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柱面透鏡的設計 |
| 時間:2022-06-22 16:56來源:未知作者: infotek點擊:次列印 |
簡介：
概念：由圓柱體玻璃的一部分截制而成，由一柱面和一平面組成，其中包括平-凹和平-凸透鏡。
光學特性：光線通過軸向子午線（圖中的垂直方向）不會出現聚散度的改變。
光線通過屈光力子午線（圖中的水準方向）會出現聚散度的改變。
 
應用：柱面鏡一般用於將入射光線聚焦到線上，或改變圖像的寬高比。柱面鏡有一個柱面表面，使入射光線能夠聚焦於某個維度，並拉伸圖像。柱面鏡的焦距可為負或正，適合用於雷射線生成或變形光束整形，以環化雷射輸出。
在FRED中共有四種方法設計柱透鏡：
第一種方法是使用FRED裡面自帶的基元元件快速創建工具：
在FRED功能表中選擇Create/Element Primitive/Cylinder lens;
第二種方法常用方法是使用軟體自帶的面型創建：主要的面型類型是XYToroidal Asphere、Toroidal Asphere,我們通過對每一面手動的輸入參數來構建，但這種方法比較繁瑣。
第三種方法是在FRED廠商透鏡目錄庫中導入或者從從光學設計軟體中導入柱面透鏡，並調整相應的參數。
我們以Edmund為例（下圖為貨號68168 ：12.5mm Diameter x 25mm FL Uncoated, UV PCX Cylinder Lens示意圖）；
在Edmund網站找到該透鏡，並可以查看具體的加工參數。
本文我們主要講述第四種方法，通過腳本方式創建整個模型。包含了一個可以產生柱面透鏡的腳本，基於使用者規格輸入參數到基本對話方塊中，如下所示。使用該工具，和生成軸對稱透鏡大致相同的方式，可創建柱面透鏡。柱面透鏡生成器可指定以圓形/橢圓和方形/矩形孔徑，以及指定彎曲軸(x或y)。
圖1.柱面透鏡生成器對話方塊
使用柱面透鏡生成器
對話方塊輸入的參數一目了然，但是有幾個事項闡明如下：
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表面的參數可以輸入為半徑或曲率，在這兩種情況下，0值應該用於平坦的平面表面。
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厚度是介於軸上兩表面的中心厚度。
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只有存在於FRED檔“材料”資料夾中的材料才能作為基質和浸潤材料可選項
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“彎曲軸”指的是沿著彎曲表面的軸。舉個例子，如果y被選為彎曲軸，光線就會集中在y方向，但是不會在x方向。
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就如軸對稱透鏡一樣，柱面透鏡被分配了一個“透射”塗層和“透射鏡面”光線追跡屬性。
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如果遇到了任何以下的情況，輸出視窗會出現警告：
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相同名字的元件已經存在於幾何資料夾中。
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表面的半孔徑大於它的半徑。
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表面的半孔徑十分接近於它的半徑(即小於半徑，但是大於0.975*半徑)
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當圓環表面創建時，當使用定義好的曲面細分設置，如果邊緣延伸超過0.975*半徑時，圓環表面將不會正確的渲染。提高曲面細分數將會改善渲染效果。
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這一問題只會影響到視覺表示，而不會影響光線追跡和分析
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邊緣厚度小於0。
注意到，當我們遇到這些警告情況時，透鏡仍然被創建了，儘管這可能是非物理的。
圖2 兩個柱面透鏡，分別具有圓形和方形的孔徑
實例
我們以庫存號#86-030為例，
材料：SCHOTT N-SF5;
中心厚度：6mm;
孔徑：D=12.5mm;
波長：587.6nm;
半徑：S1=6.727, S2=infinity(曲率為0)
形狀：S1凸面；S2平面
運行軟體輸入如下參數：
並創建合適的光源和探測器，3D顯示效果如下：
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