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  • 如何設計漸進透鏡?

    作者:Zemax China 來源:投稿 時間:2019-08-14 17:50 閱讀:1564 [投稿]
    自由曲面的分析和優化方法與普通透鏡有所不同,本文以一個漸進透鏡為例,介紹這些優化分析方法。

    概述

    漸進透鏡是自由曲面設計中一個常見話題。為了實現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或者偶次非球面系數這樣的參數方程定義。

    自由曲面的分析和優化方法與普通透鏡有所不同,本文以一個漸進透鏡為例,介紹這些優化分析方法。

    您可以從以下鏈接中下載本文使用到的文件:

    https://customers.zemax.com/support/knowledgebase/Knowledgebase-Attachments/How-to-Design-Progressive-Lenses/progressive.aspx

    引言

    漸進透鏡 (Progressive addition lenses , PALs) 不同部分的光焦度平滑地變化。例如,低頭視物時用到的部分光焦度會比遠眺時用到的部分光焦度大一些,這樣無論佩戴者是開車還是讀書,都可以戴著它。

    漸進透鏡的設計是自由曲面設計中一個常見話題。為了所需的光學性能,自由曲面形狀可以是任意的,而不是簡單地由圓錐系數或者偶次非球面系數這樣的參數方程定義。一個自由曲面能在其上任意位置增加光焦度,以滿足像差校正的需求。

    也正是因此,我們需要區別于傳統透鏡的分析和優化工具。舉例來說,光程差圖 (OPD) 和光扇圖 (Ray Fans) 就不太適用于光焦度可以隨意變化的情況。這篇文章以一個非常簡單的漸進透鏡為例,介紹了如何建立、分析和優化自由曲面系統。

    表面類型

    理想的自由曲面應該由一系列點數據構成,然而要優化這個面時,需要用某種方式給這個面一個小的擾動,以此來判斷該繼續增加還是減小這個擾動,使光學系統能更符合我們的預期。因此,純數據構成的表面類型(如網格矢高或CAD物體)可能很適合分析光學系統的表現,但在設計的初期我們想要用優化器連續改變曲面時,它們并不可取。

    在設計初期推薦使用的表面類型有:

    三次樣條和擴展三次樣條

    徑向NURBS和Toroidal NURBS

    多項式和拓展多項式

    Zernike Standard 矢高

    樣條和NURBS表面類型直接提取矢高數據的定義參數,用參數擬合多個低階多項式,來產生一個用于光線追跡的光滑表面。而多項式和Zernike表面類型則是通過通用的任意階多項式實現相同的目的。

    我們將采用擴展多項式表面類型來進行漸進透鏡設計演示,下圖為附件中名為progressive_starting_point.zmx的3D布局圖:


    文件包含三個多重結構,如圖:


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