Приложение Л1.
Описание работы с программой OPAL-PC

Л1.2. Блок «Формирование»

При запуске OPAL-а первым загружается блок «Формирование» вместе с информацией о последней оптической системе, с которой производилась работа. Блок «Формирование» предназначен для описания параметров оптической системы.

Строка заголовка окна «Формирование» содержит название оптической системы, полный путь и имя файла, в котором она хранится, и текущее время. Строка подсказки внизу экрана содержит информацию об используемых функциональных клавишах.

Доступ к различным таблицам блока «Формирование» осуществляется с помощью меню (вызов меню по клавише «F2» или «Esc»). Некоторые пункты меню могут быть недоступными в зависимости от конфигурации OPAL-а, типа оптической системы и таблицей данных, редактируемой в данный момент.

Таблицы содержат снабженные комментарием редактируемые поля, числовые и текстовые. Содержимое некоторых текстовых полей при последовательном нажатии на клавишу «Space» или «Enter» принимает одно из допустимых для этого поля значений.

При редактировании полей можно пользоваться клавишами:
«Alt»+«F7» – копирует содержимое текущего поля в буфер;
«Alt»+«C» – помещает содержимое буфера в текущее поле;
«F10» – отменяет внесенные изменения.

Работа в OPAL-е осуществляется только при помощи клавиатуры, мышь не работает!

Л1.2.1. Меню «Файл»

Чтение оптической системы

Запись оптической системы

Запись оптической системы в файл.

Новая оптическая система

Создание новой оптической системы. При создании новой оптической системы необходимо указать ее класс: центрированная или пространственная. На лабораторных работах по «Основам оптики» оптические системы всегда центрированные.

Присоединение

Добавление к текущей оптической системе оптическую систему, читаемую из файла. Все поверхности присоединяемой оптической системы добавляются в конец текущей. Расстояние между системами можно откорректировать вручную. Характеристики предмета, изображения, диафрагмы и спектральный диапазон остаются такими же, как в текущей оптической системе.

Печать

Печать характеристик оптической системы или сохранение их в файле в текстовом формате. Вывод оптической системы может осуществляться на принтер или в файл. Если принтер выключен или отсутствует, предлагается сохранить описание оптической системы в файле.

При печати в файл имя файла может быть либо «protocol.prn», либо «имя системы.prn». Другие варианты имени выходного файла не предусмотрены. Файл «имя системы.prn» сохраняется в текущем архиве оптических систем, а файл «protocol.prn» – в каталоге, определенном в переменной окружения OPAL_TEMP (обычно С:\TEMP).

Файл «protocol.prn» автоматически пополняется результатами блоков анализа, но при следующем входе в блок «Формирование»  полностью очищается.

Установить путь в архив

Изменение пути к подкаталогу, в котором хранятся файлы с оптическими системами пользователя. Необходимо указать полный путь к новому подкаталогу, включая имя жесткого диска. Вновь установленный путь будет использоваться до выхода из OPAL-а или до следующего изменения.

Библиотека оптических систем

Чтение оптической системы из библиотеки оптических систем. Файлы в библиотеке оптических системам разделены по категориям (например, LENS – объективы фотоаппаратов, MICROLEN – микрообъективы, и т.д.) и снабжены комментарием с краткими характеристиками системы.

Л1.2.2. Меню «Система»

В этом пункте меню объединяются действия, относящиеся ко всей оптической системе в целом.

Предмет, изображение, диафрагма

В этом пункте осуществляется задание параметров предмета, изображения, апертурной диафрагмы и спектральных характеристик. Переход между полями осуществляется с помощью клавиши «Tab» или клавиш управления курсором.

Наименование

Текстовое поле, содержащее название и краткое оптической системы.

Параметры предмета

При описании предмета необходимо определить следующие его характеристики:

• тип предмета – ближний/дальний. Изменение типа предмета возможно нажатием клавиши «Space» или «Enter»;
• передний отрезок – в зависимости от типа предмета имеет разный смысл и единицы измерения;
• радиус предмета – в большинстве случаев предмет считается плоским, и его радиус не задается;
• мера величины предмета – обычно оставляется по умолчанию.

Для предмета дальнего типа при вычислении дисторсии может быть использован разный способ описания его размера: синусом, тангенсом, либо просто углом поля зрения. Величина предмета при этом не изменяется. Ни на какие характеристики оптической системы помимо дисторсии мера величины предмета влияния не оказывает.

Параметры изображения

• тип изображения – ближний/дальний. Изменение типа возможно нажатием клавиши «Space» или «Enter»;
• положение изображения – для изображения существует два способа определения его положения: «От поверхности (зрачка)» или «Смещение от плоскости Гаусса» (изменение по клавише «Space» или «Enter»). В первом случае положение изображение задается непосредственно задним отрезком, а во втором случае положение изображения определяется относительно плоскости Гаусса (плоскости изображения для основной длины волны в параксиальном приближении);
• радиус изображения – в большинстве случаев изображение считается плоским, и его радиус не задается;
• мера величины изображения – обычно оставляется по умолчанию.

