов с техническими требованиями и помещение их на чертеж. По умолчанию файл с записью технических требований под названием "DEFAULT.NOT" генерирует ряд технических требований, которые вряд ли могут быть Вам полезны. Но Вы можете отредактировать эти файлы (это ASCII файлы, которые можно редактировать в любом текстовом редакторе) и записать их под другими именами. Например, Вы можете создать файлы с расширением .NOT для всех Ваших типичных схем, а затем выбирать из них и загружать в чертеж наиболее подходящие для рассматриваемых элементов. Запись технических требований всегда должна начинаться со строки под номером 2. Запомните, что строка под номером 1 зарезервирована 2ЕМАХ дпя записи строки М1) All dimensions in millimeters" ("Все размерности в миллиметрах"), или в каких-либо других установленных для текущей схемы единицах измерения. Пустые линии и пробелы, оставленные при записи файла, будут в точности воспроизводиться на чертеже. При создании чертежа нового элемента или при нажатии на клавишу "Reset* будут восстановлены все установки, которые вводятся по умолчанию. Величины допусков, вводимых по умолчанию, берутся из редактора допусков "Tolerance Data Editor^. По умолчанию для допуска выбирается максимальная величина из заданных значений rnin/rnax. Например, если допуск на толщину равен -0.03, +0.05, то устанавливается допуск 0.05. Рассматриваются только допуски TTHI, TRAD и TIRR. Если величина допуска дпя установки по умолчанию не может быть определена» то устанавливается нулевая величина допуска. Обратите внимание на то. что все поля для записи допусков являются текстовыми и могут быть отредактированы в соответствии с Вашими требованиями. Удобное преобразование допуска на радиус в допуск в интерференционных полосах, образующихся при контроле кривизны поверхности с помощью пробных стекол, дается выражением: Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7 -9
"fringes7 где \R - ошибка радиуса л - контрольная длина волны, р - радиальная апертура и R - радиус кривизны Эта формула является хорошим приближением для поверхностей с малой кривизной Более детальную информацию по этому вопросу можно найти в книге Malacara. Optical Shop Testing. J. Wiley & Sons, Inc. ISO Element Drawing Чертеж элемента в формате ISO Эта программа создает чертеж поверхности, одиночной линзы или дублета в формате ISO 101110. который подходит для использования в оптическом производстве. Settings: Установки: Позиция Surface Show As Other settings Описание Номер первой поверхности элемента, для которого создается чертеж Показать как: поверхность, синглет или дублет. Имеется возможность выбора многих других установок, относящихся к допускам, определенным стандартом ISO 10110. Смотри ниже обсуждение этих установок. Обсуждение: Стандарт ISO 101110 Element Drawing является интерпретацией документа "ISO 101110 Optics and Optical Instruments - Preparation of drawings for optical elements and systems: A User's Guide", под редакцией Ronald К. Kimmel and Robert E. Parks опубликованного Optical Society of America. Смотри информацию на WEB сайте американского Оптического общества: WWW.Osa.orQ. При нажатии на электронную клавишу "Reset from TDE" в чертеж вводятся допуски на величины радиуса, толщины и показателя преломления прямо из редакционной таблицы Tolerance data editor (TDE). При изменении номера поверхности величины допусков также автоматически изменяются. Рассматриваются только допуски TRAD, TCUR, TFRN, TIND и ТАВВ. Если допуск не задан, то его величина указывается равной нулю. Величина допуска TFRN для указанной поверхности задается в окошке "Form 3/А". Заметьте, что допуски на поля могут быть отредактированы в соответствии с текущими требованиями. NSC 3D Layout Трехмерное изображение NSC-группы Назначение: Изображение трехмерной схемы источников и объектов одной NSC-группы. Установки: Позиция Описание Fletch Rays При этой установке на каждом изображаемом луче рисуются неболь- небольшие стрелки, указывающие направление распространения луча. 7 -10 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Split Rays Scatter Rays Use Polarization Suppress Frame Configuration Color Rays By Scale Factor Rotation About X Rotation About Y Rotation About Z Offset X. Y. 2 Filter Ray Database Описание При этой установке лучи, идущие от NSC-источников статистически расщепляются при пересечениях с поверхностями NSC-объектов. Отрезки лучей от входного порта до первой поверхности не расщепляются. При этой установке лучи, идущие от NSC-источников статистически рассеиваются на поверхностях NSC-объектов. На поверхности входного порта лучи не рассеиваются. При этой установке будут трассироваться поляризованные лучи и будет произведен подсчет пропускания системы по интенсивности. Смотри в главе "System Menu" раздел "Polarization", в котором дано определение состояния поляризации и рассмотрены другие детали поляризационного анализа. Удаляет нижнее поле на графике, в котором печатаются наименование схемы, адрес и другая информация. При этом больше места остается для изображения самой схемы. По выбору изображаются: все конфигурации схемы одновременно (АН), какая-либо одна из них или текущая (current) конфигурация. Если выбрать опцию "Sources", то цвета будут использованы для выделения лучей, идущих от различных источников. Если выбрать опцию "Waves", то цвета будут использованы для выделения различных длин волн. Если выбрать опцию "Config", то цвета будут использованы для выделения разных конфигураций схемы. Если масштабный коэффициент будет равен нулю, то заданная область оптических поверхностей будет занимать всё поле графического окна (реализуется установка "Fill Frame"). Если будет введено какое-либо число, то схема будет изображена в "реальном" масштабе с учетом масштабного коэффициента. Например, если масштабный коэффициент равен 1.0, то схема будет отпечатана на принтере (а не изображена на экране) в масштабе 1:1. Если коэффициент равен 0.5. то схема будет отпечатана в масштабе 0.5. Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси X. Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси Y. Задаётся угол (в градусах), на который должно быть повернуто изображение схемы вокруг оси Z. Задаются величины смещения на графике (по осям X. Y и 2) изображений разных конфигураций схемы относительно друг друга. Работает только при установке опции "АН" в меню "Configuration*. Если запись в этой строке отсутствует, то на схеме изображаются все лучи. В противном случае изображаются только те лучи, которые удовлетворяют установленному в этой строке критерию. Описание синтаксиса записи фильтра дано в следующем разделе (см. раздел "The filter string"). Если установить "None", то новые лучи будут трассироваться и изображаться на схеме. Если указать имя ZRD-файла. то на схеме будут изображаться только те лучи, которые указаны в этом файле В любом случае применяется фильтр (см. описание предыдущей опции), если он определен В общем, считывание лучей из большой Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS 7-11
базы данных быстрее, чем их перетрассировка. Другое преимущество использования базы данных для лучей состоит в том что выбранные из нее лучи - это всегда одни и те же лучи, пока база не обновлялась. ZEMAX не может определить относятся ли лучи из указанной базы к текущей оптической схеме: поэтому нужно следить за тем, чтобы указанный ZRD-файл соответствовал текущей схеме. См. в главе Non-Sequential Components" раздел "Ray database files". _ Обсуждение Эти установки в общем подобны установкам для программы D Layout11. Однако эта программа позволяет изображать объекты только одной NSC-группы. Через схему трассируются и изображаются лучи, идущие только от источников, заданных в пределах данной NSC-группы! The filter string Строка "Filter" Часто требуется, чтобы на схеме изображались только те лучи, которые обладают определенными свойствами. Например, когда имеет место рассеивание и расщепление лучей, изображение лучей на схеме становится очень запутанным, если трассируется много лучей. Строка "Filter" позволяет установить для лучей некоторый 'тест", через который они должны пройти, чтобы их изображение появилось на схеме. Синтаксис строки "Filter" состоит из логических операций между "флажками", которые указывают на поведение луча в пределах NSC-группы: падает он на (какой-либо) объект или проходит мимо него, отражается от него или преломляется на нем. Нп: На схеме изображаются только лучи, попавшие на объект п. Для тестирования, падает ли какой-либо луч на указанный объект, устанавливается флаг вида Нп. Например, тест, проверяющий падает ли луч на объект 5, записывается в виде флага Н5. Мп: На схеме изображаются только лучи, прошедшие мимо объекта п. Для тестирования, проходит ли какой-либо луч мимо указанного объекта, используется флаг вида Нп. Например, тест, проверяющий, проходит ли луч мимо объекта 15, записывается в виде флага М15. Rn: На схеме изображаются только лучи, отраженные от объекта п. Флаг R7 служит тестом для проверки, отражается ли луч от объекта 7. л Тп: На схеме изображаются только лучи, прошедшие/преломленные через объект п (проходит внутрь объекта или выходит из него). Флаг Т4 служит тестом для проверки, проходит ли луч внутрь объекта 4 (выходит из него). Sn: На схеме изображаются только лучи, рассеиваемые при попадании на объект п. См. ниже Fn. Dn: На схеме изображаются только лучи, испытавшие дифракцию на поверхностях объекта п. См. ниже En. Gn: На схеме изображаются только паразитные лучи (духи), порожденные лучами, отраженными от объекта п. Этот флаг имеет силу только при расщеплении лучей на поверхностях преломляющего объекта. Для п = 0, изображаются паразитные лучи, порожденные отраженными лучами всех объектов. 7 -12 Chapter 7: ANALYSIS MENU
