Основы компьютерного моделирования оптических систем различных классов

Пример проведения сеанса оптимизации: окно (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Создание новой системы

1.Открыть окно Autodraw в режиме Draw on.

2.Ввести объектив-идентификатор.

3.Фокусное расстояние должно быть в четыре раза меньше, потому что апертура «F / 4»; пучок лучей имеет диаметр 2 мм. Поскольку фокусное расстояние в два раза меньше радиуса кривизны, изменим радиус значением 16 мм.

4.Далее нужно выбрать Отражение (кнопка рядом с AIR под строкой«стекло2»), таккакимеем «Объектив: сферические зеркала».

5.Изменить толщину (положение поверхности 1 относительно поверхности 2) от 0,0000 до 8 мм. Величина отрицательна (после отражениясветраспространяетсяв противоположномнаправлении).

6.Для подтверждения изменений нажать на зеленую галочку.

5.3. Программная система Synopsys

Synopsys [6] – локальная программная система (рис. 5.11). Разработчики таких ПС по возможностям стремятся приблизиться к общим основным САПР, а дополнительно стараются предложить ка- кую-либо уникальную возможность, например по анализу или оптимизации оптических систем определенного типа.

140

В окне WA1 задаются длины волн (рис. 5.13).

Рис. 5.13

Вокне «Оbjekt and entrance pupil definiyion» задаются положение

иразмеры объекта, а также положение входного зрачка.

Вокне «Оther system оptions» (другие системные опции) задаются дополнительные опции, к примеру, поляризация.

По окончании ввода значений нажимают на кнопку «Edit Surface data», вводя значения конструктивных параметров оптической системы: радиусов, толщин, показателей преломления стекол (рис. 5.14). Послеэтогоиспользуетсякнопка«Close».

Рис. 5.14

Для того чтобы задать количество поверхностей, необходимо в меню «ys» нажать на кнопку «MXSF» и ввести значение.

Для просмотра хода лучей через систему необходимо нажать на кнопку «dwg» на левой боковой панели, как показано на рис. 5.15.

142

–объектно-ориентированный Windows-код, позволяющий добиться высокой производительности;

–возможность импорта любого CAD-объекта, например, черте-

жа AutoCAD в Trace Pro;

–возможность импорта оптических систем из программ Oslo, Code V®, Zemax®, Accos V™, Sigma™;

–применение следующих режимов представления трехмерного объекта: силуэт, каркас, заполненный объем;

–использование алгоритма Монте-Карло для быстрого и бесконфликтного моделирования хода лучей;

–при необходимости использование модели дифракции;

–использование модели поляризации, построенной на основе стоксовых векторов и матриц Мюллера;

–мощное пространственное моделирование источника света (естественный – солнце), а также лазерных, поверхностных и точечных источников);

–экспорт изображений ОС и хода лучей в графические форматы bmp, gif, jpg, tif;

–графический и табличный вывод результатов расчетов (освещенности, яркости, поляризации, потока, характеристик лучей).

Использование TracePro в следующих отраслях:

1) автомобильная промышленность: при проектировании автомобильных фар (проводение светотехнической оценки и выбора ламп и отражателей для фар);

2) аэрокосмическая промышленность: при проектировании и анализе телескопов, систем видения, спектрометров и ИК-приборов, применяемых в космических исследованиях;

3) производство дисплеев: проектирование ЖКИ-дисплеев и анализ их термических, контрастных показателей, а также яркости;

4) осветительная техника: построение графиков распределения яркости лампы относительно угла излучения (используется база из более чем 200 трехмерных моделей стандартных промышленных ламп по каталогам фирм Philips и Osram, Alanod, Alcoa, Sacall и Anafol (каталоги по излучающим поверхностям));

5) медицинская промышленность: проведение моделирования процессов взаимодействия оптического излучения с биотканью;

6) лазерная техника: проведение анализа распределения световой энергии в лазерных пучках и моделирования твердотельных

144

и полупроводниковых лазерных источников (дополнительная возможность моделирования ламповой или полупроводниковой накачки для твердотельных лазеров).

Усовершенствование программного обеспечения осуществляется по следующим направлениям:

повышение производительности; создание цветных графических дисплеев;

создание новых технических средств организации диалогового проектирования;

новая интерпретация результатов расчетов. Все это дает возможность:

отображать оптическую схему в 2D и 3D; отображать 2D- и 3D-графики аберрации;

изображать диаграммы распределения лучей в изображении точки и тест-объекта;

рассчитывать передаточную оптическую функцию ОПФ.

