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2023-04-19 12:12 |
Ansys Zemax | 如何模拟 LED 及其它复杂光源
概述 rg.if"o V;(LeuDH| 在使用非序列时,对照明系统进行精确模拟的第一步总是要正确建立光源模型。OpticStudio 提供了多种精确模拟光源的方法。这篇文章介绍了如何在非序列模式下使用径向光源 (Source Radial), 光源文件 (Source File) 以及通过建立其他复杂几何体,来对led及其它复杂光源进行建模。 O ?Tg`] EX XvY-C 介绍 q#Vf2U55m O1,[7F.4g Ansys Zemax 感谢 Radiant Imaging ,Opsira 和 Lumileds 公司为本文提供的实验数据。 W9"I++~f v(~m!8!TI 准确的光源模型是精确模拟照明系统的关键。对于光线追迹的过程,OpticStudio 支持光线的分裂、散射、衍射、折射和反射等,但这篇文章将讨论如何从一开始发射一束光线,以正确表示光源的空间分布和角分布。 TVA1FD UtN>6$u
我们将讨论如何模拟多种不同的 Lumileds 公司生产的 LED,但是其他复杂的光源例如:汞灯、白炽灯的建模也都可以参考本例的设计过程。 = ;d<Ikj RUKSGj_NJ [attachment=117372] Xg,BK0O OFv} jT 对 LED 建模 `m^OnH K-3 _4As OpticStudio 包含多种光源物体类型来近似模拟初始光源的属性。例如可使用灯丝光源 (Source Filament), 圆柱体光源 (Source Volume Cylinder) 来有效模拟荧光管。本文的设计过程则侧重于使模型更贴近实验及测量的空间分布(近场)和角分布(远场)数据。 K2 2Xo<3 oDa{HP\O]W 由于所要模拟的LED是以光度学单位来测量的,因此在建模中我们需要先设置所使用的光度学单位。在系统选项 (System Explorer) -> 单位 (Unit) 中选择光源单位为流明 (Lumens): +&@0;zSga 5>Q)8`@E [attachment=117373] |{T2|iJI 1S.~-K*X 可以看到,照明将以 Lux 为单位(流明每平米),流明强度的单位为 Candela(流明每立体角)。光亮度的单位为 Candela 每平方米。 $'q(Z@ ZI7<E 使用径向光源 \ 714 Pyy R8l9i2 使用径向光源是最简单的输入制造商数据的方法之一。下面这个案例为 Luxeon 的红色 LED(LXHL-BD01)的流明分布,其分布数据如右表所示。我们可以从下图中清晰的看到“蝙蝠翅膀”形状的角分布特性: "RLb wm~ 7}k8-:a% [attachment=117374] intf%T5# ^dqEOW 在附件文件中的 radial_source.zmx 文件中包含两个物体:一个径向光源和一个探测器。径向光源是平面物体,其形状为矩形或椭圆形,并且根据供应商提供的角分布数据发射光线。 oWmla*nCKL Sls>
OIc [attachment=117375] @V)WJ{ ?}[keSEh> 需要注意的是,径向光源允许将角分布数据设为变量,因此我们可以根据特定的应用环境,对光源的角分布进行优化。在这篇文章中我们需要光源模型尽可能贴近实验数据,因此不会应用到这一功能。然而在设计的初期,我们往往需要确定光源角分布的大致情况,此时通过优化来预估角分布是非常有效的。 bd4q/w4q 0N.*c 从供应商数据中,我们已知光源的直径为6mm,标称输出为27流明。将这些数据添加到径向光源物体中,并设置陈列光线数量为30根。从下图中我们可以在布局图中看到光源的空间分布和角分布: KXJHb{? N"TD$NrK\ [attachment=117376] AM>:AtY a0R]hENC 我们可以设置更多的分析光线以在探测器中得到更符合实际的结果。将分析光线设置为一百万根,此时我们可以更清晰的看到光源模型的空间分布和角分布数据: 3>+;G4 |Bp?"8%*l [attachment=117377] I1gu<a 7nmo p7 [attachment=117378] :&m(W Z\ |{
kB` 可以看到所计算的流明强度分布和供应商提供的数据基本相符。但是供应商并没有提供 LED 的强度数据(以及 LED 的空间结构),因此 OpticStudio 假设光源在3mm的半径内是均匀分布的。在没有更多可用数据的情况下,这些就是我们所能做的所有设置了。如果想进一步提高模拟的精度,我们需要空间分布数据和角分布数据,这分别对应了光源强度和光源照度。 4tI~d8?pk+ #_d%hr~d 使用辐射光源模型 $dR%8@.H Q *he%@w 本节使用了 OpticStudio 中旗舰版的功能。 o0 Ae*Y0 ~J|0G6H Radiant Imaging公司使用高线性度、低噪声的相机,通过一系列经过校准的16位灰度值对光源进行测量,并将这些数据保存在对应的数据库文件中。该公司的 ProSource 软件可以使用多种方式展示光源的空间分布和角分布数据。这相比之前讨论的径向光源模型更加完整。 (k?OYz]c ' vwBG=9C OpticStudio 的旗舰版用户可以借助RSMX光源模型 (Radiant Sourve Models) 工具库对光源进行模拟。只要供应商已经将数据文件提供给 OpticStudio,那么用户可以在该工具库中下载对应的 RSMX 光源文件。在 OpticStudio 中,您可以基于这些数据生成光源光束。接下来我们将使用 Lumileds 公司型号为 LXML-PD01 的 LED 进行演示建模。 ze-iDd_y nB.p}k 首先,我们可以从RSMX光源模型工具库中下载 RSMX 文件。该工具位于数据库 (Library) 选项卡 -> RSMX 光源模型 (Radiant Source Model) -> 下载 RSMX光源模型 (Download Radiant Source Model)。在下载界面中也包含一部分光源数据。下载完成的光源文件将保存在 Zemax 根目录\Object\Source\Radiant Source Model Files 文件夹中。 {)mlXo(On (I$hw"%& [attachment=117379] < | |