本文介紹如何使用 Zemax 編程語言 (ZPL) 創(chuàng)建宏來計(jì)算和繪制用戶自定義的性能指標(biāo)。在本示例中，系統(tǒng)的環(huán)帶垂軸色差 (Zonal Transverse Chromatic Aberration, ZTCA) 將被分析。在解釋了需要使用的基本算法之后，本文將描述如何將宏通用化以允許用戶進(jìn)行更加靈活的使用，包括用戶輸入和錯(cuò)誤捕獲。 （聯(lián)系我們獲取文章附件）

簡(jiǎn)介

假設(shè)我們要計(jì)算系統(tǒng)的環(huán)帶垂軸色差 (ZTCA)。ZTCA  作為光瞳區(qū)域的函數(shù)，定義為兩個(gè)波長在像平面上的光線高度差

ZTCA = YF - YC

基本算法如下：

1. 定義步進(jìn)式光瞳區(qū)域

2. 對(duì)應(yīng)追跡每個(gè)波長的邊緣光線

3. 減去 y 坐標(biāo)

4. 輸出結(jié)果

我們建議在編寫 ZPL 宏時(shí)將采用以下編程規(guī)范，使宏更易于閱讀：

• 將所有變量寫成小寫形式

• 將所有 ZPL 函數(shù)和關(guān)鍵字寫成大寫形式

• 對(duì)IF和FOR循環(huán)采用文本縮進(jìn)

• 賦予變量有意義的名稱 （例如 ray_angle  而不是 a）

• 使用描述性注釋（例如使用  ! 或 #）

為了使宏更易于閱讀，OpticStudio 具有內(nèi)置的文本編輯器，將語法突出顯示：

初版宏的編寫

對(duì)于此示例，我們將使用示例文件<Documents>\Zemax\Samples\Sequential\Objectives\ Doublet.zmx。將此文件加載到 OpticStudio 中，然后單擊“ 編程“ ( Programming)... 新建宏 (  New Macro)”：

輸入以下代碼，以根據(jù)之前描述的算法流程來計(jì)算環(huán)帶垂軸色差 (ZTCA) ：

使用功能區(qū)上的第二個(gè)按鈕將宏另存至 <Documents>\Zemax\Macros folder，命名為 “ZTCA1.zpl“。

然后，從“編程 (The  Programming tab) ”選項(xiàng)卡中，從“宏列表 ( Macro List) ”下拉菜單中選擇已保存的宏，或者從“編輯/運(yùn)行  ( Edit/Run) ”中選擇它，然后單擊“運(yùn)行 ( Run) ”。

運(yùn)行宏時(shí)，將出現(xiàn)一個(gè)新的文本窗口，其中包含宏的輸出。在本示例中，輸出結(jié)果為環(huán)帶垂軸色差 ZTCA ，作為光瞳區(qū)域的函數(shù)：

請(qǐng)注意，此宏文件需要基于許多假設(shè)，確保宏能夠正常運(yùn)行：

• 邊界波長是 1 和 3

• 步進(jìn)數(shù)為 10

• 它僅計(jì)算軸上視場(chǎng)的環(huán)帶垂軸色差 ZTCA

• 無錯(cuò)誤檢查功能

• 如果只有一個(gè)波長怎么辦？

讓我們改進(jìn)宏，使其可以與其他文件一起使用。

通用宏的編寫

用戶自定義的步進(jìn)數(shù)

我們可以使用  INPUT 關(guān)鍵字提示用戶輸入步進(jìn)數(shù)，而不是使用固定值 10。在宏的開頭，刪除賦值“numsteps = 10”并按如下方式使用  INPUT ：

運(yùn)行宏時(shí)，“ ZPL 宏輸入 (ZPL Macro Input) ”窗口將出現(xiàn)：

IF 語句通過函數(shù)  INTE() 測(cè)試 numsteps 是否為正整數(shù)，該函數(shù)將會(huì)對(duì)數(shù)值進(jìn)行四舍五入。

