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简介: 4,g3 c Le':b2o 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。 ,wlSNb@' j])nkm7_ 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。 ?G>#'T[ 4uUR2J 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。 qnZ`]? @5-+>\Hd^t 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。 r]vD] G$HLta 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: sw@*N 5 cE!'3Y 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: #O.-/&Z 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; &Jw4^ob MB,P#7| AFcA5:ja 第二种方法常用方法是使用软件自带的面型创建:主要的面型类型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我们通过对每一面手动的输入参数来构建,但这种方法比较繁琐。 ,w/f:-y =7Y gES 第三种方法是在FRED厂商透镜目录库中导入或者从从光学设计软件中导入柱面透镜,并调整相应的参数。 5bzYTK&- FE/2.!]&o 我们以Edmund为例(下图为货号68168 :12.5mm Diameter x 25mm FL Uncoated, UV PCX Cylinder Lens示意图); iAlFgOk' AH(O"v` .W+ F<]r 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 6c>tA2G|8 4IYC;J2L 本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 r,4V SyZF\ (d C<N3 图1.柱面透镜生成器对话框 {M?!nS6t 使用柱面透镜生成器 Px4zI9;cB `|^<y.-6 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: _u :4y4} 表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 r} ~l( 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 O:a$ U:
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 N2_ =^s7 “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。 :l>T~&/98 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。 ;v6e2NacM' 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: | We @p 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 5W!E.fz*T 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 s geP`O% 表面的半孔径大于它的半径。 m(3bO[u1 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 ?mt$c6- 表面的半孔径十分接近于它的半径(即小于半径,但是大于0.975*半径) GSW{h[Op 当圆环表面创建时,当使用定义好的曲面细分设置,如果边缘延伸超过0.975*半径时,圆环表面将不会正确的渲染。提高曲面细分数将会改善渲染效果。 'ej{B0rE 这一问题只会影响到视觉表示,而不会影响光线追迹和分析 2/BFlb 边缘厚度小于0。 _+8$=k2nM 6iFd[<.*j 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。 'eo2a&S2D Hf
%;FaJ= 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 " I@Z:[=2 脚本 i
c]f o 柱面透镜生成器的脚本结构如下: U<r<$K 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 *k'9 %'< 2. 用于各种用户输入显示对话框。 F
,{nG[PL a. 插入默认值 T"Q4vk,3*J b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 BsB}noN} 3. 指定对话框的输入为变量。 ,oP-:q!PC 4. 创建第一个和第二个表面。 ;8g#"p*& 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” va;d[D,
b. 计算边缘处的表面矢高 wrn[q{dX i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 (>0d+ KT c. 指定裁剪规格 ZrA\a#z"< i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 y::;e#. 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。 SQ5*?u\ d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 (7ew&u\Li 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 ~ilbW|s?=k f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 oqDW}>. 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 J&a887 6. 创建透镜边缘 3Uag[ms a. 计算边缘总长度 ]jHB'Y 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) 8`VMdo9 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”。 6w}:w?=6 b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 v!F(DP.)Z 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。 4g1u9Sc0 i. 创建分段曲线 'KQuz)- ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 Y+?bo9CES! d. 指定裁剪规格 $zmES tcm 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) C
[2tH2*# ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z /2HwK/RZ iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 Gcs+@7!b 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。 #zy,x 7. 完成! RL&3 P@r h'-TZXs0e1 脚本代码分析 T>uLqd{hH http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De D}"GrY5 m'qMcCE 实例 yJp&A 我们以库存号#86-030为例,
FxZ\)Y (`!|
Uf$ 材料:SCHOTT N-SF5; v8%]^` ' 中心厚度:6mm; 2%8N<GW.F 孔径:D=12.5mm; @ ~sp:l 波长:587.6nm; 2tr2:PB` 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) n)K6Z{x 形状:S1凸面;S2平面 ldX]A#d. 运行软件输入如下参数: t'Q48QAb? +u=xBhZ r\3In-(AT 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: `a6;*r y /BIPLDN6
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