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2023-09-14 15:12 |
Ansys Zemax | 用于照明設(shè)計(jì)中的光源
本課程提供照明系統(tǒng)中光源的介紹，作為照明系統(tǒng)光源的信息中心。本課是照明學(xué)習(xí)路徑的第二課。在這一課中，將描述照明系統(tǒng)中的各種光源類型以及如何這些使用光源。光源是照明系統(tǒng)的起點(diǎn)和支點(diǎn)，可以說是照明設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分。 1PTu3o &3
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簡(jiǎn)介：照明系統(tǒng)中光源的剖析 vyx\N{
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光源有許多不同的形狀、大小和形式，但用于照明設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)是：來(lái)自光源光線的位置x、 y、 z，光線的方向角l、 m、 n，光線的能量、波長(zhǎng)或顏色。 eN?P) ,
在最簡(jiǎn)單的情況下，當(dāng)光學(xué)元件遠(yuǎn)離光源時(shí)，它可以近似為一個(gè)點(diǎn)光源。方向分布的簡(jiǎn)化情況可以近似為各向同性分布或朗伯分布。[attachment=120154] .]ZuG
由于缺乏一個(gè)綜合的光源模型，有時(shí)照明系統(tǒng)的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不匹配。對(duì)于離光學(xué)元件較近的光源，將存在具有表面分布可能性的光收集立體角較大的情況。在這種情況下，一個(gè)包含物理尺度上反射和折射的完整光源模型可能更適合于得到與現(xiàn)實(shí)生活相符合的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。只能說，當(dāng)點(diǎn)光源或平行光束等光源足以代表照明系統(tǒng)時(shí)，這類簡(jiǎn)化模型對(duì)照明系統(tǒng)來(lái)說并不是一個(gè)錯(cuò)誤的選擇。如果與近似光源相比，更復(fù)雜的光源不會(huì)改變結(jié)果，那么更直接的光源能夠更有效地模擬系統(tǒng)。 F?,&y) ri
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不同的光源 ]pP 2c[;
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雖然光源的數(shù)目很多 ，下面我們將介紹我們?cè)谡彰髟O(shè)計(jì)中使用的幾個(gè)有代表性的光源。 *I1W+W`G
LEDs (發(fā)光二極管)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)和磷模型 pA,EUh| H
LDs (激光二極管) [.Wt,zrE
白熾光源，如燈泡和太陽(yáng) * =0r>]
熒光光源，如熒光燈 .s*EV!SE
金屬蒸汽光源，如 金屬鹵化物燈 [Q qNsco)
高壓氣體放電光源 7 KdM>1!
這些光源的建模將包括光譜、輻射、亮度分布信息。 q {+poV X
有四種方法可以創(chuàng)建復(fù)雜的光源模型。 |tJ%:`DGw
幾何模型：光源的物理模型。二極管、環(huán)形反射鏡、焊線、模具和外部包裝均為幾何建模結(jié)果。一方面，這種方法給出了一個(gè)許多假設(shè)符合光源幾何形狀的復(fù)雜光源。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需復(fù)雜的光學(xué)測(cè)量，且物理形狀允許公差分析。另一方面，發(fā)射特性是假定的，材料的反射和折射特性是近似的，組件的建�？赡鼙溶浖行枰紤]的更復(fù)雜。
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輻射模型：測(cè)量具有代表性示例的光源輸出。測(cè)量是在測(cè)角儀上的探測(cè)器上進(jìn)行的，測(cè)量光源的方位角和極角 。之后可將該模型導(dǎo)入并用于照明仿真中。一方面，測(cè)量是準(zhǔn)確的，與它們?cè)谙到y(tǒng)中應(yīng)有的情況相符。另一方面，這些模型不考慮再次入射的光，它們的數(shù)據(jù)受限于收集的測(cè)量范圍，并不是所有的光源都能被測(cè)量且可供訪問，這可能導(dǎo)致只能一次性測(cè)量并且成本很高。
