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1、第29卷第5期应用光学Vol.29No.52008年9月JournalofAppliedOpticsSep.2008文章编号:1002-2082(2008)05-0719-05曲面和平面菲涅尔透镜的像差比较汤丹英,李湘宁,杨朋千,胡明凯(上海理工大学光电学院,上海200093)摘要:通过一个大尺寸菲涅尔透镜的设计,比较了曲面菲涅尔透镜和平面菲涅尔透镜在光学像差方面的差异。从应用角度看,菲涅尔透镜设计属于准直系统,一般采用平面结构,但由于其成像要求的特殊性,通过运用P-W方法进行分析和比较,结果表明
2、:曲面的设计较之于平面更具优势,并在ZEMAX中分别对2种菲涅尔透镜进行建模,验证了结果的正确性。但这不表明曲面菲涅尔透镜在像差方面一定比平面菲涅尔透镜更具优势,它还与实际应用场合有关,为此,提出了不同的结构参数设计。关键词:曲面菲涅尔透镜;平面菲涅尔透镜;球差;彗差中图分类号:TN492.2文献标志码:AAberrationcomparisonofbiconvexandplane-convexFresnellensesTANGDan-ying,LIXiang-ning,YANGPeng-qian
3、,HUMing-kai(CollageofOpticsandElectronics,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)Abstract:TheopticalaberrationdifferencebetweenthebiconvexFresenllensandtheplane-convexFresenllenswasinvestigatedbydesigningalargeapertureFresenl
4、lens.Generally,theFresenllensisusedforcollimationanditsstructureisplane-convex,buttheanalysisandcomparisonofthebiconvexandtheplane-convexFresenllenseswithP-WmethodshowthatthebiconvexFresenllensisbetterbecauseofitsspecificimagingrequirement.Thetwokinds
5、oftheFresenllensesweremodeledinZEMAXtovalidatetheconclusion.However,itdoesnotindicatethatthebiconvexFresenllenshasadvantagesinallapplicationssinceitisapplicationdependent.Therefore,Fresenllensesshouldhavedifferentparametersfordifferentapplications.Key
6、words:biconvexFresenllens;plane-convexFresenllens;sphericalaberration;coma引言1基本原理早期的菲涅尔透镜多应用于大孔径光学系统20世纪20年代,物理学家菲涅尔提出透镜的中,随着加工技术的发展,菲涅尔透镜的加工技术制造理论:连续光学表面的成像特性,主要取决于越来越成熟,能够加工出更加精确的透镜。随着人表面的曲率,而轴向厚度是次要的因素,在大多数们对口径、像差要求越来越高,最普遍使用的平面情况下,厚度的增加是由于表面曲率或孔径的
7、要求菲涅耳透镜在某些应用场合也显得捉襟见肘,近年所造成的。所以,把透镜2个表面之间的厚度减小,来,伴随着制造工艺的进步,曲面菲涅尔透镜应运光学元件仍可把光线聚焦到原来的厚透镜焦点上。而生,因此比较两者之间优劣和应用场合具有现实依据上述理论,产生了平面菲涅尔透镜。意义。由平面菲涅尔透镜演化的曲面菲涅尔透镜主收稿日期:2007-12-27;修回日期:2008-02-15作者简介:汤丹英(1982-),女,上海金山人,硕士研究生,主要从事图像采集及相关软件的开发研究工作。E-mail:xiyin8208
8、25@hotmail.com·720·应用光学2008,29(5)汤丹英,等:曲面和平面菲涅尔透镜的像差比较要有2种类型:一种是齿面在凸面上;一种是齿面涅尔透镜会聚:平行光入射菲涅尔透镜后,在焦面在凹面上,如图1所示。会聚(准直则逆转光路),视场通过入射斜平行光获得。可将菲涅尔透镜等效为一凸透镜进行初始结构设计。根据P-W方法,由于菲涅尔透镜的厚度很薄,所以其初级像差系数可等同于薄透镜系统。光阑在透镜上,各初级像差系数如下:SⅠ=hP,SⅡ=-JW,图1曲面菲涅尔透镜S2Ⅲ=JU,
