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infotek 2023-03-01 08:33

FRED应用:准直透镜模拟与优化

1. 摘要 8$Zwk7 w8A  
R9"}-A  
本文您将会学到如下内容: Q7d@+C  
 透镜基本参数输入; 3u+i  
 优化变量与评价函数设定; kd]CV7(7  
 优化; /EegP@[  
 照度分析; Of$R+n.  
R7!v=X]i  
2. 操作流程 nG{o$v_|  
Tow!5VAM  
1) 创建之前,我们需要设置其喜好,点击菜单Tools>Preference , 注意其红色线框,勾选之后,其参数输入会变为曲率,所以平时设置时我们勾选此项。 YTTi j|(  
9Nx%Sdu  
pjoyMHWK  
)^"V}z t  
2) 创建透镜 C+%eT&OO  
f4F%\ "  
在树形文件夹中选择Geometry>Create a New Lens `R7dn/  
)54a' Hp  
)`ixT)   
> LN*3&W  
3) 输入透镜参数 0w< ilJ  
=VT\$ 5A  
两个面的半径分别为 0 和 -20;半孔径为10*10,材料选择Schott库N-BK7。创建完成后,选择第二面输入圆锥系数-1; >Bdh`Ot-!  
>ke.ZZV?  
]s E)-8  
ct OCj$$u  
| WTWj  
将第二面的圆锥系数改为-1 P>_9>k@;Q  
[F;\NJp6?^  
4) 创建LED光源 Oo FMOlb.Z  
\7#w@3*  
GRVF/hPn  
光源类型为Random plane ; Ht/#d6cQ  
光线数为10000; ~{-Ka>A  
LED 芯片尺寸 2mm*2mm ; :PY6J}:&#  
形状选为椭圆; ?,+&NX3m  
fR+{gazk n  
在光线方向上选择Random Direction into an angular range. G -K{  
半径选择60度 xO<%lq`  
类型选择 Lambertian Dv` "3  
形状选择 Elliptical qN9 ?$\  
6K<o0=,jm2  
波长选择默认默认波长 R$A%Zh6  
Power默认为1 watts ;T8(byH ?  
位置选项为偏离坐标原点Z轴负方向-10mm R#8cOmZ  
) j&khHD  
~x+'-2A46  
LED光源设定办法 #h U4gX,  
E?bv<L,"  
C&%NO;Ole  
LED光源的发光强度(极化角和方位角) ja/wI'J<  
1^V.L+0s]  
>&R@L KP  
波长设定,颜色选为绿色 2Ub-ufkU  
5} ur,0{  
XP:fL NpQ  
功率设定(在Power units选择Watts) v&7<f$5  
` "-P g5  
5) 创建探测面,在菜单栏Create>Element Primitive>Plane WPlf8* -fQ  
f&$;iE  
OI78wG  
创建平面探测器(plane) < 3*q) VT  
Qp)?wny4  
0R `>F">  
^,vFxN--q  
6) 创建分析面 MU2kA&LH  
m .(\u?J  
f7!48,(fB  
Z(t O]tQE  
光线滤光器设置 X&5N 89  
9(}d7y  
7) 执行光线追迹 8g-Z~~0W1  
,`!lZ| U  
< 1m `  
{D(l#;,iX2  
F$|:'#KN  
hNkv lk'Ui  
可以看到LED出射光线经过透镜后比较发散,那我们就要对其进行准直优化,其LED边缘光线没有进入到透镜内。 9^N(s7s  
\Ucv<S  
V>E7!LIn.  
8) 优化设定 \w1',"l`  
l,(:~KH|  
打开Optimize选择Define/Edit进行准直优化 #.fJ M:"tG  
ydY 7 :D  
t0v >J9  
[q_62[-X  
qdKqc,R1{  
定义变量
r|\{!;7  
ahCwA}  
].aFdy  
定义评价函数 (RMS Direction Spread) :sLg$OF  
m-;8O /  
P O0Od z  
优化方法设定(选择Simplex,并设定优化终止标准) nR@mm j  
Q*1'k%7  
9) 优化 M.Tp)ig\#  
注意:在优化之前,建议先保存原始文件 0+SZ-]  
uysTyzx  
Lp@Al#X55  
5M #',(X  
:"Tkl$@,  
优化结束后会弹出如下报告 S Te8*=w  
-b8SaLak  
}U5$~, *p  
在输出结果可以看到当前评价函数数值 qTwl\dcncC  
@(E6P;+{  
10) 光线追迹与结果分析 qvGm JN0  
3$:F/H  
11) 增加光线追迹数量200M,查看照度分布
y!R9)=/M  
DKem;_6OQ  
][V`ym-e  
DrAIQ7Jd  
优化后透镜的面型如下: cq gCcO ,  
透镜渲染效果
0raFb,6l  
9kqR-T|Q  
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