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简介: -A1@a=q V) xwl vX 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。 K4U_sCh#f l/xpAx 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。 Y[sBVz'j5 vd{ban9 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。 n Nu~)X 10}<n_I 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。 db*yA@2Lg 8f`r!/j 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: |-l9 Z e92,@ 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: &s^t~>Gpr 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; MZd?cS aoUz_7 +,xluwv$ 9 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。 GD-L0kw5 eL" +_lW 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。 ~~r7TPq kY?w] lS)t 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); A'6-E{ 4$oDq |1%eo. 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 L_`D L/ g8@G
; 本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 `eEiSf =|LB,REN 图1.柱面透镜生成器对话框 8hV>Q 使用柱面透镜生成器 Yr)<1.K4,M Bv xLbl} 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下:
MFyi#nq 表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 Nr"gj$v 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 {F=`IE3)w 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 VX:Kq<XwQ “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。 #g#[|c. 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。
Ua.%?V 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: ,K15KN.' 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 @6kkt~>: 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 mrQT:B\8 表面的半孔径大于它的半径。 M{t/B-'4 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 IOddu2.( 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) bx%Ky0Z 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。 9fy[%M 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 HDi_|{2^ 边缘厚度小于0。 'YB{W8bR 8;d./!|'&g 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。 *+TO% {4 ':|E$@$W 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 G:!3X) b 脚本 # AH gY. 柱面透镜生成器的脚本结构如下: f5z*AeI 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 U!jRF 2. 用于各种用户输入显示对话框。 Mw`S.M. B a. 插入默认值 c?*x2Vk b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本
w~~[0e+E 3. 指定对话框的输入为变量。 BsR3$ 4. 创建第一个和第二个表面。 gI/SA 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” =5O&4G`} b. 计算边缘处的表面矢高 kl|m @Nxp i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 d@?zCFD c. 指定裁剪规格 qtjx<`EK> i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 aJJ)ZP2+ 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。
_ 'K6S d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 6?';ip 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 4D[(X=FSU f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 J ql$
g 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 bo#?,80L}` 6. 创建透镜边缘 Lh-+i a. 计算边缘总长度 Wb5n> * 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) :j[= 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”。 ll
^I;o0 b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 8CUl |I ~ 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。 ]u\-_PP i. 创建分段曲线 ;ykX]5jGh ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 IK,aA;d d. 指定裁剪规格 })?KpYk 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) G%dzJpC(
ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z {>d\ iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 #iT3aou 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。 Cy5M0{ 7. 完成! `^)oVs ft$
'UJ%j 脚本代码分析 $e%m=@ga http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De >&JS-jFg M
y!;N1 实例 brdY97s4 我们以库存号#86-030为例, qhmA)AWG> ,IPryI 材料:SCHOTT N-SF5; {A\y4D@ 中心厚度:6mm; o;v_vCLO 孔径:D=12.5mm; wc ;^C?PX 波长:587.6nm; d&X
<&)a7 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) J@IF='{ 形状:S1凸面;S2平面 (/|f6_9! 运行软件输入如下参数: ^=
'+#|: W"g@*B'| AQs_(LR 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: Z#@<|{eI T9AFL;1
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