FRED應用:準直透鏡模擬與優化

1.摘要 

本文您將會學到如下內容:

?透鏡基本參數輸入;

?優化變量與評價函數設定;

?優化;

?照度分析;

 

2.操作流程

1)創建之前,我們需要設置其喜好,點擊菜單Tools>Preference , 注意其紅色線框,勾選之后,其參數輸入會變為曲率,所以平時設置時我們勾選此項。

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖1

 

2)創建透鏡

在樹形文件夾中選擇Geometry>Create a New Lens 

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖2

 

3)輸入透鏡參數 

 

兩個面的半徑分別為 0 和 -20;半孔徑為10*10,材料選擇Schott庫N-BK7。創建完成后,選擇第二面輸入圓錐系數-1;

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖3

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖4

將第二面的圓錐系數改為-1

 

4)創建LED光源

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖5

光源類型為Random plane ;

光線數為10000;

LED 芯片尺寸 2mm*2mm ;

形狀選為橢圓;

 

在光線方向上選擇Random Direction into an angular range.

半徑選擇60度

類型選擇 Lambertian

形狀選擇 Elliptical

 

波長選擇默認默認波長

Power默認為1 watts

位置選項為偏離坐標原點Z軸負方向-10mm

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖6

LED光源設定辦法

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖7

LED光源的發光強度(極化角和方位角)

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖8

波長設定,顏色選為綠色

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖9

功率設定(在Power units選擇Watts)

 

5)創建探測面,在菜單欄Create>Element Primitive>Plane

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖10

創建平面探測器(plane)

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖11

 

6)創建分析面

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖12

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖13

光線濾光器設置

 

7)執行光線追跡

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖14

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖15

 

可以看到LED出射光線經過透鏡后比較發散,那我們就要對其進行準直優化,其LED邊緣光線沒有進入到透鏡內。

8)優化設定 

 

打開Optimize選擇Define/Edit進行準直優化

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖16

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖17

定義變量

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖18

定義評價函數 (RMS Direction Spread)

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖19

優化方法設定(選擇Simplex,并設定優化終止標準)

9)優化

注意:在優化之前,建議先保存原始文件

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖20

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖21

優化結束后會彈出如下報告

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖22

在輸出結果可以看到當前評價函數數值

10)光線追跡與結果分析

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖23

11)增加光線追跡數量200M,查看照度分布 

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖24

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖25

優化后透鏡的面型如下:

FRED應用:準直透鏡模擬與優化的圖26

透鏡渲染效果

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