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OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計

    

圖1.菲涅爾透鏡結構形式
 

菲涅爾透鏡是一種利用多層環(huán)形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統(tǒng)，特別是照明系統(tǒng)更為常見。這類系統(tǒng)往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數(shù)據(jù)表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現(xiàn)菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環(huán)形圈數(shù)，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環(huán)錐面傾斜角度值。

 

圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
 

圖3.菲涅爾表面設計窗體
 

菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。

由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環(huán)帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環(huán)帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環(huán)帶寬度，因為就每個環(huán)帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
 

 

圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
 

     

圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
 

對帶有菲涅爾面型的光學系統(tǒng)（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數(shù)，如圖5所示。