对扫描振镜,从折叠反射镜开始。反射镜是使用了特殊玻璃类型“mirror”来定义的光学元件,镜面反射后,光线追击的传播方向发生了改变,其中厚度改变符号,一条光线反射时角度改变x,它到达镜子时角度(与法线夹角)为2x,离开镜子时的角度(与法线夹角)为x/2。ZEMAX 内建有实用的折叠反射镜工具。
设计一个双胶合透镜,增加一个绕自身中心旋转的平面反射镜,反射镜通过旋转不同角度将激光聚焦于像面不同位置处,形成扫描。给出的设计要求是:
边界限制:透镜最小中心和边缘厚度3 mm,最大15 mm。
第1 步:输入入瞳直径。
打开ZEMAX 软件,在“System Explorer”对话窗口的下拉菜单中点击“Aperture”,“Aperture Type”选择“Entrance Pupil Diameter”,“Aperture Value”输入“50”,“Semi Diameter Margin Millimeters”为5 mm的边缘厚度,如图7-74 所示。
第2 步:输入波长。
在“System Explorer”对话窗口的下拉菜单中,点击“Wavelengths→Settings”,并选择“HeNe(0.632 8)”,如图7-75 所示,会添加632.8 nm 的波长。
在像面前插入3 个新的标准面,输入玻璃材料及厚度,在透镜最后面上设置F 数求解类型,这里请参考7.2 节双胶合透镜设计。
第3 步:在镜头编辑器中输入参数。
在镜头编辑器中像面前插入3 个面,并按图7-76 进行初始结构设置,对第五面的曲率半径设置F/#=3 的求解类型。
图7-74 设置入瞳
图7-75 设置波长
图7-76 初始参数
在查看结构图前,使用快速聚焦工具进行聚焦。在菜单“Optimize”下,点击“Quick Focus”(快速聚焦)图标,如图7-77 所示。
点击快速聚焦按钮,弹出快速聚焦对话框,如图7-78 所示,点击“OK”,进行光斑半径的快速聚焦。应用这一功能,可使系统快速聚焦在像面上。
查看初始结构光线图,如图7-79 所示,看起来比较合理。在距离透镜100 mm的位置添加了一个虚拟面,这个面就是折叠反射镜。
图7-77 快速聚焦(www.xing528.com)
图7-78 快速聚焦对话框
图7-79 初始结构光线图
第4 步:添加折叠反射镜。
将虚拟面(第2 面)设置为反射镜,可手动插入坐标断点完成操作。这里使用软件自带的快捷操作,快速设置折叠反射镜。选中第2 面,点击透镜编辑器菜单栏中的“Add Fold Mirror”图标,弹出添加折叠反射镜的对话框,让虚拟面2 绕X 轴旋转90°,如图7-80 所示。
图7-80 反射镜对话框
此时系统用2D 显示不出来,需要用3D 视图查看结构光路图。点击“Analyze→System Viewers→3D Viewer”,得到如图7-81 所示的3D 结构光路图。
图7-81 3D 结构光路图
第5 步:优化。
优化前先设置好变量,将第1 面和胶合透镜的曲率半径及厚度设为变量,如图7-82所示。
图7-82 变量设置
设置好变量后,打开评价函数编辑器,设置默认评价函数,如图7-83 所示。
图7-83 评价函数设置
点击优化菜单栏“Optimize→Optimize!”,很快就能完成初次优化,得到如图7-84 所示的优化对话框。从图中可以看出,“Merit Function”到了一个比较小的值,这是一个比较好的设计。点击“Analyze→System Viewers→3D Viewer”,打开3D 结构光线示意图,如图7-85 所示。
图7-84 优化对话框
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