在人均“四则运算用不到除”的眼视光学领域，如果你会使用Zemax，就好像掌握了一把光剑，有相当多的问题可以迎刃而解。在剩下的四则运算会用除法的这些人里，大多数还是在用笔和纸手推公式，如果你能用上Python控制Zemax，则好像掌握了原力，能够使用原力御剑。

接下来，我将为你讲解如何使用原力御光剑，先做些准备活动。本文假设你已经正确安装了Zemax。

安装 miniconda

首先，从安装Python和必须的包管理程序开始。

Python的包非常混乱，经常互相冲突，所以一定不要擅自在系统中直接安装Python和相应的包。平时，能够使用云端的情况下尽量使用云端编程环境，例如Google Colab，DeepNote，Noteable，Replit等等。但与Zemax联合编程，需要与本地的Zemax交互，所以不得不在本地（而且是Windows）安装Python，这时候需要借助包管理程序。我比较习惯的是使用Anaconda，Anaconda有两个版本，其中比较节省空间的是miniconda。

以下是在Windows系统上安装Miniconda并创建一个名为"z"的环境的步骤：

  1. 下载Miniconda安装程序

    首先，你需要从Miniconda的官方网站下载适合你的操作系统的Miniconda安装程序。你可以在这个链接找到它：https://docs.conda.io/en/latest/miniconda.html

  2. 运行Miniconda安装程序

    下载完成后，双击运行安装程序。在安装过程中，你可以选择“为我安装”或“为所有用户安装”。如果你不确定，可以选择“为我安装”。

  3. 安装过程中的设置

    在安装过程中，你会看到一个选项“将Anaconda添加到我的PATH环境变量中”。虽然安装程序建议你不要勾选这个选项，但是为了方便，你可以选择勾选它。这样你就可以在命令行中直接运行conda命令。

  4. 完成安装

    安装程序会自动完成剩下的步骤。安装完成后，你可以打开命令提示符（或者PowerShell），然后输入conda --version来检查Miniconda是否已经成功安装。

  5. 创建名为"z"的环境

    在命令提示符中，输入以下命令来创建一个新的环境，名为"z"：

    conda create --name z

    然后按回车键。conda会询问你是否要继续，输入y然后按回车键。

  6. 激活环境

    创建环境后，你需要激活它。在命令提示符中，输入以下命令：

    conda activate z

    现在你已经在"z"环境中了，你可以在这个环境中安装和使用Python包。

安装必要的包

Zemax与Python的通讯是使用的ZOS API，而ZOS API是建立在微软.net的基础之上，因此在Python中控制Zemax需要安装与.net相关的包，这里是pythonnet。为了后续教学方便，我们还会安装jupyter和numpy，

以下是在已经创建的名为 "z" 的conda环境中安装pythonnet，jupyter和numpy的步骤：

  1. 首先，打开Windows Powershell。

  2. 激活你的conda环境。输入以下命令并按回车键：

    conda activate z

    如果成功，你应该会在命令行提示符前看到环境名称 "(z)"。

  3. 接下来，我们将安装pythonnet。由于pythonnet可能需要一些预编译的依赖项，我们将使用conda-forge通道来安装。输入以下命令并按回车键：

    conda install -c conda-forge pythonnet

    如果提示你确认安装，输入 "y" 并按回车键。

  4. 然后，我们将安装jupyter。输入以下命令并按回车键：

    conda install jupyter

    同样，如果提示你确认安装，输入 "y" 并按回车键。

  5. 最后，我们将安装numpy。输入以下命令并按回车键：

    conda install numpy

    如果提示你确认安装，输入 "y" 并按回车键。

现在，你的conda环境 "z" 应该已经安装了pythonnet，jupyter和numpy。你可以通过在Powershell中输入 "python" 启动Python解释器，然后输入 "import clr"，"import jupyter" 和 "import numpy" 来测试这些库是否已经成功安装。如果没有错误消息，那么你就成功了！

ZOS-API

Zemax并没有直接提供一个zosapi的库，而是每次从头开始用pythonnet建立一个相关的类，然后调用。这就还挺麻烦的。不过他们已经写好了很多示例代码，而每一个示例代码前面都是相同的建立类部分，所以，我们只需要提取出来即可。

在你的~\Documents\Zemax\ZOS-API Sample Code\Python目录下，应该可以看到一组类似这样命名的文件：

  • PythonStandalone_01_new_file_and_quickfocus.py
  • PythonStandalone_02_NSC_ray_trace.py
    ……

随便取其中的一个，复制到你准备工作的目录下，然后改名为zosapi.py就可以了。比如我们可以建立一个工作目录叫做learn_zemax_python，把PythonStandalone_01_new_file_and_quickfocus.py文件复制到该目录下，然后重命名为zosapi.py

本地vscode

个人推荐使用vscode https://code.visualstudio.com/ 这是一个微软推出的强大编辑器，有大量插件能够继续增强能力。特别是copilot，能够一定程度上自动编程。

vscode下载安装即可，没有什么特殊。然后在“扩展”中，找到如下安装

  • python (by microsoft)
  • pylance (by microsoft)
  • jupyter (by microsoft)

可选

  • GitHub Copilot (by GitHub)：这是一个AI辅助编程的插件，免费一个月然后要付费使用。当然现在也有更多其他的AI辅助编程工具可用，例如cursor
  • Markdown Preview Enhanced (by Yiyi Wang)：这是我常用来写markdown文档的插件