Editor S-plane

Muchos paquetes de diseño óptico — como Zemax OpticStudio, CODE V y OSLO — utilizan un editor S-plane para describir sistemas de lentes. Aquí, S significa surface: un editor S-plane es esencialmente una tabla de superficies a través de las cuales pasa la luz, listadas en el orden en que se encuentran a lo largo del eje óptico. Cada fila corresponde a una superficie con una curvatura especificada, espesor hasta la siguiente superficie, diámetro y material.

La misma idea se utiliza en el banco de trabajo óptico de OghmaNano. Se supone que la luz viaja de izquierda a derecha: comienza en aire, pasa a través de una superficie de la primera lente (cambiando el índice de refracción), atraviesa el espesor de la lente, sale a través de la segunda superficie, y así sucesivamente para cada lente de la pila. Editando la tabla S-plane, se especifica un sistema óptico completo en términos de sus superficies.

Pila de lentes teleobjetivo definida usando el editor S-plane, renderizada en el banco de trabajo óptico 3D. — Un objetivo teleobjetivo fijo de 200 mm de la literatura de patentes de EE. UU. (US 3 942 876, 1976) renderizado en el banco de trabajo óptico. La pila de lentes se define usando el editor S-plane.

Tabla del editor S-plane que enumera las superficies de una lente de múltiples elementos. — La tabla del editor S-plane. Cada par de filas coloreadas representa las dos superficies de una lente en el sistema óptico.

Aunque la vista S-plane es inherentemente unidimensional (superficies a lo largo de un eje), OghmaNano es, por diseño, un entorno totalmente 3D de trazado de rayos en lugar de un modelo puro de propagación 1D. Por tanto, el editor S-plane actúa como una vista conveniente y estándar en la literatura sobre una escena genuinamente 3D. Las definiciones de lentes en la tabla S-plane se convierten en objetos de lente 3D que viven dentro de la ventana principal de simulación, como se ve en ??.

Acceso al editor S-plane

Se accede al editor S-plane desde la ventana principal del banco de trabajo óptico. En la pestaña Device structure, haga clic en el icono S plane en la barra de herramientas izquierda (justo debajo del editor Layer), como se muestra en ??. Esto abre la ventana del editor S-plane, donde puede crear, editar y organizar pilas de lentes.

La tabla S-plane

El editor S-plane presenta los sistemas de lentes como una tabla de superficies (??). Cada par de filas corresponde a una lente física: una superficie de entrada y una superficie de salida. Las columnas recogen los parámetros ópticos clave:

Name — una etiqueta para la región (aire, Lens 1, Lens 2, …).
Optical material — modelo de índice de refracción o designación del vidrio.
Lens type — esférica, asférica, etc.
Gap o Thickness — distancia hasta la siguiente superficie.
r0 — radio de curvatura de la superficie.
Diameter — apertura libre de la superficie.
id y columnas auxiliares — identificadores internos y opciones.

A medida que edita valores en la tabla S-plane, la geometría de lente 3D correspondiente se actualiza inmediatamente en la vista del banco de trabajo óptico. Los colores se utilizan de forma consistente de modo que, por ejemplo, las filas rojas etiquetadas Lens 1 corresponden a la lente roja en la escena 3D, las filas naranjas a la lente naranja, y así sucesivamente.

Grupos de lentes y colocación 3D

En OghmaNano, cada tabla S-plane está asociada a un objeto 3D llamado grupo de lentes. Un grupo de lentes es simplemente un contenedor que mantiene todas las lentes pertenecientes a una definición S-plane concreta. En la vista 3D el grupo de lentes aparece como una caja delimitadora roja, como se muestra en ??. La caja roja exterior representa el volumen global de simulación; la caja roja interior es el grupo de lentes. Cuando mueve el grupo de lentes en 3D — por ejemplo haciendo clic y arrastrándolo mientras mantiene pulsada Shift — todas las lentes definidas en la tabla S-plane correspondiente se mueven juntas. Esto facilita reposicionar un conjunto óptico completo dentro de una escena mayor.

Al hacer clic en New en el editor S-plane se crea un nuevo grupo de lentes con su propia tabla S-plane. Por tanto, puede tener múltiples S-planes independientes dentro de una única simulación, cada uno situado en su propio grupo de lentes 3D. Esto es útil para modelar sistemas ópticos compuestos tales como telescopios con conjuntos separados de objetivo y ocular, o módulos de cámara con múltiples bloques de lentes.

Vista S-plane frente al mundo 3D

Es importante subrayar que, en OghmaNano, el editor S-plane es una vista derivada del mundo 3D, y no la verdad subyacente. Los objetos de lente 3D y sus mallas son la representación primaria utilizada por el trazador de rayos. La tabla S-plane es una descripción estructurada, superficie por superficie, extraída de estos objetos y mantenida sincronizada con ellos.

Vista 3D que muestra la caja del grupo de lentes que corresponde a una definición S-plane. — La vista 3D correspondiente. La caja roja exterior es la ventana global de simulación, mientras que la caja roja interior es un **grupo de lentes** que contiene las lentes definidas por S-plane.

Este enfoque híbrido combina lo mejor de ambos mundos:

Conserva un entorno completo de simulación 3D, con las lentes representadas como mallas explícitas que pueden interactuar con geometría arbitraria.
Al mismo tiempo, obtiene una interfaz S-plane estándar que coincide con la forma en que los diseños de lentes suelen presentarse en la literatura óptica y en herramientas de diseño tradicionales.

Al diseñar telescopios, objetivos de cámara u otros sistemas axiales, a menudo resulta más conveniente comenzar con la tabla S-plane: especifique superficies, radios y espesores, y luego inspeccione el diseño 3D resultante. Para estructuras ópticas 3D más complejas, puede combinar grupos de lentes definidos por S-plane con mallas basadas en CAD o imágenes procedentes del editor CAD / Mesh y de la base de datos Shape.