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  • 如何模拟照明均匀的复眼透镜阵列

    作者:Zemax China 来源:投稿 时间:2019-06-06 18:28 阅读:6426 [投稿]
    复眼透镜阵列是照明系统中非常有用的光学元件,它可以用来生成均匀的辐照度分布。本文结合数字投影仪的设计案例,介绍了复眼空间光积分器 (Fly`s eye spatial light integrator) 的设计方法。

    上图所示是使用一个透镜阵列1物体生成的7x5矩形透镜阵列,每个单元是球面透镜的一部分矩形区域。我们也可以使用其他物体类型进行建模,例如透镜阵列2物体或六边形透镜阵列 (Hexagonal Lenslet Array) 物体。

    在序列模式下可以使用用户自定义表面功能对透镜阵列进行建模。OpticStudio提供了球面阵列、圆锥非球面阵列、偶次非球面阵列以及柱形透镜阵列的示例。

    如何实现均匀照明

    复眼透镜阵列通常成对出现,并与聚光镜一起为照明平面提供均匀的辐照度分布。第一个复眼透镜阵列通常称为物镜阵列,第二个沿光轴的复眼透镜阵列称为场镜阵列。在本例中我们首先考虑物镜阵列。物镜阵列的功能与相机中的物镜类似,它用来对物体进行成像,或将本例中的光源成像在物镜阵列的后焦面上,如下图所示。在下图中我们默认光源发射平行光,经过物镜阵列会后汇聚在后焦面上。


    如果使用平行光作为光源穿过物镜阵列并在物镜阵列的后焦面上放置聚光镜,如上图所示。我们将在照明平面处得到均匀的辐照度分布。但不幸的是,通常情况下我们很难得到平行光光源,即便是使用抛物线型反光杯的灯泡光源。由于灯泡发光的部分是一个体积而非一个点,因此灯泡及反光杯发出的光线存在一定的发散角。我们可以在物镜阵列和聚光镜前,分别设置轻微发散的(3.5°)光源以及向不同视场角发射光线的光源,来对比查看照明平面的辐照度分布变化。


    对于发散的光源如上图所示,平行入射的光线(蓝色表示)经过成像后在照明平面处重叠,并提供一个均匀的辐照度分布。发散光线(绿色表示)的成像位置与平行入射光的成像位置不同,因此发散光线照明的平面不与平行入射光的照明平面重叠。这种在不同的轴向位置的成像会导致照明平面上的不均匀性,其原因在于平行入射的光线都在照明平面处重叠,而发散光线照明的区域只有一部分与平行入射的光线重叠。


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    文章点评

    李琦:对于这个文章我有几个问题: 1 仿真的时候探测器的参数必须与实际探测器参数相同吗?不同的话会不会与实际情况有误差?相同的话很难用有限光线模拟出真实值 2 是否可以用smoothing,设置为多少不会与真实值有误差 求告知指点一下,谢谢!(06-08)