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简介: L
a0H !@ai=p 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。 WTY{sq\'
o 6LNm>O 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。 JAmv 7GL'6 k{y@&QNj 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。 ToDNBt.u{+ Z&JW}''n|F 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。 Zhz.8W Zo-s_6uC 在FRED中共有四种方法设计柱透镜: /_o1b_1U Z^>3}\_v 第一种方法是使用FRED里面自带的基元元件快速创建工具: ]c[80F- 在FRED菜单中选择Create/Element Primitive/Cylinder lens; S"5</* <y-KWWE Kdik7jL/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。 4K[U*-\" QOy+T6en 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。 tA}O'x HQQc<7c", 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); %$!}MxUM jP@H$$-=wH bYgrKz@uK 在Edmund网站找到该透镜,并可以查看具体的加工参数。 p&:RSO J--9VlC' 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)。 w<-CKM3qe 8yB 图1.柱面透镜生成器对话框 uJF,:}qA 使用柱面透镜生成器 J3S@1"
B07(15y] 对话框输入的参数一目了然,但是有几个事项阐明如下: "eZNci 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。 BT`D|< 厚度是介于轴上两表面的中心厚度。 nd'zO#"m? 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 {p
yo “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。 qD7#q] 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。 pRPz1J$58 如果遇到了任何以下的情况,输出窗口会出现警告: nFX8:fZ$> 相同名字的元件已经存在于几何文件夹中。 ~O
65=8 通常不建议两个元件具有完全相同的名字。 EAj2uV 表面的半孔径大于它的半径。 `fY~Lv{4d_ 在这种情况下,表面的创建取决于它的半径。 ?`,Xb.NA$K 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) fC&Egy 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。 qZ6P(5X 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 o*'J8El\y^ 边缘厚度小于0。 @m1v B! H2E!A2\m 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。 |XLx6E2F 5?kF'yksR 图2 两个柱面透镜,分别具有圆形和方形的孔径 "_}Hzpy5k 脚本 tm#T8iF 柱面透镜生成器的脚本结构如下: ]wER&/v" 1. 在“材料”文件夹中生成一系列材料。 Do=*bZ;A 2. 用于各种用户输入显示对话框。 [ -{L@ a. 插入默认值 4WzB=C(f b. 如果点击“取消”按钮,结束脚本 ;jo,&C 3. 指定对话框的输入为变量。 M_Z*F!al< 4. 创建第一个和第二个表面。 ;rV0 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” UStZ3A' b. 计算边缘处的表面矢高 UyEyk$6SU i. 如果孔径规格延伸超过半径,设置为0 n;xtUw6\ c. 指定裁剪规格 Uj(,6K8W i. 中心z-裁剪,设置为sag/2处 }f; Zx)! ii. 如果sag小于0.1,设置z裁剪半孔径为0.1,否则设置为|sag|*(3/5),这比1/2稍大一些,因此表面可以正确的渲染。 iNT 1lk d. 设置材料、涂层以及光线追迹属性 b U-Cd e. 在x, y和z方向以0.15的步长进行曲面细分,因此环形表面可以正确的渲染 zX{[Z f. 根据透镜厚度值,移动第二个表面 .B6$U>>NS^ 5. 计算边缘厚度,如果小于0,输出警告。 g(;t,Vy,I 6. 创建透镜边缘 )DI/y1 a. 计算边缘总长度 ,CA,7Mu: 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) %K\_gR}V 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”。 PHyS^J` b. 如果透镜孔径是圆形/椭圆形,使用“柱面”表面。 z<m,Xj4w 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 i Bm i. 创建分段曲线 r[Qk-}@vp ii. 使用分段曲线作为准线,创建列表柱面 iKv{)5 d. 指定裁剪规格 U*(m'Ea 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) gk>A ii. 如果表面1是凹面,透镜边缘延伸到了-z kC!7<%( iii. 使用两个透镜表面来裁剪边缘 /=FQ{tLr 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。 "qu%$L 7. 完成! ]mn(lK Io|NL6[ 脚本代码分析 sc@v\J;k http://pan.baidu.com/s/1hrsD8De 53=VIN] 0N;Pb(%7UU 实例 INyreoMp 我们以库存号#86-030为例, $83TA><a
Qx>S>f 材料:SCHOTT N-SF5; lo,?mj%M 中心厚度:6mm; MV-fDqA( 孔径:D=12.5mm; #6 e 波长:587.6nm; Ja4O*C< 半径:S1=6.727, S2=infinity(曲率为0) '%. lY9D 形状:S1凸面;S2平面 %A,4vLe~6 运行软件输入如下参数: zRx-xWo G)?VC^Q ]>b.oI/ 并创建合适的光源和探测器,3D显示效果如下: JY(_}AAu PB.@G,) xm6=l".%z
QQ:2987619807
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