如何模擬照明均勻的復(fù)眼透鏡陣列
復(fù)眼透鏡陣列是照明系統(tǒng)中非常有用的光學(xué)元件,它可以用來生成均勻的輻照度分布。本文結(jié)合數(shù)字投影儀的設(shè)計案例,介紹了復(fù)眼空間光積分器 (Fly`s eye spatial light integrator) 的設(shè)計方法。
上圖所示是使用一個透鏡陣列1物體生成的7x5矩形透鏡陣列,每個單元是球面透鏡的一部分矩形區(qū)域。我們也可以使用其他物體類型進行建模,例如透鏡陣列2物體或六邊形透鏡陣列 (Hexagonal Lenslet Array) 物體。 在序列模式下可以使用用戶自定義表面功能對透鏡陣列進行建模。OpticStudio提供了球面陣列、圓錐非球面陣列、偶次非球面陣列以及柱形透鏡陣列的示例。 如何實現(xiàn)均勻照明 復(fù)眼透鏡陣列通常成對出現(xiàn),并與聚光鏡一起為照明平面提供均勻的輻照度分布。第一個復(fù)眼透鏡陣列通常稱為物鏡陣列,第二個沿光軸的復(fù)眼透鏡陣列稱為場鏡陣列。在本例中我們首先考慮物鏡陣列。物鏡陣列的功能與相機中的物鏡類似,它用來對物體進行成像,或?qū)⒈纠械墓庠闯上裨谖镧R陣列的后焦面上,如下圖所示。在下圖中我們默認光源發(fā)射平行光,經(jīng)過物鏡陣列會后匯聚在后焦面上。 如果使用平行光作為光源穿過物鏡陣列并在物鏡陣列的后焦面上放置聚光鏡,如上圖所示。我們將在照明平面處得到均勻的輻照度分布。但不幸的是,通常情況下我們很難得到平行光光源,即便是使用拋物線型反光杯的燈泡光源。由于燈泡發(fā)光的部分是一個體積而非一個點,因此燈泡及反光杯發(fā)出的光線存在一定的發(fā)散角。我們可以在物鏡陣列和聚光鏡前,分別設(shè)置輕微發(fā)散的(3.5°)光源以及向不同視場角發(fā)射光線的光源,來對比查看照明平面的輻照度分布變化。 對于發(fā)散的光源如上圖所示,平行入射的光線(藍色表示)經(jīng)過成像后在照明平面處重疊,并提供一個均勻的輻照度分布。發(fā)散光線(綠色表示)的成像位置與平行入射光的成像位置不同,因此發(fā)散光線照明的平面不與平行入射光的照明平面重疊。這種在不同的軸向位置的成像會導(dǎo)致照明平面上的不均勻性,其原因在于平行入射的光線都在照明平面處重疊,而發(fā)散光線照明的區(qū)域只有一部分與平行入射的光線重疊。 |
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jackiamine:看了一遍,樓主的思路還是很清楚的; 一直我覺得,做復(fù)眼透鏡,貌似lighttools的結(jié)果會更準(zhǔn)確(2020-06-28)
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李琦:對于這個文章我有幾個問題: 1 仿真的時候探測器的參數(shù)必須與實際探測器參數(shù)相同嗎?不同的話會不會與實際情況有誤差?相同的話很難用有限光線模擬出真實值 2 是否可以用smoothing,設(shè)置為多少不會與真實值有誤差 求告知指點一下,謝謝!(2019-06-08)
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