En: На схеме изображаются только лучи, дифрагировавшие на поверхностях объвктз п. Этот флаг имеет силу только при расщеплении лучей на дифракционных элементах (для ненулевых порядков дифракции). ( Fn: На схеме изображаются только лучи, рассеяннные на поверхностях объекта п. Этот флаг имеет силу только при расщеплении лучей на рассеивающих поверхностях * и относится только рассеиваемым лучам. Для п = 0, изображаются лучи, рассеянные поверхностями всех объектов. t On: На схеме изображаются только лучи, исходящие от источника п Если л = 0, то* изображаются лучи, исходящие от всех источников. < Все флаги, за исключением О, G, Е и F, показывают, что происходит с лучом в конце - лучевого отрезка - в точке, в которой лучевой отрезок пересекает объект п. G, Е и F ■ флаги показывают, что родительский отрезок луча падает на объект п, и из точки падения запускаются паразитный луч, дифрагировавший луч или рассеянный луч, | соответственно. Флаг О показывает, что луч исходит от источника л. Каждый флаг используется для контроля каждого трассируемого луча, и флагу присваивается либо статус "TRUE", либо статус "FALSE". Флаги могут использоваться либо по одному, либо объединяться в группы с помощью логических операторов. Логические операторы в основном имеют действие на оба связываемых флага (за исключением оператора NOT, который воздействует только на флаг, находящийся справа от него). Поддерживаются следующие логические операторы: &: логическое "И" (AND). Оба флага (условия) с каждой стороны оператора & должны быть выполнены, чтобы вся операция 'Ип получила статус "TRUE". |: логическое "ИЛИ" (OR). Хотя бы одно из двух условий должно быть выполнено, чтобы операция "ИЛИ" получила статус "TRUE". л: исключающее "ИЛИ" (XOR). Если выполняется ТОЛЬКО одно из двух условий, но не оба, операция "XOR" получает статус "TRUE". !: логическое "НЕТ" (NOT). Операция принимает статус "TRUE", если правое условие не выполняется, и наоборот. Символы круглых скобок также могут быть использованы для указания старшинства операторов. Примеры Если, например, должны быть изображены только те лучи, которые падают на 7-ой объект, строка "Filter" должна быть записана следующим образом: Н7 Если должны быть изображены только те лучи, которые падают как на 7-ой, так и на 9- ый объекты (на оба объекта), строка "Filter" должна быть записана следующим образом: Н7&Н9 Если должны быть изображены только те лучи, которые а) падают как на 7-ой, так и на 9-ый объекты, но не отражаются от объекта 6 или о) проходят мимо объекта 15, строка "Filter" должна быть записана следующим образом: Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7-13
(H7&H9& >R6)|M15 Если должны быть изображены паразитные лучи (духи), возникающие при попадании луча на объекты 3. 4 или 7. фильтровая строка должна быть записана как: G3 | G4 | G7 Синтаксис строки -Filter контролируется 2ЕМАХ, но не для всех возможных ошибок, а только для основных Число лучей, которые проходят фильтр и затем изображаются на схеме, может быть очень небольшим, а возможно, и равным нулю. ZEMAX трассирует через схему заданное для схемы общее число лучей, но на схеме изображаются только те лучи, которые проходят через фильтр. Фильтровая строка может быть также применена к файлу с заданной базой лучей, если такая база была записана. Смотри в главе "NON-SEQUENTIAL COMPONENTS" раздел "Performing a Monte Carlo ray trace" NSC Shaded Model Затененная модель NSC объектов Назначение: Изображение затенной твердотельной модели NSC объектов с использованием графического представления OpenGL Установки: Установки подобны тем, которые используются в программе Shaded Model, за исключением того, что эта программа изображает объекты и лучи от источников, находящихся только в пределах одной группы NSC объектов. В этой программе используется одна дополнительная опция. Можно установить окраску детектирующего объекта либо в зависимости от падающей на него энергии излучения (зарегистрированной при выполнении последнего анализа схемы), либо в зависимости от номера источника, лучи от которого падают на детектор. Смотри в главе "Non-Sequential Components" раздел "Detector". Fans Диаграммы Ray Aberration Аберрации луча Назначение: Показывают лучевые аберрации в зависимости от координаты зрачка. Установки: Позиция Описание Plot Scale Установка верхнего предела для вертикальной шкалы графика. Выражается в микронах для лучевых диаграмм, в волнах для графиков OPD ипи в процентах для аберраций входного зрачка. Эта установка подавляет автоматическое масштабирование графиков. Для автоматического масштабирования нужно ввести нулевое значение. _^^___ 7 -14 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Number of Rays Wavelength Field Tangential Sagittal Use Dashes Check Apertures Vignetted Pupil Описание Число лучей, трассируемых по обе стороны от начала координат графика. Число длин волн, для которых должны быть выполнены аычисления. Число полей, для которых должны быть выполнены вычисления. Установка, позволяющая выбрать, какая из компонент (X или Y) аберрации должна быть показана на графике в меридиональном сечении. Так как аберрации в меридиональном сечении являются функциями Y координаты зрачка, то по умолчанию на графике изображается Y компонента аберраций. Установка, позволяющая выбрать, какая из компонент (X или Y) аберрации должна быть показана на графике в сагиттальном сечении. Так как аберрации в сагиттальном сечении являются функциями X координаты зрачка, то по умолчанию на графике изображается X компонента аберрации Эта установка позволяет заменить цветовое выделение графи- графических линий на штриховое (как на экране, так и при печати на принтере). Проводить или нет контроль прохождения лучей через установ- установленные на поверхностях апертуры. Если выбрать эту опцию, то лучи, которые не проходят через апертуры поверхностей, не будут изображаться на графике. Размеры апертур поверхностей отлича- отличаются от величин полудиаметров; смотри главу "Conventions and Definitions". Если выбрать эту опцию, то размеры зрачка по осям X и Y будут масштабированы к размерам невиньетируемого зрачка; в таком случае данные на графике будут отражать виньетирование в системе. Если снять эту опцию, то размеры зрачка будут восстановлены. Обсуждение: Графики, построенные для меридиональной плоскости, показывают либо х, либо у компоненты поперечной аберрации луча в зависимости от у координаты зрачка, через которую проходит луч. По умолчанию на графике изображается у компонента аберрации. Однако, так как поперечные аберрации являются векторами, то изображение только у компоненты не даст полного описания аберрации. Когда ZEMAX рисует у компоненту, то график отмечается буквами EY, а когда х-компоненту - буквами EX. Масштаб по вертикальной оси графика указывается в нижней части графического окна. Графические данные представляют собой разницу между координатой точки пересечения луча с поверхностью и координатой точки пересечения главного луча с поверхностью. Для меридионального сечения на графике изображаются разности х (или у) координаты луча и х (или у) координаты главного луча для главной длины волны в зависимости от у координаты зрачка. Для сагиттального сечения на графике изображаются разности х (или у) координаты луча и х (или у) координаты главного луча для главной длины волны в зависимости от х координаты зрачка. Масштаб горизонтальной оси графика нормализован к координатам входного зрачка РХ и PY. Если для длин волн выбрана опция "А1Г (показать все установленные длины волн), то в качестве опорных принимаются координаты главного луча для главной длины аолны Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-15
Если график строится для какой-либо одной длины волны (монохроматический), то в качестве опорных принимаются координаты главного луча для выбранной длины волны. Поэтому данные для неглавных длин волн будут обычно изменяться при переключении от монохроматического к полихроматическому графику Так как аберрации луча являются векторными величинами, имещими составляющие по х и по у координатным осям, то график аберраций для какой-либо одной компоненты не дает полного описания аберраций, особенно когда плоскость изображения поворачивается в оптической системе, не обладающей вращательной симметрией Кроме того, графики отображают аберрации только вдоль двух "срезов" зрачка а не по всему зрачку. Главное назначение этих графиков - определить, какие аберрации присутствуют в системе, а не описание исполнительных характеристик системы (особенно - для систем, не обладающих вращательной симметрией). Optical Path Оптическая разность хода Назначение: Показывает разность хода (волновые аберрации) в зависимости от координат зрачка. Settings: Все установки идентичны установкам, используемым в графиках лучевых аберраций, за исключением того, что опции Tan Fan" и "Sag Fan" не используются, так как величины оптической разности хода (OPD) являются скалярными. Обсуждение: Масштаб вертикальных осей указан в нижней части графического окна. Графические данные представляют собой разность хода (луча) (Optical Path Difference или OPD), которая определяется как разность оптических путей рассматриваемого и главного лучей. Обычно вычисления ведутся в обратную сторону, так что определяется разность длин путей лучей до опорной сферы в выходном зрачке. По горизонтальным осям графиков откладываются нормализованные координаты входного зрачка. Если для длин волн выбрана опция "АН" (показать все установленные длины волн), то используются опорная сфера и главный луч для главной длины волны. Если вычисления проводятся для какой-либо одной длины волны, то используются опорная сфера и главный луч для выбранной длины волны. Поэтому данные для неглавных длин волн обычно будут изменяться при переключении от монохроматического графика к полихроматическому графику. Pupil Aberration Искажение зрачка Назначение: Показывает искажение входного зрачка в зависимости от координат зрачка. Settings: Установки: Все установки идентичны установкам, используемым в графиках лучевых аберраций, за исключением того, что опции Tan Fan" и "Sag Fan" не используются так как величины аберраций зрачка являются скалярными 7 -16 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Обсуждение: Аберрации входного зрачка определяются как разность между точками пересечения апертурной диафрагмы системы реальным лучом и параксиальным лучом для главной длины аолны и выражаются в процентах от параксиального радиуса диафрагмы. Если из графика будет видно, что максимальная величина аберраций превышает несколько процентов, то это означает, что для получения в пространстве объектов координат лучей, правильно заполняющих апертурную диафрагму системы, следует использоаать алгоритм "ray aiming" (Смотри глаау "System Menu"). Если этот алгоритм будет задействован, то можно будет увидеть, что аберрации зрачка стали равными нулю (или очень близко к этому), так как искажения зрачка будут учитываться алгоритмом трассироаки лучей; это можно использовать для контроля того, что алгоритм "ray aiming" работает правильно. Используемое здесь определение искажения зрачка не претендует на полноту и согласованность с другими определе- определениями. Эта программа имеет особое назначение - обеспечить руководство, нужно или нет в каком-либо определенном случае использовать алгоритм "ray aiming". Spot Diagrams Диаграммы пятна рассеяния Standard Стандартная диаграмма Назначение: Показывает диаграммы пятна рассеяния. Установки: Позиция Pattern Refer To Show Scale Описание Структуру распределения лучей по площади зрачка можно выбрать либо гексаполярную (hexapolar), либо квадратную (square), либо со случайным распределением (dithered). Сильно дефокусируйте схему, чтобы яснее уаидеть структуру распределения лучей. Случайное распределение позволяет устранить из диаграммы артифакты симметрии, присущие гексаполярному и прямоугольному распределениям. Если задана аподизация зрачка, то установленное распределение лучей соответствующим образом искажается. Нельзя сказать, какое из распределений является "наилучшим"; каждое из них просто показывает разный характер диаграммы пятна рассеяния. Диаграммы пятна рассеяния по умолчанию строятся относительно реального главного луча. Величины RMS и GEO пятна, указанные в нижнем поле диаграммы (определение этих аеличин дано ниже), вычисляются в предположении, что след главного луча яаляется "безаберрационной точкой". Однако можно выбрать две другие опорные точки: центр тяжести (centroid) и среднюю точку (middle). Центр тяжести определяется по полученному распределению трассированных лучей. Средняя точка определяется таким образом, чтобы максимальные ошибки лучей по осям х и у были равны между собой. По умолчанию устанавливается опция "Scale Bar" (Единица масштаба). Если выбрать опцию "Airy disk", то на каждой диаграмме будет изображен диск Эйри. Радиус диска Эйри равен 1.22 >. (F/#). где /. - главная длина волны: эта величина зависит от позиции поля и Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-17
