premier tome - Les installations solaires de Cerdagne
Contents
1. Auteur Fran ois H nault 1 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 18 3 2 UTILISATION DU PROGRAMME 3 2 1 Trois tapes fondamentales Vous disposez enfin d un fichier ex cutable du programme COSAC sinon retournez au paragraphe pr c dent Le mode d utilisation du logiciel est divis en trois tapes principales ainsi que repr sent sur le sch ma ci dessous CODES int file Output ASCII txt file ps CODES int file ASCII fxt file Figure 3 1 Utilisation du programme COSAC Auteur Fran ois H nault 1 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 19 1 La premi re tape consiste crire un fichier d entr e qui contient la description du syst me optique tudi et les calculs et directives de sortie demand s par l utilisateur Ce fichier ASCII est caract ris par son extension dat Il est le seul qui soit absolument indispensable l ex cution du programme 2 La deuxi me tape consiste lancer le programme Au cours de son ex cution COSAC crit les r sultats des calculs demand s par l utilisateur dans un fichier de sortie au format ASCIL portant l extension out Ce fichier est automatiquement cr par COSAC En parall le le programme affiche l cran un rappel des diff rentes surfaces optiques du syst me et de leur param tres num riques au fur et mesure qu elles sont trait es cela permet de juger de la2. agit exclusivement d interfaces de sortie Depuis sa version 2 0 COSAC offre en effet la possibilit de sauvegarder ses principaux r sultats de calcul OPD PSF FTM ou autres r sultats personnalis s sous forme de tableaux 2D ou 3D dans des fichiers de sortie ASCII sans en t te ce qui permet aux trois logiciels suivants parmi de nombreux autres de les lire facilement e SCION Image Anciennement NIH Image d velopp sur Macintosh ce freeware permet d afficher des tableaux 3D fonctions z f x y en fausses couleurs et d y effectuer quelques traitements math matiques plus ou moins labor s Il peut relire tous les fichiers ASCII cr s par COSAC e IDL Une des r f rences actuelles des logiciels scientifiques et graphiques Affichages 2D et 3D volu s En plus il dispose d un langage de programmation volu Mais il est payant et relativement cher e EXCEL Le tableur de Microsoft est moins scientifique mais plus r pandu que les logiciels pr c dents Ses capacit s graphiques sont assez bien pouss es ainsi que l attestent certaines des figures incluses dans les documents COSAC Quelques macros EXCEL 4 et Visual Basic ont m me t d velopp es pour la repr sentation de graphiques 3D issus de COSAC mais elles sont rapidement devenues obsol tes EXCEL voluant trop brusquement d une version la suivante En fait il y a probablement bien d autres logiciels capables d afficher et de tr
3. 4 Par un message d erreur syst me Il est parfois provoqu par une erreur de formatage dans les sorties valeurs num riques crire trop grandes dans le fichier ouf Sinon il s agit certainement d un bogue restant dans le programme signaler imp rativement l auteur 3 2 2 3 Une fois le programme termin Le fichier out peut alors tre visualis sur un diteur de texte 132 colonnes ou plus de pr f rence ou dirig vers une imprimante on peut se servir au pr alable de l diteur pour modifier le fichier avant impression afin de r duire les listings ob ses fa on CODE 5 ou ZEMAX Les autres fichiers de sortie demand s par l utilisateur par exemple int ou txt doivent maintenant figurer dans le r pertoire courant pr s tre ouverts par le logiciel de son choix REMARQUE On trouvera au d but du fichier out un rappel du nom du fichier d entr e ainsi que la date et l heure de l ex cution du programme sous la forme 19 5 2000 22 6 41 FICHIER exemple dat Dans le fichier out on retrouvera cette en t te en haut de page chaque fois que l utilisateur aura sp cifi un saut de page 3 2 3 Ex cution de COSAC en mode batch Lorsque les temps de calcul deviennent trop longs il est souhaitable de lancer le programme en mode batch Une telle proc dure permettant de traiter l un apr s l autre plusieurs fichiers d entr e f t effectivement d velopp e sous VMS mais reste
4. crire sous UNIX ou Windows Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 22 4 ECRITURE DU FICHIER D ENTREE On a vu dans le chapitre pr c dent que COSAC lit et interpr te la description d un syst me optique au moyen d instructions contenues dans un fichier d entr e fichier dat Mais celles ci doivent imp rativement satisfaire un certain nombre de conventions et de r gles pour tre comprises par le programme C est pourquoi ce chapitre est particuli rement important pour le futur utilisateur Les instructions d entr e elles m mes sont d taill es dans des documents s par s 4 1 INTRODUCTION Un fichier d entr e COSAC au format dat comportera g n ralement les l ments suivants de pr f rence plac s dans cet ordre le tout entrecoup de lignes de commentaires sans influence sur l ex cution du programme TYPE D INSTRUCTIONS MOT CLE Longueurs d onde nombres d onde ou gt LAMBDA SIGMA SPECTR spectre continu si n cessaires au calcul Objet s ou source tendue gt OBJET SOURCE Pupille avec ses dimensions PUPILL suivie d un masque CERCLE RECTAN Nombre et disposition des rayons gt GRILLE POLAIR tracer maillage pupille Surfaces optiques gt MIROIR DIOPTR PLAN Directives de sortie gt BLOCAG SPODIA DIFMAR Fin du fichier gt FIN Objets pupille et surfaces optiques sont a priori
5. de rotation autour de l axe Y devient alors la hauteur et la rotation autour de l axe Z l azimut Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 24 4 3 TYPE DES REPERES Les logiciels de calculs optiques utilisent principalement deux types de rep res ainsi qu illustr dans la figure ci dessous Y ABSOLUTE COORDINATE SYSTEM Focal Plane Primary Mirror 276 7 mm Secondary Mirror 1037 3 mm 1314 mm Optical Support Structure SLIDING COORDINATE SYSTEM Figure 4 1 Syst mes de coordonn es absolu et glissant Rep re absolu Dans ce cas on d finit un seul et m me rep re pour l ensemble des surfaces optiques Cela signifie que pour mod liser un syst me optique il est n cessaire de choisir un point origine fixe puis de disposer les axes X Y et Z voir paragraphe pr c dent partir de ce point et de calculer les cotes de tous les l ments du syst me miroirs dioptres masques etc par rapport cette origine Ces cotes constituent l ensemble des param tres associer aux instructions qui d crivent les surfaces optiques COSAC utilise par d faut ce syst me de coordonn es absolu tel qu on peut le retrouver dans une mod lisation CAO A noter que la plupart des programmes de calcul de lumi re parasite tels GUERAP et ASAP font de m me Auteur Francois H nault 1 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentat
6. faudra alors se plonger dans le mode d emploi d taill vol 1 et 2 contenant la description des principales instructions et les exemples de cas o le logiciel a t r ellement utilis Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 4 2 PRESENTATION GENERALE 2 1 HISTORIQUE Pr lude COSAC 1985 1987 L id e originale de COSAC remonte l poque o j tais charg de mod liser les r partitions de flux concentr par les grandes installations solaires tels le Four Solaire de 1000 KW d Odeillo et la centrale exp rimentale THEMIS de Targassone travaux de th se effectu s PIMP CNRS Odeillo Bien s r mes programmes informatiques d velopp s alors car il y en eut plusieurs ne pr sentaient pas la m me forme et ne portaient pas ce nom mais leur structure algorithmique tait identique trac de rayons par paquets changements de rep re avant et apr s chaque surface optique modularit des sous programmes A partir des caract ristiques des rayons r fl chis on calculait finalement les performances radiom triques des installations solaires distributions d clairement flux total et r partitions de luminance vues d un point COSAC 1 0 1992 Ces principes furent r utilis s dans le cadre du programme ISO satellite d observation astronomique infrarouge construit par la soci t A rospatiale pour l ESA afin de r soudre un pr
7. rapidit des calculs Par ailleurs le programme peut lire en cours d ex cution un certain nombre de fichiers CODE 5 ou ASCII sans en t te d crivant les d fauts des surfaces optiques voir 2 5 3 Il ne reste plus au cours de la troisi me tape qu visualiser ou imprimer le fichier de sortie out L utilisateur pourra galement consulter d autres fichiers de sortie cr s par le programme au cours de son ex cution contenant les r sultats de son choix sous un format sa convenance il peut s agir de fichiers 2D ou 3D au format CODE 5 avec l extension int ou ASCII sans en t te par exemple avec l extension xf On se reportera alors au mode d emploi du programme de visualisation envisag CODE 5 SCION Image IDL EXCEL etc On voit donc que le plus gros du travail se r duit essentiellement la premi re tape soit l criture du fichier d entr e dat Pour accomplir cette t che il y a lieu de Se reporter obligatoirement au chapitre 4 de ce document afin de prendre connaissance de quelques notions de base Consulter les r pertoires des instructions d entr e qui se trouvent dans les modes d emploi d taill s vol 1 et 2 du programme Une fois le fichier dat cr il reste ex cuter le programme ainsi que cela est expliqu dans les paragraphes suivants Quant la troisi me tape elle est laiss e votre seule initiative Auteur Fran ois H nault 17 d c
8. rep re permettant de pointer la position du soleil dans le ciel en fonction des latitude longitude date heure etc version simplifi e des programmes crits Odeillo COSAC 2 9 2 d cembre 2014 Tout d abord on passe de 512 x 512 1024 x 1024 rayons maximum Les changements de rep re li s au soleil permettent maintenant de diriger ses rayons vers un point cible version plus fid le des programmes crits Odeillo Mise disposition d une dizaine de fonctions analytiques suppl mentaires pour introduction de d fauts de surface ou de phase possibilit de les d centrer ou de les faire tourner autour de l axe optique Possibilit de pixeliser certaines simulations PSF clairements franges Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 7 Le logiciel comporte environ 40000 lignes de code en langage FORTRAN 77 Il reste bien s r un certain nombre de bugs qui sont corrig s d s que leur apparition est remarqu e Les d veloppements futurs de COSAC sont potentiellement nombreux mais ne font pas l objet de ce document 2 2 COSAC EN TROIS PARAGRAPHES COSAC est un programme de trac de rayons qui calcule surface apr s surface les points d impact et les directions des rayons r fl chis ou r fract s par un ensemble de surfaces optiques Le faisceau d entr e conique ou cylindrique et les surfaces optiques sont d finies a
9. 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 17 3 1 3 Un exemple d arborescence Vous vous tes procur les fichiers archives et les avez d compress s vous trouverez ci dessous un exemple d arborescence o les installer Dans tous les cas il faudra placer les biblioth ques de verres si elles doivent tre utilis es dans le r pertoire principal de travail de l utilisateur l o il cr era ses propres fichiers daf ici Cosac Dat Les fichiers exemples contenus dans les archives CosacDat zip et CosacOut zip quant eux ont t plac s dans les r pertoires Cosac Dat Test Dat fichiers d entr e et Cosac Dat Test Out fichiers de sortie afin de servir de r f rence toute volution ult rieure du logiciel Doc Exe Documentation Fichiers d entr e Fichiers Fichiers Biblioth que des verres ex cutables source Fichiers Fichiers exemples EDE exemples entr es sorties REPERTOIRES CONTENU Cosac Doc Fichiers documentation Cosac Dat Fichiers d entr e dat cr s par l utilisateur et autres fichiers n cessaires leur ex cution y compris les biblioth ques de verres bibco5 ver bibgen ver et les agf de ZEMAX Cosac Dat Test Dat Fichiers d entr e exemples daf et autres fichiers associ s Cosac Dat Test Out Fichiers de sortie correspondants out et autres fichiers associ s Cosac Exe Fichiers ex cutables et de commande Cosac For Fichiers source en FORTRAN 77
10. 58 opopo Auteur Fran ois H nault 1 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 27 REMARQUES 1 Ici les changements de rep re impos s s appliquent toutes les instructions qui les suivent miroirs masques et changements de rep re ult rieurs Donc il n est pas quivalent d introduire un d centrement sur le changement de rep re pr c dant imm diatement un miroir ou sur le miroir lui m me 2 Les changements de rep re impos s sont particuli rement utiles pour d placer globalement un groupe de surfaces optiques donn lentille doublet 4 4 ORDRE DES SURFACES L ordre dans lequel les surfaces optiques interviennent r ellement au cours du calcul est une caract ristique essentielle des logiciels de trac de rayons Il existe deux modes de calcul principaux Mode s quentiel Dans ce mode de calcul les rayons lumineux sont trac s surface apr s surface suivant l ordre o ils sont cens s rencontrer les diff rents miroirs dioptres et masques qui constituent le syst me optique On ne s int resse ici qu au cheminement suppos des rayons ceux qui ne suivent pas le chemin pr vu r flexions ou r fractions parasites ou diffuses seront rapidement limin s au cours du calcul C est le mode par d faut de COSAC CODE 5 et ZEMAX Mode non s quentiel C est le mode de calcul par d faut des logiciels de lumi re parasite ASAP APART etc Ici l utilisateu
11. Calculs Optiques Simplifi s pour Analyse de Combinaisons Pr sentation G n rale Version 2 9 2 Auteur Francois H nault 1 d cembre 2014 1 2 5 6 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 2 INTRODUCTION en re reset rise ose een none cdot nn rod es dede diet dt ed 3 PRESENTATION GENERALE ussmeseeneneneessennnonennenensennnennnnennneenennennnnnseeneenennenesese 4 DEL HISTORIQUE A eee ere ne moe seen ns ta 4 2 2 ICOSACEN TROIS PARAGRAPHES d 7 2 31 ROO 7 2 4 LES PRINCIPALES INSTRUCTIONS ao ARN 8 241 D JinitiomduJaiscedu d s TAN a A Ed A di age ee de de 8 24 2 Changementside Feperes il laa e nd cost der ele 8 LAT ES UTA COSO PU QUES AAA AAA AA AA a id 9 2 44 Performances g om triques A aci n 9 245 Surfaces d onde et duration ess A nadal EA dada ai 10 DARE BAAT 1 a A ra nn Rae eee ii 10 DAT SUDer INSTUCHONS ES ARR AR RDA ea 10 2 5 LES INTERFACES LOGICIEL 2 45 soucetnruie aaao aina e EE ES erita iii re iotace tie deca sad dece decai 11 LIL Vued ensemble EOS 11 2 5 2 COSAC LEMA id tdo 12 2 5 3 Biblioth quesde Verres msn ARE nr AS DARA A da 13 LIA ICOSACY CODE Sri nent Nine dentaire einer test 13 23 3 COSAC SCION Image IDLY EXCEL cin A aa aia 14 MODE D EMPLOT nss nine eiennntestirsecneninnennend dette te nt nn cadena se an ed seen Sose see 15 3 1 INSTALLATION DU PROGRAMME 262508 eu E A Rent ete Pate are rte Slater tie 15 FA Les fichiers indispensables ai 15 3 1 2 Q