145

Ли т е р а т у р а

1.Оптико-электронные и лазерные приборы и системы : Образовательный стандарт Республики Беларусь: 1 38 01 02–2008.

2.Русинов, М. М. Композиция оптических систем / М. М. Русинов. – Л. : Машиностроение, 1989. – 383 с.

3.Методы компьютерной оптики / А. В. Волков [и др.] ; под ред. В. А. Сойфера. – М. : Физматлит, 2000. – 688 с.

4.Родионов, С. А. Автоматизация проектирования оптических систем. – Л. : Машиностроение, 1982. – 289 с.

5.Торшина, И. П. Компьютерное моделирование оптико-элект- ронных систем первичной обработки информации / И. П. Торшина. – М. : Университетская книга; Логос, 2009. – 248 с.

6.Артюхина, Н. К. Компьютерное проектирование оптических систем : учебно-методическое пособие : в 2 ч. / Н. К. Артюхина, В. А. Марчик. – Минск : БНТУ, 2007. – Ч. 1 : Анализ центрированных оптических систем. – 105 с.

7.Национальный интернет-портал Республики Беларусь [Электронный ресурс] / Режим доступа: http:// www. zemax. Com.

8.The Photonics Handbook, Book 3. – 52nd International Edition. – A. Laurin Publication, 2006.

9.Национальный интернет-портал Республики Беларусь [Элект-

ронный ресурс] / Режим доступа : http:// www. focus. software. сom.

10.Национальный интернет-портал Республики Беларусь [Электронный ресурс] / Режим доступа : http: // fsapr 2000. ru.

11.Smith, W. J. Modern Optical Engineering, the Design of Optical Systems / W. J. Smith. – 3rd ed. – New York: McGraw-Hill, 2000. – 617 p.

12.Архангельский, А. Я. C++ Builder 6: справочное пособие :

в2 ч. / А. Я. Архангельский. – М. : Бином Пресс, 2002. – 544 с.

13.Леонова, В. Б. Автоматизация расчетов оптических систем / В. Б. Леонова. – М. : Машиностроение, 1970. – 288 c.

14.Артюхина, Н. К. Теория, методы проектирования и расчет зеркальных систем / Н. К. Артюхина. – Минск : БНТУ, 2009. – 309 с.

15.Русинов, М. М. Несферические поверхности в оптике. Расчет, изготовление, контроль / М. М. Русинов. – М. : Недра, 1992. – 256 с.

16.Детали оптические асферические : ОСТ 3–4918–1993. –

Введ. 01.07.94. – 30 с.

146

17.Артюхина, Н. К. Теория и расчет оптических систем : учебное пособие : в 2 ч. / Н. К. Артюхина. – Минск : БНТУ, 2004. –

Ч. 1. – 134 с.

18.Родионов, С. А. Основы оптики : конспект лекций / С. А. Родионов. – СПб. : ГИТМО, 2000. – 173 с.

19.Артюхина, Н. К. Компьютерное проектирование оптических систем : учебно-методическое пособие : в 2 ч. / Н. К. Артюхина, В. А. Марчик. – Минск : БНТУ, 2007. – Ч. 2 : Оптимизация центрированных оптических систем. – 62 с.

147

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В САПР ОPAL

Задание на оптимизацию. Объектив зрительной трубы имеет оптические характеристики: фокусное расстояние f' = 161 мм, отно-

сительное отверстие 1 : 5.3, угловое поле зрения 2w = 4 , спектральный диапазон работы λ = 486–656 нм и должен иметь качество изображения в центре поля зрения не хуже дифракционного.

Начало оптимизации. Объектный модуль ОС:

ПРЕДМЕТ: удаленный размер Y = 2.000 гр. мн. с,

S0 = .000 дптр от входного зрачка, мера предмета : tg w. ИЗОБРАЖЕНИЕ: близкий размер Y'= .00000, SI= .0 (изображение сов-

падает с плоскостью Гаусса). ДИАФРАГМА: ND = 0, SD = .0000 мм. ПЕРЕДНЯЯ АПЕРТУРА: AP = 15.0000 мм.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ ИНТЕРВАЛ: λ0 =. 546 мкм, λ – от .486 до .656 мкм.

Аберрации осевого пучка исходного варианта:

148

149