百摩网
当前位置: 首页 生活百科

光学调控的问题(光学优化中的光线控制可以很简单)

时间:2023-08-09 作者: 小编 阅读量: 7 栏目名: 生活百科

如图2所示,在一个四离轴反射系统中,按照遮挡光线对视场和通光孔径产生的影响分成两类空隙。1第一类空隙的计算第一类空隙是指光学元件的外沿与某视场边缘光线的距离。在计算空隙前,首先要判断是哪一条光线对空隙产生影响。图2中序号1所指示的空隙可按照图5所示的光路进行计算。根据公式,以表面S2的顶点为全局坐标的原点,按照软件中的语法对空隙进行如下计算。

光线计算是光学设计的基本问题之一,其目的在于解决光线经光学系统后的位置(高斯光学性能)和光束结构特性(像差特性),以判断像差理论运用的正确性、光学系统各个变数改变过程是否恰当,以及光学系统的成像质量。

经过光线计算后,可绘制光路图、了解光线在光学系统中的各个入射面(或反射面)上的位置、入射方向和出射方向等信息。在光学设计软件中可以通过对光线追迹,运用一些算法处理,实现对一些特殊结构参数的控制,完成光学系统的边界约束。也可根据一些光学系统的特殊性能要求,进行多条光线追迹,按照一定的算法获取所需的光学性能,并以此作为评价函数对光学结构进行优化。

1

参考光线的定义

在光学设计软件CODE V中,进行光线追迹时,对光束定义了5种参考光线,R1中心光线、R2子午上边缘光线、R3子午下边缘光线、R4弧矢边缘光线( x)、R5弧矢边缘光线(-x),如图1所示。通过计算这五种参考光线的轨迹,可以比较全面地反映光学系统的结构参数

图1 参考光线定义

2

优化中的光线控制

下面以光学设计软件CODE V为例,在优化过程中如何实现对一个四离轴反射镜结构参数的控制。

根据软件中坐标系的规定,线段从左向右为正,由下向上为正,反之为负;角度以光轴为基准逆时针为正,顺时针为负;曲面以中心点在顶点的右边为正,反之为负。软件中,在菜单分析(Analsysis)/诊断(Diagnosties)/真实光线追迹(Real Ray Trace)中可以计算任意一条光线在设计波长下通过光学系统的路径信息。用命令X|Y|Z|L|M|N|AOI|AOR| [Sk] [Zn] [Fm] [Wj] [Gj] [Ri]可以计算某条光线在指定光学表面上的位置和方向。其中X,Y,Z表示光线在光学表面上的坐标;L,M,N表示光线经过光学表面后的光学方向的余弦;AOI表示入射角度;AOR表示折射角度;Sk表示第k个光学表面;Zn表示第n重光学结构;Fm表示第m个视场;Wj表示第j个参考波长;Gj表示以第j个光学表面的顶点为全局坐标的原点;Ri表示参考光线的名称。

对于一些非共轴光学系统,由于含有偏心和倾斜光学元件,在优化过程时,如果不对光线进行控制,往往会产生渐晕或遮挡视场的情况,不能得到一个满足结构和性能要求的光学结构。因此,需要将光学元件(或镜框)的外沿与光线保持一定的空隙。

如图2所示,在一个四离轴反射系统中,按照遮挡光线对视场和通光孔径产生的影响分成两类空隙。第一类,在该区域如果发生光线遮挡将会影响通光孔径,产生渐晕,如图2中序号1和2所指示的空隙;第二类,在该区域的光线产生会聚,如果发生光线的遮挡将会影响系统的视场,如图2中序号3和4所指示的空隙。

1

第一类空隙的计算

第一类空隙是指光学元件的外沿与某视场边缘光线的距离。如图3所示,在一个平面内,光学元件的外沿可以看成一个点(Point),边缘光线看成一条直线(Line),点到线的距离就是空隙(clearance)。