GOTO 命令 OpticStudio 使用指定的 LABEL 命令將程序跳至某一行（向前或向后）。在這種情況下，我們使其跳到程序的結(jié)尾：

盡管  END 在使用子例程時(shí)才被嚴(yán)格要求，但是使用它來指示宏的執(zhí)行在何處終止是一個(gè)良好的編程習(xí)慣。

適應(yīng)不同的波長

接下來，我們可以要求宏確定臨界波長（最小和最大），并將其用于光線追跡中。如果文件中僅定義了一個(gè)波長，我們也可以要求宏返回錯(cuò)誤消息：

現(xiàn)在，用于光線追跡的波長是 minwav 和 maxwav，因此在  FOR 循環(huán)中，將行：

RAYTRACE 0, 0, 0, py, 1

RAYTRACE 0, 0, 0, py, 3

用以下兩行替換：

RAYTRACE 0, 0, 0, py, minwav

RAYTRACE 0, 0, 0, py, maxwav

錯(cuò)誤檢查

最后，我們可以使用  RAYE() 檢查光線追跡期間的錯(cuò)誤。因此，代碼變?yōu)椋?

將宏另存為 ZTCA2.ZPL 并測(cè)試代碼正確性，確保您測(cè)試了每種錯(cuò)誤情況：

• 用戶定義的步進(jìn) < 1 或非整數(shù)

• 僅1個(gè)波長

• 光線錯(cuò)誤

以下是20個(gè)光瞳區(qū)域的宏輸出：

繪制數(shù)據(jù)

除了輸出數(shù)據(jù)外，我們還可以使用  PLOT 或  PLOT2D 關(guān)鍵字來繪制數(shù)據(jù)。  PLOT 支持一個(gè)自變量和一個(gè)因變量，而  PLOT2D 支持兩個(gè)自變量和一個(gè)因變量。這兩個(gè)關(guān)鍵字都允許用戶充分控制繪圖格式，例如：

• 標(biāo)題，坐標(biāo)軸圖例

• X,Y 軸刻度

• 注釋

• 數(shù)據(jù)點(diǎn)和擬合線：顏色、樣式、大小

• 窗口縱橫比

為了能夠繪制數(shù)據(jù)，首先需要聲明兩個(gè)數(shù)組變量：一個(gè)用于光瞳坐標(biāo)，一個(gè)用于環(huán)帶垂軸色差 ZTCA。在用戶輸入和錯(cuò)誤檢查代碼之后添加數(shù)組聲明：

DECLARE pupil, double, 1, (numsteps + 1)

DECLARE ztca, double, 1, (numsteps + 1)

然后，在主循環(huán)內(nèi)，您需要將值存儲(chǔ)在先前聲明的數(shù)組中，而不是將其輸出到屏幕上。 這意味著將此行：

PRINT "Pupil zone = ", py, " ZTCA = ", yf-yc

用下兩行替換：

pupil(i+1) = py

ztca(i+1) = yf-yc

最后，在主循環(huán)之后添加代碼以創(chuàng)建繪圖：

PLOT NEW

PLOT BANNER, "ZTCA vs Py"

PLOT TITLE, "Zonal Transverse Chromatic Aberration"

PLOT TITLEX, "Normalized Pupil Coordinate (Py)"

PLOT TITLEY, "ZTCA (mm)"

PLOT RANGEX, 0, 1

PLOT RANGEY, -0.005, 0.005

PLOT DATA, pupil, ztca, (numsteps + 1), 1, 2, 0

PLOT GO

PLOT DATA 用于定義要繪制的一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。它需要以下參數(shù)：

•  x_array, y_array, #points, color, style, options

在本例程中顏色 1 = 藍(lán)色 (Color 1 = blue), 樣式 2 = 虛線 (style 2 = dashed), 可選項(xiàng) 0 = 無數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記 (option 0 = no data point markers)。

PLOT 語法的完整說明可以在幫助文件部分的編程選項(xiàng)卡 (The Programming Tab) > 關(guān)于 ZPL (About the ZPL) > 關(guān)鍵字（關(guān)于zpl） (KEYWORDS (about the zpl) ) > 繪圖 (PLOT) 中進(jìn)行了描述。

現(xiàn)在將宏另存為 ZTCA3.zpl 并運(yùn)行它。該宏將產(chǎn)生以下繪圖：

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