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简介: C*lJrFpB 3M= 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。 Wez5N *|l/6!WM 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。 LHmZxi? *$*ce|V5 光线通过屈光力子午线(图中的水平方向)会出现聚散度的改变。 jqkqZF mcok/,/ 应用:柱面镜一般用于将入射光线聚焦到线上,或改变图像的宽高比。柱面镜有一个柱面表面,使入射光线能够聚焦于某个维度,并拉伸图像。柱面镜的焦距可为负或正,适合用于激光线生成或变形光束整形,以环化激光输出。 t>sE x: P>6{&( 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: _aMF?Pj~m F<w/PMb 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: 'W#D(l9nI 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; 3mni>*q7d ::F|8 A(N4N 第二种方法常用方法是使用软件自带的面型创建:主要的面型类型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我们通过对每一面手动的输入参数来构建,但这种方法比较繁琐。 &~w}_Fjk *owU)
第三种方法是在FRED厂商透镜目录库中导入或者从从光学设计软件中导入柱面透镜,并调整相应的参数。 ,=N.FS u]gxFG"
我们以Edmund为例(下图为货号68168 :12.5mm Diameter x 25mm FL Uncoated, UV PCX Cylinder Lens示意图); {_dvx*M ,Lt[\_ [8*)8jP3 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 W'.m'3#z l@:0e]8|o 本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 KG5>]_GH ]:\dPw`A 图1.柱面透镜生成器对话框 ?' je)F 使用柱面透镜生成器 v9UD%@tZ &"q=5e2 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: -!9G0h&i| 表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 FCn_^l)EA 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 6`-jPR 只有存在于FRED文件“材料”文件夹中的材料才能作为基质和浸润材料可选项 w`=\5Oa .G “弯曲轴”指的是沿着弯曲表面的轴。举个例子,如果y被选为弯曲轴,光线就会集中在y方向,但是不会在x方向。 2Hv+W-6v 就如轴对称透镜一样,柱面透镜被分配了一个“透射”涂层和“透射镜面”光线追迹属性。 yCX?!E;La 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: 8sCv]|cn 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 qjc4.,/ 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 o8vug$=Z 表面的半孔径大于它的半径。 cFWc<55aX6 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 a@*\o+Su 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) 5PnDN\ 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。 "wHFN>5B 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 -PQv ?5 边缘厚度小于0。 ;({W#Wa ?pZOeqqu$ 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。 40<mrVl *WT`o> 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 /FJu)H..U 脚本 O7IJ%_A& 柱面透镜生成器的脚本结构如下: NN`uI6= 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 \'bzt"f$j 2. 用于各种用户输入显示对话框。 (!N|Kl a. 插入默认值 O8.5}>gDn. b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 C2Tyoza 3. 指定对话框的输入为变量。 bY0|N[g 4. 创建第一个和第二个表面。 @y&bw9\ 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” DDH:)=;z b. 计算边缘处的表面矢高 #lW`{i i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 "FKOaQ%IH c. 指定裁剪规格 '6Q=#:mc\ i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 Z)aUt
Srf 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。 z]9MM
2+ d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 $p?aVO e. 在x, y和z方向以0.15的步长进行曲面细分,因此环形表面可以正确的渲染 &pp|U} f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 :Zz
'1C 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 n=ux5M 6. 创建透镜边缘 8pgEix/M5o a. 计算边缘总长度 9
|vLwQ i. 中心厚度+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面)+(表面2矢高的绝对值,如果它是凹面) u-5{U-^_ ii. 注意到,由于表面只在一个方向弯曲,边缘表面一定延伸了整个透镜“长度”。 d;}nh2* b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 >
"=>3 c. 如果透镜孔径是矩形/方形,使用带有“列表柱面”的分段曲线作为准线。 H
DFOA i. 创建分段曲线 %- 0t?/> ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 2('HvH]k d. 指定裁剪规格 t1y4 7fX6 i. (边缘宽度)/2的z-裁剪中心+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面) ~`:L?Jkb6H ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z NPe%F+X iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 `^Em&6!! e. 在x, y和z方向以0.05的步长进行曲面细分,因此边缘表面可以正确的渲染。 l2P=R)@{ 7. 完成!
YVanW H}bJ"(9$vC 脚本代码分析 MFAH%Z$ http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De ';=O 0)u pD#rnp>WWt 实例 d4c8~L
H- 我们以库存号#86-030为例, ;x@~A^<el m-"w0Rl1T 材料:SCHOTT N-SF5; ~1vDV>dpE 中心厚度:6mm; xjj6WED 孔径:D=12.5mm; _t #k,; 波长:587.6nm; 1Z~FCJz 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) ^qD$z=z- 形状:S1凸面;S2平面 ?'{SX9 运行软件输入如下参数: 8C9-_Ng` @wNG{Stj @'!SN\?W8 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: I75DUJqy] Hn+~5@.
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