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系統(tǒng)模型：這是幾何模型和輻射模型的結(jié)合，利用了兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，消除了每個(gè)模型的缺點(diǎn)。該模型的缺點(diǎn)是，這兩個(gè)系統(tǒng)的集成并不簡(jiǎn)單。 F#bo4'&>@
物理輻射：光致發(fā)光是某些具有旋光性的分子吸收、向下轉(zhuǎn)換和重新發(fā)射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的趨勢(shì)。在OpticStudio中，可以通過吸收、發(fā)射和量子光譜數(shù)據(jù)來(lái)模擬這種現(xiàn)象，這些數(shù)據(jù)以文本文件的形式提供。該光致發(fā)光模型可以選擇性地與Mie體散射模型配對(duì)，以便對(duì)嵌入在散射主體中的光致發(fā)光材料進(jìn)行建模。另外，有關(guān)磷光粉和熒光的討論可以在設(shè)置選項(xiàng)卡(The Setup Tab)->編輯器組(Editors Group)(設(shè)置選項(xiàng)卡Setup Tab)->非序列組件編輯器(Non-sequential Component Editor)->體散射(Volume Physics)->磷光和熒光(Phosphors & Fluorescence)的幫助文件或PDF幫助文檔：OpticStudio_UserManual_en.pdf中查看。 @SG="L
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點(diǎn)光源 XM@i|AK
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有些光源與光學(xué)系統(tǒng)相比很小，可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)光源進(jìn)行更直接的計(jì)算，甚至可以在序列模式中進(jìn)行模擬。 j}.J$RtW1f
例如一些小的LED、大多數(shù)單模激光二極管(LDs)和一些多模激光二極管均擁有很小的表面積，這些光源可以被看作一個(gè)點(diǎn)。 <W%Z_ d&Xv
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如果光源可以減少到一個(gè)點(diǎn)，那么許多計(jì)算就會(huì)更直接，并且在優(yōu)化和光線追跡模擬方面涉及的計(jì)算機(jī)能力需求也會(huì)更少。這是在幾個(gè)或一些迭代設(shè)計(jì)之后，檢查系統(tǒng)光源的實(shí)際大小的一個(gè)很好的做法。只有當(dāng)鏡頭的優(yōu)化進(jìn)展足夠大時(shí)，光源的大小才有更顯著的影響。當(dāng)設(shè)計(jì)點(diǎn)光源時(shí)，我們不考慮光源的大小，所以我們?cè)谶x擇照明方案的近似值時(shí)必須謹(jǐn)慎。 Tl 7:}X<?
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已建模的光源：OpticStudio中默認(rèn)的光源 U9[A(
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OpticStudio中非序列光源的完整列表中包括點(diǎn)、橢圓、矩形、體、數(shù)據(jù)文件和用戶自定義類型的光源。OpticStudio中的默認(rèn)光源非常方便，而且大多數(shù)光源都可以建模。 3a)Q:#okD
衍射光源(Source Diffractive)：具有所定義UDA的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖樣的光源。 c%Cae3;
二極管光源(Source Diode)：具有獨(dú)立的X/Y分布的二極管陣列。 Y6%OV?}v!
DLL光源(Source DLL)：由用戶提供的外部程序定義的光源。 A-Pwi.$
橢圓光源(Source Ellipse)：可以從虛擬光源點(diǎn)發(fā)射光線的橢圓形表面。該光源可用于模擬在快、慢軸上具有不同光束發(fā)散的激光二極管。 OmjT`, /
EULUMDAT文件光源(Source EULUMDAT File)：在EULUMDAT格式文件中的燈光數(shù)據(jù)定義的光源。用法示例請(qǐng)參見文章 “如何使用極探測(cè)器和IESNA/EULUMDAT光源數(shù)據(jù)”。 vMdhNOU
燈絲光源(Source Filament)：螺旋燈絲形狀的光源。 &
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