Wavelength Field Surface Number Plot Scale Delta Focus Ray Density Use Symbols Use Polarization Scatter Rays Direction Cosines ориентации зрачка. Если размер диска Эйри превышает размер пятна рассеяния то масштаб диаграммы будет установлен в соответствии с размером диска Эйри. в противном случае масштаб будет определяться размерами пятна. Если выбрать опцию "Square", то на всех диаграммах будет изображаться квадрат, центрированный относительно опорной точки, сторона квадрата равна удвоенной величине расстояния от центрапьной точки до самой удаленной точки. Если выбрать опцию Cross", то через опорную точку будет проведено перекрестие Если выбрать опцию Circle", то вокруг пятна будет проведена окружность Номер длины волны, для которой выполняются вычисления. Номер поля для которого выполняются вычисления. Номер поверхности, для которой должна быть построена диаграмма. Это полезно для оценки промежуточных изображений или виньетирования. Установка масштаба диаграммы в микронах. Если установить нулевое значение, то масштаб определяется автоматически. Эта опция используется только при работе с программой "Through Focus". Она позволяет установить желаемый шаг дефокусировки при анализе пятна рассеяния вне фокальной плоскости. В графическом окне будет изображено пять диаграмм пятна рассеяния для каждого поля. Для каждой из этих диаграмм величина дефокусировки будет равна произведению величины установленного шага на числа: -2, -1, 0, 1 и 2. Величина дефокусировки выражается в микронах. Для некоторых систем устанавливаемая по умолчанию величина шага дефокусировки может быть слишком мала. Плотность лучей определяет число гексалолярных кругов, через которые должны быть трассированы лучи в случае, если определено гексаполярное, или случайное распределение лучей по площади зрачка, или число квадратов, если определено прямоугольное распределение лучей. Чем больше лучей трассируется, тем выше точность величины RMS пятна рассеяния, но при этом возрастает время вычислений. Для первого гексаполярного круга трассируется 6 лучей, для второго - 12, для третьего - 18 и так далее. Если выбрать эту опцию, то точки для разных длин волн будут обозначены разными значками. Если выбрать эту опцию, то для каждого трассируемого луча будет учитываться его поляризация и приниматься в расчет пропускание системы. Смотри раздел "Polarization1* в главе "System Menu", в которой описаны детали. Только редакция ZEMAX-EE поддерживает эту опцию. Если выбрать эту опцию, то лучи будут статистически рассеиваться на поверхностях, обладающих* определенными рассеивающими свойствами. Эта опция доступна только для редакции ZEMAX-EE. Если выбрать эту опцию, то данные будут представлять собой направляющие косинусы лучей, а не их пространственные координаты. В колонке с заголовком X будут даны величины нэправлящих косинусов относительно оси X, а в колонке с заголовком 7-18 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Configuration Color Rays By Y - величины направляющих косинусов относительно оси Y. Вместо координат изображения будут даны направляющие косинусы заданной опорной точки Направляющие косинусы являются безразмерными величинами. По выбору изображаются: все конфигурации схемы одновременно (АН), какая-либо одна из них или текущая (Current) конфигурация. Если выбрать опцию "Fields", то цвета будут использованы для выделения лучей, идущих от различных точек поля. Если выбрать опцию "Waves", то цвета будут использованы для выделения различных длин волн. Если выбрать опцию "Config", то цвета будут использованы для выделения разных конфигураций схемы. Обсуждение: Максимальное количество трассируемых лучей зависит от числа изображаемых полей, числа длин аолн и доступной памяти компьютера. В диаграммах "Through-focus" (через фокус) трассируется только половина от максимально возможного числа лучей для стандартных диаграмм. Величина GEO, указываемая для каждого поля в нижнем поле графического окна, представляет собой расстояние от опорной точки (которая является либо главным лучом для главной длины волны, либо центром тяжести всех трассированных лучей, либо средней точкой пятна) до наиболее удаленного от опорной точки луча. Говоря другими словами, размер пятна GEO является радиусом круга с центром в опорной точке, в пределы которого попадают все лучи. Величина RMS представляет собой среднеквадратическую величину радиального размера пятна рассеяния. Расстояния между каждым лучом и опорной точкой возводятся в квадрат, квадраты усредняются по всем лучам и из полученной величины извлекается квадратный корень. Величина RMS (CK3) дает прибли- приблизительное представление о степени рассеяния лучей, так как она зависит от каждого луча. Величина GEO дает информацию только о наиболее удаленной от опорной точки луча. Данные о среднеквадратичных размерах пятна рассеяния представлены в отдельном текстовом файле, открывающемся по команде "Text" (см. меню, изображенное в верхней части диаграммы). Размер диска Эйри, равный 1.22 /. (F/#) для главной длины волны, зависит от позиции поля и ориентации зрачка. Эта величина равна радиусу первого темного кольца диска Эйри для круглого равномерно освещенного входного зрачка. Диск Эйри может быть изображен (по желанию) для того, чтобы получить представление о масштабе диаграммы. Например, если все лучи попадают в пределы диска Эйри, то такая систем часто называется "ограниченная дифракцией". Если RMS пятна значительно превышает размер диска Эйри, то такая система не считается дифракционно-огра- дифракционно-ограниченной. Порог, определяющий, какая система работает с дифракционным ограни- ограничением, зависит от используемого критерия. Нет абсолютной границы, переходя через которую система становилась бы дифракционно-ограниченной. Показываемая на диаграмме окружность диска Эйри не представляет в точности форму или размер дифракционного темного кольца, если система освещена неоднородно или если для устранения некоторых лучей используется виньетирование ZEMAX не изображает виньетируемые лучи на диаграмме пятна рассеяния, и они не используются при вычислении RMS или GEO размеров пятна рассеяния Глава 7: МЕНЮ 'ANALYSIS" 7-19
ZEMAX генерирует сетк7 лу^ей с учетом весовых коэффициентов длин волн и с учетом аподизации зрачкв. если, конечно, они введены. Для длин волн с максимальными весарии используется максимальный размер сетки, устанавливенный в опции Ray Density". Для длин волн с меньшими весами используются сетки с меньшим количеством лучей для правильного представления их в диаграмме. Сетка лучей также соответствующим образом искажается для создания правильного распределения лучей, когда определена аподизация зрачка. Величина RMS, указываемая на диаграмме, вычисляется с учетом весов длин волн и коэффициентов аподизации. Однако эта величина является только оценкой среднеквадратического размера пятна, основанная на действительных трассах лучей. Эта величина не является очень точной оценкой для некоторых систем. В нижней части диаграммы пятна рассеяния даны координаты опорной точки в плоскости изображения. Если рассматривается пятно рассеяния на какой-либо другой поверхности, то указываются координаты опорной точки на этой поверхности. Так как в качестве опорной точки может рассматриваться центр тяжести пятна, то это удобно для определения координат центра тяжести пятна. Through Focus Диаграммы внефокальных пятен рассеиванмя Назначение: Показывает изменения диаграммы пятна рассеивания при различной величине дефокусировки системы. Settings: Установки: Все установки идентичны установкам для стандартной диаграммы Обсуждение: Эти диаграммы полезны для оценки астигматизма системы или для анализа плоскости наилучшей фокусировки или глубины фокуса. Full Field По всему полю зрения * Назначение: Показывает диаграммы пятна рассеяния для всех позиций полей в одном масштабе. Settings: Все установки идентичны установкам для стандартной диаграммы. Обсуждение: Диаграммы "Full Field" подобны диаграммам стандартного типа ("Standard"), за исключением того, что для всех позиций поля диаграммы изображаются относитепьно одной и той же опорной точки. Зто сделано для того, чтобы можно было видеть, как пятно рассеяния изменяется от одного поля к другому. Например, это может быть использовано для оценки разрешения двух близко расположенных точек в плоскости изображения. Диаграммы "Full Field" бесполезны, если размер пятна рассеяния мал в сравнении с полным размером поля, так как в таком случае для каждого поля будет изображаться просто "точки". 7 -20 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Matrix Матрица диаграмм для разных полей и длин волн Назначение: Показывает отдельные диаграммы пятна рассеяния для всех точек поля и всех длин волн, располагая их в графическом окне в виде матрицы: вдоль столбцов располагаются диаграммы для разных полей, а вдоль строк - для разных длин волн Settings: Установки: Все установки идентичны установкам для стандартной диаграммы, за исключением добавления следующей опции: Позиция Описание Ignore Lateral. Color Если установить эту опцию, то каждая диаграмма будет строиться относительно опорной точки для ка>кдого поля и ка>кдой длины волны независимо. При этом, в сущности, игнорируется воздей- воздействие хроматизма увеличения, который может смещать опорные точки для каждой длины волны. Обсуждение: Матричное представление диаграмм пятна рассеяния является удобным способом выявления компонент аберраций на разных длинах волн. Configuration Matrix Матрица диаграмм для разных конфигураций Назначение: Показывает отдельные диаграммы пятна рассеяния для всех точек поля и для каждой конфигурации оптической схемы, располагая их в графическом окне в виде матрицы: вдоль столбцов располагаются диаграммы для разных конфигураций, а вдоль строк - для разных точек поля. Settings: Установки: Все установки идентичны установкам для стандартной диаграммы. Обсуждение: Матричное представление диаграмм пятна рассеяния является удобным способом выявления компонент аберраций для разных конфигураций оптической схемы. С левой стороны графика указаны значения точек поля: если показано более одной конфигурации и точки поля заданы как изменяющиеся параметры для разных конфигураций, то позиции поля указываются только для последней конфигурации. MTF МПФ Modulation Transfer Function (FFT MTF) Модуляционная передаточная функция (БПФ МПФ) Назначение: Вычисляет (с использованием алгоритма Быстрого Преобразования Фурье, БПФ) дифракционную Модуляционную Передаточную Функцию (МПФ) для заданной позиции поля. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS 7 -21