12. CoordBreak et NOUREP effectuent presque exactement les m mes op rations 3 Un jour les obscures remarques qui suivent seront transf r es dans le mode d emploi d taill vol 2 Passez vite Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 13 e Les logiciels ne poss dent pas la m me gamme de surfaces sp ciales ZEMAX en propose bien plus m me si la plupart sont d un usage rarissime Un message d erreur survient lorsque celles ci sont incompatibles e Les conventions de signe des changements de rep re ne sont pas rigoureusement quivalentes lorsqu un ou plusieurs miroirs figurent dans la combinaison optique Cela est du au fait que COSAC contrairement la majorit des logiciels de calcul optique ne change pas le sens de l axe optique apr s chaque r flexion En plus les axes X Y et Z ne correspondent pas En cons quence on est parfois oblig de changer les signes de certaines rotations apr s la conversion du fichier e Attention galement aux changements de rep re inverses qui dans COSAC s effectuent par rapport au dernier point origine instructions ANCREP et INVREP alors que ZEMAX raisonne par rapport la derni re surface optique rencontr e Exemple dans le cas d une lame faces planes et parall les inclin e par rapport au faisceau incident COSAC effectuera le changement de rep re inverse par rapport la face d entr e de la lame alor
13. PSF afin d am liorer leur souplesse et rapidit L utilisateur peut maintenant imposer le maillage PSF en mode de calcul FFT y compris dans le cas de syst mes multi ouvertures particuli rement int ressant pour les interf rom tres stellaires de type VLTI DARWIN COSAC2 6 t 2006 Petit petit les capacit s du logiciel ressemblent de plus en plus celles d un simulateur d instruments optiques Au menu de cette version 2 6 am lioration du mode d ex cution multi objets nouveau mode d ex cution sur un spectre continu de longueurs d onde extension des capacit s de calcul photom trique et simulation des bruits de d tection COSAC 2 6 1 janv 2007 R vision mineure du pr c dent Chasse aux bugs et introduction des calculs de couplage des faisceaux dans une fibre optique monomode 1 Seuls les trac s de rayons en b n ficiaient jusque l Auteur Francois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 6 COSAC 2 6 2 oct 2007 La diffraction de Fresnel ne date certes pas de cette version elle tait pr sente d s la 2 5 mais ici elle a t rendue plus puissante ex cutions multi objets et sur spectre continu de longueurs d onde et propose maintenant l introduction de filtres en amplitude dans les plans image et pupille Voila ce qu il manquait pour faire du filtrage spatial COSAC 2 6 3 mars 2008 Evolution mineure du pr c dent qui am liore les capac
14. Une fois le changement de rep re effectu il s appliquera toutes les surfaces optiques suivantes Bien s r l utilisateur peut changer plusieurs fois les rep res courants au sein d une m me combinaison optique Ces instructions sont particuli rement commodes pour introduire les d salignements d un groupe de surfaces optiques dans le fichier dat Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 9 REMARQUE Secret de fabrication ce proc d est la base de tous les calculs optiques effectu s par COSAC avant que les rayons interceptent une surface optique ceux ci sont transf r s dans un rep re li l axe optique de la surface Apr s r flexion ou r fraction ils repassent dans le rep re courant de sorte que l op ration reste invisible pour l utilisateur 2 4 3 Surfaces optiques Les coordonn es de toutes les surfaces sont exprim es dans le rep re courant Les surfaces usuelles sont au nombre de trois Miroirs Dioptres Surfaces fictives planes qui permettent d introduire des masques ou des diaphragmes Ces surfaces sont planes sph riques coniques paraboles hyperboles ellipses ou asph riques g n ralis es jusqu au 6 ordre A chaque surface il est possible d associer un masque inclus dans un plan transparent sur fond noir ou r ciproquement Les masques disponibles actuellement sont au nombre d une douzaine rectan
15. aiter les fichiers de sortie cr s par COSAC MATLAB MATHEMATICA A vous de choisir votre favori Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 15 3 MODE D EMPLOI 3 1 INSTALLATION DU PROGRAMME COSAC ne disposant pas d une proc dure d installation automatique l utilisateur int ress devra obligatoirement en passer par les preuves suivantes e Se procurer une version du fichier source en FORTRAN 77 ainsi qu un certain nombre de fichiers dat et out destin s servir d exemples Si vous me lisez encore voici quelques informations utiles pour les trois premiers points les autres tant laiss s votre seule initiative 3 1 1 Les fichiers indispensables Ex cuter la compilation et l dition de liens du programme source sur son calculateur favori Organiser les r pertoires d di s COSAC sur le calculateur susmentionn Ecrire lui m me les proc dures d ex cution du programme V rifier que le programme tourne correctement l aide des exemples fournis Voici la liste des fichiers archive au format zip qu il est souhaitable de se procurer Fichiers source Fichiers exemple cosacfor zip cosacold zip cosacxxx_dat zip cosacxxx_out zip CONTENU DE L ARCHIVE Code source FORTRAN 77 de la derni re version de COSAC Code source FORTRAN 77 de toutes les versions pr c dentes de COSAC sur demande Ensembl
16. ans dimensions coefficients compris entre 0 et 1 pourcentages etc Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 31 5 CONDITIONS D UTILISATION COSAC Calculs Optiques Simplifi s pour Analyse de Combinaisons est un moteur de calculs optiques par trac de rayons qui a t imagin puis d velopp dans le cadre de mes travaux sur la concentration de l nergie solaire IMP CNRS Odeillo 1983 1987 puis sur des instruments d optique spatiaux pour la soci t A rospatiale 1988 1998 L utilisation du code source et de la documentation est soumise aux conditions suivantes Vous pouvez e Copier et installer COSAC sur autant d ordinateurs que vous voulez quels que soient leurs types e Ex cuter le programme sans aucune limitation en temps ou nombre d utilisations dans un cadre non professionnel e Modifier le code source de mani re am liorer les capacit s du programme et utiliser sans limites ces versions am lior es e Envoyer ces derni res l auteur pour lui faire plaisir Vous ne pouvez pas e Utiliser le logiciel dans un cadre professionnel sans en citer la source ni envoyer l auteur une juste compensation sous la forme de spiritueux e Reprocher l auteur le temps que vous aurez perdu essayer de faire marcher ce f programme e Vendre le logiciel autrui e R cup rer tout ou partie de COSAC pour l int grer dan
