Edytor płaszczyzny S

Wiele programów do projektowania układów optycznych – takich jak Zemax OpticStudio, CODE V i OSLO – wykorzystuje edytor płaszczyzny S do opisywania układów soczewek. W tym kontekście „S” oznacza powierzchnię: edytor płaszczyzny S to zasadniczo tabela powierzchni, przez które przechodzi światło, ułożona w kolejności, w jakiej występują one wzdłuż osi optycznej. Każdy wiersz odpowiada powierzchni o określonej krzywiźnie, grubości, średnicy i materiale.

Podobna koncepcja została zastosowana w programie OghmaNano Optical Workbench. Zakłada się, że światło przemieszcza się od lewej do prawej: zaczyna w powietrzu, przechodzi przez powierzchnię pierwszej soczewki (gdzie zmienia się współczynnik załamania), przemieszcza się przez grubość soczewki, wychodzi przez drugą powierzchnię i tak dalej dla każdej soczewki w zestawie. Poprzez edycję tabeli S-plane można zdefiniować kompletny układ optyczny, określając parametry jego powierzchni.

Chociaż widok w płaszczyźnie S jest z natury jednowymiarowy (obejmuje powierzchnie wzdłuż osi), OghmaNano został zaprojektowany jako w pełni trójwymiarowe środowisko do śledzenia promieni, a nie jako czysty jednowymiarowy model propagacji. Dlatego edytor płaszczyzny S działa jako wygodny, zgodny ze standardami narzędzie do wyświetlania rzeczywistej sceny 3D. Definicje soczewek w tabeli płaszczyzny S są konwertowane na trójwymiarowe obiekty soczewek, które znajdują się w głównym oknie symulacji, jak widać w ??.

Otwieranie edytora płaszczyzny S.

Edytor płaszczyzny S jest dostępny z głównego okna programu Optical Workbench. W zakładce „Struktura urządzenia” kliknij ikonę płaszczyzny S na lewym pasku narzędzi (tuż pod edytorem warstw), jak pokazano na ilustracji ??. Spowoduje to otwarcie okna edytora płaszczyzny S, w którym można tworzyć, edytować i organizować zestawy soczewek.

Stół z płaszczyzną S.

Edytor S-płaszczyzny przedstawia układy soczewek w formie tabeli powierzchni (??). Każda para wierszy odpowiada jednej fizycznej soczewce: jednej powierzchni wejściowej i jednej powierzchni wyjściowej. Kolumny zawierają kluczowe parametry optyczne:

• Nazwa — etykieta oznaczająca dany obszar (powietrze, obiektyw 1, obiektyw 2, …).
• Materiał optyczny – model współczynnika załamania lub oznaczenie rodzaju szkła.
• Rodzaj soczewki – sferyczna, asferyczna itp.
• Odstęp lub grubość – odległość do następnej powierzchni.
• r0 — promień krzywizny powierzchni.
• Średnica – efektywna średnica powierzchni.
• Identyfikatory i kolumny pomocnicze — wewnętrzne identyfikatory i opcje.

Podczas edycji wartości w tabeli S-plane, odpowiadająca im geometria soczewki 3D jest natychmiast aktualizowana w widoku Optical Workbench. Kolory są stosowane w sposób spójny, tak że na przykład czerwone wiersze oznaczone jako Soczewka 1 odpowiadają czerwonej soczewce w scenie 3D, pomarańczowe wiersze – pomarańczowej soczewce i tak dalej.

Grupy soczewek i rozmieszczenie w przestrzeni trójwymiarowej

W programie OghmaNano każda tabela S-plane jest powiązana z obiektem 3D, zwanym grupą soczewek. Grupa soczewek to po prostu kontener, w którym znajdują się wszystkie soczewki należące do określonej definicji S-plane. W widoku 3D grupa soczewek jest wyświetlana jako czerwona obwiednia, jak pokazano na ilustracji ??. Zewnętrzna czerwona obwiednia reprezentuje globalną objętość symulacji, a wewnętrzna czerwona obwiednia to grupa soczewek. Gdy przesuwamy grupę soczewek w przestrzeni 3D – na przykład, klikając i przeciągając ją, przytrzymując klawisz Shift – wszystkie soczewki zdefiniowane w odpowiadającej tabeli S-plane przesuwają się razem. Dzięki temu łatwo można zmienić położenie całego układu optycznego w większej scenie.

Kliknięcie przycisku „Nowy” w edytorze płaszczyzny S powoduje utworzenie nowej grupy soczewek z własną tabelą płaszczyzny S. Dzięki temu można mieć wiele niezależnych płaszczyzn S w ramach jednej symulacji, z których każda znajduje się w osobnej trójwymiarowej grupie soczewek. Jest to przydatne do modelowania złożonych układów optycznych, takich jak teleskopy z oddzielnymi zespołami obiektywu i okularu, lub moduły kamer z wieloma blokami soczewek.

Widok na płaszczyźnie S w porównaniu ze światem 3D.

Należy podkreślić, że w OghmaNano edytor płaszczyzny S jest jedynie pochodną reprezentacją trójwymiarowego świata, a nie jego wiernym odwzorowaniem. Obiekty i siatki tworzące trójwymiarowy model są podstawową reprezentacją wykorzystywaną przez silnik śledzenia promieni. Tabela płaszczyzny S to uporządkowany opis powierzchni, wyodrębniony z tych obiektów i utrzymywany w synchronizacji z nimi.

To hybrydowe podejście łączy w sobie najlepsze cechy obu rozwiązań:

• Zachowujesz dostęp do pełnego środowiska symulacji 3D, w którym soczewki są reprezentowane jako wyraźne siatki, które mogą wchodzić w interakcje z dowolnymi kształtami geometrycznymi.
• Jednocześnie zyskujesz standardowy interfejs S-plane, który odpowiada sposobowi, w jaki projekty soczewek są zazwyczaj prezentowane w literaturze optycznej i w tradycyjnych narzędziach projektowych.

Przy projektowaniu teleskopów, obiektywów fotograficznych lub innych układów osiowych, najwygodniej jest często zacząć od tabeli S-plane: określić powierzchnie, promienie i grubości, a następnie sprawdzić wynikowy trójwymiarowy układ. W przypadku bardziej złożonych trójwymiarowych konstrukcji optycznych można łączyć grupy soczewek zdefiniowane w S-plane z siatkami opartymi na CAD lub obrazach, pochodzącymi z edytora CAD / Mesh editor i bazy danych Shape database.