Settings- Установки. Позиция Sampling Show Diffraction Limit Max Frequency Wavelength Field Type Use Polarization Use Dashes Описание Формат сетки пучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее Хотя при бопьшем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Показать/нет на графике дифракционный предел. Определение максимальной пространственном частоты (в линиях на миллиметр) для графического изображения. Номер длины волны, для которой должны быть выполнены вычисления. Номер поля, для которого должны быть выполнены вычисления. Выбор типа функции: модуль, реальная часть, мнимая часть, фаза, отклик на решетку прямоугольной формы. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Мели", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Использовать сплошные или штриховые линии для изображения разных кривых. Обсуждение: Смотри также разделы, в которых обсуждаются программы FFT и Huygens Point Spread Function. Комментарии, данные в этих разделах, применимы и к этой программе. Вычиспение дифракционной МПФ производится на основе БПФ данных в зрачке. Результирующая МПФ - модуль оптической лередаточной функции системы в зависимости от пространственной частоты волны синусоидальной формы; достулны также действительная и мнимая части МПФ "и фазовая характеристика системы, а также отклик системы на прямоугольную пространственную волну. Square wave MTF - модуляционный отклик системы на волну лрямоугольной формы (в отличие от других функций, которые являются откликом на синусоидальную волну). Отклик на прямоугольную волну вычисляется с использованием данных MTF по следующей формуле: 4 л M(v) 1 3 MEv) 5 M{lv 7 где S(v) - отклик на прямоугольную волну, M(v) - отклик на синусоидальную волну, и \ - пространственная частота. Частота среза равна обратной величине произведения длины волны на F/#. ZEMAX вычисляет рабочее F/# для каждой длины волны и для каодого поля для 7-22 Chapter 7: ANALYSIS MENU
меридионального и сагиттального сечений отдельно. Это позволяет получать точные значения МПФ даже для систем с анаморфотной и хроматической дисторсией, которые проявляются у цилиндрических поверхностей и дифракционных решеток. Дифракционные вычисления являются более точными, когда количество отсчетов увеличивается, а величина "peak-to-valley11 OPD уменьшается. Если величина "peak-to- valley" OPD в зрачке слишком велика, то отсчеты волнового фронта будут слишком грубые и получается "наложение" данных. "Наложение" данных является результатом их неточности. При обнаружении "наложения" ZEMAX даст сообщение об ошибке. Однако ZEMAX во всех случаях не может автоматически обнаружить, что отсчетов недостаточно, особенно при слишком большом наклоне кривой для фазы волнового фронта. Чтобы метод FFT MTF давал точные результаты, необходимо достаточно однородное распределение лучей по площади выходного зрачка в пространстве косинусов. Для некоторых систем, таких как светосильные внеосевые рефлекторы, обладающие очень большим растяжением выходного зрачка, результаты будут недостаточно точными. Для этих систем нужно использовать программу Huygens MTF; см. далее раздел "Huygens MTF". Когда величина OPD, выраженная в волнах, является слишком большой, например, больше 10 длин волн, лучше использовать геометрическую МПФ вместо дифракцион- дифракционной. При таких больших аберрациях в системе геометрическая МПФ очень точна, особенно на низких пространственных частотах. Так как ZEMAX не учитывает векторной теории дифракции, данные МПФ могут быть не точными для светосильных систем, с F/# порядка F/1.5 (ухудшение точности происходит постепенно). Для таких систем данные графика OPD являются более фундаментальными и поэтому более надежными с точки зрения представления их характеристик. Если характеристики системы не очень близки к дифракционным, то может быть полезной геометрическая МПФ. Показанная на графике кривая дифракционного предела является МПФ для безаберрационной системы, вычисленной для опорной точки поля (смотри определение термина "Diffraction Limited" в главе "Conventions and Definitions"). Пространственная частота на графиках МПФ всегда выражается в линиях на милли- миллиметр в пространстве изображений; это правильная единица измерения для пространственной частоты синусоидальной волны. Пространственная частота также часто измеряется числом пар линий на миллиметр, что. вообще говоря, применяется только к линейной мире. ZEMAX использует обе эти взаимозаменямые единицы измерения, так как они обе используются в промышленности. МПФ всегда измеряется в пространстве изображений, так что для определения отклика для пространства объектов необходимо учесть увеличение системы. Природа FFT алгоритма такова, что вычисления производятся в координатной системе пространства объектов. Поэтому вращение поверхности изображения не влияет на ориентацию вычисленной MTF. Отклик в тангенциальной плоскости соответствует периодической структуре с линиями,' направленными вдоль оси Y в пространстве объектов. Это отличается от правила ориентации графиков в программах "Geometric MTF" и "Huygens MTF" Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7 -23
FFT Through Focus MTF БПФ МПФ при дефокусировке Назначение. Вычисляет методом БПФ дифракционную модуляционную передаточную функцию при разных величинах дефокусировки системы для всех полей для заданной пространственной частоты. Это включает:. дифракционную внефокальную МПФ (Diffraction Through Focus Modulation Transfer Function. DTFM); действительную часть дифракционной внефокальной МПФ (Diffraction Through Focus Real MTF, DTFR); мнимую часть дифракционной внефокальной МПФ (Diffraction Through Focus Imaginary MTF. DTFI), фазу дифракционной внефокальной МПФ {Diffraction Through Focus Phase MTF. DTFP) и дифракционную внефокальную МПФ для прямоугольной решетки (Diffraction Through Focus Square-Wave MTF. DTFS). Установки: Позиция Sampling Delta Focus Frequency # Steps Wavelength Field Type Use Polarization Use Dashes Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Рассматриваемая область дефокусировки. Рассматриваемая пространственная частота (число циклов на миллиметр). Число рассматриваемых внефокальных плоскостей. Сглаженная кривая проводится через указанные точки. Чем больше задано шагов, тем выше точность, но время вычислений увеличивается. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Выбор типа функции: модуляционная, реальная часть, мнимая часть, фаза, отклик на прямоугольную пространственную решетку. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Использовать сплошные или штриховые линии для изображения разных кривых. Обсуждение: Смотри выше описание программы "FFT MTF". FFT Surface MTF Поверхность МПФ (метод БПФ) Назначение: Показывает модуль МПФ в виде трехмерной поверхности CD surface), в виде контура, в сером цвете или в виде цветной карты Этот график полезен для вмзуализации МПФ при ориентациях объекта, отличающихся от чисто тангенциаль-ной или сагиттальной 7-24 Chapter Т ANALYSIS MENU
Settings: Позиция Sampling Rotation Scale Wavelength Field Show As Use Polarization Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Установка угла поворота огибающей поверхности МПФ на графике; 0. 90,180 или 270 градусов. Установка масштаба графика по вертикали, отличающегося от масштаба, устанавливаемого программой автоматически. Обычно это значение должно быть равно единице. Значение больше единицы приводит к растягиванию графика по вертикали, а значение меньше единицы - к сжатию вертикальной шкалы. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Выбор типа графика: (огибающая) поверхность (surface plot), контурная карта, градация шкалы в сером цвете, градация шкалы в условных цветах. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддержи- поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Обсуждение: Обычные графики МПФ представляют собой два ортогональных сечения (огибающей) поверхности МПФ. График (огибающей) поверхности имеет в основном качественный, а не количественный характер. FFT MTF vs. Field МПФ в зависимости от позиции поля Назначение: Вычисляет (методом БПФ) график зависимости МПФ от позиции поля. Установки: Позиция Sampling Frequency 1, 2, 3 Wavelength Use Polarization Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получа-ются более точными, но увеличивается и время вычислений. Три пространственные частоты (в линиях на миллиметр), для которых вычисляется график. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе 'System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-25
