用ZEMAX设计简易LED准直镜 d]N_<@tx9
一. 初始解的构建 +[4y)y`
1. 为了简单采用此透镜由三部分构成: xC}' "``s
A. 全反射部分, B. 折射部分,C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入) U} w@,6
wc&D[M]-/
图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了. {SD%{
初始数据: ,LDL%<7t
1) 几何体部分 r|i)
TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体; ^66 OzT8A
注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的. *kcc]*6@s
N>1 d]DrQR
pgZQ>%
2) 光源部分 L!,@_
我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成: b~@+6 ?
steps=90 OXn-!J90P
incr=90/steps #max angle is 90 degree hTmJ
~m'J
pi = 4*ATAN(1) yB 'C9wEH
dr = pi/180 ;'
H\s
startobj=4 u7j,Vc' ~
For i,0,steps,1 F/3L^k]
angle = i*incr }Z< Sca7
oo=i+startobj }w-M .
InsertObject 1,oo G5 RdytK
SetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value 0j 8`M"6
SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 Q{an[9To~P
SetNSCPosition 1,oo,4,angle GSd:Plc%
SetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout rays W1Ye+vg/s
SetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis rays B]E c
tar = 0 C [d1n#@r
opr = i+1 N">#fYix
InsertMFO opr 8si{|*;hL
setoperand opr, 11, "NSRA" #M5d,%?+#[
setoperand opr, 3, oo # src# z4$9,p
`
setoperand opr, 6, 3 # seg# :R>RCR2 g)
setoperand opr, 9, 1 # weight TQ0ZBhd
setoperand opr, 7, 5 # y coordinate 4^ U%` 1
setoperand opr, 8, tar # tar PN:` SWP
Next b#R$P]dr=
update {TdxsE >
我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!! Ajo IL
1& <o3)L:
.yFO]
r1aL
二. 优化 \fuz`fK:
经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了, 当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束, 这里不就详细说明了. b?qV~Dg k`
初步优化的结果如下: [-\U)>MY(p
,np|KoG|M
可以再调整一下透镜的口径, 再优化一次. 可以看出, 透镜的口径是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最终会达到一个比较平衡的状态;到这里优化工作就已经完成了. 我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜! :8==Bu
)jg*u}u
0
三. 最终模型的建立和模拟 NL;sn "
1) 布尔操作后的结果 P# `M8k
OE Xa}K#
A1`6+8}o;b
2) 模拟, <5P*u Z
将所有的SOURCE RAY都删除, 我们用SOURCE RECTANGLE来代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0来做为朗伯发光体, 把DECTOR 设置到1010MM处, 模拟1M处的光斑, DETECTOR的大小设为500*500 +
#E?)
3) 模拟结果: K<`W>2"
A. 光斑 c 2fSpvz
K2e *AE*
B. 发散角 7YK6e
kM&- t&7
以上是一个简单的准直镜的构建. 采用ZEAMX的优化算法结果特定的建模完成该设计, 当然还可能存在诸多不足之处,但此思路可供参考. 也可以设计相似的透镜或变型. 9yWf *s<
