Zemaxの「熱解析の設定」、APIからは直接呼べなかった

はじめに

Ansys Zemax OpticStudio(以下、Zemax) には、GUI上で

設定タブ → コンフィグレーション → 熱解析の設定

という、とても便利な機能があります。

温度を指定し実行すると、

• 曲率
• 厚み
• 非球面係数
• 有効径
• 材料（屈折率）

といったパラメータを指定した温度に合わせ Multi-Configuration化してくれるので、
温度特性評価ではほぼ必須の機能です。

Multi-Configuration化とは、1つの光学系に対して、
温度や寸法などの条件だけを切り替えながら、
複数の状態を同時に管理・評価できるようにする仕組みです。

APIからも同じことをやりたい、と思った

ZOS-API（Zemax OpticStudio API）を使って
自動レポート作成のようなプログラムを作っていたのですが、

• 熱環境中での光学性能についてもまとめたい
• そのためにAPIで温度特性用のコンフィグレーション作成をやりたい

と思ったのです。
ところが……

「熱解析の設定」を直接呼ぶAPIは無さそう

少なくとも現時点の ZOS-API には、
GUIの「熱解析の設定」を そのまま実行するAPIは見当たりません。

じゃあAPIではどうするのか？

結論から言うと、

Multi-Configuration Editor（MCE）を1行ずつ自分で組み立てる

ことになります。

その具体例が、
Zemax公式が提供するAPIのサンプルコード18番 「18_SetMultiConfiguration」 です。

以下、この Sample18 のコードを抜粋しながら
「何をしているのか」を見ていきます。

Sample18 前半：Multi-Configuration Editor（MCE）の基本操作

レンズを読み込んで、MCEを取得

TheSystem.LoadFile(
    TheApplication.SamplesDir +
    "\\Sequential\\Objectives\\Double Gauss 28 degree field.zos",
    False
)
TheMCE = TheSystem.MCE

ここでは単にサンプルレンズデータ「Double Gauss」を開き、
Multi-Configuration Editor（MCE）への参照を取得しています。

コンフィグを2つ追加（合計3コンフィグ）

TheMCE.AddConfiguration(False)
TheMCE.AddConfiguration(False)

• OpticStudioには最初から Config 1 が存在
• そこに2つ追加して Config 1 / 2 / 3 の構成になります

GUIで言うと
「Multi-Configuration Editorで“コンフィグレーションを挿入”を2回押した」
のと同じです。

オペランドを追加して THIC に変更

TheMCE.AddOperand()

MCOperand1 = TheMCE.GetOperandAt(1)
MCOperand2 = TheMCE.GetOperandAt(2)

MCOperand1.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MCE.MultiConfigOperandType.THIC)
MCOperand2.ChangeType(ZOSAPI.Editors.MCE.MultiConfigOperandType.THIC)

MCEに THIC（厚み）行を2行 追加しています。

GUIなら
「Operand Type を THIC に変更」
という操作に相当します。

THICの対象面を指定

MCOperand1.Param1 = 0
MCOperand2.Param1 = 11

• THICオペランドの Param1 = 面番号
• 0 は慣習的に「物体距離」の指定
• 11 は面11の厚みで、今回のデータでは像面の1つ手前の距離（バックフォーカス長）でした。

コンフィグごとに値を設定

MCOperand1.GetOperandCell(1).DoubleValue = 10000.0
MCOperand1.GetOperandCell(2).DoubleValue = 5000.0
MCOperand1.GetOperandCell(3).DoubleValue = 1000.0

MCE表にすると、こんな状態です。

Operand	Config1	Config2	Config3
THIC (surf=0)	10000	5000	1000

つまり、

物体距離だけを変えた3つのコンフィグ

を作っています。

コンフィグごとに Quick Focus を実行

quickfocus = TheSystem.Tools.OpenQuickFocus()

TheMCE.SetCurrentConfiguration(1)
quickfocus.RunAndWaitForCompletion()