Позиция Use Dashes Remove Vignetting Factors Field Density 1 Описание Использовать сплошные или штриховые линии для изображения разных кризых. При этой установке факторы виньетирования автоматически удаляются Смотри данный ниже комментарий относительно факторов виньетирования. Это количество точек в поле зрения между точкой на оси и максимально заданной величиной поля, котрые будут использо- использоваться при вычислении МПФ; промежуточные значения интерполируются. Допускается использовать до 100 промежуточ- промежуточных точек. Обсуждение: Смотри описание программы "FFT MTF". Эта Программа вычисляет и изображает график МПФ в зависимости от радиальных координат поля зрения (до максимально заданного поля). Comment about vignetting factors Комментарий относительно коэффициентов виньетирования Факторы (коэффициенты) виньетирования определяют размер и форму зрачка, как он видится из разных точек поля (см. в главе "System Menu" раздел "Vignetting factors"). Так как для вычисления графика зависимости МПФ от радиальных координат точек поля необходимо использовать промежуточные точки лоля (относительно заданных), для которых коэффициенты виньетирования не заданы, то использовать коэффициенты виньетирования в этой программе не рекомендуется. Если сделать установку "Remove Vignetting Factors" (которая устанавливается по умолчанию), то при выполнении этой программы все факторы виньетирования будут устранены, а вместо них в схему будут введены поверхностные апертуры. Метод "поверхностных апертур", в общем, является более точным, чем метод с использованием коэффициентов виньетирования, когда зрачок полностью заполнен светом. Результаты этих двух методов могут различаться. В некоторых случаях, особенно когда коэффициенты виньетирования используются для определения формы пучка света от источника, а не для определения апертуры, может лотребоваться использование коэффициентов виньетирования. В таком случае снимите установку "Remove Vignetting Factors1*. Тогда ZEMAX будет использовать для промежуточных точек поля величины коэффициентов виньетирования для ближайших к ним заданных точек поля. FFT MTF Map Карта МПФ Назначение; Вычисляет (методом БПФ) МПФ как функцию координат поля и изображает полученную зависимость для заданной прямоугольной области поля. Settings: Позиция Sampling Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32 х 32, 64 х 64 и так далее. Хотя при большем формате сетки данные получаются более точными, время вычислений увеличивается 7 -26 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция XorY Field Width Frequency Use Polarization Wavelength X or Y Pixels MTF Data Reference Field Show As Remove Vignetting Factors Описание Ширина поля по осям X или Y, выраженная в единицах измерения поля. Это полная ширина или высота поля, а не его половина. Единицами измерения поля являются градусы в пространстве объектов, если в схеме используются угловые единицы измерения; в других случаях единицами измерения поля являются те же линейные единицы, которые установлены для схемы. Пространственная частота, для которой вычисляется МПФ. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization11 в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и Другие детали Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. При установке "АН" выполняются вычисления полихроматической МПФ. Количество пикселов, для которых вычисляется МПФ в каждом отдельном направлении. Заметьте, что размер пикселов определяется количеством пикселов и заданной шириной поля; пикселы не обязательно должны быть квадратными. МПФ вычисляется для центра пиксела и при изображении карты МПФ принимается, что МПФ имеет одно и то же значение по всей площади пиксела. Можно посмотреть распределение МПФ в тангенциальном или сагиттальном сечениях, или средние значения для этих плоскостей. Установка номера поля, которое принимается за центр карты. Если установлен 0, то центром поля будет точка с координатами @. 0). Выбор цветного или серого изображения карты. При этой установке факторы виньетирования автоматически удаляются. Смотри данный выше комментарий относительно факторов виньетирования. Обсуждение: Смотри описание программы "FFT MTF". Эта программа вычисляет МПФ для точек поля, заданных на двумерной сетке. Если число точек велико, то время вычислений становится очень длительным. Смотри также далее раздел "Geometric MTF Map". Huygens MTF Вычислении МПФ "по Гюйгенсу" Назначение: Вычисление дифракционной модуляционной передаточной функции с помощью алгоритма прямого интегрирования (на основе представлений Гюйгенса о вторичных волнах). Settings: Позиция Описание Pupil Sampling Выбор формата сетки трассируемых лучей для вычислений Чем больше формат, тем точнее результаты вычисления но время вычисления увеличивается Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-27
Позиция Image Sampling Image Delta Zero Padding Wavelength Field Type Max Frequency Show As Use Polarization Use Dashes Описание Выбор формата сетки точек, для которых вычисляется интенсивность дифракционного изображения Формат сетки отсчетов вместе с шагом сетки (Image Delta) определяют размер показываемой области. Расстояние между точками (шаг) сетки изображения в микронах. Заполнение пробелов между вычисленными течками на графике ФРТ нулевыми отсчетами перед выполнением преобразования Фурье. Номер длины волны, для которой производятся вычисления. Номер поля, для которого производятся вычисления. Выбор данных, которые должны быть отображены на графике. Максимальная пространственная частота (количество циклов на мм), до которой строится график. Выбор способа показа данных: график поверхности, контурная карта, серая шкала, шкала в условных цветах. При этой установе через систему будут трассироваться поляризован- поляризованные лучи и в результатах вычисления будет учитываться пропускание системы. См. в главе "System Menu" раздел "Polarization", в котором дано описание способа установки состояния поляризации лучей. Эта опция поддерживается только программой ZEMAX-EE. Выбор способа изображения разных кривых на графике для их различения: либо сплошные линии, либо пунктирные линии. Смотри обсуждение, данное в разделе "Huygens Point Spread Functions". Все приведенные там комментарии применимы и к данной программе. Обсуждение: Эта программа вычисляет TFT of the Huygens Point Spread Function" (БПФ ФРТ). Начальные установки "Image Sampling" и "Image Delta" - те же, что и для программы "Huygens PSF"; поэтому обратитесь сначала к программе "Huygens PSF". Установка "Zero Padding' прибавляет нулевые значения интенсивности в точках пробелов в сетке отсчетов ФРТ, в результате чего достигается визуальный эффект в увеличении плотности пикселов после Фурье-трансформации. Так как Фурье-преобразование производится в системе координат пространства изображения, тангенциальный отклик соответствует пространственным частотам в Y направлении в локальной системе координат поверхности изображения, а сагиттальный отклик - пространственным частотам в X направлении. "Huygens MTF" также не зависит от положения лучей на параксиальном зрачке. Поэтому МПФ может быть вычислена для любой системы, для которой может быть вычислена "Huygens PSF", что включает многие "непоследова- "непоследовательные" системы с портами (для которых при использовании других дифракционных алгоритмов требуются опорные лучи) и системы, у которых зрачки или изображения образуются многими перекрывающимися "непоследовательными" субапертурами. Эта программа также дает корректные результаты для систем с большой дисторсией выходного зрачка, таких как светосильные внес-севые рефлекторы. Пространственные частоты всегда выражаются в циклах на миллиметр и относится к пространству изображений. Природа алгоритма "Huygens" такова, что вычисления производятся в координатной системе пространства изображений. В связи с этим вращение плоскости изображения приводит к изменению ориентации графика вычисленной МПФ. Периодическая структура в тангенциальной плоскости соответствует ориентации линий вдоль оси X в 7-28 Chapter 7: ANALYSIS MENU
пространстве изображений, а периодическая структура в сагиттальной плоскости — ориентации линий вдоль оси Y Это отличается от соответствующего правила ориентации графика для программы "FFT MTF" i t Huygens Through Focus MTF Внефокальные Huyqens MTF Назначение: ' ' Вычисляет дифракционную модуляционную передаточную функцию (MTF) методом прямого интегрирования вторичных волн Гюйгенса для различных величин ■ дефокусировки. Установки: Позиция Delta Focus Frequency # Steps Описание Диапазон дефокусировки Пространственная частота (в циклах на мм), для которой печатаются данные. Количество внефокальных плоскостей, для которых производятся вычисления. Сглаженная кривая проводится через вычисленные точки. Чем больше шагов, тем выше точность результатов, но время вычислений увеличивается. Другие установки аналогичны тем, которые используются в программе "Huygens MTF". ■ Обсуждение: Эта программа подобна программе "Huygens MTF". Huygens Surface MTF Поверхность МПФ "по Гюйгенсу" Назначение: Вычисление дифракционной модуляционной передаточной функции (MTF) с помощью алгоритма прямого интегрирования Гюйгенса и изображение результирующих данных в виде поверхности с использованием серой или цветовой шкалы или в виде контурной карты. Обсуждение: Эта программа подобна программе "Huygens MTF". описание которой было дано выше Geometric MTF Геометрическая МПФ. Назначение: Вычисляет график геометрической передаточной функции, которая является близким приближением к дифракционной МПФ, основанной на данных об аберрациях лучей. Settings: Позиция Описание Sampling Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32 х 32, 64 х 64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. _____ Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7 -29
Позиция Описание Max Freq I Wavetengtn Field Максимал&ная пространственная частота (в линиях ка миллиметр), дпя которой строится график. 1 Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля для которого проводятся вычисления. Multiply by Diffraction Limit Шкала геометрической МПФ масштабируется безаберрационной МПФ; это дает более реалистичный результат для систем с небольшими аберрациями Рекомендуется использовать всегда. Use Polarization Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел Polarization" в главе 'System Menu" где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. __ Scatter Rays Если выбрать эту опцию, то лучи будут статистически рассеиваться на поверхностях, обладающих определенными рассеивающими свойствами. Эта опция доступна только для редакции ZEMAX-EE. Обсуждение: Геометрическая МПФ является полезным приближением к дифракцион- дифракционной МПФ для систем с характеристиками, далекими от дифракционного предела. Геометрическая МПФ полезна для анализа систем с большими волновыми аберрациями (порядка длины волны), для которых дифракционная МПФ не может быть вычислена точно. Геометрическая МПФ является очень точной на низких пространственных частотах для систем с большими аберрациями. Природа "геометрического" алгоритма такова, что вычисления производятся в координатной системе пространства изображений. В связи с этим вращение плоскости изображения приводит к изменению ориентации графика вычисленной МПФ. Периодическая структура в тангенциальной плоскости соответствует ориентации линий вдоль оси X в пространстве изображений, а периодическая структура в сагиттальной плоскости - ориентации линий вдоль оси Y. Это отличается от соответствующего правила ориентации графика для программы "FFT MTF". Geometric Through Focus GMTF ВнеФокальная геометрическая МПФ Назначение: Вычисляет график геометрической передаточной функции для внефокальных поверхностей для заданной пространственной частоты. Settings: Позиция Sampling Delta Focus Frequency # Steps Олисание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получа- получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Область дефокусировки. Пространственная частота (в линиях на миллиметр), для которой должны быть выполнены вычисления. Количество (вне)фокальных плоскостей, для которых должны быть выполнены вычисления. Сглаженная кривая проводится через вычисленные точки. Чем больше шагов, тем выше точность, но время вычислений увеличивается 7-30 ChBpter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Wavelength Field Multiply by Diffraction Limit Use Polarization Scatter Rays Use Dashes Описание Номер длины волны для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Шкала геометрической МПФ нормируется безаберрационнои МПФ; это дает более реалистичный результат для систем с небольшими аберрациями. Рекомендуется использовать всегда. