如何在ZEMAX和MATLAB之間通信

如何在ZEMAX和MATLAB之間通信原作：DerekGriffith本文內(nèi)容：1如何在MATLAB和ZEMAX中設(shè)置通信鏈接2如何為MATLAB設(shè)置ZEMAXDDE工具箱3常見(jiàn)問(wèn)題及解答ZemaxandMatlab:強(qiáng)大的配對(duì)Zemax具有內(nèi)置的DDE〔動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換〕效勞器，因而允許其他的windows程序和zemax函數(shù)之間建立鏈接。如果你用譬如C++之類(lèi)的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)一個(gè)zemaxDDE應(yīng)用，那將是一件非常復(fù)雜的事情。另一種選擇是選擇一種腳本語(yǔ)言，比方說(shuō)tcl,python和matlab。Matlab是不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗写罅康奶幚砗涂梢暬茖W(xué)與工程數(shù)據(jù)的函數(shù)。Matlab也有工具箱在一些更加專(zhuān)業(yè)和學(xué)科性的領(lǐng)域來(lái)擴(kuò)展它的能力。那么，什么是DDE?DDE是windows的一種協(xié)議來(lái)允許不同應(yīng)用之間的通信。DDE通信有一些模式，最簡(jiǎn)單的就是數(shù)據(jù)串之間的交換。兩個(gè)應(yīng)用中的一個(gè)必須把自己設(shè)置為效勞器。Zemax此時(shí)就是效勞器，所以你要做的事情就是翻開(kāi)zemax。你一旦啟動(dòng)了zemax，dde效勞器就已經(jīng)就緒并等待客戶機(jī)來(lái)連接和請(qǐng)求效勞。此時(shí)的客戶機(jī)就是matlab。從matlab連接到zemax如果你查閱zemax手冊(cè)中的“ZemaxExtensions〞章中的TheDataItems局部，你會(huì)看到許多不同的你可以用matlab〔或者其他的客戶機(jī)〕發(fā)送到zemax的請(qǐng)求命令。手冊(cè)里還記錄了zemax會(huì)返回給客戶機(jī)的回復(fù)信息。這些請(qǐng)求可能是為了讓zemax運(yùn)行一個(gè)特別的函數(shù)或者計(jì)算，揮著僅僅是為了發(fā)送當(dāng)前存儲(chǔ)在zemaxDDE效勞器上的透鏡數(shù)據(jù)。有一點(diǎn)需要注明。Zemax總會(huì)將存在DDE效勞器中的透鏡數(shù)據(jù)復(fù)制一份給zemax的LDE用戶。這個(gè)方法很不錯(cuò)，因?yàn)槟悴粫?huì)希望一些DDE客戶機(jī)未經(jīng)預(yù)料的進(jìn)入zemax并改變了你的透鏡數(shù)據(jù)。有一些函數(shù)能直接把LDE中的透鏡數(shù)據(jù)復(fù)制到DDE效勞器中或者反過(guò)來(lái)也可。PushLens項(xiàng)指導(dǎo)zemax來(lái)把DDE效勞器中的透鏡數(shù)據(jù)復(fù)制給LDE，GetRefresh項(xiàng)會(huì)把LDE中的數(shù)據(jù)復(fù)制到DDE效勞器中。當(dāng)你在matlab中開(kāi)發(fā)你的應(yīng)用時(shí)，追蹤你的數(shù)據(jù)并注意如何運(yùn)用PushLens和GetRefresh是非常重要的。從zemax的preferences對(duì)話框中，你能控制哪個(gè)擴(kuò)展程序〔此時(shí)是matlab〕能讓zemax把透鏡數(shù)據(jù)從DDE效勞器中發(fā)送到LDE中去。選擇EDITORS標(biāo)簽，找到AllowExtensionstoPushLenses復(fù)選框。見(jiàn)下列圖：Matlab有一些根底函數(shù)來(lái)執(zhí)行DDE客戶機(jī)操作。