柱面非球面透镜优化

  • 26 August 2022
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作者:Takashi Matsumoto

原文链接:柱面非球面透镜优化 | Zemax Community

 

如果建模并使得发射的光应仅在 y 方向上平行?
 

 

 


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 下面是柱面透镜的优化示例,该透镜对光源发出的光的 Y 截面的光束进行准直。

 

首先,OpticStudio 中可配置的面(可以表示柱面透镜)大致分为Toroidal或者Biconic。

每种面都存在多种类型,但下面是最基本的Toroidal和Biconic。 有关其他方面,请参阅帮助文件。

 Toroidal环形面是围绕与 Y 轴平行且旋转半径相距的轴旋转在 ZY 方向上设置的形状。之前有写过帖子介绍,感兴趣可以去看一下。

关于Toroidal表面的参数说明 | Zemax Community

另一方面,Biconic表示可以在 X 和 Y 方向上取不同曲率半径和共面系数的面,如下所示。

 

同样,通过将 Rx 输入 0,可以仅表示 Y 方向的标准面,也可以设置Biconic Zernike,并输入具有Zernike系数的非球面项。

这一次,我想使用环形表面来设置非球面柱面透镜。


首先,在镜头数据编辑器的“0 面厚度”中输入已知的后焦距值(从光源到镜头的距离)。
在下图中,第二个面设置为表示柱面的环形面。
“曲率半径”表示 YZ 平面中的曲率半径,两个面的“旋转半径”表示 XZ 平面中的曲率半径(0 表示无穷大),如上所述。

 


在系统资源管理器的光圈中,通过将发散光的角度设置为“物体空间中的 NA”或“物侧圆锥半角”的光圈类型,无论光圈表面的大小如何,都可以进行设置。
此外,由于光学系统的目的是将准直光照射到图像表面,因此必须在“聚焦图像空间”中执行以下检查。

 


优化前的布局图如下所示,附件请前往原文下载。

 

 

现在,我们将使用优化向导创建评估函数,以便 Y 方向的光线与图像平面平行,基于在 Before.zar 中设置的镜头。

通过将“图像质量”设置为“角度”,并将 X 方向的权重设置为 0,将生成一个评估函数,该函数使到达图像平面的光的 Y 方向的角度平行。
由于环数这次没有输入非球面项,因此大约 5 是不错的,但如果要设置非球面项,则需要增加,因为镜头的下摆形状的拐点发生在镜头表面上,具体取决于顺序。

对于臂,8 是 4 的倍数,可以有效地表示 X 和 Y 方向曲率的不对称性,但在考虑使用 Zelnake 非球面时,臂的数量需要增加,在某些情况下,您需要添加自己的评估函数。

 

按向导的“确定”按钮将生成评估函数,如下所示:
 

 

 

通过将第二个面的曲率半径指定为变量来执行优化。
然后优化曲率半径,如下图所示。
 

 

要优化非球面项(包括非球面项),请将圆锥系数或非球面系数设置为变量。

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