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  • 如何模擬照明均勻的復(fù)眼透鏡陣列

    作者:Zemax China 來源:投稿 時間:2019-06-06 18:28 閱讀:20772 [投稿]
    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。

    對于具有一定視場角的光源如上圖所示,兩個視場角最終在聚光鏡上的成像高度不同,因此聚光鏡在照明平面上的成像高度也不同。如果各視場方向上的光線在照明平面上不重疊,則我們將得到一個非均勻的輻照度分布。

    在上述兩種情況中,我們可以通過添加第二塊復(fù)眼透鏡陣列(場鏡陣列)來提高照明平面的均勻性。該場鏡陣列位于物鏡陣列的像面位置。場鏡陣列的功能是將光源發(fā)出的不同視場角的光線在照明平面上重疊到一起。因此我們需要使發(fā)散光線和平行入射光線在照明平面上的輻照度分布的寬度一致。我們可以從下圖中看到,在上述兩種情況中引入場鏡陣列后,照明平面上的輻照度分布的均勻性得到了優(yōu)化。發(fā)散的光線經(jīng)過場鏡陣列和聚光鏡后在照明平面上重疊在一起。



    制約參數(shù)

    其中一項制約參數(shù)是我們需要確定在陣列的水平和豎直方向上需要分別設(shè)置多少個元件。設(shè)置的元件數(shù)量越多,照明平面的輻照度分布均勻性越好。然而兩個元件之間邊緣不會無限銳利,因此造成光線在邊緣處發(fā)生散射效應(yīng)。所以元件數(shù)量越多,邊緣處的散射效應(yīng)越強。

    選擇偶數(shù)或奇數(shù)個元件也是其中一項制約參數(shù)。使用奇數(shù)個元件意味著中心元件總是位于中心處,并且其他元件的位置都是沿中心對稱的。這也是得到空間均一性的原因。偶數(shù)個元件將導(dǎo)致中心處的強度分布下降。

    綜上所述,在數(shù)字投影儀的照明平面上,如果想得到均勻的輻照度分布大約需要7個元件(最多為11個)。由于這只是一般的估計,您需要對光源到照明平面進行精確的建模,根據(jù)您具體的系統(tǒng)來決定實際需要的元件數(shù)量。

    透鏡陣列的焦距決定了兩組陣列之間的間距。物鏡陣列中每個元件的孔徑和焦距決定了可以透過場鏡陣列的光線的視場角。元件的孔徑和焦距以及兩個透鏡陣列之間的間距決定了照明平面在水平以及豎直方向上的尺寸。其中一種理解場鏡陣列作用的方式是,場鏡陣列中每個元件將物鏡陣列以特定的放大率成像在照明平面上。

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    文章點評

    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)

    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)