Zemax全新菲涅耳透镜设计

Zemax○R菲涅耳透镜设计工具（UDS）--VR/AR解决方案

Zemax○R自定义面型（UDS）提供了复杂曲面建模的解决方案,使得复杂建模成为可能。

下面在序列模式下以菲涅耳透镜为例，简要概述其建模，仿真及优化能力。序列模式下，对菲涅耳透镜的建模尤其是对锯齿建模一直是个难点，以前一直没有好的解决方案。以前只能通过非序列模式，或者混合序列-非序列模式采用内置的Fresnel 1对锯齿建模。

但非序列模式下（或者混合非序列模式下）Fresnel 1实体建模有一些局限性，体现在：

1.锯齿结构都是小平面结构，如果是成像像质方面有要求的设计如VR，其像质很难达到

要求。这种平面结构主要用于照明等领域，像质要求相对较低。

2.锯齿结构的基底面都是平面，使用性受到限制。目前越来越多的VR使用球面等弧面作

为基底，因此弧面基底建模无法完成。

3.优化能力很困难，这主要是基于当某些光线打在无效的锯齿端面，所导致的杂散光造成。

杂散光的形成导致弥散斑尺寸难于控制及评价，因此几乎无法优化或者要经过一些光线筛选等冗繁的工作后，优化才能进行。

4.公差评估几乎无法实现，其目前的建模方法使得公差分析几乎无法进行，比如无法分析

面型加工公差等影响，所以无法预判加工的可靠性，给加工及评估带来非常大的困难。

序列模式下，虽然内置有多个菲涅耳面型，但都是理想的菲涅耳面（没有锯齿结构，或者说锯齿非常非常浅），这样的建模方式实际上导致了与实际菲涅耳透镜（带锯齿结构）的不符，导致了根本无法评价其性能参数与实际的成像质量。

本文通过自开发的自定义面型（UDS）在序列模式下实现了菲涅耳透镜的灵活建模，扩展了Zemax○R菲涅耳透镜的建模能力，并且自带有锯齿结构，更符合实际，也可直接用于优化及公差分析，可以导出为CAD文件。

核心功能点：

1.基底可以是平面，球面或者是柱面

2.锯齿选择可以是小平面近似或者完全光滑的曲面（更高的像质需求）

3.菲涅耳折射面可以用高的非球面来表征（至r^10项），用于满足高的像质需求

4.可以选择屏蔽杂散光，只对主要像斑点做出评价如点列图尺寸，MTF等

5.可以选择锯齿特征，如等深度锯齿，还是等宽度锯齿

6.可以设置拔模角（draft angle）

7.可直接优化，无需繁琐的杂散光线筛选

8.可用于公差分析等

9.可以输出面型格点数据或者CAD文件

1.基底为球面的菲涅耳透镜

2.基底为平面的菲涅耳透镜

3.基底为柱面的菲涅耳透镜

锯齿结构：

小切平面锯齿光滑锯齿面（较高像质）

矢高图

1.平面锯齿

2.光滑锯齿

平滑锯齿与光滑锯齿对比

CAD输出

杂散光与移除杂散光之后

设计实例比较：

VR单片透镜设计：全视场角96度

1.对前后表面采用偶次非球面进行设计

中心厚度：11mm

2.采用UDS菲涅耳透镜设计，前表面偶次非球面，后表面菲涅耳面

中心厚度：7mm