光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、用ZEMAX實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的仿真要精確地模擬一個(gè)照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的精確模擬是關(guān)鍵。這里討論三個(gè)問題：一、如果只知道有關(guān)的光源的簡單數(shù)據(jù)，如何模擬？二、如果已知關(guān)于光源的詳細(xì)數(shù)據(jù)，又如何模擬？三、如何模擬一個(gè)幾何形狀復(fù)雜的光源？下面從第一個(gè)問題開始討論：若僅知道光源的簡單數(shù)據(jù)，如何對(duì)光源進(jìn)行仿真？打開ZEMAX，將其切換到非序列模式：接下來，完成單位的設(shè)置，執(zhí)行system>general>units有關(guān)光能及其計(jì)算的問題，要特別注意物理單位。本例中光照度單位采用勒克司。將缺省的非序列物的類型設(shè)為source_r

2、adial。在ZEMAX中，source_radial代表一個(gè)矩形或橢圓形平面光源，它能向半球面空間內(nèi)發(fā)射光線。在半球面內(nèi)，光線關(guān)于本地Z軸呈對(duì)稱分布，并且光線的強(qiáng)度隨角度的分布屬立方樣條擬合。將nullobject定義為source_radial是將光源數(shù)據(jù)輸入到ZEMAX的最簡單直接的方式。右鍵單擊nullobject：如下圖所示，是美國Lumileds(流明)公司的LED產(chǎn)品LXML-PWW1說明書中提供的發(fā)光強(qiáng)度分布曲線。它呈明顯的余弦分布。根據(jù)上述曲線，我們可以構(gòu)造這樣出表2：表2LXML-PWW1的

3、空間強(qiáng)度分布度相對(duì)強(qiáng)度(任意單位)01005991098159620942590308635824074456850635553604565387028752380168510905說明書上還注明，LXML-PWW1的直徑是6mm，典型輸出功率是120lumens。設(shè)layoutrays數(shù)量為30，analysisrays數(shù)量為10000000。將上述參數(shù)輸入到ZEMAX中：我們得到光源的外形圖和灰度度：顯然，發(fā)光強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果與說明書中給出的曲線相符得比較好。第二個(gè)問題，如果已知光源的詳細(xì)數(shù)據(jù)，如何對(duì)光源進(jìn)行

4、仿真。有些LED制造商免費(fèi)提供ZEMAXSourceFile格式、有關(guān)LED產(chǎn)品的詳細(xì)光學(xué)性能數(shù)據(jù)。目前已知的這方面的造商有Osram(歐司朗)和Lumileds公司。這是Lumileds公司的頁面，從中可很方便地下載到ZEMAX格式的光線文件。下載后，一定要將它以擴(kuò)展名.dat存到{zemaxroot}/objects文件夾內(nèi)。例如，下載到LXML-PWW1_5M_Z.dat這個(gè)文件后(它對(duì)應(yīng)的就是Lumileds公司的LED產(chǎn)品LXML-PWW1)，將它存到{zemaxroot}/objects文件夾內(nèi)，然

5、后運(yùn)行ZEMAX，建立一個(gè)非序列文件，將objecttype設(shè)為sourcefile:ZEMAX中的sourcefile光源，其光線坐標(biāo)、余弦和強(qiáng)度都是在由用戶提供的文件中定義的，這一特征可以保證在ZEMAX中創(chuàng)建由用戶定義的任意光源。在commentcolumn，必須填入包含光線數(shù)量的文件名。各參數(shù)的含義：Randomize?：如果設(shè)為0，將按文件中列出的順序?qū)饩€做常態(tài)追跡；如果設(shè)為非零值，則每對(duì)文件讀一次，或NSC編輯器中sourceobject的相關(guān)參數(shù)每變化一次，光線的順序就會(huì)被重新隨機(jī)化一次。但如果

6、要對(duì)光線做隨機(jī)化處理，必須是在文件中的光線數(shù)量等于或少于1,000,000這個(gè)前提下。如果光線數(shù)量超過這個(gè)數(shù)，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存就處理不了了。Total(units)：該值只用作參考，是用文件中定義的光源單位給出的總功率。該是由ZEMAX自動(dòng)給出的，用戶不要去設(shè)定或改變它。每條光線的實(shí)際功率是由Power(units)項(xiàng)和所追跡的光線數(shù)量決定的。然后給光源加一個(gè)DetectorRect探測器。對(duì)光源進(jìn)行追跡，得到的光源的空間和角度特性如下：由上述結(jié)果可見，由制造商提供的rayfile所包含的信息要比單純的datesh

7、eet豐富，從中可以看出一些精確輔助結(jié)構(gòu)。第三，如何創(chuàng)建幾何形狀復(fù)雜的光源。如上圖所示，是光源的"mini"模型，由10個(gè)部件組成。這個(gè)光源文件見{zemaxroot}/samples/non-sequential/sources/led_model.zmx。其編輯器如下圖：這個(gè)光源內(nèi)部由幾個(gè)object組成，包括：1.LED片，即左圖中紅色部分2.電極絲，即右圖中紅色部分可直接對(duì)這種光源模型做追跡，同時(shí)可將所產(chǎn)生的光線存到光線數(shù)據(jù)庫中。在光線數(shù)據(jù)庫viewer中(Analysis>Database>RayDa

8、tabaseViewer)，可選定測試object，交把入射到該object上的所有光線作為一個(gè)新的sourceobject存起來。在需要時(shí)，可用source_fileobject來讀取該數(shù)據(jù)文件。在對(duì)幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光源進(jìn)行模擬時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問題：怎樣選擇具體數(shù)值？例如，在電極絲上應(yīng)采用怎樣的散射函數(shù)？支撐結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)是多少？這些數(shù)據(jù)都不太容易確定。再有一個(gè)問題：我們建立起來的