17. degr s de libert dans les six param tres num riques crits imm diatement apr s le mot cl d finissant la surface ici MIROIR et PLAN sans les appliquer aux surfaces suivantes Si l on veut d centrer le miroir primaire de 1 mm suivant l axe Z sans d placer le miroir secondaire ni le plan focal on crira simplement gt MIROIR 183 3 7 A i 1 00422124 gt MIROIR 1037 3 3 E A 1 60366658 gt PLAN 276 7 4 3 2 Rep re glissant suivant l axe optique Ainsi qu il est dit plus haut COSAC r serve la possibilit de passer en coordonn es relatives au moyen de Pinstruction TYPCOX le long de l axe optique X uniquement On fait alors appara tre dans le fichier d entr e les distances aux surfaces suivantes pour chacun des deux miroirs on se rapproche ainsi d un fichier d entr e de type CODE 5 ou ZEMAX Pour le t lescope ISO le fichier d entr e s crirait alors gt TYPCOX 1 gt MIROIR 183 3 i 1 00422124 gt MIROIR 854 1 60366658 gt PLAN 1314 Cette s rie d instructions est parfaitement quivalente celle du paragraphe pr c dent 4 3 3 Changements de rep re impos s Une autre possibilit est d introduire deux changements de rep re impos s au moyen des instructions NOUREP ou ANCREP voir le mode d emploi d taill vol 1 plac s avant chaque miroir comme suit gt NOUREP gt MIROIR gt NOUREP gt MIROIR gt PLAN 1 00422124 1 603666
18. e compose de trois miroirs plac s angle droit et d un dioptre d entr e sortie Pour chaque rayon entrant le programme calcule les points d impact sur chacune des quatre surfaces optiques de la zone non s quentielle puis d termine la premi re surface atteinte situ e la distance positive minimale Il y a alors r flexion ou r fraction sur cette surface et le processus recommence jusqu ce que le rayon ne puisse plus en atteindre aucune les points d impact n existent plus ou sont tous situ s en arri re On consid re alors que le rayon est d finitivement sorti de la zone non s quentielle COSAC autorise les r flexions multiples en des points diff rents d une m me surface Les pr cautions prendre lorsqu on d finit une zone de trac de rayons non s quentielle sont entre autres les suivantes 1 La zone non s quentielle doit tre convenablement plac e par rapport la derni re surface s quentielle qui la pr c de dans le fichier d entr e Il faut donc s assurer que pour tous les rayons d finis la distance de la derni re surface s quentielle la zone non s quentielle est positive De plus les vecteurs directeurs des rayons lumineux doivent tre effectivement dirig s de la premi re vers la seconde 2 A la sortie de la zone non s quentielle la premi re surface s quentielle rencontr e dans le fichier d entr e servira entre autres recueillir les rayons lumineux Il fau
19. e de fichiers d entr e dat ainsi que quelques cartes de d fauts des surfaces optiques fxf associ es servant d exemples Leur liste est donn e dans les exemples d taill s vol 4 Contient galement des biblioth ques de verres bibco5 ver bibgen ver et mon_cat agf placer dans le m me r pertoire que les fichiers d entr e Ensemble des fichiers de sortie out correspondant aux fichiers d entr e pr c dents ainsi que d autres fichiers r sultat txt comparer aux sorties produites par COSAC apr s toute installation ou modification Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 16 3 1 2 Quelle version de COSAC pour quel syst me Le tableau ci dessous r sume les principales caract ristiques des diff rentes versions de COSAC et la m moire requise vis vis des divers syst mes utilis s Compilateur FORTRAN Nombre de M moire requise Num ro de version rayons RAM Swap Microsoft i 7 i O Valid N Incompatible S D R E 0 0 0 N gt Z lt 2 E LA FE O O EM O Lo FERA er BE Au vu de ce qui pr c de on ne peut donc que conseiller d utiliser les versions 2 4 et ult rieures plus achev es et mieux d bogu es Par ailleurs elles seules disposent d une documentation lectronique qui s est toff e au fil du temps depuis la 2 4 limit e ce seul volume jusqu la 2 6 3 e
20. embre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 20 3 2 2 Ex cution de COSAC en mode interactif 3 2 2 1 Lancement du programme Pour ex cuter le programme on cr era tout d abord le fichier des instructions ou fichier d entr e en veillant ce que son nom se termine par dat Par exemple exemple dat Le nom du fichier d entr e doit tre compos au plus de 12 caract res y compris l extension dat Puis se placer dans le r pertoire contenant ce fichier dat et les biblioth ques de verres bibco5 ver bibgen ver et agf si elles doivent tre utilis es et lancer l ex cution du programme au moyen d une proc dure de commande ici les nuls se contenteront de placer le fichier ex cutable dans le m me r pertoire puis de cliquer dessus Ils n auront pas forc ment tort Apr s d roulement de l en t te il est affich NOM DU FICHIER DAT A TRAITER Entrer le nom g n rique du fichier c est dire la partie situ e avant l extension dat Dans l exemple ci dessus on tapera exemple l Ainsi qu indiqu par le programme le fichier r sultat sera alors automatiquement d nomm exemple out 3 2 2 2 D roulement du programme Apr s divers affichages le programme peut se terminer de plusieurs mani res diff rentes 1 Par le message EXECUTION TERMINEE SANS ERREURS sur la console et dans le fichier de sortie out Cela semble de bon augure 2 Par un messa
21. es WYKO graphisme Entr e cam ra 256 x 256 512x512 Fichiers out R sultats COSAC Type de fichiers Description syst me optique 512x 512 SCION IDL MICROSOFT Image PA EXCEL hi graphisme graphisme biblioth que tableur illimit scientifique Figure 2 1 Logiciels compatibles avec COSAC 2 5 2 COSAC ZEMAX Cette interface permet d changer les fichiers descriptifs des syst mes optiques entre COSAC et ZEMAX ZEMAX est un logiciel de calcul optique bien connu d un excellent rapport qualit prix pour un produit commercial souhaitons que cela dure Les deux programmes pr sentent un certain air de famille sur la question des changements de rep re voir le paragraphe 2 4 2 qu ils g rent de la m me fa on La passerelle COSAC ZEMAX fonctionne dans les deux sens car COSAC sait lire et crire les fichiers descriptifs des combinaisons optiques de ZEMAX avec l extension zmx Ainsi il est possible d importer un sch ma optique ZEMAX dans COSAC afin d y effectuer des calculs sp cifiques Inversement on pourra transformer les fichiers d entr e COSAC avec l extension dat en fichiers zmx afin par exemple de b n ficier des capacit s d optimisation ou des visualisations graphiques de ZEMAX L interface fonctionne dans la plupart des cas avec les r serves suivantes e WISP 2 n appara t ici que pour m moire A Pour les initi s seulement
22. es d analyse et de repr sentation graphique des donn es tels SCION Image IDL ou EXCEL e Les logiciels d analyse d interf rogrammes WISP 1 et WISP 2 eux m mes reli s un programme de d pouillement des r sultats obtenus sur le t lescope ISOTEL et au code de calcul des d form es m caniques et thermiques NASTRAN H las ces passerelles sont devenues obsol tes avec la disparition commerciale des logiciels WISP On a r sum sur la Figure 2 1 les principales interfaces utilisables ce jour Elles ne s appliquent pas toutes aux m mes types de donn es ainsi l interface COSAC ZEMAX permet d changer les fichiers d entr e d crivant les syst mes optiques tandis que l interface COSAC CODE 5 concerne exclusivement les diff rences de marche ou phases et les amplitudes des surfaces d onde introduites dans COSAC ou calcul es par lui Last but not least COSAC peut exporter la plupart de ses r sultats dans des fichiers ASCII lisibles par un grand nombre de programmes d analyse et de repr sentation graphique des donn es Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 12 CODE 5 calculs optiques Fichiers zmx Fichiers dat divers format ZEMAX format COSAC illimit WISP 2 ZEMAX Interf rom tre ZYGO Mk IV Interf rom tre ZEISS D100 calculs optiques divers pentes Digitalisation de photographies PSF FTM lt Interf rom tr