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Если выбрать эту опцию, то лучи будут статистически рассеиваться на поверхностях, обладающих определенными рассеивающими свойствами. Эта опция доступна только для редакции ZEMAX-EE. Выбор способа изображения разных кривых на графике для их различения: либо сплошные линии, либо пунктирные линии. 'Diffraction MTF vs. Field", с Обсуждение: Смотри выше раздел "Geometric Transfer Function". Geometric MTF vs. Field Геометрическая МПФ в зависимости от поля Назначение: Вычисление зависимости МПФ от позиции поля. Установки: Идентичны установкам, используемым в программе добавлением возможности учета рассеивания лучей. Geometric MTF MAP Карта геометрической МПФ Назначение: Вычисляет геометрическую МПФ как функцию позиции поля и изображает эту зависимость в виде прямоугольной карты, покрывающей заданную область поля зрения. Установки: Позиция Описание Sampling Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32. 64x64 и так далее. Хотя при большом формате сетки отсчетов данные получаются более точными, увеличивается время вычислений. X or Y Field Width Ширина поля по X или Y направлениям в единицах измерения поля. Заметьте, что это полная ширина или высота поля, а не полуширина и не полувысота. Единицы измерения поля - градусы в пространстве объекта, если поле задается углами; в других случаях единцами изме- рения поля, являются те же единицы, которые используются в схеме Глава 7: МЕНЮ -ANALYSIS" 7-31
1 ПОЗИЦИЯ Frequency Use Polarization Wavelength X or Y Pixels MTF Data Reference Field Show As Scatter Rays Remove Vignetting Factors Описание Пространственная частота (в линиях на миллиметр), для которой вычисляется GTMF. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы Смотри раздел Polarization в главе System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали Эта опция поддерживается только редакцией 2ЕГ-ИАХ-ЕЕ. Номер длины волны, для которой производятся вычисления. Количество пикселов для которых вычисляется МПФ в каждом направлении. Заметьте, что размер пикселов определяется на основе данных об их количестве и о ширине поля; пикселы не обязательно должны быть квадратными- Геометрическая МПФ вычисляется для центральных точек пикселов и считается, что ее величина одинакова по всей площади пиксела (только для цели изображения). Выбор данных, которые должны быть показаны на карте: тангенциальная, сагиттальная или усредненная GMTF. Установка номера поля, которое должно служить центром карты. Если ввести нулевое значение, то в центр карты будет помещен центр объекта (hx = 0, hy = 0), если даже эта точка поля не задана в схеме. Выбор используемой шкалы при изображении данных: в оттенках серого цвета или в цветовой шкале. Если выбрать эту опцию, то лучи будут статистически рассеиваться на поверхностях, обладающих определенными рассеивающими свойствами. Эта опция доступна только для редакции ZEMAX-EE. Удаление из данных схемы коэффициентов виньетирования перед вычислением геометрической МПФ. Смотри в даннм выше разделе MFFT MTF vs. Field" комментарий относительно факторов виньетирования ("Comment about vignetting factors"). Обсуждение: Смотри данный выше раздел "Geometric Transfer Function1. Эта программа вычисляет GMTF для каждой точки заданной двумерной сетки поля. Если количество пикселов велико, то время вычислений может быть очень большим. Смотри также описание программы "Diffraction) MTF Map". PSF ФРТ FFT Point Spread Function Функция рассеяния точки, вычисленная методом БПФ Назначение: Вычисляет дифракционную функцию рассеяния точки с использованием метода Быстрого Преобразования Фурье (БПФ). Установки: Позиция Описание Sampling Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой дпя вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32 х 32, 64 х 64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. _ 7-32 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Display Rotation Wavelength Field Type Show As Use Polarization Image Delta Normalize Описание Установка величины части графика, которая должна быть показана Показываемая в графическом окне часть графика может быть задана сеткой от 32 х 32 до удвоенной величины числа заданных отсчетов (sampling). Чем меньше показываемая часть графика, тем меньше будет показано данных, но они будут показаны с большим увеличением. Поворот графика: поворот может быть произведен на 0, 90, 180 и 270 градусов. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Выбор типа графического изображения: отсчет интенсивности в линейном масштабе (Linear), в логарифмическом масштабе (Logarithmic) или график распределения фазы. Выбор способа показа данных: (огибающая) поверхность, контурная карта, серая градация шкалы, градация шкалы в условных цветах. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Величина шага между точками в пространстве изображения; измеряется в микронах. Если установить нулевое значение, то величина шаг будет установлена по умолчанию. См. Обсуждение. Если установить эту опцию, то максимум интенсивности будет нормирован к единице. В противном случае максимум интенсивности будет нормирован к максимуму функции для безаберрационной системы. Обсуждение: Метод вычисления функции рассеяния точки (ФРТ) на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ) очень быстр, однако он использует некоторые прибли- приближения, которые не всегда выполняются. Более медленный, но и более общий метод Гюйгенса свободен от таких приближений и будет описан в следующем разделе. Assumptions used in the FFT PSF calculation Приближения, используемые при вычислении БПФ ФРТ Программа FFT PSF вычисляет интенсивность формируемого оптической системой дифракционного изображения одного точечного источника в поле. Интенсивность вычисляется для воображаемой плоскости, расположенной перпендикулярно к падающему на нее главному лучу для опорной длины волны. Опорной длиной волны является главная длина волны при вычислениях полихроматической ФРТ и любая другая длина волны, для которой вычисляется монохроматическая ФРТ. Так как воображаемая плоскость расположена нормально по отношению к главному лучу и не является поверхностью изображения, программа FFT PSF дает чрезмерно оптимистические результаты (меньшие размеры ФРТ) в случаях, когда угол падения главного луча не равен нулю. Это часто случается в системах с наклоненной плоскостью изображения, в широкоугольных системах в системах с аберрациями выходного зрачка или в системах, далеких от телецентричности в простанстве изображений. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-33
Другое главное приближение, которое используется в методе БПФ состоит в том, что поверхность изображения якобы лежит в дальнем поле оптического пучка. Это означает, что вычисление ОРТ будет точным только в том случае если поверхность изображения находится довольно близко к геометрическому фокусу всех лучей; или, иначе говоря, когда поперечные аберрации не слишком велики Нет определенного жесткого предела для величины поперечных аберраций, но если они достигают нескольких сот длин волн, вычисления, скорее всего, не будут точными. Заметьте, что даже системы с очень малыми аберрациями волнового фронта могут иметь большие поперечные аберрации (например, - цилиндрические линзы, фокусирующие лучи только вдоль одного направления). В этом случае поперечные аберрации вдоль другого (несфокусированного) направления будут порядка диаметра пучка. В таких случаях метод Huygens PSF может дать более точные результаты. Для большинства схем менее критичное приближение состоит в том. что используется скалярная теория дифракции. Векторная природа света в расчет не принимается. Это существенно для светосильных систем (около F/1.5 в воздухе или ещё более светосильных). Скалярная теория дает слишком оптимистические результаты (меньшие размеры ОРТ для сверхсветосильных систем). Для систем, у которых главный луч близок к нормали (примерно менее 20 градусов) и у которых аберрации выходного зрачка пренебрежимо малы, метод FFT PSF является точным и, обычно, значительно более быстрым, чем метод Гюйгенса (Huygens PSF). Когда есть сомнение, можно использовать оба этих метода для сравнения. Твердое понимание пользователем этих приближений и метода вычислений существенно для поиска компромисса в выборе метода вычислений. Discussion of the FFT method and sampling issues Обсуждение метода БПФ и проблема отсчетов Алгоритм FFT PSF основан на том факте, что дифракционная ФРТ связана преобразованием Фурье с комплексной амплитудой волнового фронта в выходном зрачке оптической системы. Сначала для сетки лучей в выходном зрачке вычисляются амплитуды и фазы электрического поля, а затем выполняется быстрое преобразова- преобразование Фурье и вычисляется интенсивность дифракционного изображения. Существует компромисс между форматом сетки отсчетов в зрачке и величиной периода отсчетов в дифракционном изображении. Например, для уменьшения периода отсчетов в дифракционном изображении период отсчетов в зрачке должен быть увеличен. Это делается путем "растяжения" сетки отсчетов в зрачке, так что она начинает переполнять зрачок. Этот процесс означает, что только несколько точек отсчетов будут действительно находиться в пределах зрачка. Когда формат сетки отсчетов увеличивается, ZEMAX (по умолчанию) масштабирует сетку в зрачке таким образом, чтобы увеличить число точек отсчетов в пределах зрачка; одновременно происходит сближение отсчетов в дифракционном изображе- изображении. С каждым удвоением формата сетки период отсчетов в зрачке (расстояние между точками в зрачке) уменьшается в v2 раз в каждом направлении, также в ■* 2 раз уменьшается период в каждом направлении в плоскости изображения, а ширина сетки I— дифракционного изображения увеличивается в 2 (так как число точек в каждом направлении удваивается). Все соотношения являются приблизительными и асимптотически правильны для больших сеток 7 -34 • Chapter 7. ANALYSIS MENU
