首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> 讯技光电&黉论教育 -> 柱面透镜的设计 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

infotek 2023-04-20 08:28

柱面透镜的设计

PkA_uDhw  
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。
V^fSrW]  
7|4hs:4mD  
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。 a)J3=Z-  
,4W| e!  
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。
7L~LpB  
   0I_A$Z,x  
应用:柱面镜一般用于将入射光线聚焦到线上,或改变图像的宽高比。柱面镜有一个柱面表面,使入射光线能够聚焦于某个维度,并拉伸图像。柱面镜的焦距可为负或正,适合用于激光线生成或变形光束整形,以环化激光输出。 w{uq y]  
c4QegN  
在FRED中共有四种方法设计柱透镜: G{$(t\>8  
pW ]+a0j  
第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: N2:};a[ui5  
在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; fFP>$  
YT7,=k_  
KWtLrZ(j  
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。 [U+6Tj,  
O%?TxzX;  
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{oAqTN  
/3|uU  
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); <SM{yMz  
*:t]|$;E\  
hnWo.5;$  
在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 :M" NB+T  
Y"qKe,  
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<c98  
图1.柱面透镜生成器对话框
Eq$Q%'5*ua  
ly`p)6#R=  
使用柱面透镜生成器 JqWMO!1  
XE8~R5  
对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: r,}U-S.w  
 表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 4T#B7wVoM  
 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 |lH~nU.*  
 只有存在于FRED文件“材料”文件夹中的材料才能作为基质和浸润材料可选项 b;$ -s \%  
  “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。 ECHl 9; +  
 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。 s@C KZ`  
 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: { ?p55o  
 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 Z9-HQ5>  
 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 zTi %j$o  
 表面的半孔径大于它的半径。 e*5TZ7.  
 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 qc^ u%  
 表面的半孔径十分接近于它的半径(即小于半径,但是大于0.975*半径) Oi{X \Y  
 当圆环表面创建时,当使用定义好的曲面细分设置,如果边缘延伸超过0.975*半径时,圆环表面将不会正确的渲染。提高曲面细分数将会改善渲染效果。 L \0nO i  
 这一问题只会影响到视觉表示,而不会影响光线追迹和分析 =L_L/"*rel  
 边缘厚度小于0。 sO7$b@"u.  
@ yJ/!9?^  
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。 2w`kh=  
图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径
b_ 88o-*/  
GRpS^%8i@  
脚本 I"awvUP]a[  
柱面透镜生成器的脚本结构如下: I#(D.\P  
1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 `jY*0{  
2. 用于各种用户输入显示对话框。 M$O}roOa  
a. 插入默认值 p)}iUU2N  
b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 `_{'qqRhe  
3. 指定对话框的输入为变量。 AHsp:0Ma#  
4. 创建第一个和第二个表面。 G=4Da~<ij  
a. 如果没有弯曲,使用“平面”表面;如果有弯曲,使用“环形非球面” 3UeG>5R  
b. 计算边缘处的表面矢高 "B`yk/GM]  
i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 G'c!82;,?  
c. 指定裁剪规格 w <zO  
i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 xR5jy|2JJ  
ii. 如果sag小于0.1,设置z裁剪半孔径为0.1,否则设置为|sag|*(3/5),这比1/2稍大一些,因此表面可以正确的渲染。 2^ 'X  
d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 X$,#OR  
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 /7Z0|Zw]  
f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 [~$Ji&Dd  
5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 @+A`n21,O  
6. 创建透镜边缘 z,XM|-"#<K  
a. 计算边缘总长度 S9X~<!]  
i. 中心厚度+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面)+(表面2矢高的绝对值,如果它是凹面) %XGwQB$zk8  
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?2(U\k#  
b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 fd >t9.  
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。 b;\qF&T  
i. 创建分段曲线 >O[# 661  
ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 2d+IROA  
d. 指定裁剪规格 kQlXcR  
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) k)\Yl`4au  
ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z }x % ;y]S  
iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 RW 23lRA6  
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。 LLOe  
7. 完成! k!E`Xeob  
TL@_m^SM  
脚本代码分析 R{S{N2+p(  
http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De Q1V4bmM  
j6Acd~y\2  
实例 c0ET]  
我们以库存号#86-030为例, -)@DH;[tb  
w#_xV =  
材料:SCHOTT N-SF5; Gad! }dz  
中心厚度:6mm; ?b, eZ+t  
孔径:D=12.5mm; :pQZ)bF  
波长:587.6nm; NwM=  
半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) M`HXUA4  
形状:S1凸面;S2平面
V ea>T^  
运行软件输入如下参数: hBDPz1<  
H@2JL.(k  
>L#&L ?#  
并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: Mvoi   
B&|F9Z6D  
R(@7$  

查看本帖完整版本: [-- 柱面透镜的设计 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2025 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计