空隙的尺寸可以根据平面几何的方法来计算,如图4所示,在Y-Z平面内,直线可用公式(1)来表示:Y=m·Z b(1),

其中m是直线的斜率,b是直线在Y轴上的截距。

点的坐标为(Y1,Z1),点到直线的空隙ΔY的计算公式为:ΔY= m·Z1b-Y1(2)。

在计算空隙前,首先要判断是哪一条光线对空隙产生影响。图2所示的四离轴反射系统中,在Y-Z平面内产生空隙,因此只考虑Y-Z平面内的光线。

设置系统的视场1(F1)为-0.75°,视场2(F2)为0°,视场3(F3)为-0.75°;三条参考光线为:中心光线R1、子午上边缘光线R2、子午下边缘光线R3;光阑面为S1,反射表面为S2、S3、S4、S5,像面为S6;反射表面S2的顶点为全局坐标系的原点;计算波长为中心波长。

图2中序号1所指示的空隙可按照图5所示的光路进行计算。对视场F1的子午上边缘光线R2进行光线追迹,光线在表面S3上的交点为点1(Point 1),经表面S4反射后的光线为直线2(Line 2)。点1到直线2在Y向的距离就是空隙ΔY1。

直线2可以用公式(1)表示,斜率m等于表面S4出射光线在Z轴方向上的正切值,该正切值等于表面S4出射光线在Y光学方向余弦与Z光学方向余弦的比值。在光学软件中表面S4出射光线的Y光学方向余弦用(MR2 F1 S4 G2)表示,Z光学方向余弦用(NR2 F1 S4 G2)表示,经过下列符合软件语法要求的命令来计算参数m(用@SL_m1表示)。

@SL_m1 == (MR2 F1 S4 G2) / (NR2 F1 S4 G2)

根据光线R2在表面S5上坐标(Y R2 F1 S5 G2),(Z R2 F1 S5 G2)和直线公式(1)计算截距b(用@b1表示)。

@b1 == (YR2 F1 S5 G2) - @SL_m1*(ZR2 F1 S5 G2)

根据公式(2)计算空隙ΔY1(用@CL1表示)。

@CL1 ==ABSF( -@SL_m1*(ZR2 F1 S3 G2) - @b1(YR2 F1 S3 G2))

其中@表示定义变量,==表示赋值,ABSF( )表示绝对值函数。

2

第二类空隙的计算

第二类空隙是指某视场上、下边缘光线的交点到某边缘光线的距离。如图6所示,两条相交直线的方程为Y=m·Z b和Y=m·Zc,另外一条直线的方程为Y=k·Z a,交点坐标为(Y1,Z1),则交点到直线的空隙为ΔY。

Z1 = (c - b)/(m - n)

Y1 = m(b - c)/(n - m)b (3)

ΔY = k·Z1a – Y1

图2中序号3所指示的空隙可按照图7所示的光路进行计算。视场F3的子午上边缘光线R2经表面2反射后的光学为直线1(Line 1),视场F3的子午下边缘光线R3经表面S2反射后的光线为直线2(Line 2),视场F2下边缘光线R3经光阑面S1出射后的光线为直线3(Line 3)。

直线1(Line 1)和直线2(Line 2)的交点(Point)到直线3(Line 3)在Y向的距离就是空隙ΔY2。

根据公式(3),以表面S2的顶点为全局坐标的原点,按照软件中的语法对空隙进行如下计算。

3

光学优化中光线的约束

在光学优化程序中,按照上述方法,嵌入空隙计算程序,对空隙的尺寸进行控制,如@CL1 = 5,用来约束参考光线的位置和方向,实现对光学结构的控制。光学设计软件CODE V从10.6版开始加入@JMRCC函数,可对离轴反射系统中的两类空隙进行计算,具体使用方法可参考软件说明书。

3

总结

光学系统的类型是千变万化的,对结构参数和光学特性要求也各有不同。光学设计软件的功能不可能包罗万象,在实际的光学设计中需要针对一些特殊的光学系统,制定特殊的结构参数和光学特性的要求,并可提出特殊的评价指标用于光学结构的优化过程。深刻理解光线计算方法,熟练掌握软件中的函数命令,通过编写一些专用程序,将能更灵活地使用光学设计软件。文章来源:www.oeshow.cn。

    推荐阅读
  • 220v转110V的变压器怎么制作?? 12v转110v变压器

    根据原边线径的电阻率和原边电流确定原边圈数为n,则付边圈数为0.5n。

  • 言在文言文中的意思(在文言文中的言的意思)

    言在文言文中的意思说;谈论。《邵公谏厉王弭谤》:“吾能弭谤矣,乃不敢言。”《邵公谏厉王弭谤》:“王不听,于国人莫敢出言,三年,乃流王于彘。”多用于动词之前。《左传.僖公九年》:“既盟之后,言归于好。”

