用户可以使用Zemax编程语言 (Zemax Programming Language,ZPL) 在OpticStudio中编写自己的程序。这些程序可以实现:
自动重复键盘和鼠标的操作
基于OpticStudio的数据进行计算
以特定格式输出数据
以图表或表格的形式生成数据
以及很多其它的功能!
创建ZPL宏程序非常简单。本文概述了ZPL的主要功能、变量示例,描述了ZPL中重要的函数和关键词。
作者 Dan Hill, updated by Alessandra Croce
简介ZPL是不区分大小写的“宏”或“脚本”语言,并且是扩展OpticStudio计算范围的最简单方法。它是根据BASIC建模的,并且是一种解释型语言。这意味着编写ZPL宏非常容易,但是这也意味着进行复杂计算时,其执行速度要比完全编译的代码慢。
ZPL脚本可以调用OpticStudio中已编译的函数(关键字和操作数),并且在以下情况下很实用:
当您需要特殊格式的数据
实现不在程序中的功能或计算,例如数据提取,导出或简单绘图
在没有适当的操作数时进行优化(创建自定义操作数)
创建自定义/复杂求解(创建自定义求解)
自动重复键盘的操作
请注意,ZPL不能用于编辑用户自定义表面或物体,若有需要,您可以使用DLL。
ZPL包含五个基本概念:变量 (variables)、运算符 (operations)、函数 (functions)、关键词 (keywords) 和注释 (comments)。以下将对这些概念进行介绍,可以在OpticStudio帮助手册的“编程 ( Programming) 选项卡> 关于ZPL(About the ZPL) ”部分查阅更多信息。
ZPL的目标是为没有太多编程经验的光学工程师提供强大的编程工具,该工具可以快速执行,并且易于学习。OpticStudio还支持ZOS-API,这是API级别的接口,外部程序(例如Matlab或Python)可以通过ZOS-API访问OpticStudio的功能。想要了解更多信息,请查看文章 " 什么是 ZOS-API ,作用是什么?" 。
赋值、变量和数组基本的赋值语法为:
variable = expression
其中 “ = ” 意为“将值设为”。
变量可以是数值 (numeric) 或字符串 (string),这取决于它们所包含的数据类型。表达式可以是确切值、其它变量或复杂的数学表达式/函数。只有数组变量需要在使用前声明,因此例如 x = 7 无需提前声明数字变量 x即可工作。如下有效赋值的示例:
x = 4
y = 3
z = x + y
字符串变量名称中的最后一个字符必须带有 $ 字符:
newstring$ = "Here is the new string"
变量始终保持为双精度64位值。它们的名称有一些必须遵守的限制。 变量名称不应:
超过28个字符
包含用作运算符的任何特殊字符 (*, !, <, &, 等)
包含任何空格 (改为使用 “ _ ”)
与关键字或函数相同
ZPL还支持数组(或向量)变量,有4个预定义的向量,分别称为VEC1, VEC2, VEC3,和VEC4, 主要由其他命令(例如GETPSF, GETMTF, 等)使用,它们的大小由SETVECSIZE 关键字设置。
用户自定义数组变量必须在使用前用DECLARE 关键字声明。它们最多可以由4维构成,并可以为双精度或整数数据类型。必须使用RELEASE 关键字释放分配给数组的内存。
可以使用以下语法给用户自定义数组赋值:
arrayname(index1, index2, …) = value
可以使用以下语法提取值:
value = arrayname(index1, index2, …)
关键字和函数ZPL中的命令分为两类:
使用关键字可以在 OpticStudio 中执行或更改某些内容,例如:
RAYTRACE 通过系统追迹特定的光线
SETUNITS 设置系统单位
PRINT 打印一些内容到屏幕或文件
使用函数可以在 OpticStudio 中报告某些内容,例如:
y_height = RAYY(5), 报告表面5上的光线截距的Y坐标
lens_units$ = $UNITS(), 报告系统的镜头单位
本文将给出关键字和函数的一些示例,这些示例涵盖了OpticStudio中可用的整个光线追迹和物理光学计算范围。请参阅OpticStudio帮助文件,以查看所有支持的函数,关键字和常规ZPL功能。
关键字关键字和函数是对OpticStudio中已编译例程的调用,通常与功能区 ( Ribbon Bar ) 中相关功能的工作原理非常相似。
RAYTRACE =>
LOADARCHIVE =>
