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菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)

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創(chuàng)建者:匿名 創(chuàng)建時(shí)間:2026-01-05
菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)圖1

菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)的實(shí)例教程

圖1.菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環(huán)形圓錐表面構(gòu)成的特殊面型結(jié)構(gòu),用以使光線按預(yù)定會(huì)聚角會(huì)聚的光學(xué)元件,他等效于一個(gè)球面透鏡,如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結(jié)構(gòu)簡單的大孔徑非成像系統(tǒng),特別是照明系統(tǒng)更為常見。這類系統(tǒng)往往只需要一個(gè)單片透鏡,工藝簡單可以模壓成形。在對(duì)該類透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數(shù)據(jù)表格中的“表面面型”欄內(nèi)選擇“菲涅爾面”,接著界面會(huì)出現(xiàn)菲涅爾面型設(shè)計(jì)窗體如圖3。在此窗體表格內(nèi)首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環(huán)形圈數(shù),再給出菲涅爾面的表面等效焦距值,進(jìn)一步按“確定”按鈕即可自動(dòng)算出該菲涅爾面的各環(huán)錐面傾斜角度值。 圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)菜單 圖3.菲涅爾表面設(shè)計(jì)窗體 菲涅爾面的基底一般是平面,有時(shí)為了某種特殊用途也可以是球面,但這時(shí)的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底,沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻(xiàn)。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設(shè)計(jì)方法與以上相同。 由圖3可以看出,OCAD 在對(duì)菲涅爾透鏡自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)可以嚴(yán)格把各環(huán)帶中點(diǎn)的光線匯聚于一點(diǎn),但對(duì)于整個(gè)環(huán)帶菲涅爾透鏡而言,其橫向像差取決于環(huán)帶寬度,因?yàn)榫兔總€(gè)環(huán)帶而言只是個(gè)平面光錐,只使光線轉(zhuǎn)折不能會(huì)聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點(diǎn)列圖如圖4。 圖4.菲涅爾透鏡光斑點(diǎn)列圖 圖5.菲涅爾透鏡光學(xué)零件圖 對(duì)帶有菲涅爾面型的光學(xué)系統(tǒng)(菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)完成之后,OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學(xué)圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù),如圖5所示。
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圖1.菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環(huán)形圓錐表面構(gòu)成的特殊面型結(jié)構(gòu),用以使光線按預(yù)定會(huì)聚角會(huì)聚的光學(xué)元件,他等效于一個(gè)球面透鏡,如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結(jié)構(gòu)簡單的大孔徑非成像系統(tǒng),特別是照明系統(tǒng)更為常見。這類系統(tǒng)往往只需要一個(gè)單片透鏡,工藝簡單可以模壓成形。在對(duì)該類透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數(shù)據(jù)表格中的“表面面型”欄內(nèi)選擇“菲涅爾面”,接著界面會(huì)出現(xiàn)菲涅爾面型設(shè)計(jì)窗體如圖3。在此窗體表格內(nèi)首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環(huán)形圈數(shù),再給出菲涅爾面的表面等效焦距值,進(jìn)一步按“確定”按鈕即可自動(dòng)算出該菲涅爾面的各環(huán)錐面傾斜角度值。 圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)菜單 圖3.菲涅爾表面設(shè)計(jì)窗體 菲涅爾面的基底一般是平面,有時(shí)為了某種特殊用途也可以是球面,但這時(shí)的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底,沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻(xiàn)。