Επεξεργαστής επιπέδου S

Πολλά προγράμματα οπτικού σχεδιασμού – όπως τα Zemax OpticStudio, CODE V και OSLO – χρησιμοποιούν έναν επεξεργαστή επιπέδου S για να περιγράψουν οπτικά συστήματα. Εδώ, το S συμβολίζει την επιφάνεια: ένας επεξεργαστής επιπέδου S είναι ουσιαστικά ένας πίνακας επιφανειών από τις οποίες διέρχεται το φως, καταγεγραμμένες με τη σειρά που συναντώνται κατά μήκος του οπτικού άξονα. Κάθε γραμμή αντιστοιχεί σε μια επιφάνεια με καθορισμένη καμπυλότητα, πάχος μέχρι την επόμενη επιφάνεια, διάμετρο και υλικό.

Η ίδια ιδέα χρησιμοποιείται στο Οπτικό Εργαστήριο της OghmaNano. Θεωρείται ότι το φως ταξιδεύει από αριστερά προς τα δεξιά: ξεκινά στον αέρα, περνά από την επιφάνεια του πρώτου φακού (με αποτέλεσμα να αλλάζει ο δείκτης διάθλασης), διασχίζει το πάχος του φακού, εξέρχεται από τη δεύτερη επιφάνεια και ούτω καθεξής για κάθε φακό στην στοίβα. Επεξεργαζόμενοι τον πίνακα S-plane, καθορίζετε ένα πλήρες οπτικό σύστημα όσον αφορά τις επιφάνειές του.

Ενώ η προβολή του επιπέδου S είναι εγγενώς μονοδιάστατη (επιφάνειες κατά μήκος ενός άξονα), το OghmaNano έχει σχεδιαστεί ως ένα πλήρες τρισδιάστατο περιβάλλον ανίχνευσης ακτίνων και όχι ως ένα καθαρά μονοδιάστατο μοντέλο διάδοσης. Επομένως, ο επεξεργαστής επιπέδου S λειτουργεί ως μια βολική, τυποποιημένη προβολή της βιβλιογραφίας σε μια πραγματικά τρισδιάστατη σκηνή. Οι ορισμοί των φακών στον πίνακα του επιπέδου S μετατρέπονται σε τρισδιάστατα αντικείμενα φακών, τα οποία υπάρχουν μέσα στο κύριο παράθυρο προσομοίωσης, όπως φαίνεται στο ??.

Πρόσβαση στον επεξεργαστή του επιπέδου S.

Ο επεξεργαστής S-plane προσβάσιμα από το κύριο παράθυρο του Optical Workbench. Στην καρτέλα "Δομή συσκευής", κάντε κλικ στο εικονίδιο S-plane στην αριστερή γραμμή εργαλείων (ακριβώς κάτω από τον επεξεργαστή επιπέδων), όπως φαίνεται στην εικόνα ??. Αυτό ανοίγει το παράθυρο του επεξεργαστή S-plane, όπου μπορείτε να δημιουργήσετε, να επεξεργαστείτε και να οργανώσετε στοίβες φακών.

Ο πίνακας του επιπέδου S.

Ο επεξεργαστής S-plane παρουσιάζει τα οπτικά συστήματα ως έναν πίνακα επιφανειών (??). Κάθε ζεύγος γραμμών αντιστοιχεί σε μία φυσική φακή: μια επιφάνεια εισόδου και μια επιφάνεια εξόδου. Οι στήλες περιέχουν τις βασικές οπτικές παραμέτρους:

• Όνομα — μια ετικέτα για την περιοχή (αέρας, Φακός 1, Φακός 2, ...).
• Οπτικό υλικό – μοντέλο δείκτη διάθλασης ή ονομασία γυαλιού.
• Τύπος φακού — σφαιρικός, ασφαιρικός, κ.λπ.
• Κενό ή Πάχος — απόσταση μέχρι την επόμενη επιφάνεια.
• r0 — ακτίνα καμπυλότητας της επιφάνειας.
• Διάμετρος — καθαρό άνοιγμα της επιφάνειας.
• αναγνωριστικά και βοηθητικές στήλες — εσωτερικά αναγνωριστικά και επιλογές.

Καθώς επεξεργάζεστε τις τιμές στον πίνακα S-plane, η αντίστοιχη τρισδιάστατη γεωμετρία του φακού ενημερώνεται άμεσα στην προβολή Optical Workbench. Χρησιμοποιούνται συνεπείς χρωματικές κωδικοποιήσεις, έτσι ώστε, για παράδειγμα, οι κόκκινες γραμμές που φέρουν την ετικέτα "Φακός 1" να αντιστοιχούν στον κόκκινο φακό στην τρισδιάστατη σκηνή, οι πορτοκαλί γραμμές στον πορτοκαλί φακό και ούτω καθεξής.

