☰
Το OghmaNano περιέχει έναν προηγμένο τρισδιάστατο επιλυτή ακτινικής ανίχνευσης για τη μοντελοποίηση οπτικών συστημάτων, φακών, διαφραγμάτων, τραχιών επιφανειών, μικροφακών και δομημένων οπτοηλεκτρονικών συγκροτημάτων. Η μονάδα ακτινικής ανίχνευσης έχει σχεδιαστεί για προβλήματα στην οπτική απεικόνιση, την οπτική διήθηση, τη διασπορά επιφανειών, την εξαγωγή φωτός και τον γεωμετρικό οπτικό σχεδιασμό. Συνδυάζοντας την ρητή τρισδιάστατη γεωμετρία με τις ιδιότητες των υλικών που εξαρτώνται από το μήκος κύματος, ο επιλυτής επιτρέπει στους χρήστες να αναλύσουν πώς το φως διαδίδεται μέσω ρεαλιστικών οπτικών στοιχείων και ολοκληρωμένων συγκροτημάτων.
Το ίδιο πλαίσιο μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα οπτικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των φακών Cooke triplet, φακών με μεγάλο εστιακό μήκος, γενικών περιηγήσεων στις λειτουργίες ιχνηλάτησης ακτίνων, ανάκλασης από τραχιές μεμβράνες, διαφυγής φωτός από δομημένες μεμβράνες και επιδείξεων μικροφακών και οπτικής φιλτραρίσματος. Επειδή ο επιλυτής λειτουργεί απευθείας στις ιχνηλατημένες ακτίνες μέσω πλήρους τρισδιάστατης γεωμετρίας, είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για τη μελέτη της εστίασης, των εκτροπών, της απόδοσης συλλογής, της απόκρισης του ανιχνευτή και της συμπεριφοράς που εξαρτάται από το μήκος κύματος σε οπτικά συστήματα που είναι πολύ περίπλοκα για απλούστερες παραξιακές προσεγγίσεις.
Η OghmaNano παρέχει εξειδικευμένα εργαλεία για τον ορισμό πηγών φωτός, την τοποθέτηση οπτικών ανιχνευτών και την επεξεργασία οπτικών συστημάτων που βασίζονται σε φακούς, χρησιμοποιώντας τον επεξεργαστή S-plane. Στην πράξη, αυτό επιτρέπει στους χρήστες να μεταβούν από μια απλή συνταγή φακού σε μια πλήρη τρισδιάστατη σκηνή, να παρακολουθήσουν την πορεία των ακτίνων σε διάφορα μήκη κύματος και να αναλύσουν τόσο τη γεωμετρία όσο και την τελική εικόνα στην επιφάνεια του ανιχνευτή, όλα εντός μιας ενιαίας ροής εργασίας.
Ο αλγόριθμος ιχνηλάτησης ακτίνων διαδίδει οπτικές ακτίνες σε μια τρισδιάστατη σκηνή που περιέχει επιφάνειες, ομογενή μέσα, διαφράγματα και επίπεδα ανιχνευτών. Σε κάθε διεπιφάνεια, ο αλγόριθμος εφαρμόζει την κατάλληλη ενημέρωση της γεωμετρικής οπτικής, έτσι ώστε οι ακτίνες να μπορούν να ανακλώνται, να διαθλώνται, να μεταδίδονται ή να απορροφώνται, ανάλογα με τις τοπικές ιδιότητες του υλικού και τη γεωμετρία. Στην πιο βασική του μορφή, η διάθλαση διέπεται από τον νόμο του Snell.
\[ n_1 (\mathbf{k_i} \times \mathbf{n}) = n_2 (\mathbf{k_t} \times \mathbf{n}) \]
ενώ η ανάκλαση και η διάθλαση στην επιφάνεια εξαρτώνται από τους δείκτες διάθλασης και τη γεωμετρία της τοπικής πρόσπτωσης. Στις πρακτικές οπτικές προσομοιώσεις, αυτό σημαίνει ότι η καμπυλότητα του φακού, η απόσταση μεταξύ των στοιχείων, το μέγεθος του διαφράγματος και ο δείκτης διάθλασης που εξαρτάται από το μήκος κύματος επηρεάζουν άμεσα την τελική εικόνα και την απόδοση του συστήματος.