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設(shè)計(jì)方法與以上相同。 由圖3可以看出,OCAD 在對(duì)菲涅爾透鏡自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)可以嚴(yán)格把各環(huán)帶中點(diǎn)的光線匯聚于一點(diǎn),但對(duì)于整個(gè)環(huán)帶菲涅爾透鏡而言,其橫向像差取決于環(huán)帶寬度,因?yàn)榫兔總€(gè)環(huán)帶而言只是個(gè)平面光錐,只使光線轉(zhuǎn)折不能會(huì)聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點(diǎn)列圖如圖4。 圖4.菲涅爾透鏡光斑點(diǎn)列圖 圖5.菲涅爾透鏡光學(xué)零件圖 對(duì)帶有菲涅爾面型的光學(xué)系統(tǒng)(菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)完成之后,OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學(xué)圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù),如圖5所示。
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圖1.菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環(huán)形圓錐表面構(gòu)成的特殊面型結(jié)構(gòu),用以使光線按預(yù)定會(huì)聚角會(huì)聚的光學(xué)元件,他等效于一個(gè)球面透鏡,如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結(jié)構(gòu)簡單的大孔徑非成像系統(tǒng),特別是照明系統(tǒng)更為常見。這類系統(tǒng)往往只需要一個(gè)單片透鏡,工藝簡單可以模壓成形。在對(duì)該類透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數(shù)據(jù)表格中的“表面面型”欄內(nèi)選擇“菲涅爾面”,接著界面會(huì)出現(xiàn)菲涅爾面型設(shè)計(jì)窗體如圖3。在此窗體表格內(nèi)首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環(huán)形圈數(shù),再給出菲涅爾面的表面等效焦距值,進(jìn)一步按“確定”按鈕即可自動(dòng)算出該菲涅爾面的各環(huán)錐面傾斜角度值。 圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)菜單 圖3.菲涅爾表面設(shè)計(jì)窗體 菲涅爾面的基底一般是平面,有時(shí)為了某種特殊用途也可以是球面,但這時(shí)的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底,沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻(xiàn)。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設(shè)計(jì)方法與以上相同。 由圖3可以看出,OCAD 在對(duì)菲涅爾透鏡自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)可以嚴(yán)格把各環(huán)帶中點(diǎn)的光線匯聚于一點(diǎn),但對(duì)于整個(gè)環(huán)帶菲涅爾透鏡而言,其橫向像差取決于環(huán)帶寬度,因?yàn)榫兔總€(gè)環(huán)帶而言只是個(gè)平面光錐,只使光線轉(zhuǎn)折不能會(huì)聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點(diǎn)列圖如圖4。 圖4.菲涅爾透鏡光斑點(diǎn)列圖 圖5.菲涅爾透鏡光學(xué)零件圖 對(duì)帶有菲涅爾面型的光學(xué)系統(tǒng)(菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)完成之后,OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學(xué)圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù),如圖5所示。