Задание величины предмета или изображения

Можно задавать либо величину предмета, либо величину изображения. Выбор производится переключением значения текстового поля «Величина предмета» / «Величина изображения». В зависимости от типа предмета или изображения его величина имеет разный смысл и единицы измерения.

Угловые размеры задаются в градусах, минутах и секундах согласно следующему правилу: целая часть действительного числа трактуется всегда как градусы, первые две десятичные цифры после запятой – как минуты, следующие две цифры – как секунды, остальные цифры – как десятичные доли секунды. Например: 80.36402 – 80 градусов, 36 минут и 40.2 секунд; 35.3 – 35 градусов, 30 минут.

Апертурная диафрагма и входной зрачок

Положение апертурной диафрагмы описывается двумя величинами:

• «ND» – номер поверхности, после которой располагается диафрагма. Если диафрагма расположена перед оптической системой, ND=0.
• «SD» – расстояние от поверхности с номером ND до апертурной диафрагмы с учетом правила знаков. Для ND=0 расстояние измеряется от первой поверхности.
  

SD должно иметь тот же знак, что и показатель преломления среды, в которой она находится (кроме случая ND=0). Кроме того, оно должно быть меньше, чем расстояние между поверхностями с номерами ND и ND+1.
Диафрагма не должна находиться близко к поверхности предмета, изображения или промежуточного изображения – это может вызвать сбой при расчете реальных лучей.

Вместо положения апертурной диафрагмы можно задать положение входного зрачка путем переключения значения поля «Диафрагма». При этом в поле ND появляется признак 999, а SD трактуется как положение входного зрачка. Использовать входной зрачок принято в системах с телецентрическим ходом лучей.

Апертуры

Задание апертур возможно несколькими способами:

• значением передней апертуры
  
• значением задней апертуры
  
• высотой на диафрагме.
  

Переключение между способами производится в текстовом поле «Передняя апертура/ Задняя апертура/ Высота по Y». Значение апертуры задается в соседнем поле.

Основные спектральные характеристики оптической системы

Рабочие длины волн оптической системы задаются в поле «Длины волн». Значения длин волн можно либо задавать самостоятельно, либо выбирать из списка стандартных длин волн. В пункте «Стандартные длины волн» перечислены стандартные длины волн и соответствующие им обозначения. В колонке «Номер» расположено перемещаемое поле, с помощью которого производится выбор: оно устанавливается напротив выбранной длины волны, затем в него вводится номер, под которым эта длина волны будет занесена в окно «Длины волн», и нажимается клавиша «Enter». Длины волн нумеруются, начиная с нулевой.

Конструктивные параметры

В этом пункте задаются основные конструктивные параметры оптической системы (радиусы, осевые расстояния, световые высоты, оптические среды). Конструктивные параметры записываются в виде таблицы, в которой по строкам располагаются поверхности, а по столбцам – ее различные параметры.

• Радиусы – радиус поверхности. Радиус плоской поверхности считается равным нулю.
  Этот столбец определяет число поверхностей в системе. Первое пустое поле считается признаком окончания описания поверхностей и если за ним есть заполненные поля, они будут игнорироваться.
• Осевые расстояния – расстояния между поверхностями. Если предыдущая поверхность является отражающей, величина осевого расстояния меняет знак на противоположный.
• Высоты – размеры зон пропускания на поверхностях. Заполнение этой колонки не является обязательным.
• Марки стекол – марка стекла из каталога стекол. Регистр, на котором вводится значение марки, безразличен. Если поле в этой колонке заполнено пробелами или в него занесена цифра «1» или «-1», среда воспринимается как воздух. Если поверхность отражающая, при нечетном по порядку хода луча отражении перед названием или номером марки материала появляется знак «–».
  
• показатели преломления – если задана марка стекла, то показатели преломления для всех длин волн вычисляются автоматически, если марка стекла не задана, то показатели преломления могут быть заданы самостоятельно для всех длин волн, заданных в таблице присоединительных характеристик.
  При переходе из таблицы описания конструктивных параметров в меню автоматически пересчитываются показатели преломления для всех сред, марки которых изменялись после входа в эту таблицу.
  Если изменен один или несколько показателей среды, то она считается описанной показателями преломления. При этом марка стекла игнорируется, но не убирается автоматически.
• Каталог – в столбце «Кат» для среды может быть задан каталог оптических материалов. Пустое поле в этой колонке указывает на то, что оптический материал принадлежит каталогу по умолчанию.

Вспомогательные сочетания клавиш для работы с таблицей:
«Alt»+«F7» – копирует содержимое текущего поля в буфер;
«Alt»+«C» – помещает содержимое буфера в текущее поле;
«Alt»+«K» – удаляет содержимое поля и “подтягивает” все ниже расположенные поля текущей колонки;
«Alt»+«I» – вставляет перед текущим полем пустое поле, сдвигая все расположенные ниже поля на одну строку вниз.