Рассмотрим, как производится растяжение сетки применительно к формату сетки 16x16. Сетка из 16x16 точек помещается в плоскости зрачка и точки которые попадают в пределы зрачка, трассируются. Для этого формата сетки расстояние между точками в плоскости дифракционного изображения определяется выражением: где F — рабочее F/# (отличное от F/# в пространстве изображений), X - самая короткая из определенных длин волн и п - число точек в ряду сетки (в данном случае - 16, т. к. сетка отсчетов имеет размер 16x16). Число 2 вычитается из п, поскольку центр зрачка находится не на узле сетки (так как п - четное число), а смещен относительно него на п/2+1. Число 2п в знаменателе обусловлено подгонкой к нулю, которая будет описана ниже. Для сеток с форматом больше 16x16 (a ZEMAX использует форматы сеток, начиная с 32x32) сетка растягивается по пространству зрачка с коэффициентом 2 каждый раз, когда плотность отсчетов удваивается. Общая формула для отсчетов в простра- пространстве изображений выглядит тогда следующим образом: &Х= а полная ширина сетки изображения: -2 2/1 п W = ДлB/1-1). Так как растяжение сетки зрачка уменьшает число точек отсчетов в зрачке, эффек- эффективный формат сетки (формат сетки, определяемый м действительно трассируемых лучей) будет меньше заданной плотности отсчетов. Эффективный формат сетки увеличивается с увеличением формата сетки отсчетов, но не быстро. В нижеследующей таблице суммированы приблизительные эффективные форматы сетки для различных значений плотности отсчетов. EFFECTIVE GRID SIZES FOR PSF CALCULATIONS ЭФФЕКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ СЕТКИ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ ОРТ Размер сетки отсчетов 32x32 64x64 128x128 256 х 256 512x512 1024х1024 2048 х 2048 Приблизительное число эффективных отсчетов в зрачке 23x23 32x32 45x45 64x64 90x90 128x128 181х181 Отсчеты зависят также от длины волны. Проведенное выше обсуждение действи- действительно только для самой короткой волны, используемой при вычислениях. Если вычисляется полихроматическая ФРТ. то более длинные волны будут масштаби- масштабированы таким образом, что для них -эффективный формат сетки будет меньше. В качестве масштабного коэффициента используется отношение длин волн. Это должно быть принято во внимание, когда выбирается формат сетки для систем, работающих в Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-35
широком диапазоне длин волн. Для полихроматической ФРТ полученные данные для коротких воли будут белее точными, чем для длинных волн. Шаг отсчетов. \х (Image Delta), может быть установлен вручную, если требуется какая- либо другая его величина Если величина шага установлена равной нулю, ZEMAX автоматически определяет его величину как это было описано выше. Если величина шага больше нуля. 2ЕМАХ масштабирует сетку отсчетов в зрачке таким образом, чтобы получилась установленная величина шага. Действительная величина растяжения сетки зависит от ее размера, величины шага, заданных длин волн, величин F/# для каждого поля и каждой длины волны и отношения сторон выходного зрачка. Если будет установлена очень небольшая величина Лх. то на зрачке останется недостаточное число точек отсчетов; если будет установлена слишком большая величина \х, то сетка отсчетов не покроет полностью выходной зрачок. В таких случаях 2ЕМАХ сообщает об ошибке. После того, как число отсчетов определено. ZEMAX удваивает формат матрицы в процессе, называемом "zero padding" (нулевая подгонка). Это означает, что для сетки 32 х 32 ZEMAX будет использовать центральную часть сетки 64 х 64. Поэтому дифракционная ФРТ будет распределена по сетке 64 х 64. Число отсчетов в пространстве изображений всегда в два раза превышает число отсчетов в зрачке Нулевая подгонка производится для снижения эффекта наложения данных. FFT PSF Cross Section Сечения ФРТ, вычисленной методом БПФ Назначение: Эта программа строит сечения дифракционной ФРТ. Settings: Позиция Sampling Row/Col Wavelength Field Type Use Polarization Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Строка или столбец, через которые допжно быть проведено сечение. Для сетки 32x32 имеется 64 строки и 64 столбца (смотри обсуждение, данное в разделе PSF). Сечение проводится вдоль ряда или вдоль колонки в зависимости от установки "Туре". Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Выбор: направления сечения (по оси X или по оси Y), линейного или логарифмического масштаба, или построение графика фазы. Сечения по оси X называются строками, а сечения по оси Y - столбцами, но это условно. Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией 2ЕМАХ-ЕЕ. 7-36 Chapter 7- ANALYSIS MENU
Позиция Описание Normalize При этой установке максимум интенсивности нормируется к единице. В противном случае максимум интенсивности нормируется к пиковому значению безаберрационной ФРТ (отношение по Штрелю). _____ Обсуждение: Смотри обсуждение, данное в разделе Point Spread Function. Все приведенные там комментарии применимы и к данной программе. Сечения строятся непосредственно на основе данных вычисления ФРТ. Поскольку ФРТ вычисляются непосредственно по данным о фазе в выходном зрачке, то ориентация координатной системы может быть не во всех случаях правильной. Принятые за положительные направления по осям X и Y могут не согласовываться с координатами в пространстве изображений, представленными в других данных, таких как диаграмма пятна рассеяния. Huygens Point Spread Function Вычисление ФРТ методом прямого интегрирования ("по Гюйгенсу") Назначение: Вычисляет дифракционную функцию рассеяния точки с использованием метода прямого интегрирования вторичных волн Гюйгенса. Установки: Позиция Pupil Sampling Image Sampling Image Delta Rotation Wavelength Field Type Normalize Show As Описание Установка формата сетки трассируемых лучей. Чем выше" плотность отсчетов, тем выше будет точность вычислений, но время вычислений сильно увеличивается. Формат сетки изображения, для точек которой должна быть вычислена интенсивность. Это число вместе с установкой "Image Delta" определяет размер изображаемой области. Установка расстояния между точками в сетке изображения в микронах. Поворот графика: поворот может быть произведен на 0, 90. 180 и 270 градусов. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Выбор масштаба графического изображения: отсчет интенсивности в линейном масштабе (Linear), в логарифмическом масштабе (Logarithmic). При этой установке максимум интенсивности нормируется к единице. В противном случае максимум интенсивности нормируется к пиковому значению безаберрационной ФРТ (отношение по Штрелю). Выбор способа показа данных: (огибающая) поверхность, контур- контурная карта, серая градация шкалы, градация шкалы в условных цветах. Глава 7: МЕНЮ 'ANALYSIS' 7-37
Позиция Use Polarization Use Centroid Описание Если выбрать эту опцию. то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы Смотри раздел Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Если сделать эту установку, то график будет центрирован относительно центра тяжести геометрического изображения. В противном случае изображение будет центрировано относительно главного луча. Обсуждение: Один из методов анализа эффектов дифракции заключается в том, что каадая точка волнового фронта рассматривается как действительный точечный источник вторичной световой волны. Каждый из этих источников излучает элементарную сферическую волну, иногда называемую "волной Гюйгенса" по имени Гюйгенса, впервые предложившего эту модель. Дифракция волнового фронта при его распространении в пространстве определяется интерференцией этих вторичных волн, или комплексной суммой всех излучаемых вторичных волн. Для вычисления ФРТ по модели Гюйгенса через оптическую систему запускается сетка лучей и каждому лучу приписываются индивидуальные величины амплитуды и фазы. Интенсивность дифракции е каждой точке поверхности изображения представляет собой просто комплексную сумму всех этих вторичных волн, возведенную в квадрат. В отличие от FFT PSF, ZEMAX вычисляет Huygens PSF на воображаемой плоскости, касающейся поверхности изображения в точке ее пересечения главным лучом. Заметьте, что воображаемая плоскость располагается перпендикулярно к нормали поверхности в точке касания, а не перпендикулярно к главному лучу. Поэтому программа Huygens PSF учитывает все локальные наклоны на поверхности изобра- изображения, вызванные либо наклоном самой плоскости изображения, либо косым падением главного луча, либо и тем, и другим. Далее, программа Huygens PSF принимает в расчет изменение формы дифракцион- дифракционного изображения с распространением пучка лучей вдоль поверхности изображения. Это важный эффект, когда поверхность изображения сильно наклонена по отношению к падающему лучку. Еще одно преимущество этого метода заключается в том, что пользователь может выбрать любой размер сетки лучей и любое расстояние между лучами в сетке. Это позволяет проводить непосредственное сравнение ФРТ для двух различных схем, если даже у них различны F/# и длины волн. * Единственный недостаток метода Huygens PSF - это низкая скорость вычислений. Прямое интегрирование не очень эффективно в сравнении с вычислениями методом БПФ (смотри предыдущий раздел), так что эти вычисления могут быть значительно более длительными. Время вычислений примерно пропорционально произведению формата сетки на зрачке в квадрате на формат сетки изображения в квадрате и на число длин волн. Для сокращения времени вычислений ZEMAX автоматически учитывает любую существующую симметрию оптической системы. 7 -38 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Wavefront Волновой фронт Wavefront Map Карта волнового фронта Назначение: Показывает искажение волнового фронта. * Settings: Позиция Sampling Rotation Scale Wavelength Reid Reference To Primary Use Exit Pupil Shape Show As Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений Поворот графика: поворот может быть произведен на 0, 90, 180 и 270 градусов. Установка масштаба графика по вертикали, отличающегося от масштаба, устанавливаемого программой автоматически. Обычно это значение должно быть равно единице. Значение больше единицы приводит к растягиванию графика по вертикали, а значение меньше единицы - к сжатию вертикальной шкалы. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. По умолчанию аберрации волнового фронта относятся к опорной сфере для используемой длины волны. Если выбрать эту опцию, то будет использована опорная сфера для главной длины волны. Говоря другими словами, установка этой опции позволит видеть воздействие хроматизма увеличения. По умолчанию форма зрачка искажена и имеет вид примерно такой, как он видится из точки изображения вдоль главного луча. Если не задействовать эту опцию, то график будет масштабирован к координа- координатам круглого входного зрачка, вне зависимости от того, насколько может быть искажена в действительности форма выходного зрачка. Выбор способа показа данных: поверхность, контурная карта, серая градация шкалы, градация шкалы в условных цветах. Обсуждение: Эта программа очень похожа на программу "Interferogram", описание которой дано ниже. Interferogram Интерферограмма Назначение: Генерирует и показывает интерферограммы. Settings: Позиция Описание Sampling Установка формата сетки отсчетов OPD в зрачке. Формат может быть 32x32, 64x64 и так далее. Чем больше отсчетов, тем выше точность, но время вычислений увеличивается. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS' 7-39