它们的执行速度与内部命令一样快,而调用命令的消耗却很小。因此,不要认为ZPL太“慢”!但是请记住,宏中的显式计算将被解释执行,因此与已编译的程序相比速度较慢。如果宏内部的计算速度很重要,请改用 ZOS-API.NET 。
关键字可以指导程序流程(IF或FOR语句),或运行光线追迹或调整透镜参数等。例如,使OpticStudio将系统优化10圈,可以发送以下命令:
OPTIMIZE 10
同样,执行此代码与您按下“优化( Optimize )”按钮并在图形用户界面中选择“ 10圈( 10 Cycles )”完全相同。
关键字和操作数在Zemax早期,编写了诸如GETMTF 和GETZERNIKE 之类的关键字以访问相应的分析功能。但是,随着代码库的增加,这很快变得很单调。因此,通过其关联的优化操作数可以访问大多数分析功能。这可以通过评价函数执行,也可以直接使用 OPEV() or或 OPEW()数值函数从宏中调用操作数本身来执行。有关更多详细信息,请参见 "如何使用 OPEV 和 OPEW 获取ZPL宏中任意优化操作数的值" 。
函数如前所述,函数与关键字不同,因为它们不执行或更改文件中的任何内容,而是使OpticStudio生成有关某些内容的报告。ZPL支持多种函数,包括数值和字符串。数值函数的示例是:
x = SQRT(y)
y = ABSO(z*TANG(e*numpoints))
pi = 4*ATAN(1)
相反,字符串函数以 $ 符号开头,例如:
$DATE()
$LENSNAME()
surf3_glass$ = $GLASS(3)
与关键字不同,函数只能在赋值的右侧,或者在作为关键字参数的表达式中使用。某些函数(例如PWAV()(报告系统的主波长))返回的值与参数无关,因此不需要提供该值。但是,仍然需要括号。
运算和逻辑运算符ZPL支持基本的数值运算(加法,减法,除法,乘法)和字符串运算(加法)。两种运算的示例如下:
Z = (X + 1)/(Y * 6)
R$ = "Hello " + "World"将字符串"Hello World"赋给变量R$
其他数值和字符串函数,例如SINE(), SQRT(), $GETSTRING(), 等,可用于更复杂的运算。可以使用括号来自定义运算序列,否则默认运算序列为:函数(例如SQRT()), 逻辑运算符(例如>), 乘法和除法,加法和减法。
ZPL还支持逻辑运算符,包括数值和字符串。这些可用于逻辑测试以及对多个表达式的比较。逻辑运算的结果为“真(TRUE)”(任何非零值)或“假(FALSE)”(零)。OpticStudio将零视为“假”,将任何非零值视为“真”。
数值逻辑运算符表格如下:
& (AND)> (GREATER THAN)| (OR)< (LESS THAN)^ (XOR)> = (GREATER or EQUAL)! (NOT)< = (LESS or EQUAL)= = (EQUAL)! = (NOT EQUAL)数值逻辑运算符的示例如下:
IF(A > 5) THEN PRINT "A is greater than 5"
字符串逻辑运算符的表格如下:
$ = = (EQUAL)$ > = (GREATER or EQUAL)$ > (GREATER THAN)$ < = (LESS or EQUAL)$ < (LESS THAN)$ ! = (NOT EQUAL)字符串逻辑运算符示例如下:
IF (C$ $== B$) THEN PRINT "Strings are identical"
赋值与逻辑运算符错误使用运算符 “=” 和逻辑运算符 “= = ”很常见。
例如,下图中的宏:
在此宏中,“a = b”是赋值,读取为“将变量a的值设置为等于变量b的值”。由于操作成功,所以OpticStudio将a的值设置为等于b,并返回“真”。因此,宏可写为:
IF (TRUE)
PRINT "a equals b"
ELSE
PRINT "a does not equal b"
ENDIF
在这种情况下,OpticStudio会发现错误并返回:
Syntax error: Illegal assignment (a = b).
可以使用逻辑运算“a == b”来进行正确的操作。
IF 与 FOR 条件循环
ZPL可以进行IF与FOR的条件循环。
IF循环的语法如下:
IF (expression)
(commands)
ELSE
(commands)
ENDIF
或
IF (expression) THEN (single command)
IF循环通常与逻辑运算符一起用作表达式语句中的测试条件。例如:
IF (X < Y)
PRINT "X is less than Y"
ELSE
PRINT "X is greater than Y"
ENDIF
请注意,有一些要留给用户来发现的错误,例如,如果x = y会怎样?