23. ge d erreur COSAC explicite Par exemple vous verrez ERREUR LIGNE 10 DU FICHIER test1 dat gt GRILL 64 64 INSTRUCTION INCONNUE Attention aux blancs et la diff rence entre minuscules et majuscules sous Unix Cette remarque vaut galement pour tous les noms de fichiers de donn es ouverts au moyen des instructions contenues dans le fichier dat Auteur Francois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 21 sur la console et dans le fichier de sortie out Dans ce cas l erreur a t identifi e par COSAC d s la lecture du fichier d entr e et est le plus souvent la cons quence de la mauvaise syntaxe d une ou plusieurs instructions dans le fichier ici il manque un E l instruction GRILLE qui d finit le maillage des rayons dans la pupille la ligne 10 du fichier test1 dat 3 Par un message d erreur COSAC un peu moins explicite Par exemple ERREUR SOUS PROGRAMME LECCOS A L OUVERTURE DU FICHIER test15 int sur la console et dans le fichier de sortie out Dans ce cas l erreur s est produite en cours d ex cution et est parfois plus difficile interpr ter L exemple ci dessus reste assez simple COSAC ne trouve pas un fichier d fauts de surface d clar sous le nom fest15 int parce qu il ne figure probablement pas dans le dossier courant Mais il y a d autres messages plus obscurs dont il vous faudra demander l explication l auteur
24. gulaires elliptiques annulaires triangulaires trap zoidaux etc Pour cr er des motifs plus complexes on peut superposer plusieurs masques au moyen de surfaces fictives plac es au m me endroit On a cr par la suite d autres composants optiques multipode araign e plusieurs pattes lentille mince fictive miroir pyramidal coins et creux de cube miroirs paraboliques hors d axe guides d onde concentrateurs CPC 2 4 4 Performances g om triques Ces sorties peuvent tre demand es n importe quel endroit du syst me optique Listing du syst me Ouverture num rique et diam tres des faisceaux r els ou th oriques Spot diagrams Cartes de vignettage Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 10 2 4 5 Surfaces d onde et diffraction ooo ST TS S Calcul des OPD diff rences de marche Calcul des pentes des OPD aberrations transversales Interf rogrammes Calcul PSF et nergie encercl e TF r elle FTM par auto corr lation Calcul PSF et FTM par FFT D composition en polyn mes de Zernike ou Seidel l ordre 15 ce qui correspond au 5 de l optique g om trique 4 types de refocalisation automatique diff rents me ordre 2 4 6 Utilitaires Lecture des biblioth ques de verres GENIL CODE 5 et ZEMAX Module de d tection des erreurs grossi res dans le fichier d entr e Gestion du fichier de sortie sau
25. his ou r fract s Les d fauts peuvent indiff remment tre ajout s aux surfaces m caniques ou directement sur les phases Il est ainsi possible d introduire des erreurs simul es par CODE 5 ou bien mesur es sur des surfaces optiques r elles au moyen d un interf rom tre Toutes les possibilit s de traitement ou de modification des fichiers int pr sentes dans CODE 5 sym tries rotations etc peuvent tre utilis es au pr alable sur ces fichiers d fauts De m me en sortie les surfaces d onde du syst me optique calcul es par COSAC peuvent tre sauvegard es dans des fichiers int pour tre trait es ult rieurement par CODE 5 On peut galement g n rer dans COSAC des fichiers masques d amplitude utiliser dans CODE 5 exemple le tripode ISOTEL Dans les deux cas on profite des capacit s graphiques de CODE 5 Mais il y a mieux voir le paragraphe suivant Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 14 IN MEMORIAM On a cit plusieurs fois les logiciels WISP de traitement des interf rogrammes d velopp s par la soci t WYKO WISP 2 par exemple tait un bon programme compatible avec CODE 5 pour l import export des surfaces d onde et fut utilis pour le d veloppement de quelques interfaces mentionn es dans le paragraphe 2 5 1 Mais le logiciel et la soci t semblent avoir disparu 2 5 5 COSAC SCION Image IDL EXCEL Ici il s
26. iller simultan ment avec 64 objets ponctuels diff rents ou bien avec une source tendue 1024 x 1024 e Pupille instruction PUPILL d finie par ses coordonn es exprim es dans le rep re d origine Le faisceau des rayons est d limit par un c ne ou un cylindre lorsque l objet est situ l infini qui s appuie d un c t sur un point l objet et de l autre sur un maillage dispos dans le plan pupille Quatre types de maillages sont possibles rectangulaire polaire hexagonal ou d fini par Putilisateur rayon par rayon e Longueur donde instructions LAMBDA ou SIGMA Doit tre d clar e avant tout calcul des diff rences de marche OPD Dans le cas contraire ceux ci seront court circuit s afin de diminuer les temps de calcul COSAC peut travailler simultan ment avec 1024 longueurs d onde diff rentes mode Spectre 2 4 2 Changements de rep res C est un des points forts de COSAC Lorsque le faisceau des rayons a t d fini il est possible de changer le rep re d origine de deux mani res diff rentes n importe quel endroit du syst me optique e D clarer que toutes les surfaces optiques suivantes seront d finies dans un nouveau rep re dont on pr cise quelles seront les coordonn es instruction NOUREP e D clarer que toutes les surfaces optiques pr c dentes taient d finies dans un ancien rep re dont on pr cise quelles taient les coordonn es instruction ANCREP
27. ion g n rale Page 25 Rep re glissant Pour certaines applications il est peu pratique de se ramener syst matiquement un unique rep re de r f rence cas des faisceaux coud s notamment On pr f re alors d finir chaque surface optique par sa position relative par rapport la pr c dente le long de l axe optique Tout se passe comme si le rep re absolu d crit plus haut glissait de surface en surface le rep re courant est replac l origine de chacune des surfaces au fur et mesure qu elles apparaissent dans le fichier d entr e Dans ces conditions les coordonn es en X ne sont plus absolues mais repr sentent les distances relatives entre les surfaces optiques ZEMAX par exemple utilise ce syst me de coordonn es glissant par d faut COSAC quant lui pr sente les particularit s suivantes 1 Par d faut COSAC travaille dans un seul et m me rep re de base rep re absolu 2 Une option permet n anmoins de faire glisser le rep re courant le long de l axe optique X instruction TYPCOX 1 3 Dans tous les cas des instructions sp ciales NOUREP et ANCREP permettent d effectuer des changements de rep re au gr de l utilisateur six degr s de libert tout endroit du syst me optique Examinons pr sent un exemple concret 4 3 1 Utilisation d un rep re absolu Prenons pour exemple le t lescope ISO dont un sch ma simplifi est donn Figure 4 1 Sur