Σε αντίθεση με τους ολοκληρωμένους επιλυτές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η ακτινοβόληση προορίζεται για προβλήματα όπου το οπτικό μήκος κύματος είναι πολύ μικρότερο από τη χαρακτηριστική γεωμετρία και όπου το φως μπορεί να αναπαρασταθεί με ακρίβεια μέσω κατευθυνόμενων ακτίνων. Αυτό καθιστά τη μέθοδο ιδιαίτερα αποδοτική για φακούς πολλαπλών στοιχείων, μακροσκοπικά οπτικά συστήματα, συστήματα μικροφακών και προβλήματα σκέδασης ή εκχύλισης σε δομημένες επιφάνειες. Επίσης, καθιστά τον επιλυτή έναν φυσικό συνεργάτη για το υπόλοιπο της οπτικής αλυσίδας εργαλείων OghmaNano, όπου η γεωμετρική οπτική συμπληρώνει τις μεθόδους που βασίζονται σε κύματα, όπως η FDTD και η μοντελοποίηση μήτρας μεταφοράς.
Κάθε προσομοίωση ακτινικής ανίχνευσης εξαρτάται από τρία βασικά στοιχεία: την πηγή, το οπτικό σύστημα και τον ανιχνευτή. Στο OghmaNano, η πηγή διαμορφώνεται μέσω του light-source editor, όπου ο χρήστης μπορεί να ορίσει το σχήμα της δέσμης, το μήκος κύματος ή το φασματικό εύρος, την αγγειακή κατανομή και τα χαρακτηριστικά εκπομπής. Αυτό καθιστά δυνατή τη μοντελοποίηση οτιδήποτε, από απλές παράλληλες δέσμες έως πιο σύνθετες δομημένες ή πολυ-χρωματικές πηγές.
Το οπτικό σύστημα κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη γεωμετρία και, για συστήματα που βασίζονται σε φακούς, χρησιμοποιείται το S-plane editor. Το S-plane παρέχει μια συνοπτική προβολή σχεδίασης φακού, στην οποία οι ακτίνες, τα πάχη, τα υλικά, οι διάμετροι και οι αποστάσεις μπορούν να επεξεργαστούν απευθείας, διατηρώντας παράλληλα τη σύνδεσή τους με τον υποκείμενο τρισδιάστατο οπτικό κόσμο. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για κλασικά συστήματα πολλαπλών στοιχείων, όπως το Cooke triplet, και για αυτοματοποιημένες σαρώσεις παραμέτρων στον χώρο σχεδίασης φακών.
Στη συνέχεια, οι ανιχνευτές μετρούν το αποτέλεσμα του οπτικού συστήματος. Αυτοί μπορεί να καταγράφουν την ένταση της διαπερασμένης ακτινοβολίας, εικόνες στο επίπεδο του ανιχνευτή, την απόδοση σε σχέση με το μήκος κύματος ή άλλες παράγωγες οπτικές ποσότητες, ανάλογα με τη ρύθμιση της προσομοίωσης. Συνολικά, ο επεξεργαστής πηγής, ο επεξεργαστής επιπέδου S και τα εργαλεία ανιχνευτή μετατρέπουν τη μονάδα ιχνηλάτησης ακτίνων σε ένα πρακτικό περιβάλλον για οπτικό σχεδιασμό, οπτικό χαρακτηρισμό και ανάλυση απόδοσης που βασίζεται στη γεωμετρία.
Ένα από τα πλεονεκτήματα του περιβάλλοντος ιχνηλάτησης ακτίνων OghmaNano είναι ότι δεν περιορίζεται σε μεμονωμένες, χειροκίνητες εκτελέσεις. Τα οπτικά συστήματα μπορούν να εξερευνηθούν συστηματικά χρησιμοποιώντας αυτοματοποιημένες σαρώσεις παραμέτρων και ανάλυση δεικτών απόδοσης. Αυτό επιτρέπει στους χρήστες να μεταβάλλουν τις ακτίνες, τα πάχη, τις αποστάσεις, τις ρυθμίσεις διαφράγματος ή άλλες γεωμετρικές παραμέτρους σε μια σειρά προσομοιώσεων και στη συνέχεια να συγκρίνουν ποσοτικά την προκύπτουσα οπτική απόδοση.
Στην πράξη, αυτό καθιστά τη λειτουργία ιχνηλάτησης ακτίνων χρήσιμη όχι μόνο για την οπτικοποίηση ακτίνων, αλλά και για πραγματική εργασία σχεδιασμού οπτικών συστημάτων. Μέγεθος σημείου, απόδοση ανιχνευτή, ποιότητα εικόνας, μετρικές ενέργειας που περικλείονται και συναφείς οπτικές παράμετροι μπορούν να εξαχθούν και να συγκριθούν σε διάφορους χώρους παραμέτρων. Ως εκ τούτου, οι χρήστες μπορούν να μεταβούν από οπτικοποιήσεις που βοηθούν στην κατανόηση σε πιο συστηματικές ροές εργασίας βελτιστοποίησης φακών, χωρίς να χρειάζεται να αλλάξουν περιβάλλον.