FOR循环的语法如下:
FOR variable, start_value, stop_value, increment
(commands)
NEXT
例如:
FOR i, 1, 10, 1
PRINT i
NEXT
同时定义变量和起始值的以下语法也是有效的:
FOR i = 1, 10, 1
请注意,start_value和stop_value可以是显式数字,也可以是任何计算结果为数字的变量或表达式。增量应该是整数,或者是任何取值为整数的变量或表达式。
调用宏和子例程关键字 CALLMACRO 可以用一个宏(父级)调用另一个宏(子级)。数字和字符串缓冲区可以在父宏和子宏之间共享数据。示例宏“ Parent.ZPL”和“ Child.ZPL”都包含在OpticStudio安装文件中,并在帮助文件的“编程 ( Programming ) 选项卡>关于ZPL ( About the ZPL ) >从宏中调用宏 ( Calling a Macro from within a Macro )”部分进行了描述。
关键字GOSUB可以执行跳转到SUB指示的子例程。子例程完成执行后,控制其值返回到GOSUB关键字之后的行。在整个宏中,可以多次调用子例程。请注意,它们是在同一个宏中定义的,与前述的分离的父/子宏的情况不同。有关子例程的更多信息,请参见OpticStudio帮助文件的“编程( Programming )选项卡>关于ZPL( About the ZPL ) >关键字( KEYWORDS ) > GOSUB,SUB,RETURN和END”部分。
RAYTRACE, RAYTRACEX 和相关功能对于要在序列模式下使用的宏,最重要的关键字之一是RAYTRACE,它追迹给定波长的单条光线(由归一化视场和光瞳坐标确定)。关键字没有其他作用,语法为:
RAYTRACE hx, hy, px, py, wave
例如:
RAYTRACE 0, 1, 0, 0, PWAV(),在主波长处追迹主光线。
然后,您可以使用后续函数提取任何相关的光线追迹数据,例如:
RAYX(x), RAYY(x),和 RAYZ(x),返回表面 x 上的光线的X-,Y-和Z-坐标
RAYL(x), RAYM(x),和 RAYN(x),返回表面x上的光线的方向余弦值
RANX(x), RANY(x),和 RANZ(x),返回光线击中表面x处的表面法线余弦值
RAYT(x)返回光线到表面 x 的光路长度
OPDC() 返回光线相对于主光线的光程差
例如,以下代码追迹波长2的边缘光线。然后将像面上光线的Y坐标截距提取并打印在屏幕上:
RAYTRACE 0, 0, 0, 1, 2
PRINT "The chief ray height is ", RAYY(NSUR())
函数RAYE()报告追迹光线时可能发生的任何错误:
如果在光线追迹过程中未发生任何错误,则返回零。
负值表示在该表面上发生了全内反射,该表面序号数是返回值的绝对值
正值表示光线错过了返回的表面编号
检查RAYE()是可选操作,但是,如果RAYE()不返回零,则上述数据提取函数可能会返回无效数据。
函数RAYV()可用于检查光线是否存在渐晕,即是否被孔径挡住了。该函数返回光线存在渐晕的表面编号;如果光线未发生渐晕,则返回零。请记住,如果光线照射到孔径上,仍会被追迹,并且可以通过使用RAYV()测试是否发生渐晕来将其排除在计算之外。
RAYTRACEX关键字是RAYTRACE的实用扩展。它调用OpticStudio光线追迹例程,从任意表面起始追迹当前系统中特定的光线。语法为:
RAYTRACEX x, y, z, l, m, n, surf, wave
如上所述,然后可以使用与RAYTRACE相同的后续功能提取有关光线追迹的数据。
ZPL 中的注释最后,您可以使用注释来标注ZPL宏是如何工作的。任何以“!”为起始的行,或任何“#”后输入的字符都将作为注释,这些内容在执行ZPL宏时被忽略。OpticStudio将仅执行将这些组件包在一起的脚本。
例如,想像您需要优化镜头,计算评价函数值,并将该值乘以5的对数,相应的ZPL如下所示:
执行ZPL宏的速度非常快,并且ZPL是非常容易学习和使用的语言。为了帮助您入门,知识库中有一些介绍Zemax编程语言某些功能的文章,并且OpticStudio下载文件中提供了许多示例。
Ansys Zemax国内可靠代理商
光研科技南京有限公司是国内可靠的光学软件和仪器光电供应商,提供企业定制化上门培训服务,承接各类光学设计项目,并有一系列自主编写出版的光学设计书籍。公司拥有一支高素质、高水平、实战经验丰富的管理,销售以及研发团队,从成立到现在已经为广大企业,研究所以及高校提供了很多优秀的产品和服务,是光电圈内值得信赖的企业。追光逐梦,研以致用!以用户的需求为起点,为客户提供有价值的光学产品和服务一直都是光研科技南京有限公司的宗旨。
AnsysZemax光学软件咨询与订购联系方式
联系人:南京光研 徐保平
手机号:15051861513
微信号:13627124798
您也可以扫一扫下面的二维码直接咨询
暂无评论