切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 948阅读
    • 0回复

    [技术]柱面透镜的设计 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线infotek
     
    发帖
    5279
    光币
    20639
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-26
    简介 ,0 M_ Bk"  
    ?1~`*LE  
    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 i1}:8Unxf  
    5TH~.^`Fi  
    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。 cuax;0{%  
    g];!&R-  
    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。 p $S*dr  
       l!D}3jD  
    应用:柱面镜一般用于将入射光线聚焦到线上,或改变图像的宽高比。柱面镜有一个柱面表面,使入射光线能够聚焦于某个维度,并拉伸图像。柱面镜的焦距可为负或正,适合用于激光线生成或变形光束整形,以环化激光输出。 5'OrHk;u  
    c[0}AG J  
    在FRED中共有四种方法设计柱透镜: Z@4Ar fl  
    Vr3Zu{&2  
    第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: lU8l}Ndz"  
    在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; .Y tKS  
    ROH|PKb7  
    )3cAQ'w  
    第二种方法常用方法是使用软件自带的面型创建:主要的面型类型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我们通过对每一面手动的输入参数来构建,但这种方法比较繁琐。 C7]f*TSC4  
    <$D`Z-6  
    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。 L^1NY3=$  
    2=*H 8'k  
    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); {i;r  
    XY5K%dMU  
    ahusta  
    在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 Ki;*u_4{  
    Akq2 d;  
    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)。 ) ;EBz  
    P0;n9>g  
    图1.柱面透镜生成器对话框
    { a =#B)6  
    使用柱面透镜生成器 mVj9, q0  
    9Gvd&U  
    对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: a1T'x~ '  
     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。 sU=H&D99  
     厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 =O~_Q-  
     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 w2?3wrP3  
      “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。 H%[eV8  
     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。 Lc}y<=P@  
     如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: p'Y^ X  
     相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。  CT&|QH{  
     通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 i}cRi&2[  
     表面的半孔径大于它的半径。 % aP!hy  
     在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 l5~os>  
     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) y5vvu>nd  
     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。 u2tfF  
     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 EfqX y>W  
     边缘厚度小于0。 T~-ycVc  
    %[GsD9_-  
    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。 |44Ploz2b  
    aEB_#1  
    图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径
    91/Q9xY  
    脚本 1v y*{D  
    柱面透镜生成器的脚本结构如下: )j6~Wy@4  
    1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 =0 #O U  
    2. 用于各种用户输入显示对话框。 pd?M f=>#  
    a. 插入默认值 HVRZ[Y<^  
    b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 6W/`07 '  
    3. 指定对话框的输入为变量。 P1!qbFDv8  
    4. 创建第一个和第二个表面。 [z:!j$K  
    a. 如果没有弯曲,使用“平面”表面;如果有弯曲,使用“环形非球面” YqscZ(L:y  
    b. 计算边缘处的表面矢高 \$K20)  
    i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0  8$=n j  
    c. 指定裁剪规格 H8=N@l  
    i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 /l3V3B7  
    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。 .e#w)K  
    d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 nkPh,X\N0  
    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 [+Iz@0q  
    f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 Q3'llOx  
    5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 @NR>{Eg  
    6. 创建透镜边缘 Dm981t>wL  
    a. 计算边缘总长度 #<fRE"v:Q  
    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) Lj({[H7D!  
    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”。 @F AA2 d  
    b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 8]c2r%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。 4Z3su^XR  
    i. 创建分段曲线 2Ah#<k-gC;  
    ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 p T?}Kc  
    d. 指定裁剪规格 g _9C*  
    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) AI2)g1m  
    ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z hPB9@ hT$  
    iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 kdiM5l70  
    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。 hPkp;a #  
    7. 完成! 8S TvCH"Z_  
    ScOK)nL"  
    脚本代码分析 'ms-*c&  
    http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De C[cbbp  
    CO/]wS  
    实例 (MM]N=Tw4  
    我们以库存号#86-030为例, WCZjXDiwJ  
    ]h`&&Bqt  
    材料:SCHOTT N-SF5; 6q\bB  
    中心厚度:6mm; dFxIF;C>/  
    孔径:D=12.5mm; l:~/<`o  
    波长:587.6nm; k=$TGqQY?  
    半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) q>_.[+6  
    形状:S1凸面;S2平面 !/b>sN}  
    运行软件输入如下参数: BKCiIfkZ  
    s[>,X#7 y  
    6yG^p]zZ  
    并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: -m zIT4  
    XX TL..  
     
    分享到