ZEMAX设计简易LED准直镜

  

一、初始解的构建  

1.为了简单采用此透镜由三部分构成:  

A.全反射部分，B.折射部分，C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑，可以在设计完成后再加入)  

图中光束分两个部分，一部分为折射部分，另一部分为全反射部分，可以看出，折射部分光束为三段，全反射部分光束分为四段，由于是平行光出射，所以在优化时只要考虑第三段就可以了。  

初始数据：  

1)几何体部分  

TIR部分是一个非球面透镜，中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体；  

注意中间的透镜部分的材料为空气，因为它相当于也是被切除掉的。  

2)光源部分  

我们用SOURCERAY作为光源，这样可以NSRA来进行优化；光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成：  

steps=90  

incr=90/steps#maxangleis90degree  

pi=4*ATAN(1)  

dr=pi/180  

startobj=4  

Fori,0,steps,1  

angle=i*incr  

oo=i+startobj  

InsertObject1,oo  

SetNSCProperty1,oo,0,0,"NSC_SRAY"#surface,object,code,face,value  

SetNSCProperty1,oo,3,0,2#sourceinsideofobject2  

SetNSCPosition1,oo,4,angle  

SetNSCParameter1,oo,1,1#layoutrays  

SetNSCParameter1,oo,2,1#analysisrays  

tar=0  

opr=i+1  

InsertMFOopr  

setoperandopr,11,"NSRA"  

setoperandopr,3,oo#src#  

setoperandopr,6,3#seg#  

setoperandopr,9,1#weight  

setoperandopr,7,5#ycoordinate  

setoperandopr,8,tar#tar  

Next  

update  

我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下，从图中可以看出，光线都不是平行的。这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向汇聚。  

二、优化  

经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了,当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束,这里不就详细说明了。  

初步优化的结果如下：  

可以再调整一下透镜的口径,再优化一次。可以看出,透镜的口径是在增加的,并且其底部是一直往左移的。最终会达到一个比较平衡的状态；到这里优化工作就已经完成了。我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜！  

三、最终模型的建立和模拟  

1)布尔操作后的结果  

2)模拟  

将所有的SOURCERAY都删除,我们用SOURCERECTANGLE来代替LED,大小取1*1,COSINEEXPONENT取1.0来做为朗伯发光体,把DECTOR设置到1010MM处,模拟1M处的光斑,DETECTOR的大小设为500*500  

3)模拟结果：  

A.光斑  

B.发散角  

以上是一个简单的准直镜的构建。采用ZEAMX的优化算法结合建模完成该设计,当然还可能存在诸多不足之处，但此思路可供参考，也可以设计相似的透镜或面型。

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