ZEMAX | 如何使用極探測器和 IESNA / EULUMDAT 光源數(shù)據(jù)

宇熠科技

2021年12月30日 15:41

本文介紹了如何使用極探測器和導(dǎo)入/導(dǎo)出 IESNA 和 EULUMDAT 光源數(shù)據(jù)，以及對 NSDP 優(yōu)化操作數(shù)和 ZPL 數(shù)值函數(shù)進(jìn)行描述。將使用封裝好的 LED 來演示這些功能。（聯(lián)系我們獲取文章附件）

簡介

OpticStudio 有許多內(nèi)置的、用于模擬各種光源發(fā)出光線的空間和角分布的非序列光源類型。極探測器可用于測量任何光源的輻射強(qiáng)度，包括導(dǎo)入如 IESNA 或 EULUMDAT 的導(dǎo)入光源。一旦選定了光源并對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模和優(yōu)化，極探測器還可以用于將單個(gè)光源數(shù)據(jù)或光學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)出為可用于其他軟件的標(biāo)準(zhǔn)格式。

本文將展示如何導(dǎo)出光源角空間數(shù)據(jù)，以及如何將其導(dǎo)入 OpticStudio 以驗(yàn)證是否為適當(dāng)?shù)哪芰糠植肌?/span>

極探測器

極探測器是在極坐標(biāo)圖上顯示輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的球形探測器，可以存儲非序列模式下光源光線到達(dá)探測器物體的能量和三刺激值（真彩）數(shù)據(jù)。這種類型的探測器為“遠(yuǎn)場”探測器，而不是以空間坐標(biāo)系顯示數(shù)據(jù)的“近場”探測器。對于光源特性的顯示而言，遠(yuǎn)場強(qiáng)度數(shù)據(jù)通常是顯示強(qiáng)度信息的最佳方法，極坐標(biāo)則系是觀察光源角空間數(shù)據(jù)最直觀的方式。

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極探測器有以下特性參數(shù)：

最大角 ( Maximum Angle )：最大極角（以度為單位），必須介于0到180度之間。由于是極角，所以將定義球體。
徑向尺寸 ( Radial Size )：探測器的最大徑向尺寸。這決定了球面探測器的半徑。
徑向像元數(shù) ( #P pixels )：沿極角方向的像元數(shù)，必須介于10到721之間。
角度像元數(shù) ( #A pixels )：沿方位角方向的像元數(shù)，必須介于12到720之間。
鏡像( Mirroring )：鏡像允許探測器利用入射光線的對稱性。大多數(shù)探測器類型都支持此功能。

請注意，極探測器的頂點(diǎn)與該探測器的局部坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離等于探測器半徑。建議將探測器置于被測光源的中心，在這種情況下，徑向尺寸決定了探測器頂點(diǎn)到光源的距離，而角度尺寸決定了探測器的橫向范圍（與光源的夾角）。為了能夠充分表明光源特性，探測器的尺寸及其放置的位置都應(yīng)該使其能夠收集來自光源的所有光線。

優(yōu)化操作數(shù) NSDP 可以用來優(yōu)化極探測器的數(shù)據(jù)。NSDP 操作數(shù)的語法如下：

NSDP Surf Det# Pix# Data

Surf 定義非序列組（在純非序列模式中始終為1）的面序號，Det# 定義所需的極探測器的物體編號（也可以用來清除單個(gè)或所有的探測器），Pix# 定義需要返回的特定像素值或計(jì)算值，Data 則定義是否返回能量、通量、輻射強(qiáng)度/光度、色度或三刺激值。

Zemax 編程語言 ( Zemax Programming Language ) 中的數(shù)值函數(shù)NSDP()與優(yōu)化操作數(shù)NSDP返回相同的數(shù)據(jù)。使用這個(gè)函數(shù)可以在宏中返回所需的任何極探測器的數(shù)據(jù)。

IESNA 和 EULUMDAT 數(shù)據(jù)格式

IESNA 和 EULUMDAT 文件格式為表示角數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法。這兩種格式都是 ASCII 文本文件，其中列出了離散的極角和方位角的相對強(qiáng)度數(shù)據(jù)。IESNA 文件擴(kuò)展名為 *.IES，EULUMDAT 文件擴(kuò)展名為 *.LDT。

有關(guān) IESNA 格式的更多信息，請參見以下鏈接：

https://www.ies.org/

有關(guān) EULUMDAT 格式的更多信息，請參見以下鏈接：

https://en.wikipedia.org/wiki/EULUMDAT

OpticStudio 有兩種光源類型可以將 IESNA 和 EULUMDAT 文件導(dǎo)入到非序列系統(tǒng)中。“IESNA 文件光源 ( Source IESNA File ) ”和“ EULUMDAT 文件光源 ( Source EULUMDAT File )”，分別為 IESNA 和 EULUMDAT 格式。IES 文件必須放在{Zemax}\Objects\Sources\IESNA目錄中，LDT文件必須放在{Zemax}\Objects\Sources\EULUMDAT 目錄中。一旦將文件保存在這些目錄中，它們將作為選項(xiàng)出現(xiàn)在物體屬性對話框中。

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保存極坐標(biāo)探測器數(shù)據(jù)為 IES/LDT 光源文件工具

