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自由曲面光学通过引入自由度更高的面型
作者:admin ?? 发布于:2019-04-24 07:25 ?? 文字:【】【】【

  采用光导材料和分光元件可实现聚光镜的免跟踪。下图给出了California 大学设想的自在曲面聚光器的示企图,采用10倍聚光镜和二向色分光镜将太阳 光分离到统一平面并排的电池上,操纵分歧材料的单结电池进行光电转化,不需要跟踪。颠末光学模仿,系统的光学效率为84%,光线°,可 实现聚光器的免跟踪。

  ? 非平均有理 B 样条曲面(NURBS 曲面)——一种很是优良的曲面描述方式,普遍使用于现有三维CAD 软件中。该方式利用一系列带有权重的极点来节制面型,各极点呈拓扑矩形陈列。这是一种典型的局部节制曲面,即每个极点仅影响四周局部区域的面型,因而 NURBS 曲面能够暗示出很是复杂的面型。1991 年国际尺度化组织(ISO)公布的关于工业产物数据互换的 STEP 国际尺度,把 NURBS 作为定义工业产物外形的独一数学方式。

  非球面光学系统的加工与球面光学系统有着较着的分歧,加工球面所利用的工艺并不克不及完全合用于非球面光学系统。但因为非球面一般都具有扭转对称的几何布局,因而跟着单点金刚石车削工艺的成熟,非球面概况也能够通过车削的体例进行批量出产。

  近年来,自在曲面手艺使用于光学系统设想日益成熟。出格地,基于光学自在曲面设想的头戴显示器和平视显示器在加强现实范畴大放异彩。

  优化是光学设想的主要步调之一,通过优化我们能够提拔系统的成像质量以及节制布局参数。对于几何光学设想,优化过程基于光线追迹。我们通过对分歧视场和孔径位置的光线进行采样,逐概况追迹其路径,并阐发光线在各概况上的位置,从而计较系统的像差并对其进行节制。同时,在优化的过程中,系统的各优化变量需要收敛于某一组值,使得系统的像差向着局部最小的标的目的成长。这个过程需要按照光线追迹的成果对面型进行迭代。每一次迭代都需要计较各变量对像质或束缚前提的微分,并从头计较优化评价函数。因而,追迹的光线数量越多,描述面型的参数越复杂,迭代所需的计较量越大,系统收敛的速度越慢。而自在曲面因为面型自在度高,需要愈加稠密地对分歧视场和孔径位置的光线进行采样,以防止概况在小范畴内发生猛烈变形。所以,自在曲面光学系统的优化要远远难于通俗球面或非球面系统的优化。虽然计较机机能日益强大,这些工作都能够由计较机主动完成,但一个较为复杂的自在曲面光学系统往往也需要几天的时间才能优化完成。

  ? 双曲率面——又叫镯面或马鞍面,由在 x-z 平面(或 y-z 平面,z 轴与光轴标的目的平行,下同)内的一段曲线(圆弧或高阶曲线)绕与 x 轴(或 y 轴)平行的直线扭转必然角度构成,其特点是具有扭转对称轴,但该对称轴并不与光轴平行。双曲率面的 x 和 y 标的目的凡是具有分歧的曲率。特殊环境下,当这两个曲率不异时,双曲率面就退化为球面,而当此中一个标的目的的曲率为0时,双曲率面则退化为柱面。

  我们凡是所说的自在曲面一般指没有扭转对称轴的复杂很是规持续曲面,或者说,能够是任何外形的概况。明显,非论是在初始布局计较、面型描述、系统优化仍是制造加工上,自在曲面都面对着相当大的难以把握性。

  (a)自在曲面棱镜阵列3D布局以及变焦系统 (b) 0.2毫米微钻头在4.5倍放大时的放大图:透过此中一个自在形棱镜旁观(上图);晦气用自在棱镜,而将物体倾斜放置(下图)。

  LP

脚注信息
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