28. it s de filtrage spatial COSAC 2 6 4 f vrier 2009 Version de travail non publi e sur Internet Utilis e pour effectuer les calculs d un article sur le cophasage des ELT publi dans le Journal of Optics A Pure Applied Optics du mois de septembre COSAC2 7 juin 2009 COSAC poursuit sa mutation de simulateur d instrument avec une meilleure mod lisation des bruits de d tection et ajout du bruit de digitalisation Version utilis e pour effectuer les premiers calculs sur POPS COSAC 2 7 1 f vrier 2010 Corrige les bugs de la version pr c dente et permet d crire directement des r sultats de calcul au format bitmap COSAC 2 7 2 avril 2010 Correction des derniers bugs dans les calculs de bruits Introduction de d fauts de phase ou de surface par fonctions analytiques polyn mes de Zernike vortex optique COSAC 2 74 mars 2011 Il restait encore un bug sur les magnitudes astronomiques Notons galement l introduction d une fonction analytique rampe lin aire indispensable pour mod liser le senseur de front d onde diff rentiation optique mon pr f r et le calcul int gral de la PSF avec la formule de Rayleigh Sommerfeld COSAC2 8 ao t 2011 Am lioration des capacit s d apodisation d finition exacte des zones couvertes par les fonctions analytiques ou les fichiers externes pr programmation de 6 nouvelles fonctions analytiques COSAC2 8 1 avril 2012 Ajout de deux changements de
29. les plans CAO le point r f rence du t lescope est la face arri re de la structure porteuse du miroir primaire Par rapport ce point le sommet du miroir primaire est situ 183 3 mm le sommet du miroir secondaire 1037 3 mm et le plan focal 276 7 mm On retrouve bien ainsi les deux distances caract ristiques du t lescope savoir 854 mm pour la distance primaire secondaire et 1314 mm pour la distance secondaire plan focal Dans le cas du rep re absolu et suivant la syntaxe COSAC ce syst me s crirait de la mani re suivante les d finitions de l objet et de la pupille n apparaissent pas ici gt MIROIR 183 3 f f 1 00422124 gt MIROIR 1037 3 i i 1 60366658 gt PLAN 276 7 mots cl positions et orientations des surfaces optiques rayons de courbure et conicit 1 z PPT A gt x sp q gt Voir le mode d emploi d taill vol 2 Ce glissement de rep re ne peut s effectuer que parall lement l axe X il n y a pas par exemple de rotation automatique du rep re dans le cas d un miroir tilt 2 Les chiffres int ressants sont les coordonn es suivant l axe optique X ici dans la 2 me colonne Auteur Francois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 26 REMARQUE Un des principaux avantages de ce mode d criture est qu il fait appara tre les d salignements individuels de chaque surface optique suivant les six
30. n s quentiel Il a galement acquis la possibilit de stocker la plupart de ses r sultats WFE PSF FTM tableaux personnalis s sous forme de fichiers ASCII directement lisibles par des programmes de visualisation des donn es EXCEL IDL COSAC 2 1 1998 Remaniement mineur du pr c dent augmentation du nombre de rayons calcul et sorties des PSF et FTM complexes introduction simplifi e des miroirs off axis l poque o COSAC devait tre utilis sur le projet DARWIN interf rom tre spatial charg de la d tection d exo plan tes Auteur Francois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 5 COSAC2 2 avril 1999 Introduction de sources tendues et remise en service des calculs photom triques et radiom triques d Odeillo flux clairements Capacit de d finir des apodisations en nergie sur n importe quelle surface optique exemple non uniformit spatiale des d tecteurs IASI Coins de cube fictifs Passage du FORTRAN Vax au FORTRAN Unix COSAC 2 3 octobre 1999 Introduction de guides d onde en mode non s quentiel fibres concentrateurs coniques CPC et v rification de la compatibilit an 2000 quelle affaire COSAC 2 4 2000 Introduction de calculs en mode interf rom trique pour IASI mais galement utilisables sur DARWIN Toutes les op rations math matiques sont maintenant effectu es en double pr cision Correction d un bug
31. need es rte En nes 32 Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 3 1 INTRODUCTION COSAC Calculs Optiques Simplifi s pour Analyse de Combinaisons est un moteur de calculs optiques par trac de rayons qui a t imagin puis d velopp dans le cadre de mes travaux sur la concentration de l nergie solaire IMP CNRS Odeillo 1983 1987 puis sur des instruments d optique spatiaux pour la soci t A rospatiale 1988 2000 les spectrom tres 3D construits l Observatoire de Lyon 2001 2005 et les recombineurs interf rom triques de l Observatoire de la C te d Azur 2006 et Ce document contient une pr sentation g n rale du logiciel compos e des chapitres suivants e Le chapitre 2 contient une description g n rale de COSAC concise mais suffisamment d taill e pour que le lecteur puisse juger de l int r t de pousser plus loin e Le chapitre 3 explique le fonctionnement du programme et comment l ex cuter sur diff rents calculateurs ce moment on se rendra compte que la principale difficult consiste comme toujours crire un fichier d entr e contenant le syst me optique et les diff rentes instructions suivre e Le chapitre 4 expose alors les principales conventions de calcul et d criture respecter absolument pour cr er ce fichier d entr e lecture indispensable pour le futur utilisateur Pour aller plus loin il
32. nfin compl te avec les exemples d taill s LE POINT DE VUE DU PROGRAMMEUR Pourquoi des r sultats aussi divers sur diff rentes machines et compilateurs Parce que ceux ci ne respectent pas les m mes r gles du FORTRAN 77 Depuis la version 2 4 COSAC est en conformit avec sa forme canonique d crite dans le document Professional Programmer s Guide to Fortran 77 de Clive C Page University of Leicester UK Quelques exemples Alors que les r gles cit es plus haut interdisent les lectures dans les cha nes de caract res au format f77 Unix Linux et Watcom FORTRAN les acceptent Ces r gles stipulent que les fonctions intrins ques SQRT SIN COS etc doivent tre crites sous leurs formes g n riques quels que soient les types d arguments Pourtant Watcom FORTRAN et f77 Unix DEC exigent des formes sp cifiques par exemple DSQRT DSIN DCOS etc pour un argument en double pr cision Ne resterait donc plus aujourd hui que l introuvable compilateur MS FORTRAN Powerstation et Force 2 0 Encore ce dernier produit il un ex cutable qui engendre parfois de fausses erreurs c est probablement du sa gestion du premier caract re des lignes dans le fichier out un point qu il me reste lucider Donc pour adapter COSAC ces compilateurs il vous faudra retrousser vos manches 1 bez Plus pr cis ment dans 2 exemples sur les 50 fournis Auteur Fran ois H nault 17 d cembre
