用ZEMAX实现对光源的仿真.docx
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用ZEMAX实现对光源的仿真
用ZEMAX实现对光源的仿真
要精确地模拟一个照明系统，实现对光源的精确模拟是关键。
这里讨论三个问题：
一、如果只知道有关的光源的简单数据，如何模拟？
二、如果已知关于光源的详细数据，又如何模拟？
三、如何模拟一个几何形状复杂的光源？
下面从第一个问题开始讨论：
若仅知道光源的简单数据，如何对光源进行仿真？
打开ZEMAX，将其切换到非序列模式：
接下来，完成单位的设置，执行system>general>units
有关光能及其计算的问题，要特别注意物理单位。
本例中光照度单位采用勒克司。
将缺省的非序列物的类型设为source_radial。
在ZEMAX中，source_radial代表一个矩形或椭圆形平面光源，它能向半球面空间内发射光线。
在半球面内，光线关于本地Z轴呈对称分布，并且光线的强度随角度的分布属立方样条拟合。
将nullobject定义为source_radial是将光源数据输入到ZEMAX的最简单直接的方式。
右键单击nullobject：
如下图所示，是美国Lumileds（流明）公司的LED产品LXML-PWW1说明书中提供的发光强度分布曲线。
它呈明显的余弦分布。
根据上述曲线，我们可以构造这样出表2：
表2LXML-PWW1的空间强度分布
度
相对强度（任意单位）
0
100
5
99
10
98
15
96
20
94
25
90
30
86
35
82
40
74
45
68
50
63
55
53
60
45
65
38
70
28
75
23
80
16
85
10
90
5
说明书上还注明，LXML-PWW1的直径是6mm，典型输出功率是120lumens。
设layoutrays数量为30，analysisrays数量为10000000。
将上述参数输入到ZEMAX中：
我们得到光源的外形图和灰度度：
显然，发光强度的计算结果与说明书中给出的曲线相符得比较好。
第二个问题，如果已知光源的详细数据，如何对光源进行仿真。
有些LED制造商免费提供ZEMAXSourceFile格式、有关LED产品的详细光学性能数据。
目前已知的这方面的造商有Osram（欧司朗）和Lumileds公司。
这是Lumileds公司的页面，从中可很方便地下载到ZEMAX格式的光线文件。
下载后，一定要将它以扩展名.dat存到{zemaxroot}/objects文件夹内。
例如，下载到LXML-PWW1_5M_Z.dat这个文件后（它对应的就是Lumileds公司的LED产品LXML-PWW1），将它存到{zemaxroot}/objects文件夹内，然后运行ZEMAX，建立一个非序列文件，将objecttype设为sourcefile:
ZEMAX中的sourcefile光源，其光线坐标、余弦和强度都是在由用户提供的文件中定义的，这一特征可以保证在ZEMAX中创建由用户定义的任意光源。
在commentcolumn，必须填入包含光线数量的文件名。
各参数的含义：
Randomize?
：
如果设为0，将按文件中列出的顺序对光线做常态追迹；如果设为非零值，则每对文件读一次，或NSC编辑器中sourceobject的相关参数每变化一次，光线的顺序就会被重新随机化一次。
但如果要对光线做随机化处理，必须是在文件中的光线数量等于或少于1,000,000这个前提下。
如果光线数量超过这个数，计算机的内存就处理不了了。
Total（units）：
该值只用作参考，是用文件中定义的光源单位给出的总功率。
该是由ZEMAX自动给出的，用户不要去设定或改变它。
每条光线的实际功率是由Power（units）项和所追迹的光线数量决定的。
然后给光源加一个DetectorRect探测器。
对光源进行追迹，得到的光源的空间和角度特性如下：
由上述结果可见，由制造商提供的rayFile所包含的信息要比单纯的datesheet丰富，从中可以看出一些精确辅助结构。
第三，如何创建几何形状复杂的光源。
如上图所示，是光源的"mini"模型，由10个部件组成。
这个光源文件见{zemaxroot}/samples/non-sequential/sources/led_model.zmx。
其编辑器如下图：
这个光源内部由几个object组成，包括：
1.LED片，即左图中红色部分 2.电极丝，即右图中红色部分
可直接对这种光源模型做追迹，同时可将所产生的光线存到光线数据库中。
在光线数据库viewer中（Analysis>Database>RayDatabaseViewer），可选定测试object，交把入射到该object上的所有光线作为一个新的sourceobject存起来。
在需要时，可用source_fileobject来读取该数据文件。
在对几何结构复杂的光源进行模拟时，经常会遇到这样的问题：
怎样选择具体数值？
例如，在电极丝上应采用怎样的散射函数？
支撑结构的反射系数是多少？
这些数据都不太容易确定。
再有一个问题：
我们建立起来的这样一个光源模型，必须与制造商提供的测试数据相符。
这就引出另外一个问题，为什么最先采用的不是测试数据呢？
一般来讲，测试数据要更精确，也更容易应用。
但在某些系统中，特别是在需要将由光源发出的光重新成像到光源中时，要求一个更加精确的光源，此时就需要我们自己给模型输入参数了。
当然我们也可以把两者结合起来：
我们自己创建光源模型，但光源发出的光线采用制造商提供的测试数据。
关于复杂光源的模拟构造可以这样来总结：
1．如果没有测试数据，那么最简单，也是最佳的模拟方法，是采用source_radial或其他的ZEMAX自带的光源；
2．制造商提供的测试数据的优点是：
精度高，易于使用；
3．如果需要对光线做反向追迹，最好采用复杂光源模型。
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