準直鏡的案例
OAS軟件準直鏡仿真來助力
激光二極管準直鏡的三維追跡圖
激光二極管準直鏡的探測器結果圖
總結
本案例通過 OAS 實現了準直鏡系統的快速設計與優化，相比傳統設計流程效率提升，該設計方案可直接應用于激光打標、安防監控等設備的光學系統開發，助力提升終端產品性能。
用ZEMAX設計簡易LED準直鏡
發散角
以上是一個簡單的準直鏡的構建. 采用ZEAMX的優化算法結果特定的建模完成該設計, 當然還可能存在諸多不足之處,但此思路可供參考. 也可以設計相似的透鏡或變型.
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Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設計
1.1 C-T光路結構
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準直鏡-光柵-聚焦鏡-探測器”，如圖1所示：光線經狹縫進入系統后，由準直鏡將發散光束轉化為平行光；光柵對平行光進行光譜分光，使不同波長光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測器對應位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結構示意圖
該團隊在保留這一經典框架的同時，針對“像差校正”這一核心痛點，提出將“準直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過“分段拼接離軸拋物面”生成，準直鏡則通過Zernike多項式直接優化，從結構源頭解決全波段像差問題。
1.2 子鏡參數計算
自由曲面的初始結構源于“離軸拋物面子鏡”的拼接——拋物面鏡對平行光具有無像差成像特性，但單一離軸拋物面無法適配不同波長的衍射光線（不同波長經光柵衍射后角度不同）。因此，團隊選取三個采樣波長（475nm、500nm、525nm，覆蓋CCD像面50nm光譜范圍），為每個波長設計專屬的離軸拋物面子鏡。
子鏡參數的計算需滿足兩大核心約束：
1）基底約束：以“焦點位于光柵中心”的離軸拋物面為基底（圖2中紅色虛線），確保不同波長的衍射主光線經基底反射后平行于基底軸線；
2）焦點約束：根據探測器初始位置，確定各子鏡的焦點（即主光線與探測器的交點O?、O?、O?）。
圖2 子鏡求解示意圖
通過建立平面坐標系（y'Oz'，O為光柵中心），結合拋物面方程、光柵方程與衍射角計算，團隊最終求出三個子鏡的關鍵參數：曲率半徑分別為995.595mm（475nm）、1001.531mm（500nm）、1006.664mm（525nm），為后續拼接奠定了精準的幾何基礎。
展開 模擬透射式體全息光柵拉曼光譜儀分光系統設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第76課
二、前準直鏡設計
準直透鏡出射光為平行光，對其倒置進行設計。
入射光束直徑=20mm，焦距取f=75mm，FN=3.75
根據原設計，半視場角約為0.015
輸入 DSEARCH 宏并運行
準直鏡結構簡單，兩片元件基本可以滿足。
宏文件和鏡頭文件
請評論區留言聯系工作人員獲取
運行搜索宏可以得到10個初始結構：
從中找出一個最佳結構，接下來進行下一步分析:
使用默認生成的優化宏優化一次，同時控制厚度，輸入 MRG 替換真實玻璃
在鏡頭后方合適位置插入光柵的結構
使用指令：
INSERT FILE '1130G.RLE' SURFACE 1 TO 5 AFTER SURFACE 4
再調整厚度間距。
鏡頭文件
請評論區留言聯系工作人員獲取
設置表面8的-33.1°的傾斜，使光線垂直進入
三. 后聚焦鏡設計
分光后的不同波長的光線角度用聚焦鏡視場角16.5°表示，FN=4.5。
輸入 DSEARCH 宏并運行
使用4片元件提升像質
元件總長50mm，后焦距50mm
宏文件和鏡頭文件
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運行搜索宏可以得到10個初始結構：
從中找出一個最佳結構，接下來進行下一步分析:
使用默認生成的優化宏優化一次，輸入 MRG 替換真實玻璃
