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设计与检测 |zemax 光学系统23 照明系统

2022-1-19 11:30| 发布者：Davis| 查看：1236| 评论：0|原作者: 光联万物 OPLC

摘要：This article discusses the design and testing of optical systems using the software Zemax, with a focus on lighting and spotlight systems. It covers topics like aperture placement, magnification, and illumination, as well as the use of Pyrex glass for its

聚光镜将光源的能量转换到放映物镜的入瞳上，还必须为胶片（或其它被照明的目标）提供均匀照明。教科书给出的普通照明公式都假定，圆形瞳孔被均匀照明（Smith 2000:241）。像面处的照度E是：

式中，T是系统的透过率；B是物体的亮度；是放映物镜的f数；m是放大率的绝对值。如果A是胶片的面积，对于非常远的放映距离（M》1），则有：

所以，对于非常远距离的放映系统，其流行趋势是使用大幅面格式的胶片。

虽然普通的光学系统优化程序是为了将像差降到最小，但这些程序仍然可以用来设计折射聚光镜系统。有几个要点值得注意：

1、将孔径放置在胶片处。

2、系统具有合适的放大率，以便使光源充满放映物镜的入瞳。

3、一般没有渐晕。

4、如果非常重视边界违背，而对像差不太在意，需要调整程序。

5、由于光源一般比较小，计算两个视场角就足够了。

6、在从长共轭距追迹到光源时，希望得到枕形畸变。原因是，与入瞳中心区域相比，入瞳边缘被照明的面积与较大的光源面积应当成比例的对应。遗憾的是，绝大部分光源在入瞳边缘造成的亮度都比中心低。

7、这些系统很少是消色差的。

近年已研发出专门的设计照明系统（Cassarly 2002）的各种计算机软件程序，大部分能够对光源建模。

图1是单位放大率的熔凝石英聚光镜，使光束充满0.5in的放映物镜的瞳孔，详细的结构参数见表1，NA为0.25，胶片的直径2.0in.尽管该系统有严重的球差，但它是一个简单而实用的聚光镜，将球面换成抛物面会使得像质有很大提高。

案例1：

球差最大值：0.6in。

案例2：

0.2X熔凝石英聚光镜，

为f/1,使光束充满直径为1.0in的放映物镜的入瞳，详细的结构见表2，与上述系统相比，该系统的球差较小，原因是表面4（R=1.3573in）与表面1都设置成了球面，增加了两个表面变量。

球差最大值：0.16in附近，相对第一个案例，球差已经大幅度降低。

案例3：

f/0.833派热克斯玻璃聚光镜，由三块球面透镜组成，放大率为1，胶片直径1.8in，聚焦为2.055in,与35mm单头镜反射式胶片的放映物镜相配是足够适合的。

Pyrex(派热克斯玻璃)简介：

派热克斯玻璃又名百丽耐热玻璃，是抗热性能极佳的一种玻璃，由康宁公司于1915年研发成功。它被广泛应用于厨房用品、化学实验室仪器及光学设备等，它已经成为其原材料硼化玻璃的通用性商标。

Pyrex名字的由来：

“Pyrex这个名字纯粹由缩写而来，用于作为我们康宁公司1915年所研发出来的一系列玻璃商品的注册商标。不少人猜测这个名字是由希腊字母"pyr"及拉丁字母"rex"合成，这种推测即使是著名学府哈佛大学的毕业生都觉得合理。虽然如此，但事实上"-ex"词缀是已经广泛应用于其他我们早前研发的产品中。加上我们第一种以这种技术发售的商品是一个制作不同派的盘子(pie plate)，及符合发音的便捷我们在中间加入一个"r"，所有这些便组成Pyrex这个字了...”

Pyrex商标应用：

Pyrex是硼化玻璃的一种，虽然硼化玻璃比Pyrex发现得更早及更多种类，但现在Pyrex已作为硼化玻璃(或耐热玻璃)的一种通用性商标。康宁公司于1998年把旗下的厨房用品部门分拆为World Kitchen Inc.(环球厨具公司)，但康宁公司仍然保留Pyrex这个名称的商标，并只授权环球厨具及一部份公司以Pyrex之名推出厨具用品。

由环球厨具公司推出的Pyrex厨具玻璃用品，实际上已不是硼化玻璃，而是钠钙玻璃(Soda-lime glass) 。在它们的包装上写上的使用指引提及这系列的用品不适用于一般的加热、火炉上、灸肉器及多士焗炉中。

该品牌在欧洲的使用权由Arc International Inc.于1990年获得。Arc International Inc.在其为Pyrex建立的网页中指出它们的Pyrex产品仍使于硼化玻璃制造。