  • 新坟清明节添土吗(清明节坟上添土)

    既然在墓上起坟成为了“定例”,那么对坟高有没有要求?司马光作《书仪》:“今按孔子防墓之封,其崇四尺,故取以为法。”《朱子家礼·丧礼》,明确规定:“坟高四尺。”所以在明清时,普通百姓去世后,按照礼制,一般坟高“四尺”。礼仪只是一种规范和自我约束,并没有强制性,违背礼制只是让别人看不起,被说“不懂规矩”,坟高四尺,大体来说就是成年男性平胸口处。

  • 我的世界快速获得骨粉(我的世界骨粉怎么获得)

    我的世界骨粉获得途径。下面就和小编一起来看看吧。骨粉骨粉是一种能被用作染料和大部分植物的肥料的物品。

  • 民间故事七月十四(正月初十石头节)

    家中石器在除夕贴上春联后,正月初十之前不再使用。午餐必食馍饼,认为吃饼一年之内便会财运亨通。小男孩长大后,要娶世界上最有能耐的媳妇。井陉民间认为正月初十是狮子生日,横涧川的一些乡村,正月初十晚上时兴烤狮子火祭狮王。拾子儿会新婚夫妇最多,一方面要赶会拾“子儿”,祈求生儿子;另一方面就是为过正月十五准备礼物。服务人民群众服务领导决策服务中心工作宣传河北省情方志河北hbdfzxh@163.com

  • 单位结算卡的作用有哪些(单位结算卡的作用都有哪些)

    用户通过单位结算卡可以办理各项对公业务,可以省去填写支票等繁琐的手续;通过结算卡还可以直接通过ATM自助机办理存取款现金,并且不受银行对公业务办理时间的限制;结算卡可以进行对公业务的通存通兑,不一定非要前往开户行办理相关手续,就近网点即可办理。总的来说,单位结算卡还是可以为企业办理业务带来不少便利。

  • 微信聊天记录备份后怎么查看(微信聊天记录备份后如何查看)

    微信聊天记录备份后怎么查看?微信聊天记录备份后怎么查看通过PC版微信对自己的苹果(或安卓)手机微信聊天记录进行备份后,首先按下图所示查看一下备份保存的目录,本人电脑上显示微信备份数据被保存在了:C:\Users\计算机名称\Documents\WeChatFiles\本人微信号\BackupFiles\。进入前面的目录,可以看到以下文件。腾讯公司对这些备份数据进行了严格加密,没有任何方法可以在电脑上打开其进行查看。唯一的作用,就是以后的某一天,可以把这些备份数据还原回手机。

  • 海绵宝宝山东话搞笑配音(搞笑一家人海绵宝宝)

    没错,这一系列字正腔圆沉稳有力的央视台声都是他配的音。然而很遗憾,李易老师在2013年因白血病与世长辞。陈浩老师配音的海绵宝宝绝对是最让我震惊的!跨度之广令人不得不服。尤其是陈伟霆,几乎是御用无误了。边江的作品包括但不限于电视剧,还有动漫和游戏:其中,《画江湖之不良人》绝壁是最忠诚的Partner。从翻拍的网剧到出炉的手游《不良人2》,都坚持使用原著的声优,剧情、人设还原度也很高。

  • 冠道热车的正确方法是什么 冠道怎么热车

    发动机经过一夜的静置,各摩擦面上的润滑油已经基本消失,失去了油膜保护;低温促使润滑油的黏度增大,附着力和流动性变差。正常的怠速暖车可以减少这种磨损,从而延长发动机的使用寿命。低温下,金属会呈现比较小的弹性和抗磨性,只有在正常的工作温度下,发动机才能达到正常的配合间隙,保持最佳的工作状态。

  • 炉石传说史上最短命的卡组(统治天梯半边天)

    在曾经活跃于天梯的主流卡组里,有一种无限做大随从身材的卡组,且有着无限的牌库,那就是青玉德。很难有机会在青玉德面前讨到便宜。从后续版本的发展来看,暴雪吸取了教训,再没有出过强度如此超模,暴打老大哥的卡组,但青玉德已经成为很多老玩家心里永远的毒瘤。不知道屏幕前的各位,你用过青玉德么,被青玉德打哭过么?