TheMCE.SetCurrentConfiguration(2)
quickfocus.RunAndWaitForCompletion()

TheMCE.SetCurrentConfiguration(3)
quickfocus.RunAndWaitForCompletion()

重要なのはここです。

• Quick Focus は 「現在のコンフィグ」に対して実行される
• なので、
  Config切り替え → 実行
  を3回繰り返しています

結果として、

3つのコンフィグレーションそれぞれで、ちゃんとピント調整をした
Double Gauss レンズデータが出来上がる

というわけです。

Sample18 後半：「熱解析の設定」相当の処理をAPIで再現する

ここからが本題です。

Doublet を読み込み、コンフィグ2を追加

TheSystem.LoadFile(
    TheApplication.SamplesDir +
    "\\Sequential\\Objectives\\Doublet.zos",
    False
)
TheMCE.AddConfiguration(False)

• Config 1：基準環境
• Config 2：高温環境

という想定になります。

オペランドを13行追加

for i in range(0, 12):
    TheMCE.AddOperand()

最初の1行＋12行で、
合計13オペランドを作成しています。

オペランドの種類を一気に定義

operandType = [
    TEMP, PRES,
    CRVT, THIC, GLSS, SDIA,
    CRVT, THIC, GLSS, SDIA,
    CRVT, THIC, SDIA
]

これは、GUIの「熱解析の設定」が内部で作る
MCE構造とほぼ同じです。

ポイントは、

• TEMP（温度） / PRES（圧力） は、それ以降のオペランドに影響する
• 並び順が非常に重要

という点です。

面番号（Param1）を設定

param1value = [1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3]
for i in range(0, 11):
    TheMCE.GetOperandAt(i+3).Param1 = param1value[i]

• 面1、面2、面3 に対して
• CRVT / THIC / GLSS / SDIA をひとまとめで管理

という構造になります。

Thermal Pickup Solve を設定

ThermalPickupSolve =
    TheMCE.GetOperandAt(1)
    .GetOperandCell(1)
    .CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.ThermalPickup)

ThermalPickupSolve._S_ThermalPickup.Configuration = 1

これは、

「Config1を基準にして、
温度差・圧力差からパラメータを計算する」

という設定です。

GLSSは Config Pickup を使う

ConfigPickupSolve =
    TheMCE.GetOperandAt(1)
    .GetOperandCell(1)
    .CreateSolveType(ZOSAPI.Editors.SolveType.ConfigPickup)

• ガラス名は「熱変形する量」ではないため同じ文字列を使用。
• Config1と同じ材質を指定した上で、TEMPの設定が効いているので
  屈折率が温度に合わせ変化する。

なので、GLSSには Thermal Pickup ではなく
Config Pickup を使っています。

温度を設定して屈折率補正を有効化

TheMCE.GetOperandAt(1).GetOperandCell(2).DoubleValue = 100
TheSystemData.Environment.AdjustIndexToEnvironment = True

• Config2 の温度 = 100°C
• 温度・圧力による屈折率補正を有効化

ここまでやって、
ようやく GUI の「熱解析の設定」と同等の状態になります。

結局、このサンプルが言いたいこと

Sample18を通して分かるのは、

• Zemaxの熱解析は MCEベースの仕組み
• GUIで実行できる「熱解析の設定」機能はMCEを自動生成してくれているだけ
• APIでは、その自動生成処理を自分で書く必要がある

ということです。

おわりに

ZOS-APIを触っていると、

「GUIだと簡単なのに、APIだと回りくどい」

という場面にちょくちょく出会います。

Zemaxの熱解析設定も、その典型例かなと思います。

ただ一度、

• MCEの構造を理解して
• Thermal Pickup / Config Pickup を使い分けられるようになる

と、かなり自由度の高い温度評価ができるようになります。

ZOS-APIで熱解析を自動化したい人は、ぜひ参考にしてください。

※本記事は筆者個人の見解であり、所属組織の公式見解を示すものではありません。

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