ZEMAX-照明設(shè)計(jì)中實(shí)用光學(xué)模擬方法

1、ZEMAX |照明設(shè)計(jì)中實(shí)用的光學(xué)模擬方法本課程介紹了照明設(shè)計(jì)中不同的光學(xué)模擬方法。您將學(xué)習(xí)如何按照光線(xiàn)追跡的方 式來(lái)設(shè)置系統(tǒng)，以獲得最正確的設(shè)計(jì)結(jié)果。本課程還提供了一些特定模擬方法的文 章鏈接。本課是照明學(xué)習(xí)路徑的重要內(nèi)容。理解照明系統(tǒng)中的光線(xiàn)追跡透鏡的形狀很少僅靠分析計(jì)算來(lái)確定。在實(shí)際應(yīng)用中，許多光學(xué)現(xiàn)象都會(huì)對(duì)光束 產(chǎn)生影響，如菲涅耳損耗（偏振）、色散、材料吸收、漫反射。我們?cè)谠O(shè)計(jì)和模 擬照明系統(tǒng)時(shí)，需要考慮到這些光學(xué)現(xiàn)象。對(duì)于照明系統(tǒng)的非序列光線(xiàn)追跡，很 少需要考慮衍射和干涉，但仍要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的評(píng)估。光線(xiàn)追跡理論：將光看作一束光線(xiàn)1、光線(xiàn)具有位置、方向、能量、波長(zhǎng)2、不考慮衍射

2、Ray追跡1、光線(xiàn)始于光源2、當(dāng)光線(xiàn)擊到外表上時(shí)，產(chǎn)生反射和折射改變了光線(xiàn)的屬性（方向、能量）當(dāng)光線(xiàn)沒(méi)有擊到外表上或者光線(xiàn)能量低于閾值時(shí)，光線(xiàn)追跡就會(huì)結(jié)束 原理圖如下:Reflective objectRefractive objectRefractive object(No object)表示光線(xiàn)未忽略前的流程圖如下列圖所示:Ray emits from light sourceRay tries to find closest objectIs there an object?NOYESCalculates ray power loss fromtransmission propertie

3、s of the materialand the distance traveledib iiie puwei below threshold?YESCalculates ray power and ray directionafter refraction/reflectionIs the powerbelow threshold?YES ”Finish raytrace在模擬中我們需要考慮的幾個(gè)分布參數(shù): 光源的角分布光源的空間分布光源的光譜分布漫反射外表的漫反射分布Buucuin 二 I 1U9J&XOUU1Buucuin 二 I 1U9J&XOUU1照明設(shè)計(jì)中常用非序列分析。一束光線(xiàn)中

4、有位置、方向、能量和波長(zhǎng)或顏色信息。 對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的模擬，我們使用多束光的統(tǒng)計(jì)分析表現(xiàn)來(lái)得到我們的結(jié)果。光線(xiàn) 的隨機(jī)性是通過(guò)每條光線(xiàn)的分布、設(shè)置的光線(xiàn)方向、能量和波長(zhǎng)決定的。這種模 擬光線(xiàn)的方法稱(chēng)為“蒙特卡羅（1/10田692|1。）”模擬，即光線(xiàn)是隨機(jī)分布的。一束光 線(xiàn)中只包含整個(gè)光源的一局部信息，如果我們沒(méi)有使用足夠的光線(xiàn)進(jìn)行分析就會(huì) 導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。為了提高信噪比，我們需要提高分析光線(xiàn)的數(shù)量。使用多核 CPU和GPU可以提高計(jì)算速度。探測(cè)器的最正確分辨率與光線(xiàn)數(shù)量的相關(guān)性見(jiàn)文章：用于照明設(shè)計(jì)中的探測(cè)器光 線(xiàn)數(shù)量少會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，而光線(xiàn)數(shù)量太多那么會(huì)浪費(fèi)計(jì)算資源和時(shí)間。照明設(shè)計(jì)中可能用到的模擬方法照明系統(tǒng)的模型越精確，模擬結(jié)果越精確：光源：角分布、空間分布、光譜分布、近場(chǎng)分布。系統(tǒng)中的三維物體：其形狀將決定光線(xiàn)的反射和折射。材料：折射率、透射率，以及較小的材料的漫反射參數(shù)。外表的光學(xué)屬性:光學(xué)外表的透射、反射和漫反射將決定光線(xiàn)與外表的相互作用。正如計(jì)算機(jī)代碼只做程序告訴它要做的事情一樣，光線(xiàn)追跡的結(jié)果只按照我們的 設(shè)置呈現(xiàn)。結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于我們建立的模型，以及我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中對(duì)系統(tǒng) 組件有多熟悉是非常重要的。另一方面，在建模中考慮太多的細(xì)節(jié)可能是浪費(fèi)時(shí) 間，設(shè)計(jì)者需要區(qū)