Ομάδες φακών και τρισδιάστατη τοποθέτηση.

Στο OghmaNano, κάθε πίνακας S-plane συνδέεται με ένα τρισδιάστατο αντικείμενο που ονομάζεται ομάδα φακών. Μια ομάδα φακών είναι απλώς ένα δοχείο που περιέχει όλους τους φακούς που ανήκουν σε μια συγκεκριμένη ορισμό S-plane. Στην τρισδιάστατη προβολή, η ομάδα φακών εμφανίζεται ως ένα κόκκινο οριοθετικό πλαίσιο, όπως φαίνεται στην ??. Το εξωτερικό κόκκινο πλαίσιο αντιπροσωπεύει τον συνολικό όγκο προσομοίωσης· το εσωτερικό κόκκινο πλαίσιο είναι η ομάδα φακών. Όταν μετακινείτε την ομάδα φακών στην τρισδιάστατη προβολή — για παράδειγμα, κάνοντας κλικ και σύροντάς την ενώ κρατάτε πατημένο το Shift — όλοι οι φακοί που ορίζονται στον αντίστοιχο πίνακα S-plane μετακινούνται μαζί. Αυτό διευκολύνει την επανατοποθέτηση ολόκληρης μιας οπτικής διάταξης μέσα σε μια μεγαλύτερη σκηνή.

Κάνοντας κλικ στην επιλογή "Νέο" στον επεξεργαστή του επιπέδου S, δημιουργείται μια νέα ομάδα φακών με τον δικό της πίνακα επιπέδου S. Ως εκ τούτου, μπορείτε να έχετε πολλαπλά ανεξάρτητα επίπεδα S μέσα σε μια ενιαία προσομοίωση, καθένα από τα οποία βρίσκεται στη δική του τρισδιάστατη ομάδα φακών. Αυτό είναι χρήσιμο για τη μοντελοποίηση σύνθετων οπτικών συστημάτων, όπως τηλεσκόπια με ξεχωριστές μονάδες αντικειμενικού και προσοφθάλμιου φακού, ή μονάδες κάμερας με πολλαπλά μπλοκ φακών.

Άποψη στο επίπεδο S έναντι του τρισδιάστατου κόσμου.

Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι, στο OghmaNano, ο επεξεργαστής S-plane είναι μια παράγωγη προβολή του τρισδιάστατου κόσμου και όχι η απόλυτη αλήθεια. Τα τρισδιάστατα αντικείμενα φακού και τα πλέγματά τους αποτελούν την κύρια αναπαράσταση που χρησιμοποιεί ο αλγόριθμος ιχνηλάτησης ακτίνων. Ο πίνακας S-plane είναι μια δομημένη περιγραφή, επιφάνεια προς επιφάνεια, η οποία εξάγεται από αυτά τα αντικείμενα και διατηρείται συγχρονισμένη με αυτά.

Αυτή η υβριδική προσέγγιση συνδυάζει τα καλύτερα στοιχεία και των δύο κόσμων:

• Διατηρείτε ένα πλήρες τρισδιάστατο περιβάλλον προσομοίωσης, όπου οι φακοί απεικονίζονται ως διακριτά πλέγματα που μπορούν να αλληλεπιδρούν με οποιαδήποτε γεωμετρία.
• Παράλληλα, αποκτάτε μια τυπική διεπαφή S-επιπέδου, η οποία είναι συμβατή με τον τρόπο με τον οποίο συνήθως παρουσιάζονται τα σχέδια φακών στην οπτική βιβλιογραφία και στα παραδοσιακά εργαλεία σχεδίασης.

Κατά το σχεδιασμό τηλεσκοπίων, φακών καμερών ή άλλων αξονικών συστημάτων, είναι συχνά πιο βολικό να ξεκινήσετε με τον πίνακα S-plane: καθορίστε τις επιφάνειες, τις ακτίνες και τα πάχη και, στη συνέχεια, ελέγξτε τη διαμορφωμένη τρισδιάστατη διάταξη. Για πιο σύνθετες τρισδιάστατες οπτικές δομές, μπορείτε να συνδυάσετε ομάδες φακών που ορίζονται στο S-plane με πλέγματα που βασίζονται σε CAD ή σε εικόνες από τον Επεξεργαστή CAD / Πλεγμάτων και τη Βάση δεδομένων σχημάτων.