ZEMAX-照明设计中实用光学模拟方法

1、ZEMAX |照明设计中实用的光学模拟方法本课程介绍了照明设计中不同的光学模拟方法。您将学习如何按照光线追迹的方 式来设置系统，以获得最正确的设计结果。本课程还提供了一些特定模拟方法的文 章链接。本课是照明学习路径的重要内容。理解照明系统中的光线追迹透镜的形状很少仅靠分析计算来确定。在实际应用中，许多光学现象都会对光束 产生影响，如菲涅耳损耗（偏振）、色散、材料吸收、漫反射。我们在设计和模 拟照明系统时，需要考虑到这些光学现象。对于照明系统的非序列光线追迹，很 少需要考虑衍射和干涉，但仍要对光学系统进行仔细的评估。光线追迹理论：将光看作一束光线1、光线具有位置、方向、能量、波长2、不考虑衍射

2、Ray追迹1、光线始于光源2、当光线击到外表上时，产生反射和折射改变了光线的属性（方向、能量）当光线没有击到外表上或者光线能量低于阈值时，光线追迹就会结束 原理图如下:Reflective objectRefractive objectRefractive object(No object)表示光线未忽略前的流程图如下列图所示: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在模拟中我们需要考虑的几个分布参数: 光源的角分布光源的空间分布光源的光谱分布漫反射外表的漫反射分布Buucuin 二 I 1U9J&XOUU1Buucuin 二 I 1U9J&XOUU1照明设计中常用非序列分析。一束光线中

4、有位置、方向、能量和波长或颜色信息。 对于光学系统的模拟，我们使用多束光的统计分析表现来得到我们的结果。光线 的随机性是通过每条光线的分布、设置的光线方向、能量和波长决定的。这种模 拟光线的方法称为“蒙特卡罗（1/10田692|1。）”模拟，即光线是随机分布的。一束光 线中只包含整个光源的一局部信息，如果我们没有使用足够的光线进行分析就会 导致结果不准确。为了提高信噪比，我们需要提高分析光线的数量。使用多核 CPU和GPU可以提高计算速度。探测器的最正确分辨率与光线数量的相关性见文章：用于照明设计中的探测器光 线数量少会产生大量噪声，而光线数量太多那么会浪费计算资源和时间。照明设计中可能用到的模拟方法照明系统的模型越精确，模拟结果越精确：光源：角分布、空间分布、光谱分布、近场分布。系统中的三维物体：其形状将决定光线的反射和折射。材料：折射率、透射率，以及较小的材料的漫反射参数。外表的光学属性:光学外表的透射、反射和漫反射将决定光线与外表的相互作用。正如计算机代码只做程序告诉它要做的事情一样，光线追迹的结果只按照我们的 设置呈现。结果的准确性取决于我们建立的模型，以及我们在现实生活中对系统 组件有多熟悉是非常重要的。另一方面，在建模中考虑太多的细节可能是浪费时 间，设计者需要区