用ZEMAX實現(xiàn)對光源的仿真

用ZEMAX實現(xiàn)對光源的仿真要準(zhǔn)確地模擬一個照明系統(tǒng)，實現(xiàn)對光源的準(zhǔn)確模擬是關(guān)鍵這里討論三個問題：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、 如何模擬一個幾何形狀復(fù)雜的光源？下面從第一個問題開場討論：假設(shè)僅知道光源的簡單數(shù)據(jù)，如何對光源進(jìn)展仿真？翻開ZEMAX，將其切換到非序列模式：監(jiān)?EE-I>i\Prn.E：raB 皿k站1PL出hL超昭?lilt￡.dit?rs dyiis1-3-lL5￡*j-5i-t5SJicix-sEal-tiiEi-a血￡.lx-1owHelpClrL+U|Opt|Han|TaiIjIeQpi-s..匚IrL+D居mCtrl+Sj?Pi杠..WUx?EaLLianPainE-1>bx*Sagunhlb!ecFIlx-id li.ilLi1Hm-Si-iuant;i,al11口日?1 Eatf聶tWli!冏d亡 1Lens...EjrefcrwKes...Beli：CtrL+Q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Tjpk廠LJmti心』畑 亦04EFwmAxDi?hLjcdAniDaiiFfaUimDrinF?n-CJk4.CwiirieiCtiMi^Tjpk廠LJmti心』畑 亦04EFwmAxDi?hLjcdAniDaiiFfaUimDrinF?n-CJk4.CwiirieiCtiMi^Utt〔bflWR?!J3l(f?MTHentt?ElIsA.D?En汕膽RsdEi*SpjxwTiiM1DdNqIDimCfapd:將缺省的非序列物的類型設(shè)為source」adial。在ZEMAX中，source_radial代表一個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:CtajmiECTypnIsfidJiOtXPswltilmTFlSQiMlELBPc打VuLLDk加ox□I叫a”DoanDcla.DoaaDblfillOfaifCEJProfrftEtiiSi 用區(qū)If3111：如￡曲上tMrlXflsl?；曲吐i*irLr礙CB￡H Dir刃nuciloi.|Snrw|HiJDbpid：WiXf諜DitiitSuscaDLLSCm(AEl|^45EMMFdWJ5emmFin￡eme*GiuiairiSumPort如下列圖所示，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。AngularDisplacementdeg根據(jù)上述曲線，我們可以構(gòu)造這樣出表2：表2LXML-PWW1的空間強(qiáng)度分布

度 相對強(qiáng)度（任意單位）100

51051015202530354045505560657075808590989694908682746863534538282316105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：3b;j?rr.Typ-iI|1S.DD|I|15.DD|I(M1135.001II|45.l1iSEl.aMDMMMEXMO94.aoaDMmoaiKMaais.aMDDaEEMDOOD|■7+.0MDM]1C^ic-icc-aEJx-=c-5D.0MDM-M.MDC<D5D.QMDMD■；':Hon-Je^ucnckAlCuBpo&encEdlktar我們得到光源的外形圖和灰度度：11BeiEctisxVzeW'S-r1叵X#j2; Vxevez2□15?llhd&iLgS?ttLA￡3Erint肛皿曲TextZ^crillbd&te5ett3nfiTtintVindanTtictSdciti<a嗣旳、conm?ipIIRLUEewe19背電弓ti.wwaiii-9@eeeee?砸bf.<a嗣旳、conm?ipIIRLUEewe19背電弓ti.wwaiii-9@eeeee?砸bf.GOORniHHIEVHLUE網(wǎng)，日恥QIKCI3HER=f4TILLUIHIHHHrELUIU.IIJLISINTEHSITVSWTJWt9SSfiHEspro3.[-sz:￡ie?：d：mcmiE.r:aiKE^e爭蹄躍^3^^ n^ir1R :耳?冋總匪團(tuán)斷：IMXOZt^rCLKflTZO^JIDFBAThffl'耳卿1mox2itHi-mrn-ra.r:ikf4a7EE8^iZH-：.CDd--JI=rCLIRATZDNL口匚L顯然，發(fā)光強(qiáng)度的計算結(jié)果與說明書中給出的曲線相符得比擬好。第二個問題，如果光源的詳細(xì)數(shù)據(jù)，如何對光源進(jìn)展仿真。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。SES帛nsieauBLfnp一n一送SEJrcz■廠EZDulFAEE^Fffsgl?t.*H<aa~sns*&￡￡D黑?^$ffl-芒童！>!!-■.?電g'.￥hi?■m*vo.__￡±^w空*-*r?.$?已3-￡空￥?fuj^aWFTBS-FItcAIET豪odVMIKhQe-p?5.s<AH?OPDCEi□￡同nKesounzl'b#匚」Klc￡an*nd-ismskrijhtfx1-.na■■dcFsPFGY益cHig-iic-IrlkJJFhnEkM#?zp?dth*EGaDIM*rdvFiQFJslinKiRWSJ.-SI-EciSE5u_￡J?a2；HJJ:ilS￡-i?o^bd*lf5zrVtn弓E-FVH“a**,nf5ar■*g2.i$￡.?￡卡EwagIOEa/wiA@ae?s§誥￡>un_"NASHsiTa*m?—MF刪琴M(fèi)ER:?llM?dat^skzemaxrootMobjects沖|^來&。倉gF"F姓J(rèn)sLXML—pwwl—5M—z.dar?->汐亠卄訓(xùn)(cvlM^s聲冊Lumi-eds步回sLED『即LXML—pwwl「^cv}^Mzemaxroa、objecrs汐^?丑"^訓(xùn)5§了ZEMAXw^k——->s^5=$?H\^objecrtype?^sourcefi-e?word.zl.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)立由用戶定義的任意光源。在mentcolumn，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，那么每對文件讀一次，或NSC編輯器中sourceobject的相關(guān)參數(shù)每變化一次，光線的順序就會被重新隨機(jī)化一次。但如果要對光線做隨機(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這個前提下。如果光線數(shù)量超過這個數(shù)，計算機(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自動給出的，用戶不要去設(shè)定或改變它。每條光線的實際功率是由Power(units)項和所追跡的光線數(shù)量決定的。J:DetertD￡Viewee].日昭3.'IIE-IIIkb匚I叵岡然后給光源加一個J:DetertD￡Viewee].日昭3.'IIE-IIIkb匚I叵岡3HTnm9逝訊■'■ETECT'Jt2K￡C>rEuRRRCE1■II-etSPEiBSLu*m3卡睡牡隔鹽^氧騙里粘越垂爵趣LEX幀II-etSPEiBSLu*m3rDTFL苗3』苗3』：Ft?Levtur￥i.e-rei:]1 DntcDtoj￥ia?Br2匚回區(qū)l￡pd?.i4EEttiiijE￡rLJitIliadsI.Zo?n-■~1C.倔辭畐g.430陽\GOORDIWTTEVALUE2.Ead丘EmuM.-■~1C.倔辭畐g.430陽\GOORDIWTTEVALUE2.Ead丘EmuM.「-ihSiE-W-■an.'MSB心.?3BKKOTnNTTEUFtLE工HH比RENTILLL桿I柑工HH比RENTILLL桿I柑Fr*2ESrtTntfftAH1.K?：：：?F4EJ：?ffiPBlf*■:rn.gr :inrtw.LnnP.HRHE■'■WWi?I1.1 J.l：十ITYqnrMiiq?:tmjiixmjfk-Effca.hmnj也.r『eattf陽豈4口遹，關(guān)腸嚴(yán)匸「.nor■和miw-i.;w^iihk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datesheet豐富，從中可以看出一些準(zhǔn)確輔助構(gòu)造。第三，如何創(chuàng)立幾何形狀復(fù)雜的光源。如上圖所示，是光源的"mini"模型，由10個部件組成。這個光源文件見{zemaxroot}/samples/non-sequential/sources/led_model.zmx。其編輯器如下歹ij圖：

