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简介: YagfCi ? 5ut| eD`3 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。 GABZsdFZ! K$"#SZEi 光学特性:光线通过轴向子午线(图中的垂直方向)不会出现聚散度的改变。 AjzTszByu tpfgUZ{ 光线通过屈光力子午线(图中的水平方向)会出现聚散度的改变。 v88vr 5NU{y+ 应用:柱面镜一般用于将入射光线聚焦到线上,或改变图像的宽高比。柱面镜有一个柱面表面,使入射光线能够聚焦于某个维度,并拉伸图像。柱面镜的焦距可为负或正,适合用于激光线生成或变形光束整形,以环化激光输出。 HiCh:IP7>/ &D,Iwq 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: 2qMiX|Y > p`, 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: 222 Y?3>@D 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; b--=GY))F S?J!.( |/Nh# 第二种方法常用方法是使用软件自带的面型创建:主要的面型类型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我们通过对每一面手动的输入参数来构建,但这种方法比较繁琐。 *a9cBl'_ CM6% g f3 第三种方法是在FRED厂商透镜目录库中导入或者从从光学设计软件中导入柱面透镜,并调整相应的参数。 6h 0qtXn- {)YbksrJ{ 我们以Edmund为例(下图为货号68168 :12.5mm Diameter x 25mm FL Uncoated, UV PCX Cylinder Lens示意图); uLhGp@Dx iaGA9l<b |OeyPD# 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 ,jU>V]YC qu=~\t1[6 本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 ?N#I2jxaD ]so/AdT9hA 图1.柱面透镜生成器对话框 l.Q 使用柱面透镜生成器 i7x&[b n,N->t$i 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: -y`Pm8 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。 fSo8O 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 ]OAU&t{ 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 \CB^9-V3 “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。 3Y#Q'r? 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。 1p&.\ ^ 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: ,Py\Cp=Dw 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 H2X_WSwm 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 \GFqRRn 表面的半孔径大于它的半径。 7 N}@zPAZ 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 [2:d@=%. 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) Yuv(4a<M% 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。 r~b.tpH 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 A95f!a 边缘厚度小于0。 b
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! 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。 inu.U[. L]Tj]u) 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 x39tnf/F 脚本 ~OD6K`s3 柱面透镜生成器的脚本结构如下: 7nt(Rtbsu 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 mnt&!X4< 2. 用于各种用户输入显示对话框。 K,4Ig! a. 插入默认值 Q2CGC+ b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 &4Z8df! 3. 指定对话框的输入为变量。 CD1Ma8I8 4. 创建第一个和第二个表面。 r=j?0k '}] 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” gS(3 m_ b. 计算边缘处的表面矢高 SSe;&Jk2d i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 ^ AZ#tp%) c. 指定裁剪规格 [R]V4Hb i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 h#1:ypA6l 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。 /xn|d#4 d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 P~7(x7/7~ 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 Bg|d2,im f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 ys=2!P-[# 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 ,='Ihi 6. 创建透镜边缘 bTs2$81[ a. 计算边缘总长度 (Mc{nFqS i. 中心厚度+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面)+(表面2矢高的绝对值,如果它是凹面) &A:&2sP8 ii. 注意到,由于表面只在一个方向弯曲,边缘表面一定延伸了整个透镜“长度”。 GRc)3
2, b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 V_i&@<J c. 如果透镜孔径是矩形/方形,使用带有“列表柱面”的分段曲线作为准线。 \8(Je"S i. 创建分段曲线 EU(e5vO ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 PYQ0&;z d. 指定裁剪规格 ?e%*q^~Cu i. (边缘宽度)/2的z-裁剪中心+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面) 2Z; !N37U ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z +|C@B`h iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 kEh9J>|M e. 在x, y和z方向以0.05的步长进行曲面细分,因此边缘表面可以正确的渲染。 |5>Tf6$( 7. 完成! yLRe'5#m /#9P0@Y 脚本代码分析 6 ;'s9s" http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De tY$@,>2 v h-p}Qil, 实例 `8ob Xb 我们以库存号#86-030为例, wOH:'sk[" rBJ`=o z 材料:SCHOTT N-SF5;
II'.vp 中心厚度:6mm; (XK,g;RoEn 孔径:D=12.5mm; 6{I7=.V 波长:587.6nm; >p&"X 2
@ 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) y,?=,x}o# 形状:S1凸面;S2平面 HOi~eX1d 运行软件输入如下参数: p,=IL_ =2q#- ,t [C!*7h 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: 6TRLHL~B 4{>r_^8
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