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圖1.菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)形式 菲涅爾透鏡是一種利用多層環(huán)形圓錐表面構(gòu)成的特殊面型結(jié)構(gòu),用以使光線按預(yù)定會(huì)聚角會(huì)聚的光學(xué)元件,他等效于一個(gè)球面透鏡,如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結(jié)構(gòu)簡單的大孔徑非成像系統(tǒng),特別是照明系統(tǒng)更為常見。這類系統(tǒng)往往只需要一個(gè)單片透鏡,工藝簡單可以模壓成形。在對(duì)該類透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數(shù)據(jù)表格中的“表面面型”欄內(nèi)選擇“菲涅爾面”,接著界面會(huì)出現(xiàn)菲涅爾面型設(shè)計(jì)窗體如圖3。在此窗體表格內(nèi)首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環(huán)形圈數(shù),再給出菲涅爾面的表面等效焦距值,進(jìn)一步按“確定”按鈕即可自動(dòng)算出該菲涅爾面的各環(huán)錐面傾斜角度值。 圖2.菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)菜單 圖3.菲涅爾表面設(shè)計(jì)窗體 菲涅爾面的基底一般是平面,有時(shí)為了某種特殊用途也可以是球面,但這時(shí)的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底,沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻(xiàn)。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設(shè)計(jì)方法與以上相同。 由圖3可以看出,OCAD 在對(duì)菲涅爾透鏡自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)可以嚴(yán)格把各環(huán)帶中點(diǎn)的光線匯聚于一點(diǎn),但對(duì)于整個(gè)環(huán)帶菲涅爾透鏡而言,其橫向像差取決于環(huán)帶寬度,因?yàn)榫兔總€(gè)環(huán)帶而言只是個(gè)平面光錐,只使光線轉(zhuǎn)折不能會(huì)聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點(diǎn)列圖如圖4。 圖4.菲涅爾透鏡光斑點(diǎn)列圖 圖5.菲涅爾透鏡光學(xué)零件圖 對(duì)帶有菲涅爾面型的光學(xué)系統(tǒng)(菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)完成之后,OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學(xué)圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù),如圖5所示。
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圖4.介質(zhì)平板在YZ平面的 Ey 場 采用菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)后,光線實(shí)現(xiàn)了場聚焦(如圖 5 所示)。沿 z 軸切片(如圖 6 所示)顯示,焦點(diǎn)峰值位于 8.2319μm 處。 圖5.菲涅爾透鏡在YZ平面的 Ey 場 圖6.菲涅爾透鏡在YZ平面的 Ey 場沿Z軸切片 將透鏡設(shè)計(jì)改為超透鏡后,得到了相似的結(jié)果。其焦點(diǎn)峰值位于 8.0475μm 處,但光斑尺寸更大。兩種設(shè)計(jì)結(jié)果的差異源于超構(gòu)透鏡中高透過率區(qū)的折射率對(duì)比度不同且透射率較低。 圖7.超透鏡在YZ平面的 Ey 場 圖8.超透鏡在YZ平面的 Ey 場沿Z軸切片
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菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)圖2

菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容

雙膠合透鏡是光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺的基本光學(xué)零件之一。對(duì)于一個(gè)新設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng),首先根據(jù)性能要求對(duì)其進(jìn)行外形尺寸計(jì)算,然后就得開始對(duì)各光學(xué)零部件進(jìn)行初級(jí)像差設(shè)計(jì),求解每個(gè)零部件的、、C的分配值,最后根據(jù)對(duì)各個(gè)零部件的、、C要求值進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算該零部件的光學(xué)參數(shù)(表面半徑R、表面間隔D以及其玻璃材料)。這一整套過程就是光學(xué)系統(tǒng)的“初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。有了系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)才能開始根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的成像質(zhì)量要求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算
構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)為起點(diǎn)。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。在選擇“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元初始設(shè)計(jì)”的菜單后出現(xiàn)的小窗體內(nèi)有一個(gè)書簽式選項(xiàng)選擇上述五種透鏡的設(shè)計(jì)選項(xiàng),如圖1所示。
