如何模拟照明均匀的复眼透镜阵列

概述

复眼透镜阵列是照明系统中非常有用的光学元件，它可以用来生成均匀的辐照度分布。本文结合数字投影仪的设计案例，介绍了复眼空间光积分器 (Fly`s eye spatial light integrator) 的设计方法。

介绍

在数字投影仪的设计过程中，如果我们想要显示一张静止或动态的图片，我们需要图片可以被均匀的照明并呈现在屏幕上。为了实现均匀照明画面，我们需要将空间光调制器，例如液晶显示器被均匀的照明。通常情况下，光源的辐照度分布通常为高斯分布，因此无法直接均匀的照明空间光调制器。我们必须对辐照度分布进行“去高斯化”，将非均匀的分布变为均匀分布。其中一个方法是使用一组复眼透镜阵列空间光积分器。在这篇文章中，我们将具体展示如何使用它实现这一目标。

复眼透镜阵列

复眼透镜阵列是由多个独立的光学元件组成的二维阵列，其中也可以将多个光学元件制成一个整体。它可以将照明平面上非均匀的辐照度分布转换为均匀分布。在数字投影系统中，复眼透镜经常用于连接从灯泡及其抛物线型反光杯发出的半准直入射光。在目前的应用中，他们主要用于数字液晶投影仪的照明引擎中，为空间光调制器提供均匀辐照度分布的照明平面。

如上图所示为复眼透镜阵列，该图片由In Vision公司提供。阵列中每个独立的光学元件的轮廓可以是方形或矩形的，并且每个光学元件的外形可以为球面或非球面（例如X和Y方向光焦度不同的情况）。通常情况下，阵列中的光学元件只在一个表面上有光焦度，另一个表面通常为平面。

如果想要在OpticStudio中模拟该元件，最简单的方式是使用透镜阵列1 (Lenslet Array 1) 物体（也可以使用透镜阵列2 (Lenslet Array 2) 物体）。透镜阵列1物体由矩形体阵列组成，每个单元的前表面为平面，后表面可由用户自定义为曲面表面。阵列的表面可以为平面、球面、圆锥面或多项式表示的非球面，也可以为球面、圆锥面或多项式非球面系数表示的柱面。该物体类型的定义方式非常灵活，并且我们可以对阵列中每个元件的实际形状进行优化。