ZEMAX中的编程 ZOS-API 介绍以及应用 1

Matlab中固有模式（Standalone Application）下的简单优化

前言

以matlab为演示，matlab可使用两种模式，固有模式和交互模式，选择Standalone Application
固有模式，点击以后，会直接跳转至matlab，并打开其中的matlab模板，具体路径为：C:\Users\admin\Documents\Zemax\ZOS-API Projects 下面MATLABStandaloneApplication文件夹中，一般zemax会自动生成对应的MATLABStandaloneApplication1，MATLABStandaloneApplication2，MATLABStandaloneApplication3，…，等等

上图为部分代码，其中主要修改部分为function [r] = BeginApplication(TheApplication, args)中的代码

一、以双胶合为例的创建以及简单的优化

首先在zemax中创建一个如图所示的双胶合系统：

zemax中存在很多函数可以控制系统，：在固有模式下，此时的zemax类似一个服务器，matlab像是一个控制器，你想让zemax执行什么操作，你在matlab中输入对应的函数即可。

双胶合公共有3个R变量，2个厚度，2个玻璃材料，因为没有空气间隙，其实双胶合类似于单片，从相差来看，厚度并不是主要因素，因此只将3个R以及两个玻璃材料作为变量；边缘厚度如果影响成像质量时合理加厚玻璃即可；玻璃材料直接将玻璃库锁定在设定的库中即可。

二、代码部分

代码如下（示例）：

function [r] = BeginApplication(TheApplication, args)

import ZOSAPI.*;

    % creates a new API directory

    TheSystem = TheApplication.PrimarySystem;

    % Add your custom code here...
    % 加载一下系统
    b_load=TheSystem.LoadFile(System.String.Concat( 'C:\Users\admin\Desktop\matlabtest\LENS.zmx'), false);
    % 系统LDE
    TheLDE = TheSystem.LDE;

    %Add 3 wavelengths: F,d,C
    SystExplorer = TheSystem.SystemData;
    slPreset = SystExplorer.Wavelengths.SelectWavelengthPreset(ZOSAPI.SystemData.WavelengthPreset.FdC_Visible);  

    % 设置变量

    % 定义面
    Surface_1 = TheLDE.GetSurfaceAt(1);
    Surface_2 = TheLDE.GetSurfaceAt(2);
    Surface_3 = TheLDE.GetSurfaceAt(3);

    % 曲率为变量  
Solver_V_1 = Surface_1.RadiusCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.Variable);
Solver_V_2 = Surface_2.RadiusCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.Variable);
Solver_V_3 = Surface_3.RadiusCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.Variable);
Surface_1.RadiusCell.SetSolveData(Solver_V_1);
Surface_2.RadiusCell.SetSolveData(Solver_V_2);
Surface_3.RadiusCell.SetSolveData(Solver_V_3);
     % 最后一个面厚度为变量
    Solver_T_3 = Surface_3.ThicknessCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.Variable);
    Surface_3.ThicknessCell.SetSolveData(Solver_T_3);

    % 玻璃设置为替代
    Solver_M_1 = Surface_1.MaterialCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.MaterialSubstitute );
    Solver_M_2 = Surface_2.MaterialCell.CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.MaterialSubstitute );
    Surface_1.MaterialCell.SetSolveData(Solver_M_1);
    Surface_2.MaterialCell.SetSolveData(Solver_M_2);

   % 直接照搬例子即可
    %define merit function 定义MF
    %load merit function
    TheMFE = TheSystem.MFE;
    OptWizard = TheMFE.SEQOptimizationWizard;

    %Optimize for smallest RMS Spot, which is "Data" = 1
    OptWizard.Data = 1;
    OptWizard.OverallWeight = 1;
    %Gaussian Quadrature with 3 rings (refers to index number = 2)
    OptWizard.Ring = 2;
    %Set air & glass boundaries

    %And click OK!
    OptWizard.Apply();


    % 插入行并输入EFFL 以及玻璃边缘厚度的操作数
    %插入行

         MFE_ROW1=TheMFE.InsertNewOperandAt(1);
         MFE_ROW2=TheMFE.InsertNewOperandAt(2);
         MFE_ROW3=TheMFE.InsertNewOperandAt(3);
         MFE_ROW4=TheMFE.InsertNewOperandAt(4);
         MFE_ROW5=TheMFE.InsertNewOperandAt(5);
         MFE_ROW6=TheMFE.InsertNewOperandAt(6);
         MFE_ROW7=TheMFE.InsertNewOperandAt(7);
        %
        ROW1_EFFL = MFE_ROW1.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.EFFL );   
       MFE_ROW1.Target = 100;
       MFE_ROW1.Weight = 0.001;

         ROW2_ETVA = MFE_ROW2.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.ETVA );
         MFE_ROW2.GetCellAt(2).IntegerValue=1;
         ROW3_OPLT = MFE_ROW3.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.OPLT );
         ROW4_OPGT= MFE_ROW4.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.OPGT );
               MFE_ROW3.GetCellAt(2).IntegerValue=2;
                MFE_ROW3.Target = 4;
               MFE_ROW3.Weight = 0.01;
               MFE_ROW4.GetCellAt(2).IntegerValue=2;
                MFE_ROW4.Target = 1;
              MFE_ROW4.Weight = 0.01;

         ROW5_ETVA = MFE_ROW5.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.ETVA );
         MFE_ROW5.GetCellAt(2).IntegerValue=2;
         ROW6_OPLT = MFE_ROW6.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.OPLT );
         ROW7_OPGT= MFE_ROW7.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MFE.MeritOperandType.OPGT );
                        MFE_ROW6.GetCellAt(2).IntegerValue=5;
                MFE_ROW6.Target = 4;
               MFE_ROW6.Weight = 0.01;
               MFE_ROW7.GetCellAt(2).IntegerValue=5;
                MFE_ROW7.Target = 1;
               MFE_ROW7.Weight = 0.01;

    % 存储mf
    mf_filename = System.String.Concat('C:\Users\admin\Desktop\matlabtest\RMS_Spot_Radius.mf');
    TheMFE.SaveMeritFunction(mf_filename);
    TheMFE.LoadMeritFunction(mf_filename);
    SampleFile = System.String.Concat( 'C:\Users\admin\Desktop\matlabtest\1.ZMX');
    % 计算时间
    tic;

    LocalOpt = TheSystem.Tools.OpenLocalOptimization();
    if ~isempty(LocalOpt)
        LocalOpt.Algorithm = ZOSAPI.Tools.Optimization.OptimizationAlgorithm.DampedLeastSquares;
        LocalOpt.Cycles = ZOSAPI.Tools.Optimization.OptimizationCycles.Automatic;
        LocalOpt.NumberOfCores = 8;
        fprintf('Local Optimization...\n');
        fprintf('Initial Merit Function %6.3f\n', LocalOpt.InitialMeritFunction);
        LocalOpt.RunAndWaitForCompletion();
        fprintf('Final Merit Function %6.3f\n', LocalOpt.CurrentMeritFunction);
        LocalOpt.Close();
    end

    % Get the elapsed time as a TimeSpan value.
    toc;

    %存储系统
    TheSystem.SaveAs(SampleFile);
    r = [];

end

输出结果

优化前：

优化后：