他們包括：ddeinit-這個(gè)函數(shù)用來(lái)初始化DDE對(duì)話ddereq-用來(lái)從DDE效勞器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)ddeterm-結(jié)束DDE鏈接根本的從matlab連接到zemax的順序是：1啟動(dòng)zemax和matlab2使用ddeinit函數(shù)初始化DDE鏈接3使用ddereq函數(shù)發(fā)送給zemax請(qǐng)求和接受其回復(fù)4用ddeterm函數(shù)結(jié)束鏈接Ddereq函數(shù)是以文本模式使用的，也就是說(shuō)，你發(fā)送給zemax數(shù)據(jù)和接收到的回復(fù)都是字符串。為了把字符串變成更有用的類(lèi)型〔浮點(diǎn)型，雙精度型，整型等〕，你要用到sscanf或其他函數(shù)來(lái)進(jìn)行字符串變換，比方str2num函數(shù)。你可以通過(guò)下載zemaxddetoolbox來(lái)減少一些努力。這個(gè)工具箱是GPL下的開(kāi)放資源，并且實(shí)現(xiàn)了zemax手冊(cè)中zemaxextensions記錄的每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)條目的功能。工具箱中相應(yīng)的matlab函數(shù)有和數(shù)據(jù)項(xiàng)一樣的名字，但是前綴是z。下面是開(kāi)始的步驟：1下載工具箱文件〔zip文件〕2解壓，并將解壓后的文件放在磁盤(pán)上的任何位置，命名為MZDDE。3啟動(dòng)zemax和matlab4把MZDDE目錄參加到matlab路徑中以使matlab找到新函數(shù)〔文件菜單>選擇setpath〕5如果你在matlab中鍵入helpmedde，你會(huì)得到一列關(guān)于所有工具箱中的函數(shù)和簡(jiǎn)短的描述的清單。如果是這樣，那么你就可以使用工具箱了。6使用zDDEInit函數(shù)翻開(kāi)到zemax的DDE連接。這一步很重要，如果你在試圖執(zhí)行其他調(diào)用前不這么做，matlab會(huì)發(fā)布一個(gè)冗長(zhǎng)的錯(cuò)誤信息以表示一些麻煩已經(jīng)發(fā)生了。你應(yīng)該聯(lián)系你的數(shù)學(xué)技術(shù)支持人員。如果有這樣的提示的話，直接忽略，然后調(diào)用zDDEInit。7需要的話可以調(diào)用工具箱中其他的函數(shù)。如果你要和zemax用戶接口直接聯(lián)系的話，使用zPushLens和zGetRefresh是非常明智的。當(dāng)然，你也可以從matlab命令行來(lái)調(diào)用這些函數(shù)，或者把它們編入你的matlab函數(shù)和腳本里。8調(diào)用zDDEClose來(lái)結(jié)束。在大多數(shù)情況下這一步并不重要，你也可以直接結(jié)束matlab和zemax。注意到為了增加可讀性，工具箱函數(shù)名是大寫(xiě)的。Matlab函數(shù)名在windows下對(duì)大小寫(xiě)不敏感，也就是說(shuō)，zddeinit和zDDEInit效果是一樣的。在matlab命令行中這是很方便的。但是大寫(xiě)可以提高函數(shù)和腳本的可讀性。所有函數(shù)的源碼都是可以修改和重復(fù)使用的，你也可以檢查源碼來(lái)觀察根底的matlabDDE調(diào)用是如何工作的。超時(shí)〔TIMEOUTS〕Matlab的每一個(gè)到zemax的DDE調(diào)用都可能會(huì)超時(shí)。zDDEInit函數(shù)的默認(rèn)設(shè)置超時(shí)時(shí)間是3秒鐘。也就是說(shuō)，如果zemax在3秒內(nèi)不響應(yīng)DDE請(qǐng)求，matlab調(diào)用會(huì)空手而歸。你需要增加時(shí)間限制如果你調(diào)用zemax來(lái)做一些費(fèi)時(shí)間的計(jì)算的話?？梢杂脄SetTimeout函數(shù)調(diào)用來(lái)做到。舉例：這是一個(gè)zemax和matlab交互的簡(jiǎn)單例子。此時(shí)已經(jīng)啟動(dòng)了zemax。