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简介: 2u}ns8wn JaJyH%+$! 概念:由圆柱体玻璃的一部分截制而成,由一柱面和一平面组成,其中包括平-凹和平-凸透镜。 Uetna!ABB 'G3|PA7v 光学特性:光线通过轴向子午线(图中的垂直方向)不会出现聚散度的改变。 S^@#%> leJ3-w{ 2 光线通过屈光力子午线(图中的水平方向)会出现聚散度的改变。 c=IjR3F #pMpGw$ 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。 WQY\R!+ v/G^yZa 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: 9/5EyV ]Ai!G7s8P 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: GF*E+/
; 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; OKNGV,{` X^.~f+d~ '\LU 8VC 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。 &. "ltB 7FP
@ v ng 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。 qo}u(pOj| z%/<|`
7 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); +hMF\@ A:,V) #r80FVwiD 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 ; DI"9 !%G;t$U=M 本文我们主要讲述第四种方法,通过脚本方式创建整个模型。包含了一个可以产生柱面透镜的脚本,基于用户规格输入参数到基本对话框中,如下所示。使用该工具,和生成轴对称透镜大致相同的方式,可创建柱面透镜。柱面透镜生成器可指定以圆形/椭圆和方形/矩形孔径,以及指定弯曲轴(x或y)。 <``krPi yTU'voE.| 图1.柱面透镜生成器对话框 x@<!# d+ 使用柱面透镜生成器 BlfW~l'mx 259:@bi!y 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: q62U+o9G 表面的参数可以输入为半径或曲率,在这两种情况下,0值应该用于平坦的平面表面。 kX'a*AG 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 ?}U l( 只有存在于FRED文件“材料”文件夹中的材料才能作为基质和浸润材料可选项 2v1dSdX,W “弯曲轴”指的是沿着弯曲表面的轴。举个例子,如果y被选为弯曲轴,光线就会集中在y方向,但是不会在x方向。 Z-z(SKL 就如轴对称透镜一样,柱面透镜被分配了一个“透射”涂层和“透射镜面”光线追迹属性。 (
z%t 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: /d1V&Lj 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 [[8h*[: 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 LwEc*79 表面的半孔径大于它的半径。 _zFJ]7Ym.) 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 ut9R]01: 表面的半孔径十分接近于它的半径(即小于半径,但是大于0.975*半径) (:J
U 当圆环表面创建时,当使用定义好的曲面细分设置,如果边缘延伸超过0.975*半径时,圆环表面将不会正确的渲染。提高曲面细分数将会改善渲染效果。 1s#GY<< 这一问题只会影响到视觉表示,而不会影响光线追迹和分析 ]hA]o7k 边缘厚度小于0。 uBBW2 W:=CpbwENX 注意到,当我们遇到这些警告情况时,透镜仍然被创建了,尽管这可能是非物理的。 K|{&SU_m e\i}@] 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 ZZ F\; 脚本 Z`bo1,6> 柱面透镜生成器的脚本结构如下: ju;Myi}a 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 L~L]MC& 2. 用于各种用户输入显示对话框。 / ,
.rUn1 a. 插入默认值 gd\b]L?>O b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 *Ja,3Qq 3. 指定对话框的输入为变量。 <=!|U0YV
4. 创建第一个和第二个表面。 k.w}}78N2N a. 如果没有弯曲,使用“平面”表面;如果有弯曲,使用“环形非球面” zH?&FtO b. 计算边缘处的表面矢高 ~dj4Q
eu i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 5[>N[}Ck> c. 指定裁剪规格 W|[k]A` 2
i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 fsVr<m ii. 如果sag小于0.1,设置z裁剪半孔径为0.1,否则设置为|sag|*(3/5),这比1/2稍大一些,因此表面可以正确的渲染。 =?-
sazF& d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 I'16- e. 在x, y和z方向以0.15的步长进行曲面细分,因此环形表面可以正确的渲染 7)+%;|~ f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 &5;y&dh 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 U-:_4[ 6. 创建透镜边缘 3+#
"4O a. 计算边缘总长度 lIL{*q( i. 中心厚度+(表面1矢高的绝对值,如果它是凹面)+(表面2矢高的绝对值,如果它是凹面) |m>n4-5QL ii. 注意到,由于表面只在一个方向弯曲,边缘表面一定延伸了整个透镜“长度”。 h2Jdcr#@FF b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 dq$CCOC^F 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。 r=pb7=M#LN i. 创建分段曲线 oq }Q2[.b ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 xDBHnr}[ d. 指定裁剪规格 {uMqd-Uu 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) Yo#F ;s7 ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z X~Vr} iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 wa4(tM2 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。 /2PsC*y 7. 完成! 7Ke#sW.HN n`)wD~mk 脚本代码分析 s|=.L&" http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De auT$-Ki8 Dhe ]f#d 实例 az ?2 我们以库存号#86-030为例, iVGc\6+' 4FgY!k 材料:SCHOTT N-SF5; p~THliwd 中心厚度:6mm; XZ8;Ow= 孔径:D=12.5mm; L]HYk}oD. 波长:587.6nm; 0Ku%9wh- 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) Ev;ocb, 形状:S1凸面;S2平面 ZM%z"hO9R 运行软件输入如下参数: R]{AJ"p uua1_#a B>&eciY 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: sZhl.[&zo hq^@t6!C\m 8QGj:3
QQ:2987619807
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