Αυτή η προσέγγιση σάρωσης και βελτιστοποίησης είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για πολύπλοκα συστήματα, όπου η απόδοση εξαρτάται από διάφορες αλληλένδετες μεταβλητές σχεδιασμού. Επιπλέον, καθιστά τον αλγόριθμο μια πρακτική πλατφόρμα για μελέτες ανοχών, εξερεύνηση του χώρου σχεδιασμού και γρήγορη σύγκριση εναλλακτικών οπτικών διατάξεων.
Ο επιλυτής ακτινικής ανίχνευσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα πραγματικών οπτικών προβλημάτων. Στην οπτική απεικόνισης, μπορεί να μοντελοποιήσει φακούς πολλαπλών στοιχείων, διαφράγματα, εστιακές επιφάνειες και εικόνες ανιχνευτών, όπως απεικονίζονται στις Εικ. ??, Εικ. ?? και Εικ. ??. Σε αυτά τα συστήματα, ο επιλυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των εκτροπών, του μεγέθους του διαφράγματος, της συμπεριφοράς εστίασης, της δημιουργίας εικόνας και της απόδοσης που εξαρτάται από το μήκος κύματος.
Το ίδιο πλαίσιο είναι επίσης χρήσιμο για την αλληλεπίδραση του φωτός με λεπτές μεμβράνες και δομημένες επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένης της ανάκλασης από τραχιές μεμβράνες, της διαφυγής από στρωματοποιημένες επιφάνειες και της ενισχυμένης συλλογής ή διήθησης μέσω μικροφακών. Δεδομένου ότι η μέθοδος λειτουργεί απευθείας σε τρισδιάστατη γεωμετρία, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη πιο σύνθετων οπτικών διατάξεων, όπου η πλήρης διαδρομή του φωτός μέσω της δομής είναι σημαντική.
Επειδή το OghmaNano υποστηρίζει σαρώσεις μήκους κύματος, εξόδους ανιχνευτών και αυτοματοποιημένες σαρώσεις, ο αλγόριθμος επίλυσης είναι κατάλληλος τόσο για γρήγορες διερευνητικές προσομοιώσεις όσο και για πιο συστηματικές διαδικασίες σχεδιασμού οπτικών. Αυτό το καθιστά χρήσιμο σε διάφορα πλαίσια, από τον κλασικό σχεδιασμό φακών έως τη συσκευασία οπτοηλεκτρονικών εξαρτημάτων και την οπτική με δομημένες επιφάνειες.
Το OghmaNano περιλαμβάνει μια συνεχώς αυξανόμενη συλλογή παραδειγμάτων και αναλυτικών οδηγιών για την τεχνική της ακτινοβόλης απεικόνισης (ray tracing). Αυτά καλύπτουν τόσο τις βασικές διαδικασίες σχεδίασης οπτικών συστημάτων όσο και πιο προηγμένες εφαρμογές, όπως η ανάλυση παραμέτρων, οι μετρικές επιδόσεων, οι τραχιές επιφάνειες και οι μικροφακοί. Σκοπός τους είναι να βοηθήσουν τους χρήστες να μεταβούν γρήγορα από ένα γεωμετρικό μοντέλο σε μια λειτουργική οπτική προσομοίωση και στη συνέχεια στην βελτιστοποίηση ή την ανάλυση.
Ως χρήσιμα σημεία εκκίνησης μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα εξής: εισαγωγή στα οπτικά συστήματα και την ανίχνευση ακτίνων, εκπαιδευτικό πρόγραμμα για τον φακό Cooke triplet, παράδειγμα φακού 200 mm, περιήγηση στις λειτουργίες ανίχνευσης ακτίνων, εκπαιδευτικό πρόγραμμα για την αυτοματοποιημένη σάρωση παραμέτρων στο επίπεδο S και ροή εργασίας για τις μετρικές απόδοσης. Για την οπτική με δομημένες επιφάνειες, τα ανάκλαση λεπτής μεμβράνης, διαφυγή φωτός και επίδειξη μικροφακού δείχνουν πώς η ίδια μηχανή ανίχνευσης ακτίνων μπορεί να χρησιμοποιηθεί και πέρα από τα κλασικά οπτικά συστήματα.
Δοκιμάστε ένα παράδειγμα ακτινογραφίας.
Ξεκινήστε με την εισαγωγή στα οπτικά συστήματα και την ιχνηλάτηση ακτίνων, και στη συνέχεια προχωρήστε στα σεμινάρια Cooke triplet, prime-lens ή αυτοματοποιημένη σάρωση παραμέτρων.
Για να δημιουργήσετε τα δικά σας συστήματα, ξεκινήστε με τις πηγές φωτός, τους οπτικούς ανιχνευτές και τον επεξεργαστή S-plane.