33. obl me particulier que les logiciels optiques de l poque ne permettaient pas de traiter commod ment Il s agissait de calculer par comptage de rayons les taux de vignettage du t lescope ISO et de ses collimateurs de contr le l ensemble constituait un syst me comportant de nombreux changements de rep res et des surfaces optiques sp cifiques miroir pyramidal 4 faces Par la suite le logiciel d nomm COSAC Calculs Optiques Simplifi s pour Analyse de Combinaisons fut remani de nombreuses fois pour des besoins ISO et HELIOS et plus sp cialement orient vers l exploitation des r sultats d essai il s agissait alors de simuler les performances d un instrument optique en cours de r alisation en r utilisant les donn es exp rimentales par exemple des cartes des d fauts de surfaces d onde mesur es l aide d un interf rom tre laser et converties au format CODE 5 Bien que COSAC ne soit a priori pas destin l optimisation des syst mes un tel module lui fut galement rajout COSAC2 0 1995 Dans un deuxi me temps le logiciel a t utilis sur le projet IASI sondeur atmosph rique infrarouge bas sur un interf rom tre de Michelson pour le CNES pour la mod lisation des r partitions d clairement form es sur les d tecteurs et l valuation du contraste de l interf rom tre A cette occasion il s est enrichi d une capacit de calcul sur les surfaces optiques en mode no
34. plac s dans un m me rep re 4 3 Les couples objets pupille d finissent eux seuls l ensemble des rayons qui seront trac s dans le syst me optique durant toute l ex cution du programme voir le mode d emploi d taill vol 1 2 3 Les directives de sortie sont le plus souvent des calculs de performance que l on peut alterner avec les surfaces optiques pour obtenir des informations interm diaires suivi des rayons par exemple Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 23 4 2 DEFINITION DES AXES PAR DEFINITION 1 L axe optique ou axe de r volution des surfaces est toujours l axe X 2 L axe Y est un axe perpendiculaire X il peut tre choisi dans la direction la plus commode pour Putilisateur 3 L axe Z est perpendiculaire aux pr c dents et forme avec eux un rep re direct REMARQUES 1 On recommande de choisir syst matiquement l axe X comme l axe optique du syst me lorsque celui ci est de r volution 2 La direction g n rale des rayons lumineux est ind pendante du sens de l axe X puisqu elle est fix e par les d finitions de l objet et de la pupille d entr e voir le mode d emploi d taill 2 3 On peut donc avoir des rayons se propageant vers X 3 Dans le cadre de certaines applications sol t lescopes t l m tres etc il est usuel d orienter l axe Z vers la verticale du lieu l angle
35. qui affectait les maillages rectangulaires Compatibilit avec FORTRAN Linux et Microsoft pour la premi re fois depuis sa cr ation COSAC est ex cutable sur PC COSAC 2 5 2003 Beaucoup de progr s marquants avec l introduction des r seaux de diffraction des surfaces cylindriques et des zones de trame qui permettent de d finir des t lescopes miroirs segment s des matrices de micro lentilles ou des syst mes d coupeurs d image sans avoir recours au mode de calcul non s quentiel De plus COSAC sait maintenant lire et crire les fichiers ZEMAX descriptifs des combinaisons optiques Bref tout ce qu il manquait pour mod liser les spectrom tres imageurs fabriqu s l Observatoire de Lyon En prime l introduction des d fauts de phase ou de surface n est plus limit e au format CODE 5 on peut maintenant passer par des fichiers ASCII sous format libre Enfin cette version est accompagn e de la premi re dition d cente du mode d emploi d taill vol 1 COSAC 2 5 1 mars 2005 Peu de nouveaut s en apparence J ai surtout profit de la r daction et de la publication du mode d emploi d taill vol 2 pour am liorer les fonctions qui y sont d crites apodisations sur les surfaces optiques crit re d optimisation et corriger quelques bugs sur l interface ZEMAX notamment COSAC 2 5 2 d cembre 2005 L encore peu de nouveaut s apparentes Le travail s est concentr sur les calculs de
36. r ne ma trise plus l ordre dans lequel les rayons atteignent les surfaces optiques mais laisse au programme le soin de le d terminer Les calculs de diffusion r flexions multiples ou images parasites deviennent possibles En contrepartie les temps de calcul sont notablement allong s Les possibilit s de COSAC sont les suivantes 1 Par d faut COSAC traite les surfaces optiques suivant l ordre o elles sont crites dans le fichier d entr e mode s quentiel 2 Il est possible de d finir une ou plusieurs zones de trac de rayons non s quentiel au sein d un syst me optique Voyons maintenant cela plus en d tail Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 28 4 4 1 Trac de rayons s quentiel Ici l ordre des surfaces optiques est impos par l utilisateur suivant leur apparition dans le fichier d entr e Le logiciel les lit les num rote et restera ensuite fid le cette num rotation interne laquelle on peut acc der gr ce l instruction SYSTEM voir le mode d emploi d taill vol 1 4 4 2 Trac de rayons non s quentiel La Figure 4 2 pr sente un exemple typique de trac de rayons non s quentiel il s agit du coin de cube qui pr sente la particularit de r fl chir tout rayon incident parall lement lui m me apr s trois r flexions internes sur les faces du cube La zone des surfaces non s quentielles s
37. re 2014
38. s que ZEMAX le fera par rapport la face de sortie de sorte que le d calage lat ral du faisceau para tra diff rent 2 5 3 Biblioth ques de verres Une biblioth que de verres est un fichier ASCII qui renferme quelques propri t s physiques des mat riaux optiques et en particulier leurs variations d indice de r fraction en fonction de la longueur d onde COSAC sait lire trois types de biblioth ques issues de diff rents logiciels commerciaux GENIL CODE 5 et ZEMAX dont l usage n est a priori pas ill gal Toutes les explications n cessaires sont donn es dans le paragraphe idoine du mode d emploi d taill vol 1 2 5 4 COSAC CODE 5 Cette interface permet d importer ou d exporter les caract ristiques en amplitude ou en diff rence de marche OPD des surfaces d onde optiques chantillonn es sur un maillage r gulier Elle utilise des fichiers ASCII qui portent l extension inf bien connue des utilisateurs de CODE 5 Le format int est reconnu par la plupart des logiciels de calcul optique et constitue aujourd hui un standard utilis sur de nombreux appareils de mesure des surfaces d onde tels les interf rom tres laser ZYGO ou ZEISS ces interf rom tres sont utilis s par de nombreux industriels travers le vaste monde COSAC peut lire tous les fichiers nt et rajouter les d fauts qu ils contiennent sur n importe quelle surface optique mod lis e avec d flexion r elle des rayons r fl c
39. s un logiciel commercial Les fichiers ne contiennent a priori pas de virus Si toutefois vous en d couvriez un veuillez en avertir l auteur Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 32 6 CONCLUSION Cette pr sentation g n rale de COSAC avait pour but d informer les utilisateurs potentiels de toutes les capacit s du logiciel et de les aider l employer au plus vite Si des erreurs ont t constat es dans ce document ou plus forte raison des bugs r siduels du programme il vous est demand d en informer l auteur promptement Pourquoi seriez vous forc s d utiliser un logiciel de calcul optique standard payant et le plus souvent yankee Et m me dans ce cas COSAC pourra vous aider r soudre certains probl mes exotiques par exemple la synth se d ouverture optique ventuellement au prix de quelques modifications puisque le code source est disponible COSAC peut galement servir de base de comparaison pour valider les calculs effectu s l aide d autres logiciels et mettre en vidence d ventuelles erreurs de mod lisations Pour aller plus loin il faut maintenant se plonger dans le mode d emploi d taill volumes 1 et 2 contenant la description des principales instructions et dans les exemples de cas o le logiciel a t r ellement utilis arcniav CASOC Auteur Fran ois H nault 1 d cemb