刪除最后表面的求解，最后的結構及數據：
四、系統組合調整
在光柵之后插入聚焦鏡。
展開 
ZEMAX軟件技術應用教程專題:照明設計的理論背景與概念
較小準直鏡的焦距是較大準直鏡焦距的四分之一。
這兩個例子的光源是相同的
光源的照明面積是相同的
光源的立體角是相同的
較大的準直鏡有
更大的焦距
出射光線的立體角較小
更大的橫截面積
較小的準直儀有
較小的焦距
較大的出射光線立體角
較小的橫截面積
正如我們所看到的，在光束的大小和準直度之間有一個權衡。在這個例子中，準直器照明設計可能的“著陸點”是：
高性能準直器體積較大
小準直器（緊湊/輕/便宜的鏡頭），準直度不太好
介于兩者之間
作為鏡頭設計師，有時我們會接到客戶要求，“用最小的發散準直角度設計出最小的可制造鏡頭”。利用étendue的概念和étendue守恒，我們可以在會議現場對該要求是否是合適的設計目標做出合理的假設。在鏡頭設計者和客戶之間規格商討的最初階段，這些快速評估是非常寶貴的。例如，如果您能在與客戶面對面的會議或電話會議中迅速地做出反應，您就能讓自己從一般的鏡頭設計師中脫穎而出。
Ansys Zemax國內可靠代理商
光研科技南京有限公司是國內可靠的光學軟件和儀器光電供應商，提供企業定制化上門培訓服務，承接各類光學設計項目，并有一系列自主編寫出版的光學設計書籍。公司擁有一支高素質、高水平、實戰經驗豐富的管理，銷售以及研發團隊，從成立到現在已經為廣大企業，研究所以及高校提供了很多優秀的產品和服務，是光電圈內值得信賴的企業。追光逐夢，研以致用！以用戶的需求為起點，為客戶提供有價值的光學產品和服務一直都是光研科技南京有限公司的宗旨。
展開 VirtualLab運用：利用物鏡對激光二極管像散光束準直特性的分析
激光系統 > 光束傳輸
任務/系統說明
亮點
?包含像散的激光二極管建模；
?多種選項評估光束準直性→像散的影響；
?透鏡孔徑截斷的光束質量分析；
具體參數：光源
具體參數：準直鏡
具體參數：探測器
結果：3D光線追跡
結果：無像散的波像差
結果：有像散的波像差
結果：無像散的光線方向
結果：有像散的光線方向
結果：無像散場評價
結果：有像散場評價
文件&技術信息
VirtualLab運用：利用物鏡對激光二極管像散光束準直特性的分析
激光系統 > 光束傳輸
任務/系統說明
亮點
?包含像散的激光二極管建模；
?多種選項評估光束準直性→像散的影響；
?透鏡孔徑截斷的光束質量分析；
具體參數：光源
具體參數：準直鏡
具體參數：探測器
結果：3D光線追跡
結果：無像散的波像差
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ZEMAX | 照明設計的理論背景與概念
較小準直鏡的焦距是較大準直鏡焦距的四分之一。
這兩個例子的光源是相同的
光源的照明面積是相同的
光源的立體角是相同的
較大的準直鏡有
更大的焦距
出射光線的立體角較小
更大的橫截面積
較小的準直儀有
較小的焦距
較大的出射光線立體角
較小的橫截面積
正如我們所看到的，在光束的大小和準直度之間有一個權衡。在這個例子中，準直器照明設計可能的“著陸點”是：
高性能準直器體積較大
小準直器（緊湊/輕/便宜的鏡頭），準直度不太好
介于兩者之間
作為鏡頭設計師，有時我們會接到客戶要求，“用最小的發散準直角度設計出最小的可制造鏡頭”。利用 étendue 的概念和 étendue 守恒，我們可以在會議現場對該要求是否是合適的設計目標做出合理的假設。在鏡頭設計者和客戶之間規格商討的最初階段，這些快速評估是非常寶貴的。例如，如果您能在與客戶面對面的會議或電話會議中迅速地做出反應，您就能讓自己從一般的鏡頭設計師中脫穎而出。
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掃碼學習課程：
照明設計與雜散光分析
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Zemax 漲價通知
從2022年1月1日起，將對 Zemax 的價格做出以下調整：
訂閱版
OpticStudio 和 OpticsBuilder 訂閱授權的價格提高約4%。
OpticStudio STAR 模塊的價格將與2021年的價格保持一致。