Параметры внеосевых пучков

В этом пункте можно задать координаты на предмете и виньетирование внеосевых пучков. Координаты точки, из которой исходит внеосевой пучок можно задать абсолютные или относительные. Обычно задают внеосевые пучки с относительными координатами  и .

Кроме того, в этой таблице для каждого из внеосевых пучков могут быть заданы:

• относительное виньетирование пучка на апертурной диафрагме;
• значения переднего и заднего отрезков (смещение от заданного значения в таблице «Предмет, изображение, диафрагма»);
• расстояние до диафрагмы (смещение от заданного).

Параксиальные характеристики

Вычисление параксиальных характеристик системы. Кроме кардинальных отрезков оптической системы (F, F', sF, sF', sH, sH') в этом пункте вычисляются длина оптической системы (L), передний и заданий отрезки (s, s'), положение плоскости Гаусса (s'G), обобщенное увеличение (V) и положение зрачков (sP, sP').

Длина оптической системы для близкого изображения включает в себя рабочий задний отрезок s'. Кардинальные отрезки и длина определяются для основной длины волны, для остальные величины определяются также для дополнительных длин волн.

Чтобы вычислить параксиальные характеристики части оптической системы ее надо выделить при помощи клавиши «F7» (для отмены отметки повторно нажать «F7»). Выделенная часть оптической системы должна быть непрерывной.

Остальные пункты меню

Остальные пункты меню в рамках дисциплины «Основы оптики» обычно не используются:

• «Спектральные характеристики» - описание спектрального интервала, относительные спектральные эффективности для отдельных длин волн (с возможностью задания дополнительных длин волн);
• «Параметры экранирования» - определение экранирующей поверхности и величины относительного экранирования;
• «Габариты поверхностей» - описание областей пропускания на отдельных поверхностях для систем, не имеющих осевой симметрии;
• «Подгонки характеристик» - подгонка параксиальной характеристики под заданное значение путем изменения одного из конструктивных параметров системы;
• «Параметры расчета нарциссов» – задание параметров предмета, оптической системы и приемника, необходимых для расчета нарцисс-эффекта.

Л1.2.3. Меню «Поверхность»

«Поверхность» – объединяет действия, предназначенные для описания формы несферических поверхностей и взаимного расположения поверхностей, не находящихся на общей оси. В рамках дисциплины «Основы оптики» эти пункты не используются.

Л1.2.4. Меню «Блок»

«Блок» – объединяет действия, связанные с описанием частей оптической системы, положение которых может изменяться в процессе формирования или расчета характеристик оптической системы. В рамках дисциплины «Основы оптики» эти пункты не используются.

Л1.2.5. Меню «Перестройка»

«Перестройка» – предназначено для преобразований всей оптической системы или ее части. Доступно только тогда, когда на экране отображена таблица конструктивных параметров.

• «Обернуть» – оборачивание всей оптической системы или ее отмеченной части;
• «Масштабировать» – масштабирование оптической системы или ее отмеченной части;
• «Радиусы по станд. ряду» – приведение рассчитанных радиусов оптической системы к стандартному ряду;
• «Вставить поверхность» – вставка поверхности;
• «Копировать отмеченное» – копирование отмеченных поверхностей в выбранное место;
• «Переместить отмеченное» – перемещение отмеченных поверхностей в выбранное место;
• «Удалить отмеченное» – удаление отмеченных поверхностей.

Для работы с частью оптической системы ее надо выделить при помощи клавиши «F7» (для отмены отметки повторно нажать «F7»). Выделенная часть оптической системы должна быть непрерывной.

При вставке и перемещении поверхностей они вставляются перед поверхностью, на которой в данный момент находится курсор. Если в системе нет отмеченных поверхностей, то появляется запрос на выполнение действия (оборачивания, масштабирования, пересчета радиусов) над всей системой. При оборачивании и масштабировании оптической системы соответственно меняются параметры предмета, изображения и диафрагмы.

Л1.2.6. Меню «Настроить»

Этот пункт меню объединяет действия, перехода от одного способа отображения данных к другому. В рамках дисциплины «Основы оптики» эти пункты не используются.

Л1.2.7. Меню «Выполнить»

«Выполнить» – объединяет команды, предназначенные для вызова служебных программ проектирования оптических систем:

• «Анализ аберраций» – переход к пункту «Анализ габаритов и аберраций»;
• «Анализ изображения» – переход к пункту «Анализ волнового фронта»;
• «Оптимизация» – переход к пункту «Оптимизация»;
• «Технология» – переход к пункту «Технология»;
• «Каталог стекла» – переход к работе с каталогами оптических материалов;
• «Калькулятор» – вызов встроенного калькулятора;
• «Выход» – завершение сеанса работы с OPAL-ом.