鍬；I 1^1 Edlc?rLlih訊】ehiErrsm莒sipttpbrCUHTKbutIncad*atMI^Eixacn.TPDncimZPordizinnTUcAfcDUEK1缺fin貞LEt')0D剛阿O.DMO'：'0.COKCQD.QQODDOzA.AndkEdLmaDIEL1□IXXJdllDa.ddoodd1.DDDoaaD.aaDDQQW陽口配創(chuàng)皿i-mEHETTEBK-JODOO.DKflOLi1.■j匸―匚?CIGEtlXha0□.KXI(]D[>a.PDoaoolo.ooixxiaD.4QDDDOJEEyLlndidC1‘mILEKFEintEiaa.jxxtaDDa.7i?aoo-X.耳TaETBIV西J.1?HGECHJDI厘VEIC-j□DWMODD-fl.EWMOO5.OOMMO-3D?oanoKi1書丄;気刃應(yīng)W1ECWTfctF：UIkL上1aLiXiaDDA.￡Dt>Xia皿丄皿ODOQC^-llTUaKTVP1IE1E；C4C-]DE9CTJIH>1；X0DWMODO-fl.TWMODD/iomoE￥TaKniEBalu■MBLECTJDI-l：VE1E-i9□□.DOddDDa.dDi?aa-PSMUEfg10OxLItuSkfVpI<IEE41G.M-30&&3.2Di[■:>30?D.aaDDKLIItuJJQh]i-rca□□IKMDDDa.DDOOD口o.DDDoaaD.aaEwe/I這個光源內(nèi)部由幾個object組成，包括:^=1JT5C3DJL^=1JT5C3DJL鼻jrtKFt1= 903s.I=-￡?6^7fT0E鶻1siSCShadedlodlel13回開1.LED片，即左圖中紅色局部 2?電極絲，即右圖中紅色局部可直接對這種光源模型做追跡，同時可將所產(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>RayDatabaseViewer)，可選定測試object，交把入射到該object上的所有光線作為一個新的sourceobject存起來。在需要時，可用source_fileobject來讀取該數(shù)據(jù)文件。RayDatabaseViewerFile: |lED_MODEL.ZRD 三|在對幾何構(gòu)造復(fù)雜的光源進(jìn)展模擬時，經(jīng)常會遇到這樣的問題：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)？支撐構(gòu)造的反射系數(shù)是多少？這些數(shù)據(jù)都不太容易確定。再有一個問題：我們建立起來的這樣一個光源模型，必須與制造商提供的測試數(shù)據(jù)相符。這就引出另外一