[技术文章] 关于zemax自定义面型的方法

本帖最后由 阿童木 于 2022-7-9 15:17 编辑

zemax自定义面型（userdefinedsurface）
1、寻找模板源代码自定义面型文件一般位于:文档->zemax->DLL->surfaces
自定义面型时，以surface文件夹中的stand源代码作为基础，在该源文件中进行自定义表面的定义。

2、编辑自定义面型以定义biconic zernikepolynomial为例
寻找标准源代码:surface->us_stand.c
首先，在zemax提供的源文件中，已经规定好了两个系统用于读取数据的指针
int __declspec(dllexport)APIENTRY UserDefinedSurface2(USER_DATA *UD, FIXED_DATA2 *FD);
FD指针用于读取源文件规定的相关数据接口
UD用于后续编程时读取所需的面型数据
将自定义面型所需要的参数在源文件中进行定义，这些参数定义为double类
    int i, loop;

    double alpha, xpower, ypower, t, tp, x, y, z, dz, sag, mx, my;

    double CX, CY, KX, KY,X,Y, X2, Y2,X3,Y3,X4,Y4,X5,Y5,X6,Y6,X7,Y7,X8,Y8, temp;
......
switch (FD->type)下的case 0:
根据源文件已有的备注进行对应更改
case 1:
将自定义表面的基本面型的参数添加到此处
   switch (FD->numb)
        {
        case 1:strcpy(UD->string, "Cx");break;
        case 2:strcpy(UD->string, "Cy");break;
        case 3:strcpy(UD->string, "Kx");break;
        case 4:strcpy(UD->string, "Ky");break;
        default:
            UD->string[0] = '\0';
            break;
        }
        break;
case2：
将自定义表面的高阶面型参数添加到此处，定义方式与case1相同
case3:
计算自定义表面的矢高
利用UD指定矢高的输出接口、利用FD指针获取需要的参数
UD->sag1 = 0.0;
UD->sag2 = 0.0;
CX = FD->param[1];
CY = FD->param[2];
C1 = FD->xdata[1];
C2 = FD->xdata[2];
获得了数据输入端口，指定了结果输出端口，将计算矢高的式子编译进源文件中，这一步注意数据的类别兼容
/*若要用到x^2这类的指数项，预先定义X2=x*x;不然C程序会出现数组数据大小冲突的问题*/
X2 = x * x;
Y2 = y * y;
UD->sag1 = (CX* X2 + CY * Y2) / (1.0+ sqrt(alpha));
case4:
近轴光线追迹，此处追迹一般只考虑基本面型，忽略非球面项
      UD->ln = 0.0;
        UD->mn = 0.0;
        UD->nn = -1.0;

        CX = FD->param[1];
        CY = FD->param[2];
        xpower = (FD->n2 - FD->n1) * CX;
        ypower = (FD->n2 - FD->n1) * CY;

        if ((UD->n) != 0.0)
        {
            (UD->l) = (UD->l) / (UD->n);
            (UD->m) = (UD->m) / (UD->n);

            (UD->l) = (FD->n1 * (UD->l) - (UD->x) * xpower) / (FD->n2);
            (UD->m) = (FD->n1 * (UD->m) - (UD->y) * ypower) / (FD->n2);

            /* normalize */
            (UD->n) = sqrt(1 / (1 + (UD->l) * (UD->l) + (UD->m) * (UD->m)));
            /* de-paraxialize */
            (UD->l) = (UD->l) * (UD->n);
            (UD->m) = (UD->m) * (UD->n);
        }
        break;
case5:
真实光线追迹，需要我们提供的参数有：面形与光线的交点，方向向量，法向量
具体代码可参考surface 文件夹中各类自定义面型的追迹算法。
case6:
渐变折射率材料才会用到这一case
case7:
初始化面型参数

3、编译DLL文件matlab读取的时DLL文件，需要将我们编写的C++文件编译为DLL文件
注意：zemax以前的面型源文件都是C文件，现在使用C++进行编写后，需要在源文件开头做如下更改
extern "C"
{
    int __declspec(dllexport) APIENTRY UserDefinedSurface(USER_DATA*UD, FIXED_DATA* FD);
}
/*添加了extern c 接口*/

int Refract(double thisn, double nextn, double* l, double* m,double* n,double ln, double mn, double nn);

/* a generic Snells law refraction routine */
/*将BOOL注释掉*/

/*BOOL WINAPI DllMain(HANDLE hInst, ULONGul_reason_for_call, LPVOID lpReserved)
{
    return TRUE;
} */
接下来进行编译工作：
具体操作参考连接：
https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005577602-%E5%A6%82%E4%BD%95%E7%BC%96%E8%AF%91%E7%94%A8%E6%88%B7%E8%87%AA%E5%AE%9A%E4%B9%89DLL
https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005577602-How-to-compile-a-User-Defined-DLL

4、将编译好的DLL文件放置到surface文件夹中接下来就能在zemax中愉快地使自己定义的面型啦!

本帖最后由 smileyy 于 2022-10-12 14:40 编辑

您好，最近正在学习，想问一下，标准球面的实例程序中有两个矢高的定义，sga1和sag2,这两个定义有什么区别呢？忽然找到答案了，sag2为备用矢高

     又遇见了新的问题，请问，case4中，    normalize 和 de-paraxialize两步处理的原理是什么呢？推到了一下公式但是还是不理解

       /* normalize */
            (UD->n) = sqrt(1 / (1 + (UD->l) * (UD->l) + (UD->m) * (UD->m)));
            /* de-paraxialize */
            (UD->l) = (UD->l) * (UD->n);
            (UD->m) = (UD->m) * (UD->n);

我的理解是，这是光线追迹里，需要对向量进行归一化处理。对自定义面型进行光线追迹时，需要用到表面交点的方向向量。我也一直在弄关于自定义面型的东西，有问题一起交流呀

好的，谢谢！虽然不明白怎么推导的，但是已经能够证明最终的方向向量是已经归一化处理过的了

想问一下，备用矢高的意义是啥