1. 물체 및 상거리, S 와 S` 구하기

 

간단한 이미징 광학계를 구성할때 Zemax나 Code V에서 Paraxial lens와 Image simulater로 Alex 이미지 보면서 최적 배율 거리를 알 수도 있다. 하지만 이 보다 훨씬 간단하게 물체거리 S(L) 및 상거리 S`(L`)을 구할 수 있는 파이썬 GUI 코드를 작성해 보았다.

 

얇은 단일 렌즈를 가정한 수준임으로 매, 군 등 복합적인 렌즈들이 적용되는 Opitc System에는 맞지 않는다.

그러므로 복합적인 광학계를 구성할 경우 필히 Zemax 및 Code V와 같은 광선 추적 프로그램을 사용하길 바란다.

 

 

코드를 실행하면 아래와 같은 GUI 창이 열리게 된다.

 

배율은 렌즈의 초점거리에 의해 정해짐으로 초점거리와 배율을 입력하고 엔터를 누르면 S(L) 및 S`(L`) 값이 계산된다.

 

아래는 파이썬 코드 전문이다.

# The optic is placed behind the sample at a distance L1 that is slightly larger than its focal distance f. 
# The image is formed a distance L2 = L1f /(L1 − f) behind the lens on a high resolution camera. 
# The resulting magnification is m = L2/L1 = f /(L1 − f). 
 
import tkinter as tk
from tkinter import ttk, StringVar
 
def calculate_L1(f, m):
    return f * (1 + m) / m
 
def calculate_L2(f, L1):
    return (L1 * f) / (L1 - f)
 
def calculate():
    f = float(focal_length_entry.get())
    m = float(magnification_entry.get())
    L1 = calculate_L1(f, m)
    L2 = calculate_L2(f, L1)
    L1_result.set(f"L1 (from sample to lens): {L1:.4f} µm")
    L2_result.set(f"L2 (from lens to camera): {L2:.4f} µm")
    update_additional_info(f)
 
def key_pressed(event):
    if event.keysym == 'Return':
        calculate()
    elif event.keysym == 'Escape':
        focal_length_entry.delete(0, tk.END)
        magnification_entry.delete(0, tk.END)
        L1_result.set("")
        L2_result.set("")
 
def update_additional_info(f):
    for row in tree.get_children():
        tree.delete(row)
    magnifications = [0.5, 1, 5, 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500]
    for m in magnifications:
        L1 = calculate_L1(f, m)
        L2 = calculate_L2(f, L1)
        tree.insert("", tk.END, values=(m, f"{L1:.4f}", f"{L2:.4f}"))
 
app = tk.Tk()
app.title("Lens Calculator")
app.geometry('400x700')
 
ttk.Label(app, text="Enter lens focal length (in µm):").pack(pady=10)
focal_length_entry = ttk.Entry(app)
focal_length_entry.pack(pady=10)
focal_length_entry.bind('<KeyRelease>', lambda e: update_additional_info(float(focal_length_entry.get())) if focal_length_entry.get() else None)
 
ttk.Label(app, text="Enter desired magnification:").pack(pady=10)
magnification_entry = ttk.Entry(app)
magnification_entry.pack(pady=10)
 
calculate_button = ttk.Button(app, text="Calculate", command=calculate)
calculate_button.pack(pady=20)
 
L1_result = StringVar()
L2_result = StringVar()
 
ttk.Label(app, textvariable=L1_result).pack(pady=10)
ttk.Label(app, textvariable=L2_result).pack(pady=10)
 
ttk.Label(app, text="Additional Info:").pack(pady=10)
 
tree = ttk.Treeview(app, columns=("Magnification", "L1", "L2"), show="headings")
tree.heading("Magnification", text="Magnification")
tree.heading("L1", text="L1 (µm)")
tree.heading("L2", text="L2 (µm)")
tree.column("Magnification", width=100)
tree.column("L1", width=100)
tree.column("L2", width=100)
tree.pack(pady=20)
 
app.bind('<Key>', key_pressed)
 
app.mainloop()