基于切比雪夫多項式的全新自由曲面設(shè)計與運用
OpticStudio 中新增的全新 2D 自由曲面設(shè)計以切比雪夫多項式為基礎(chǔ),提升了自由曲面光學元件設(shè)計的靈活性,并推動了制造工藝多樣性。我們的設(shè)計包括將高斯輸入光束轉(zhuǎn)化為均勻照明的反射鏡和 TMA 望遠鏡。
下一步是將鏡片的曲面類型從標準更改為切比雪夫多項式。用戶可以指定要使用的多項式的 X 和 Y 最高階數(shù)。在本例中,僅使用了可用切比雪夫多項式中的一組子集,但 X 和 Y 的最高階數(shù)設(shè)置為 14,則此組子集可從這些階數(shù)中任意選擇。 此外可以具體表明切比雪夫多項式曲面的參數(shù)是 X 和 Y 的歸一化長度。對于本例,我們定義的歸一化長度為 16,以對直徑比入瞳直徑 30 稍大的曲面上的各個系數(shù)進行歸一化。 我們也設(shè)置切比雪夫曲面為矩形孔徑,X 和 Y 的半寬度均為 16。 創(chuàng)建的優(yōu)化函數(shù)可使光線投射到入瞳的多個位置,并將其映射到像面所需的 Y 高度,使用 REAY 操作數(shù)計算 Y 中的實際光線高度。 預期的最終設(shè)計形狀應與偶次非球面相似且切比雪夫多項式的零階和偶數(shù)階與偶次非球面項數(shù)相似,故僅將其用作優(yōu)化變量。 為進行優(yōu)化,c(2,0) 上設(shè)置了一個變量,即切比雪夫 2x2-1 項。為求 X-Y 對稱,將 c(2,0) 值拾取至 c(0,2)(即 2y2-1項數(shù))。由于這些二階項被設(shè)為變量,所以基面曲率半徑不被用作優(yōu)化變量,保留其數(shù)值為無窮大。 c(4,0) 和 c(6,0) 分別從 c(0,4) 和 c(0,6) 中拾取值,以此類推,直到第 14 階,總計七個變量和 7 個拾取值。 使用阻尼最小二乘法優(yōu)化 14 階多項式后,可得到預期結(jié)果?梢钥吹较衿矫娴恼彰魇志鶆颍示匦螤睿 得到的切比雪夫曲面各項參數(shù)如下所示。注意,對稱已得到強化,c(2,0) 值等于 c(0,2) 值,c(4,0) 值等于 c(0,4)值,以此類推。為簡化,已省略系數(shù)為 0 的多項式項。 |
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