Позиция Scale Factor Show As Wavelength Field X-Tilt Y-Titt Beam 1 Beam 2 Описание Задание числа полос на одну волну OPD Полезно для моделирования двойного прохождения интерферометра (то есть использование мас- масштабного коэффициента 2). Выбор типа графического изображения: в псевдосерых цветах, контурная карта, серая шкала или в условных цветах. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Установка числа волн наклона, добавляемых в направлении оси X после применения масштабного коэффициента (Scale Factor). Установка числа волн наклона, добавляемых в направлении оси Y после применения масштабного коэффициента (Scale Factor). Выбор первого интерферирующего пучка. См. Обсуждение. Выбор второго интерферирующего пучка. См. Обсуждение. Обсуждение: Эта программа вычисляет искажение волнового фронта в зрачке для двух пучков лучей. Затем вычисляется разность фаз (или OPD) в этих двух пучках и к этой разности прибавляется (выборочно) некоторая линейная функция фазы от зрачковых координат X и Y для имитирования наклона полос. Каждый пучок может иметь искажения (OPD), соответствующие данной конфигурации; может быть использован также "опорный" пучок с нулевыми значениями OPD. Моделирование интерферометров может быть осуществлено путем задания с помощью двух конфигураций схемы двух различных путей прохождения лучей через систему и вычисления интерферограммы для полученных двух выходящих пучков. Точность такого моделирования ограничена следующими (упрощающими) приближе- приближениями: - Различие в величинах каких-либо поперечных смещений или увеличения для двух пучков игнорируются; предполагается, что выходные зрачки двух систем идеально совмещены. - Какие-либо различия в пропускании двух систем игнорируются; принимается, что интенсивности двух пучков в любой точке зрачка равны и интерферограмма может быть расчитана путем простого вычитания фаз. Foucault analysis Анализ теневым методом Фуко Назначение: Генерирует и показывает теневую диаграмму, получаемую методом ножа Фуко. Settings: Позиция Sampling Туре Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. Выбор либо линейной, либо логарифмической шкалы. 7-40 ChBpter 7: ANALYSIS MENU
Позиция Show As Wavelength Field Row/Col Knife Position Data Use Polarization Reference Decenter X/Y Scale X/Y Описание Выбор способа показа данных: поверхность, контурная карта, градация шкалы в серых или в условных цветвх, сечения диаграммы по осям X и Y. Номер длины волны, для которой проводятся вычисления. Номер поля, для которого проводятся вычисления. Указание номера колонки или строки, вдоль которых проводится сечение диаграммы. См. опцию "Show As". Установка положения ножа. При установке "Vertical Left" нож блокирует весь свет (вблизи форкуса), идущий слева от него, а при установке "Vertical Right" - справа от него. При установке Horizontal Above" нож блокирует весь свет, идущий выше ножа, а при установке "Horizontal Below" - ниже ножа. Термины "слева", "справа", "выше" и "ниже" относятся к направлениям -х, +х, +у и -у в локальной системе координат поверхности изображения. Смещение ножа по осям X и Y (относительно главного луча). Смещение производится либо по оси X, либо по оси Y в зависимости от заданного положения ножа (вертикальное или горизонтальное). Вычисляются по выбору: теневая диаграмма, опорная теневая диаграмма или разница между двумя диаграммами. См. "Обсуждение". Если выбрать эту опцию, то будут трассироваться поляризованные лучи и приниматься во внимание пропускание системы. Смотри раздел "Polarization" в главе "System Menu", где дано описание состояния поляризации и другие детали. Эта опция поддерживается только редакцией ZEMAX-EE. Имя двоичного файла с записью изображения опорной диаграммы. Децентрировка опорной диаграммы по осям X и Y относительно положения вычисленной теневой диаграммы. Единицы измерения децентрировок относятся к полной ширине или высоте опорной диаграммы. Например, децентрировка 0.25 по оси (X Decenter) сместит опорную диаграмму относительно вычисленной на 25% от полной ширины опорной диаграммы. Масштабный коэффициент (по осям X и Y) размера пикселов опорной диаграммы относительно размера пикселов вычисленной диаграммы. Обсуждение: Эта программа моделирует положение ножа Фуко вблизи фокуса и вычисляет теневую диаграмму, получающуюся после распространения виньетированного пучка назад к ближнему полю. Метод вычисления включает в себя вычисление дифракции, основанное на данных (полученных методом БПФ) о комплексной амплитуде ФРТ в фокусе; затем часть комплексной амплитуды виньетируется путем моделирования лезвия ножа, а оставшаяся часть комплексной амплитуды распространяется назад к ближнему полю. Вычисляемая таким образом теневая диаграмма называется в этой программе "вычисленной". Эта программа позволяет также импортировать либо BMP, либо JPG двоичные файлы с записью изображений опорных или измеренных теневых диаграмм. Опорная диаграмма может быть использована для контроля за ориентацией. Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS" 7-41
Альтернативная возможность - это вычисление разницы между вычисленной и опорной диаграммами, среднеквадратическое значение этой разности может быть оптимизировано с применением оператора FOLJC, описание которого дано в главе 'Optimization . Оптимизация среднеквадратической величины вычисленной разности позволяет количественно определить аберрации в пучке, который произвел измеренную теневую диаграмму. При вычислении разностей отсчетов для вычисленной и опорной диаграмм оба изображения должны быть правильно совмещены и масштабированы. Установки децентров-ки х/у и масштабирования х/у используются для корректного совмещения двух изображений Surface Поверхность Surface Sag Прогиб поверхности Назначение: Показывает величины прогиба поверхности б виде двумерных цветных или контурных карт или строит трехмерный график Settings: Позиция Sampling Contours Surface Show As Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32x32, 64x64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. На самом деле ZEMAX увеличивает число отсчетов на единицу, так что используется нечетное число отсчетов. Это позволяет показать данные в более симметричном виде. Установка величины шага между контурами. Используется только для контурных карт и не действует на другие виды изображения данных. Определяется в единицах, установленных для оптической схемы. Номер поверхности, для которой вычисляются прогибы. Выбор способа показа данных: график поверхности, контурная карта, серая градация шкалы, градация шкалы в условных цветах. Обсуждение: В этой программе принимается во внимание размер и форма любой апертуры, установленной на поверхность, если даже апертура децентрирована. Прогибы вычисляются для равномерной сетки точек в XY плоскости. Вычисленные данные представляют собой величины стрелок прогибов вдоль оси Z. Смотри также следующий ниже раздел "Surface Phase". Surface Phase Изменение Фазы, вносимое поверхностью Назначение: Показывает величины изменения фазы луча, вносимые поверхностью, в виде двумерных цветных или контурных карт или строит трехмерный график 7 -42 Chapter 7: ANALYSIS MENU
Установки: Позиция Sampling Contours Surface Show As Описание Формат сетки лучей на поверхности зрачка, используемой для вычислений. Формат сетки отсчетов может быть 32 х 32, 64 х 64 и так далее. Хотя при большем формате сетки отсчетов данные получаются более точными, но увеличивается и время вычислений. На самом деле ZEMAX увеличивает число отсчетов на единицу, так что используется нечетное число отсчетов. Это позволяет показать данные в более симметричном виде. Установка величины шага между контурами. Используется только для контурных карт и не действует на другие виды изображения данных. Измеряется е периодах; период представляет изменение фазы на 2л. Номер поверхности, для которой вычисляются фазы. Выбор способа показа данных: график поверхности, контурная карта, серая градация шкалы, градация шкалы в условных цветах. Обсуждение: В этой программе принимается во внимание размер и форма любой апертуры, установленной на поверхность, если даже апертура децентрирована. Фазы вычисляются для равномерной сетки точек в XY плоскости. В этой программе фазы измеряются в периодах; период представляет изменение фазы на 2л. Поверхности, которые не вносят изменения фазы, такие как поверхности типа Standard, будут показаны с нулевой фазой по всей поверхности. Смотри также данный выше раздел "Surface Sag1. RMS скз RMS vs. Field Изменение СКЗ по полю Назначение: Строит графики {монохроматические или полихроматические) зависимости от угла поля: СКЗ радиуса пятна рассеяния или размера пятна по осям X и Y , СКЗ ошибок волнового фронта, числа Штреля. Settings: Установки: Позиция Описание Ray Density Если используется метод гауссовской квадратуры, то плотность трассируемых лучей определяется количеством лучей, расположен- расположенных вдоль радиуса. Чем больше количество трассируемых лучей тем выше точность, хотя время вычислений увеличивается Максимальное количество (которое равно 20) является достаточным для аберраций зрачка вплоть до 40 порядка. Если используется прямоугольная матрица, плотность лучей определяется размером сетки. Лучи, проходящие вне круглого входного зрачка игнорируются Смотри данное ниже 'Обсуждение". ____ Глава 7: МЕНЮ "ANALYSIS 7-43
Позиция Описание Field Density Плотность полей - это число позиций поля ме*-кду нулем градусов и максимальным углом поля для которых вычисляются RMS и числа Штреля, промежуточные значения получаются интерполяцией. Допускается использовать до 100 точек поля. 1 Plot Scale Method Установка максимума для вертикальной шкалы графика. При устзно- вке нулевого значения масштабирование производится автоматически. Выбор метода заполнения входного зрачка: либо гауссова квадратура, либо прямоугольная матрица. Метод гауссовой квадратуры очень быстр и точен, но работает только при отсутствии виньетирования. Если какие-либо лучи виньетируются, то прямоугольная матрица дает более точные результаты. __^___^__^^_____^^_^___ Data Выбор типа графика: ошибки волнового фронта, радиус пятна рассеяния, его размер по осям X и Y или число Штреля. Refer To Выбор опорной точки: либо главный луч, либо центр тяжести. При монохроматических вычислениях опорная точка определяется для рассматриваемой длины волны. При полихроматических вычислениях опорная точка определяется для главной длины волны. И в том, и в другом случае производится вычитание средней величины OPD. При выборе в качестве опорной точки центра тяжести вычитается также эаклон волнового фронта, что дает меньшие величины СКЗ. Orientation Выбор направления поля: по осям +у, -у, +х или -х. Заметьте, что данные вычисляются только до определенной для данного направления максимальной величины поля. ____ Use Dashes Выбор способа различения графических линий для разных длин волн: либо цветом (для цветных дисплеев и принтеров), либо штриховыми линиям