Solved

投影系统设计中照明系统与投影系统的匹配关系

  • 10 June 2022
  • 3 replies
  • 628 views

Userlevel 2
Badge +1

在设计投影系统的时候,我们通常会将整体系统分为两个部分进行设计:照明系统和投影系统。

那么想请问如何去建立二者间的位置和匹配关系才能符合整体投影系统设计的需求?

icon

Best answer by Haosheng.Hu 10 June 2022, 08:05

View original

3 replies

Userlevel 2
Badge +1

我将以下图所示的柯勒照明系统为例进行解释:

 

如上图基础的柯勒照明系统所示,系统被拆分成为两个部分,聚光镜(照明系统)以及投影镜头。系统将模拟收集来自灯丝光源的光线进入系统,照亮中间的幻灯片并且将对应光线传播至后续的投影镜头中,最终在像面上形成投影图像,并且灯丝光源的形状并不会出现在对应像面上。

如果想要达成上述系统的设计,我们需要满足两组位置和尺寸的匹配关系:

  1. 聚光镜的出瞳需要和投影透镜的物面以及幻灯片需要位于系统中的同一位置,尺寸也必须相同。
    上述位置和尺寸的匹配关系可以确保以下两点:
    (1)在聚光镜的出瞳位置,所有光线都是均匀分布的,并不带有任何对灯丝光源成像的结果。如果将系统中的幻灯片放置在此位置,所有光线可以作为照明很好地均匀照亮幻灯片,并且不会通过投影系统将灯丝的形状成像至像面。
    (2)此时幻灯片将作为投影系统的物面,所有对应经过的光线信息将作为投影透镜的物进行后续成像。
  2. 聚光镜的像面和投影透镜的入瞳需要位于系统中的同一位置,尺寸也必须相同。
    (1)前组聚光镜将会把灯丝光源的形状成像出来,将其放置在后组投影透镜的入瞳处可以确保灯丝的像不会最终成像至整体系统像面处。
    (2)因为投影透镜的入瞳是聚光镜的像面位置,且尺寸相同,可以确保所有来自聚光镜的的光线都能够进入投影镜头中,确保最大的光线利用率。

 

那么回归到设计流程中,当聚光镜和投影透镜的设计完成后,可以通过 OpticStudio 中的 Prescription Data 查看分别镜头的入瞳和出瞳位置、尺寸,然后再在整合至一起的步骤中通过上述关系将镜头表面整合在一起:

 

希望上述的回答能够有所帮助!

Badge

我将以下图所示的柯勒照明系统为例进行解释:

 

如上图基础的柯勒照明系统所示,系统被拆分成为两个部分,聚光镜(照明系统)以及投影镜头。系统将模拟收集来自灯丝光源的光线进入系统,照亮中间的幻灯片并且将对应光线传播至后续的投影镜头中,最终在像面上形成投影图像,并且灯丝光源的形状并不会出现在对应像面上。

如果想要达成上述系统的设计,我们需要满足两组位置和尺寸的匹配关系:

  1. 聚光镜的出瞳需要和投影透镜的物面以及幻灯片需要位于系统中的同一位置,尺寸也必须相同。
    上述位置和尺寸的匹配关系可以确保以下两点:
    (1)在聚光镜的出瞳位置,所有光线都是均匀分布的,并不带有任何对灯丝光源成像的结果。如果将系统中的幻灯片放置在此位置,所有光线可以作为照明很好地均匀照亮幻灯片,并且不会通过投影系统将灯丝的形状成像至像面。
    (2)此时幻灯片将作为投影系统的物面,所有对应经过的光线信息将作为投影透镜的物进行后续成像。
  2. 聚光镜的像面和投影透镜的入瞳需要位于系统中的同一位置,尺寸也必须相同。
    (1)前组聚光镜将会把灯丝光源的形状成像出来,将其放置在后组投影透镜的入瞳处可以确保灯丝的像不会最终成像至整体系统像面处。
    (2)因为投影透镜的入瞳是聚光镜的像面位置,且尺寸相同,可以确保所有来自聚光镜的的光线都能够进入投影镜头中,确保最大的光线利用率。

 

那么回归到设计流程中,当聚光镜和投影透镜的设计完成后,可以通过 OpticStudio 中的 Prescription Data 查看分别镜头的入瞳和出瞳位置、尺寸,然后再在整合至一起的步骤中通过上述关系将镜头表面整合在一起:

 

希望上述的回答能够有所帮助!

l老师,对于望远镜系统,目镜与物镜拼接,是物镜的出瞳与目镜的入瞳在同一个位置,且大小相同吧?

Userlevel 2
Badge +1

@yl.wu 

感谢提问!

对于类似望远镜或者显微镜这样的系统结构,通常我们会在优化的时候将出瞳处的输出光束设计成为平行光束,然后再结合后续的目镜进行使用。

这种情况下,我们一般首先会要求物镜的出瞳(或出瞳出射的光束尺寸)和后续目镜的入瞳尺寸相匹配,这样至少可以保证最大的光线效率。

至于位置的话,如果之前输出的平行光束平行度非常好的话,位置倒不是很需要进行如上述科勒照明的匹配,因为这样的系统并不会存在将光源的形状成像至最终像面的情况。

希望上述回答能够有所帮助!

Reply