Редактор S-площини
У багатьох програмних пакетах для оптичного проєктування, таких як Zemax OpticStudio, CODE V та OSLO, використовується редактор S-площини для опису оптичних систем. У цьому випадку «S» позначає поверхню: редактор S-площини, по суті, є таблицею поверхонь, через які проходить світло, перелічених у порядку їх розташування вздовж оптичної осі. Кожен рядок відповідає поверхні із заданою кривизною, товщиною до наступної поверхні, діаметром і матеріалом.
Того ж принципу дотримуються в оптичній платформі OghmaNano. Вважається, що світло поширюється зліва направо: воно починає свій рух у повітрі, проходить через поверхню першої лінзи (при цьому змінюється показник заломлення), перетинає товщину лінзи, виходить через другу поверхню і так далі для кожної лінзи в наборі. Редагуючи таблицю S-площини, ви визначаєте повну оптичну систему з урахуванням її поверхонь.
Хоча S-площина за своєю суттю є одновимірною (поверхні розташовані вздовж осі), OghmaNano за задумом є повноцінним тривимірним середовищем для трасування променів, а не просто одновимірною моделлю поширення. Таким чином, редактор S-площини слугує зручним, загальноприйнятим інструментом для відображення справжньої тривимірної сцени. Визначення лінз у таблиці S-площини перетворюються на тривимірні об’єкти лінз, які розміщуються всередині головного вікна моделювання, як показано на ??.
Відкриття редактора S-площини.
Редактор площини S відкривається з головного вікна програми Optical Workbench. На вкладці «Структура пристрою» натисніть на піктограму площини S у лівій панелі інструментів (безпосередньо під редактором шарів), як показано на ??. Це відкриє вікно редактора площини S, де ви зможете створювати, редагувати та організовувати набори лінз.
Таблиця координат у системі S.
Редактор S-площини відображає оптичні системи у вигляді таблиці поверхонь (??). Кожна пара рядків відповідає одній фізичній лінзі: вхідній поверхні та вихідній поверхні. У стовпцях наведено ключові оптичні параметри:
- Назва — позначка для регіону (повітря, Lens 1, Lens 2, …).
- Оптичний матеріал — модель показника заломлення або маркування скла.
- Тип лінзи — сферична, асферична тощо.
- Відстань до наступної поверхні (зазор або товщина).
- r0 — радіус кривизни поверхні.
- Діаметр — розмір отвору на поверхні.
- ідентифікатор і допоміжні стовпці — внутрішні ідентифікатори та додаткові параметри.
Під час редагування значень у таблиці S-площини відповідна тривимірна геометрія лінзи миттєво оновлюється у вікні «Оптична робоча область». Кольори використовуються послідовно, щоб, наприклад, червоні рядки з позначкою «Лінза 1» відповідали червоній лінзі в тривимірній сцені, помаранчеві рядки – помаранчевій лінзі тощо.
Групи лінз і тривимірне розташування
У OghmaNano кожна таблиця S-площини пов’язана з тривимірним об’єктом, який називається групою лінз. Група лінз — це просто контейнер, який містить усі лінзи, що належать до певного визначення S-площини. У тривимірному вигляді група лінз відображається у вигляді червоної обмежувальної рамки, як показано на ??. Зовнішня червона рамка представляє глобальний об’єм моделювання, а внутрішня червона рамка — групу лінз. Коли ви переміщуєте групу лінз у тривимірному просторі — наприклад, натискаючи та перетягуючи її, утримуючи клавішу Shift, — усі лінзи, визначені у відповідній таблиці S-площини, переміщуються разом. Це полегшує переміщення всієї оптичної системи в межах більшої сцени.
Натиснувши кнопку «Створити» в редакторі S-площини, ви створите нову групу лінз із власною таблицею S-площини. Таким чином, ви можете мати кілька незалежних S-площин в межах однієї симуляції, причому кожна з них розміщується у власній тривимірній групі лінз. Це корисно для моделювання складних оптичних систем, таких як телескопи з окремими об’єктивами та окулярами, або модулі камер із кількома блоками лінз.
Двовимірне зображення площини S у порівнянні з тривимірним простором.
Важливо підкреслити, що в OghmaNano редактор S-площини є похідним відображенням тривимірного світу, а не відображенням істинної реальності. Тривимірні об’єкти та їхні сітки є основним представленням, яке використовується трасувальником променів. Таблиця S-площини – це структурований опис, що містить інформацію про кожну поверхню об’єктів, і вона синхронізується з цими об’єктами.
Цей гібридний підхід поєднує в собі найкращі аспекти обох варіантів:
- Ви зберігаєте повноцінне тривимірне середовище моделювання, де лінзи представлені у вигляді чітко визначених сіток, які можуть взаємодіяти з довільною геометричною формою.
- Водночас ви отримуєте стандартний інтерфейс S-площини, який відповідає способу, яким зазвичай представляються схеми лінз у науковій літературі з оптики та в традиційних інструментах проєктування.
Під час проєктування телескопів, об’єктивів камер або інших аксіальних систем часто найзручніше починати з таблиці S-площини: вказуйте характеристики поверхонь, радіуси та товщину, а потім перевіряйте отриману тривимірну модель. Для більш складних тривимірних оптичних конструкцій можна поєднувати групи лінз, визначені на основі S-площини, з сітками, створеними за допомогою CAD-систем або на основі зображень, з редактора CAD / сіток та бази даних форм.