一. 初始解的構建

1. 為了簡單采用此透鏡由三部分構成:

A. 全反射部分, B. 折射部分,C.切除部分(這一部分在設計時也可以不考慮,可以在設計完成后再加入)

圖中光束分兩個部分, 一部分為折射部分,另一部分為全反射部分, 可以看出,折射部分光束為三段,全反射部分光束分為四段,由于是平行光出射, 所以在優化時只要考慮第三段就可以了.

初始數據:

1) 幾何體部分

TIR部分是一個非球面透鏡,中間部分是一個標準透鏡(有曲率和圓錐系數),切除部分是一個圓柱體;

注意中間的透鏡部分的材料為空氣,因為它相當于也是被切除掉的.

2) 光源部分

我們用SOURCE RAY做為光源, 這樣可以NSRA來進行優化; 光源的生成與操作數的建立按如下的MACRO可以自動生成:

steps=90
incr=90/steps #max angle is 90 degree
pi = 4*ATAN(1)
dr = pi/180
startobj=4

For i,0,steps,1
angle = i*incr
oo=i+startobj
InsertObject 1,oo
SetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY"  # surface,object,code,face,value
SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2
SetNSCPosition 1,oo,4,angle
SetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout rays
SetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis rays

tar = 0
opr = i+1

InsertMFO opr
setoperand opr, 11, "NSRA"
setoperand opr, 3, oo   # src#
setoperand opr, 6, 3   # seg#
setoperand opr, 9, 1   # weight
setoperand opr, 7, 5   # y coordinate
setoperand opr, 8, tar  # tar
Next
update

我們每隔一度產生一條光線,最終的結果如下, 從圖中可以看出,光線都不是平行的. 這里注意要調整參數保證所有光線都大概的按預期的方向會聚!!

二. 優化

經過上面的準備工作,這時我們就可以優化了, 當然那幾個物體的相對位置需要用PICKUP來約束, 這里不就詳細說明了.

初步優化的結果如下:

可以再調整一下透鏡的口徑, 再優化一次. 可以看出, 透鏡的口徑是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最終會達到一個比較平衡的狀態;到這里優化工作就已經完成了. 我們可以對這三個部分進行一個布爾操作得到我們想要的透鏡!

三. 最終模型的建立和模擬

1) 布爾操作后的結果

 

2) 模擬,

將所有的SOURCE RAY都刪除, 我們用SOURCE RECTANGLE來代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0來做為朗伯發光體, 把DECTOR 設置到1010MM處, 模擬1M處的光斑, DETECTOR的大小設為500*500

3) 模擬結果:

A. 光斑

B. 發散角

以上是一個簡單的準直鏡的構建. 采用ZEAMX的優化算法結果特定的建模完成該設計, 當然還可能存在諸多不足之處,但此思路可供參考. 也可以設計相似的透鏡或變型.

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