40. t de page impression de commentaires impressions escamotables pour viter les listings monstrueux Possibilit de cr er des fichiers de sortie suppl mentaires remplir au gr de l utilisateur param tres et formats Instructions abr g es pour copies de surfaces d finies auparavant 2 4 7 Super instructions Dans son mode d ex cution normal COSAC n accomplit ses calculs qu une seule et unique fois en appliquant les types d instructions d crits dans les paragraphes pr c dents Les super instructions peuvent forcer le logiciel accomplir plusieurs ex cutions en faisant varier automatiquement les param tres d entr e du syst me optique Il en existe principalement deux Ex cution en boucles trois boucles imbriqu es au maximum Ex cution en mode optimisation Le calcul automatis des tol rances m caniques des composants optiques ne figure actuellement pas parmi les super instructions de COSAC II y aurait sa place Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 11 2 5 LES INTERFACES LOGICIEL 2 5 1 Vue d ensemble Au fil du temps COSAC a t rendu compatible avec un certain nombre de logiciels et par ricochet avec quelques moyens de mesures optiques notamment des interf rom tres laser Citons notamment e Les logiciels de calcul optique CODE 5 et ZEMAX e Les biblioth ques de verres GENII CODE 5 et ZEMAX e Quelques programm
41. t donc la placer judicieusement Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 29 Entrance refracting Cube corner First sequential surface following non sequential area output port Last sequential surface preceeding non sequential area input port Figure 4 2 Le coin de cube exemple de trac de rayons non s quentiel Auteur Fran ois H nault 1 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 30 4 5 UNITES PHYSIQUES Les unit s des param tres num riques introduits dans le fichier d entr e ou calcul s dans le fichier de sortie sont les suivantes Longueurs d onde instruction LAMBDA um Nombres d onde instruction SIGMA em Distances coordonn es d une surface dimensions des masques rayons de courbure millim tres Angles milliradians Les signes des angles sont positifs dans le sens trigonom trique de X vers Y de X vers Z et de Y vers Z OPD ou diff rence de chemin optique fractions de la derni re longueur d onde d finie par LAMBDA ou indirectement par SIGMA Pentes des OPD ou aberrations transversales milliradians Fr quences spatiales pour FTM mm Flux lumineux Watts ou photons s au choix de Putilisateur Eclairements Watts m2 ou photons s m2 au choix de l utilisateur Les autres param tres sont g n ralement s
42. tives de sortie qui permettent de sauvegarder la majorit des r sultats dans des fichiers ASCII eux m mes lisibles par d excellents logiciels de visualisation EXCEL IDL Et pour la repr sentation graphique du syst me optique on dispose aujourd hui d une interface avec ZEMAX voir 2 5 2 2 3 LIMITATIONS COSAC pr sente un certain nombre de limitations fix es dans le code source FORTRAN 77 1024 instructions maximum dans le fichier d entr e 1024 surfaces maximum dans le syst me optique 1024 x 1024 rayons maximum dans la pupille 110 ouvertures de fichiers externes maximum au cours de l ex cution du programme Calculs simultan s pour 1024 longueurs d onde maximum Calculs simultan s pour 64 objets ponctuels ou une source tendue de 1024 x 1024 points N andertaliennes m ont dit certains esprits chagrins 2 Pour ceux qui connaissent le FORTRAN ces limites sont fix es par des instructions PARAMETER Il est donc relativement facile de les modifier Auteur Fran ois H nault 17 d cembre 2014 COSAC Version 2 9 2 Pr sentation g n rale Page 8 2 4 LES PRINCIPALES INSTRUCTIONS 2 4 1 D finition du faisceau des rayons Trois types d instructions suffisent d finir un faisceau de rayons les deux premi res doivent obligatoirement figurer dans le fichier dat e Objet instructions OBJET ou SOURCE d fini par ses coordonn es exprim es dans le rep re d origine COSAC peut trava
43. u moyen d instructions six caract res suivant l ordre o elles sont rencontr es lorsqu on suit la propagation des rayons dans le syst me optique L ensemble de ces instructions et les directives de sortie d finissant les calculs effectuer est plac dans un fichier d entr e avec l extension dat qui sera lu interpr t et approuv par le programme Au d but de son ex cution COSAC ouvre un fichier de sortie avec l extension ouf qu il va remplir au gr de l utilisateur en fonction des directives de sortie lues dans le fichier d entr e suivant l ordre o le programme les a rencontr es D finitions de surfaces optiques et calculs de performance instructions de sortie peuvent tre altern es de sorte qu il est possible d obtenir des sorties interm diaires bien avant d arriver au plan focal de l instrument Les performances en temps de calcul sont en g n ral quivalentes voire sup rieures celles des logiciels professionnels existants A la lecture de ce qui pr c de on devine que COSAC est un moteur de calculs optiques et non un logiciel de trac de rayons complet tel CODE 5 ou ASAP il ne poss de pas en effet de repr sentation graphique du syst me optique mod lis l utilisateur doit suivre le chemin des rayons en mode texte en examinant les lignes du fichier ouf et ses sorties graphiques sont rudimentaires Pour pallier ce dernier inconv nient COSAC propose des direc
44. uelle version de COSAC pour quel syst me 7 ie ereereerreereeeeseeneeenees 16 3 1 3 Unexempl d arboresc ncei usines EAS EEO E E A E RAAT nee Ent 17 3 2 UTILISATION DU PROGRAMME ean aneren ne E S ER EE EEEIEE ETE EREE EEEE ESAE AE EEEE 18 3 2 1 lt 1row tapesfond mentaleS inr a E a E a a a E a e Ea 18 3 2 2 Ex cution de COSAC en mode interactif inserer 20 3 2 3 Ex cution de COSAC en mode batch ins EER R OE RA 21 ECRITURE DU FICHIER D ENTREE see sonsonennenecencenennensessesenennensensesnsnennsencesoesseeeee 22 UL INTRODUCTION rien SE O emma E EE SST EEOAE NE even EEEE TE don caca EESE EEE SAEPE EES E re a dense ere 22 4 2 D FINITION DES AXES ro E E EE T E T A a ee A a n a n a a a 23 4 53 LYP B E CA D B E ed AOE EEEE ARAE AE AE A EA E E ls 24 4 3 1 Utilisation d un rep re absolu in ei a e aT Ea iai E A EET EE riai 25 4 3 2 Rep re glissant suivant l axe optique nono n a e a a e 26 4 3 3 Changements de rep re impos s siennes 26 44 ORDRE DES SURFACES 2 808 honte nes ne nreree rene rar ler taren enr ne des tro ere en sites rene ares de rh Pete dore 27 4 41 Trac derayons sequenti el Enr aE OE AEEA a a AAE E A E E O 28 4 4 2 Trac de r yonsnon s guentiel renra r eaaa eaaa a Aa aA dt ro en tentes dent AE a EEE e dani 28 45 UNIT S d D AI 01 SA AE E E REE E E A oct 30 CONDITIONS D UTILISATION screen cnrs nee see detente tee e ne seen need et nee tan se 31 CONCEUSTO Nou nn ne rs ter es tes rte ins es ST are sn
Download Pdf Manuals
Related Search