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    [分享]柱面透镜的设计 [复制链接]

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    离线infotek
     
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    光币
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    光券
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-30
    简介 1CkBfK  
    'nOc_b0  
    概念:由圆柱体玻璃的一部分截制而成,由一柱面和一平面组成,其中包括平-凹和平-凸透镜 5$,dpLbL  
    u;fD4CA  
    光学特性光线通过轴向子午线(图中的垂直方向)不会出现聚散度的改变。 jXBAo  
    #|\NG  
    光线通过屈光力子午线(图中的水平方向)会出现聚散度的改变。 H5f>Q0jq  
       >AT{\W!N  
    应用:柱面镜一般用于将入射光线聚焦到线上,或改变图像的宽高比。柱面镜有一个柱面表面,使入射光线能够聚焦于某个维度,并拉伸图像。柱面镜的焦距可为负或正,适合用于激光线生成或变形光束整形,以环化激光输出。 akuV9S  
    o<*H!oyP\  
    在FRED中共有四种方法设计柱透镜: VpDNp (2  
    4,o|6H  
    第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: pNN6PsLt  
    在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; fZqMznF  
    LRqBP|bjCD  
    6R%Ra  
    第二种方法常用方法是使用软件自带的面型创建:主要的面型类型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我们通过对每一面手动的输入参数来构建,但这种方法比较繁琐。 3|=9aM^x^  
    N|n"JKw)  
    第三种方法是在FRED厂商透镜目录库中导入或者从从光学设计软件中导入柱面透镜,并调整相应的参数。 ,\ y)k}0lH  
    Pg]&^d&$  
    我们以Edmund为例(下图为货号68168 :12.5mm Diameter x 25mm FL Uncoated, UV PCX Cylinder Lens示意图); 28KS*5S  
    X~DI d  
    no*p`a *  
    在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 ]V,wIy C  
    *C~O[:6D  
    本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 (x{6N^J.t  
    ~ kdxJP"  
    图1.柱面透镜生成器对话框
    G+^Q _w  
    使用柱面透镜生成器 n+db#qAj5  
    GA, 6G [E  
    对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: g1JBssw&m  
     表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 Bn83W4M  
     厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 dqU bJc]  
     只有存在于FRED文件“材料”文件夹中的材料才能作为基质和浸润材料可选项 ,&Iw5E[  
      “弯曲轴”指的是沿着弯曲表面的轴。举个例子,如果y被选为弯曲轴,光线就会集中在y方向,但是不会在x方向。 eIEr\X4\~~  
     就如轴对称透镜一样,柱面透镜被分配了一个“透射”涂层和“透射镜面”光线追迹属性。 i ez@j  
     如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: -6(u09mb_  
     相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 -r%3"C=m  
     通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 H pHXt78  
     表面的半孔径大于它的半径。 YQb43Sh`  
     在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 @Sxb}XI!f  
     表面的半孔径十分接近于它的半径(即小于半径,但是大于0.975*半径) fVlTsc|e  
     当圆环表面创建时,当使用定义好的曲面细分设置,如果边缘延伸超过0.975*半径时,圆环表面将不会正确的渲染。提高曲面细分数将会改善渲染效果。 I:4m]q b  
     这一问题只会影响到视觉表示,而不会影响光线追迹和分析 _e%jM[  
     边缘厚度小于0。 yQA6w%  
    `uz15])1<  
    注意到,当我们遇到这些警告情况时,透镜仍然被创建了,尽管这可能是非物理的。 6Z:<?_p%7g  
    lkNaSz[  
    图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径
    oe<9CK:?>  
    脚本 7^}np^[HB  
    柱面透镜生成器的脚本结构如下: 26yjQ  
    1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 :"Vfn:Q  
    2. 用于各种用户输入显示对话框。 W'l &rm@  
    a. 插入默认值 :x*|?zII  
    b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 ai7*</ls  
    3. 指定对话框的输入为变量。 /%w9F  
    4. 创建第一个和第二个表面。 v7?sXW  
    a. 如果没有弯曲,使用“平面”表面;如果有弯曲,使用“环形非球面” 2!Ip!IQ:  
    b. 计算边缘处的表面矢高 =Ri'Pr x&  
    i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 !;";L5()  
    c. 指定裁剪规格 YGRv``(  
    i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 J7FCW^-`3  
    ii. 如果sag小于0.1,设置z裁剪半孔径为0.1,否则设置为|sag|*(3/5),这比1/2稍大一些,因此表面可以正确的渲染。 Bnju_)U5)  
    d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 L*TPLS[lh  
    e. 在x, y和z方向以0.15的步长进行曲面细分,因此环形表面可以正确的渲染 f>LwsP  
    f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 %A@Q%l6  
    5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 ykY#Y}?^  
    6. 创建透镜边缘 dd+[FU  
    a. 计算边缘总长度 0G-M.s}A  
    i. 中心厚度+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面)+(表面2矢高的绝对值,如果它是凹面) <ob+Ano$  
    ii. 注意到,由于表面只在一个方向弯曲,边缘表面一定延伸了整个透镜“长度”。 Z83A1`!.|  
    b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 $3aq+w:  
    c. 如果透镜孔径是矩形/方形,使用带有“列表柱面”的分段曲线作为准线。 )<w`E{q  
    i. 创建分段曲线 Nqih LUv  
    ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 RP}.Ei  
    d. 指定裁剪规格 T~shJ0%  
    i. (边缘宽度)/2的z-裁剪中心+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面) H-&Z+4 +Xs  
    ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z 86[/NTD<-  
    iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 *\9JIi 2  
    e. 在x, y和z方向以0.05的步长进行曲面细分,因此边缘表面可以正确的渲染。 . zM  
    7. 完成! fmuAX w>  
    *XRAM.  
    脚本代码分析 9|Z25_sS  
    http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De Ku6bY|  
    uWs5 +  
    实例 @ lo6?9oNo  
    我们以库存号#86-030为例, cR 0+`&  
    9EryHV|  
    材料:SCHOTT N-SF5; Ne^md  
    中心厚度:6mm; +9S_H(  
    孔径:D=12.5mm; Tv d=EO  
    波长:587.6nm; bERYC|  
    半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) ?k$3( -  
    形状:S1凸面;S2平面 /RLeD  
    运行软件输入如下参数: P'^#I[G'  
    q&.SB`  
    3GkVMYI  
    并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: 4~<  :Pj  
    !<psK[  
    0~qnwe[g}  
    QQ:2987619807
     
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    离线敬天帅
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    只看该作者 1楼 发表于: 2021-08-09
    牛逼,学习了