在極探測器上記錄的任何輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)都可以導(dǎo)出為 IES 或 LDT 文件。運(yùn)行光線追跡并在探測器接收到能量之后，可以使用導(dǎo)出光源數(shù)據(jù)工具創(chuàng)建IES或LDT光源文件。導(dǎo)出工具可以通過點(diǎn)擊：分析 (Analyze) > 探測器工具 (Detector Tools) > 保存極坐標(biāo)探測器數(shù)據(jù)為 IES/LDT 光源文件打開。

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導(dǎo)出工具有以下幾個(gè)選項(xiàng)：

格式 ( Format )：導(dǎo)出為 IESNA 或 EULUMDAT 格式
探測器 ( Detector )：導(dǎo)出數(shù)據(jù)的極探測器
文件名稱 ( File Name )：要保存的光源文件的名稱（沒有擴(kuò)展名）
平滑度 ( Smoothing )：在保存之前將平滑因子應(yīng)用于數(shù)據(jù)

根據(jù)格式將該文件保存到 {Zemax}\Objects\Sources\IESNA 或 {Zemax}\Objects\Sources\EULUMDAT 目錄。如果有完整的路徑名，則將文件保存到該目錄。

注意，該工具也可以同時(shí)導(dǎo)出光線輻照度、強(qiáng)度和位置數(shù)據(jù)。光線數(shù)據(jù)庫設(shè)置中包含將光線保存在特定物體上的選項(xiàng)。需要做的就是進(jìn)行光線追跡，并保存光線，打開光線數(shù)據(jù)庫并選擇文件來保存光線，然后使用 *.dat 文件定義光源文件。

LED 示例：極探測器 ( Polar Detector )

為了說明極探測器和光源導(dǎo)出工具的功能，本文將研究 LED 模型示例文件。在附件中找到示例文件 “l(fā)ed_model_poldet.zar” ，并打開該文件。

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該文件中的 LED 是使用帶有有源區(qū)的體光源和幾個(gè)模擬 LED 封裝和電源線的幾何物體來建模的。注意：極探測器是體光源的參考物體 ( Ref Object )，最大接收角為60°。探測器的頂點(diǎn)距離光源20毫米。

將探測器查看器定義為顯示極探測器數(shù)據(jù)時(shí)，OpticStudio 自動顯示極坐標(biāo)圖，能夠直觀地查看輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。除了以極坐標(biāo)繪圖標(biāo)記外，探測器查看器還能夠以極坐標(biāo)，而不是笛卡爾坐標(biāo)顯示窗口光標(biāo)。

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進(jìn)行光線追跡，并比較矩形探測器和極探測器上的輻射強(qiáng)度結(jié)果。

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兩幅圖中顯示的輻射強(qiáng)度分布基本一致。請注意，極探測器像素實(shí)際上是三角形區(qū)域，最終組合像素得到大致相同的尺寸。矩形探測器具有面積相等的矩形像素。這種差異會引起能量分布的變化。

當(dāng)對這兩種類型的探測器進(jìn)行比較時(shí)，以極坐標(biāo)圖顯示輻射強(qiáng)度的好處是顯而易見的。除了極坐標(biāo)繪圖標(biāo)記和極坐標(biāo)外，極探測器還可以捕獲任何角度（甚至超過90度）的光線，而矩形探測器不能，因?yàn)樗瞧矫娴摹?/span>

兩種探測器都沒有收集到從 LED 發(fā)出的所有能量。單個(gè)平面探測器無法探測到光源發(fā)出的90度以上的全部能量，這就是極探測器真正的優(yōu)勢。在極探測器上可以定義的最大角度為180度，此時(shí)探測器變成了完整的球體，理想情況下，所有的能量都應(yīng)該到達(dá)探測器上。在此示例中，來自 PMMA 封裝和反射元件的菲涅耳反射導(dǎo)致一些能量丟失/被吸收。

實(shí)體模型圖顯示了球面極探測器和其捕獲發(fā)射到實(shí)心球體光線的能力。

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極坐標(biāo)圖顯示超過100°時(shí)入射能量很少。

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將圖進(jìn)行 log-5 顯示：在180°范圍內(nèi)有少量的能量。

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捕獲發(fā)射到 4*pi 球面度的光線的能力使極探測器能夠?qū)θ魏喂庠刺匦赃M(jìn)行顯示。現(xiàn)在極探測器中含有關(guān)于封裝的 LED 的信息，可以將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出為 IES 或 LDT 文件。

Led 示例：導(dǎo)出光源

導(dǎo)出光源數(shù)據(jù)工具用于將存儲在極探測器上的輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 IES 或 LDT 格式。為確保能量分布仍然存儲在探測器上，點(diǎn)擊：分析 ( Analyze ) >探測器工具 ( Detector Tools ) >輸出極性探測器數(shù)據(jù)作為 IES/LDT ( Export Polar Detector Data as IES/LDT ) ，打開導(dǎo)出光源數(shù)據(jù)工具。

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按照下圖進(jìn)行設(shè)置并點(diǎn)擊 “OK”。

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這就是創(chuàng)建 IESNA 或 EULUMDAT 光度數(shù)據(jù)文件的全部內(nèi)容！任何非序列光源或光源的組合都可以用來創(chuàng)建光源文件，只需簡單地進(jìn)行極探測器定義和光線追跡。

要驗(yàn)證導(dǎo)出的強(qiáng)度文件，可以使用 EULUMDAT 文件光源 ( Source EULUMDAT File )類型導(dǎo)入 LDT 文件。本文附件中的另一個(gè)文件 “l(fā)ed_model_LDT.zar” 中只包含此光源和極探測器，現(xiàn)在打開它。

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