混合目鏡模型中理想化衍射透鏡的色差校正 為了證明軟件在這方面的能力,我們比較了折射目鏡和混合目鏡的模型。在這個(gè)例子中,研究了不同波長的軸上和離軸光束的傳播和相應(yīng)的色度效應(yīng) 為了準(zhǔn)確地建模和設(shè)計(jì)這種混合元件,有必要對(duì)系統(tǒng)的衍射效應(yīng)進(jìn)行深入分析。VirtualLab Fusion的快速物理光學(xué)傳播技術(shù)允許對(duì)典型透鏡進(jìn)行精確建模
圖4.菲涅爾透鏡光斑點(diǎn)列圖 圖5.菲涅爾透鏡光學(xué)零件圖 對(duì)帶有菲涅爾面型的光學(xué)系統(tǒng)(菲涅爾透鏡設(shè)計(jì)完成之后,OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學(xué)圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù),如圖5所示。
前言 在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,鏡頭系統(tǒng)是核心研究對(duì)象,鏡頭相關(guān)設(shè)計(jì)與仿真在光學(xué)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要比重。傳統(tǒng)鏡頭分析多依托幾何鏡頭設(shè)計(jì)等專業(yè)工具,而在需要精細(xì)化衍射分析的實(shí)際場景中,光學(xué)仿真需兼顧衍射效應(yīng)等關(guān)鍵物理特性。本次我將以像散轉(zhuǎn)換器為實(shí)操案例,為大家講解如何通過 VirtualLab Fusion 導(dǎo)入鏡頭文件,完成包含衍射分析的光學(xué)系統(tǒng)仿真。 圖1. 模式像散轉(zhuǎn)換器概念圖 如圖1所示
設(shè)計(jì)任務(wù) 透鏡是一種透射光學(xué)裝置,通過改變光的相位使光聚焦或散焦。與傳統(tǒng)透鏡不同,超透鏡的優(yōu)點(diǎn)是能夠在非常薄的層中實(shí)現(xiàn)所需的相位變化,使用的結(jié)構(gòu)尺寸在波長量級(jí)及以下,而不需要復(fù)雜和體積龐大的透鏡組。在這個(gè)例子中,我們展示了使用圓柱形介電納米柱超構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)過程。由于其納米級(jí)結(jié)構(gòu)和高折射率對(duì)比度,電磁場的全矢量建模是必不可少的
摘要 透鏡是一種透射光學(xué)裝置,通過改變光的相位使光聚焦或散焦。與傳統(tǒng)透鏡不同,超透鏡的優(yōu)點(diǎn)是能夠在非常薄的層中實(shí)現(xiàn)所需的相位變化,使用的結(jié)構(gòu)尺寸在波長量級(jí)及以下,而不需要復(fù)雜和體積龐大的透鏡組。在這個(gè)例子中,我們展示了使用圓柱形介電納米柱超構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)過程。由于其納米級(jí)結(jié)構(gòu)和高折射率對(duì)比度,電磁場的全矢量建模是必不可少的。對(duì)于初始配置,使用E. Bayata工作中的參數(shù)。 設(shè)計(jì)任務(wù)
附件下載 聯(lián)系工作人員獲取附件 概述 漸進(jìn)透鏡是自由曲面設(shè)計(jì)中一個(gè)常見話題。為了實(shí)現(xiàn)增加光焦度或者控制像差等目的,自由曲面的形狀可以是任意的,而不是簡單地由圓錐系數(shù)或者偶次非球面系數(shù)這樣的參數(shù)方程定義。 自由曲面的分析和優(yōu)化方法與普通透鏡有所不同,本文以一個(gè)漸進(jìn)透鏡為例,介紹這些優(yōu)化分析方法。 引言 漸進(jìn)透鏡 (Progressive addition lenses , PALs
設(shè)計(jì)任務(wù) 多焦點(diǎn)眼內(nèi)人工晶體植入術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于治療白內(nèi)障。多焦點(diǎn)眼內(nèi)透鏡的優(yōu)點(diǎn)之一是能為患者提供良好的遠(yuǎn)近視力。在本示例中,我們演示了如何將初始設(shè)計(jì)導(dǎo)入 VirtualLabFusion,并在考慮實(shí)際二元結(jié)構(gòu)的情況下對(duì)晶狀體系統(tǒng)進(jìn)行建模。通過改變二元結(jié)構(gòu)的高度,我們進(jìn)一步研究了衍射透鏡的性能。
如今,多焦點(diǎn)眼內(nèi)透鏡移植已廣泛用于白內(nèi)障的治療。作為其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)之一,衍射眼內(nèi)透鏡為病患提供了很好的遠(yuǎn)近景性能。這種透鏡經(jīng)常在Zemax OpticStudio 中采用binary2面型進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本示例中,我們闡述了如何將初始設(shè)計(jì)導(dǎo)入VirtualLab Fusion,并利用實(shí)際的二元結(jié)構(gòu)對(duì)透鏡系統(tǒng)建模。通過改變二元結(jié)構(gòu)的高度,進(jìn)一步研究了衍射透鏡的性能。