在matlab中鍵入以下命令：>>zddeinitans=0>>zLoadFile('C:/Zemax/Samples/Sequential/Objectives/Cooke40degreefield.zmx')ans=0>>zpushlens(1)ans=0>>[x,y]=SpiralSpot(0.4,0,1,10,10000);>>plot(x,y)你會(huì)得到下面的圖：首先，初始化DDE連接，結(jié)果是0表示連接成功。然后zLoadFile函數(shù)要求zemax把透鏡數(shù)據(jù)裝入DDE效勞器?，F(xiàn)在，把點(diǎn)列圖畫(huà)出來(lái)的一種漂亮的方法是追蹤通過(guò)透鏡入瞳的螺旋光線然后把像平面的光線截面畫(huà)出來(lái)。這通過(guò)工具箱函數(shù)SpiralSpot來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵入helpspiralspot來(lái)獲取該函數(shù)的幫助。因?yàn)镾piralSpot首先使用zGetRefresh來(lái)開(kāi)始對(duì)LDE中的透鏡數(shù)據(jù)作用，所以在調(diào)用SpiralSpot之前必須先調(diào)用zPushLens。zPushLens的超時(shí)時(shí)間是1秒。注意到本例中，如果你如果在zemax文件菜單中載入相同的透鏡那么會(huì)和調(diào)用zLoadFile相同的效果。追蹤大量光線標(biāo)準(zhǔn)的DDE調(diào)用文本模式很多情況下是足夠使用的，但是當(dāng)客戶機(jī)和效勞器之間大量數(shù)據(jù)需要交換時(shí)就力不從心了。當(dāng)你想追蹤大量光線時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就來(lái)了。并不是一次追蹤一條光線，而是先創(chuàng)立一個(gè)包含所有光線的數(shù)組，然后一次性把這個(gè)數(shù)組傳遞給zemax。Zemax然后追蹤所有的光線，然后把整個(gè)數(shù)組還給客戶機(jī)。注意在DDE中傳輸?shù)牟⒉皇撬袛?shù)據(jù)，而僅僅是數(shù)組所在內(nèi)存的指針。這樣便消除了大量光線追跡時(shí)DDE通信的瓶頸。不幸的是，當(dāng)初在寫(xiě)工具箱時(shí)，matlab就不允許除了文本模式以外的DDE模式。為了防止這個(gè)問(wèn)題，需要用mex〔matlab可執(zhí)行〕格式寫(xiě)一些C代碼。生成的.dll文件命名為zArrayTrace。鍵入helpzArrayTrace以獲得關(guān)于大量光線追跡的更多信息。查閱zemax手冊(cè)中的相應(yīng)局部也同樣有用。為了設(shè)置zArrayTrace模式0的光線輸入數(shù)據(jù)，函數(shù)genRayDataMode0很有用。編譯matlab編寫(xiě)的單機(jī)zemax擴(kuò)展如果你有matlab編譯器，那么你可以把用工具箱編寫(xiě)的matlab腳本編譯到單機(jī)擴(kuò)展，以便zemax擴(kuò)展菜單可以運(yùn)行。這樣做的時(shí)候有一些陷進(jìn)需要防止。首先，有一些matlab函數(shù)不能被編譯，你需要為這些函數(shù)〔還好不是很多〕想一些其他方法。第二，當(dāng)你的單機(jī)擴(kuò)展本應(yīng)該在裝有matlab的電腦上運(yùn)行良好時(shí)，事實(shí)上卻并沒(méi)有運(yùn)行，這主要是因?yàn)檫@臺(tái)電腦沒(méi)有matlab運(yùn)行時(shí)間庫(kù)〔Matlabruntimelibraries〕。因此你需要把你的擴(kuò)展和運(yùn)行時(shí)間庫(kù)一起打包來(lái)確保完全可移植性。Matlab的自解壓文件mglinstaller.exe會(huì)使打包大多數(shù)運(yùn)行時(shí)間庫(kù)更容易一點(diǎn)，文件目錄是C:/MATLAB/extern/lib/win32或者附近。最后一個(gè)是常規(guī)的matlab運(yùn)行時(shí)間庫(kù)不包含上面提到的DDE函數(shù)代碼。通過(guò)你的matlab安裝文件中搜索匹配dde*.dll的文件就能找到這些.dll文件。一般在C:/MATLAB/Toolbox/matlab/winfun或附近。運(yùn)行時(shí)間庫(kù)包括DDE庫(kù)，都必須安裝在WINDOWS搜索路徑下。