永久版
OpticStudio 永久許可證的價格提高約7%。
（價格調整詳情請點擊查看詳情：Zemax 價格上調通知）
Zemax 以舊換新活動倒計時！
展開 基于zemax的激光合束過程分析
圖5 光纖與聚焦鏡的關系
圖6 聚焦鏡結構示意圖
f_m=r/(n-1)，聚焦鏡玻璃為H-LAF10，相應的折射率和阿貝數為1.787和47.5，計算相應的焦距為4mm
圖7 準直鏡的示意圖
圖8 聚焦鏡結構圖
圖9 激光合束結構圖
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
成像光學設計學習過程及方法概要
⑤到現在，你做雙膠合、準直鏡、庫克鏡已經沒有問題了，于是你開始做更高難度的東西，你去到處逛社區、泡論壇，與他人交流，看本公眾號文章，慢慢的你接觸到了具體指標的鏡頭，有人讓你去做一個工業相機，于是你去找了論文，查了專利，然而你還是一無所獲，還是不知道該怎么做，于是很多人止步不前了，于是不斷地渴望交流和學習，然而沒人帶你玩。
⑥于是你去看書，看各種書，你渴望從光學原理、數學模型的角度去理解光學設計，做了很多功課，吃了很多苦，以為自己懂了，卻又發現能用上的東西極少，于是開始了惡性循環。你開始抱怨沒人帶，開始抱怨行業大佬過于保守，開始抱怨學習資料過少，開始抱怨為什么學習書籍、培訓課程都要收費。于是就在各個群聊里面侃侃而談，抱怨行業不公，自己都不明白，就開始勸人轉行。于是你的光設之路就此停步。
于是你去看書，看各種書，你渴望從光學原理、數學模型的角度去理解光學設計，做了很多功課，吃了很多苦，以為自己懂了，卻又發現能用上的東西極少，于是你開始郁悶地自己嘗試、撤回、嘗試，慢慢地，你好像領悟到了為什么要這樣設置變量、知道了光斑半徑和波前怎么用、知道了為什么這個結構為什么長這樣、為什么少一片就不行。慢慢地，你知道該怎么去設置多重結構了，你在雙高斯后面加了兩塊透鏡，加了多重結構，發現，居然勉勉強強把工業相機的指標跑出來了，你很有成就感。（如果在不斷地嘗試中，你并沒有領悟到什么東西，這個時候就需要外力幫助了，比如靜水流深光學的《講義》，入門必看，聽說過有人抱怨自己優化出來的結果不一樣，其實，光學系統的解有很多，優化這種東西，能教的只有優化思想，把優化思想都告訴你了，已經是全盤托出了。）
展開 光學應用詳解｜深度解析激光拉曼光譜儀
從儀器學理論講，S／N與激光器的穩定性、單色器的SBW、雜散光、光棚和準直鏡、物鏡的口徑、CCD的靈敏度密切相關。因此，光源為785nm的便攜式儀器，直接測量的S／N一般在1000：1以內。北京西派特公司研發的785nm新型ExR510便攜式激光拉曼光譜儀采用了我國獨有的消除熒光背景和降噪的專利技術，測試的S／N優于2000：1以上，是國際上同類儀器中的佼佼者。
第二，儀器的分辨率大大增強。便攜式激光拉曼光譜儀器的分辨率在國際上的普遍水準是4－12cm－1之間。法國JY公司大型臺式激光拉曼光譜儀焦距為800mm，雖然儀器采用了優質光棚、三級光譜等構造，但分辨率都只在0．5－0．8cm－1之間，且很難提高。目前已知的是北京西派特的ExR510分辨率達到了2．8cm－1，處于國際領先水平。
第三，新型的激光拉曼光譜儀器不斷涌現。2017年安捷倫推出了最新的拉曼專利技術：空間位移拉曼光譜（SORS）和透射拉曼光譜（TRS）。其中SORS的用途非常廣泛，而TRS在做定量分析檢測時準確度更高。2018年3月，必達泰克推出新型透視拉曼光譜儀STRaman，獲得了美國匹茲堡分析化學和光譜應用會議暨展覽會的卓越金獎。而我國南京簡智儀器公司最近推出了首款便攜式差分拉曼光譜儀具有抗干擾、大信噪比等優點，值得期待。
第四，聯用技術大大發展。聯用技術的大發展已經成為當今世界上分析儀器發展的主要潮流之一。國家科技部“十二五”重大儀器專項中的《薄層掃描－便攜式激光拉曼光譜聯用儀器及其應用》已經通過技術驗收，該儀器具有體積小、重量輕、自動化程度高等特點，為國際首創。
Sers效應的發現，使普通拉曼散射光譜方法很難開展研究工作這一難題出現了新的轉機。拉曼光譜具有高選擇性，使Sers在許多領域中得到廣泛的應用。
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