導光管的案例
OpTaliX導光管&階躍光纖
在導光管和階躍折光纖中，光線進入管（實心或空心）并以不確定的次數從壁反射，直到它們出現為止。端面可以具有任何形式（球面，非球面，菲涅耳等），也可以任意傾斜。
導光管由擠壓表面形成，并由序列曲面模型處理。支持圓形或矩形橫截面。所有形式可以是錐形的。矩形導光管也可以剪切（參見下圖）。已經把違反實心管道中的全內反射（TIR）考慮在內。
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導光管由擠壓表面形成，并由序列曲面模型處理。支持圓形或矩形橫截面。所有形式可以是錐形的。矩形導光管也可以剪切（參見下圖）。已經把違反實心管道中的全內反射（TIR）考慮在內。
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ZEMAX軟件技術應用教程專題：如何創建復雜的非序列物體
設置系統基本屬性
本文示例的目的是創建一個90°彎曲的矩形丙烯酸樹脂導光管，它通常用于電路板印刷過程中，將LED（發光二極管）的光線中繼到儀器面板上，并分析當彎曲半徑改變時，導光管另一端的輻照度會產生怎樣的變化。我們還將在導光管中創建一個孔，以方便插入裝配結構。并且在導光管的末端放置一個圓形孔徑，這樣儀器面板上得到的光斑則為圓形。在創建導光管后，我們將復制它，并將副本放在距它一定長度的位置上。
下圖所示為我們要創建的導光管。需要注意的是，導光管末端的輻照度分布隨著彎曲半徑的變化而變化。由于這個物體是完全參數化的，因此我們可以輸入任意的彎曲半徑值，并且物體會隨著參數改變而動態重建。
探測器上顯示出的多個橢圓光斑是由于光線在光管中發生了不同次數的全內反射導致的，我們可以從下圖中清晰的看到全反射現象：
查閱用戶手冊中的非序列物體列表可以發現，所有物體中并沒有符合我們想要的物體形狀，然而我們可以通過組合矩形體 (Rectangular Volume Object) 和矩形Torus體 (Rectangular Torus Volume Object) 來創建。
讓我們從頭開始，一步步創建這個導光管。
打開OpticStudio，點擊設置 (Setup) 選項卡中的非序列模式 (Non-Sequential) 新建一個非序列文件。打開系統選項 (System Explorer) 中的單位 (Units)，設置透鏡單位 (Lens Units) 為毫米、分析單位 (Analysis Unit) 為瓦特每平方厘米 (Watts per cm2）。在波長 (Wavelengths) 中定義系統波長為0.55μm。
展開 FRED應用：目標平面特定照度分布優化
要優化的模型是PMMA 導光管，6個變量控制著導光管的形狀，優化評價函數是當前照度和理想照度之差，通過用戶自定義腳本設定。
FRED 內置混合優化，可以同時優化多個函數，對于非均勻有理B樣條曲線(NURBs)可以直接優化其控制點坐標。
系統參數
將要使用到的模型幾何結構如下圖
圖1.導光管正/側面圖
如下圖所示，導光管的兩個表面都是由2階NURB 曲線旋轉構成。優化過程用到某些控制點的坐標和比重作為變量，在優化過程中改變導光管的形狀。如下圖所示，綠色的點是在優化過程中將要改變的控制點
圖2.導光管側面視圖，綠色的點(CP0, CP1)是將要在優化中被修改的控制點
導光管的一端設定有平面隨機點光源，在初始狀態下，分析面上的輻射分布如下圖
圖3.分析面上初始狀態下的輻射分布
優化以后想要取得的分布如下圖所示
圖4.優化后想要的分布
展開 FRED應用：目標平面特定照度分布優化
要優化的模型是PMMA 導光管，6個變量控制著導光管的形狀，優化評價函數是當前照度和理想照度之差，通過用戶自定義腳本設定。
FRED 內置混合優化，可以同時優化多個函數，對于非均勻有理B樣條曲線(NURBs)可以直接優化其控制點坐標。
系統參數
將要使用到的模型幾何結構如下圖
圖1.導光管正/側面圖
如下圖所示，導光管的兩個表面都是由2階NURB 曲線旋轉構成。優化過程用到某些控制點的坐標和比重作為變量，在優化過程中改變導光管的形狀。如下圖所示，綠色的點是在優化過程中將要改變的控制點
圖2.導光管側面視圖，綠色的點(CP0, CP1)是將要在優化中被修改的控制點
導光管的一端設定有平面隨機點光源，在初始狀態下，分析面上的輻射分布如下圖
圖3.分析面上初始狀態下的輻射分布
優化以后想要取得的分布如下圖所示
圖4.優化后想要的分布
展開 FRED應用：混色導光管的仿真
發光二極管，或者LED，早已超越了白熾燈光源，應用也越來越廣泛。LED具有尺寸小、發光效率高、使用壽命長[1]等優點。LED也有光學工程師必須處理的不良特性，比如混色和準直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
FRED模型
白光可以使用具有藍光發射芯片和黃色熒光粉的LED來創建。產生白光的另一種方法是以適當的比例混合紅光、綠光和藍光。這種方法可以更準確的控制色溫。如果將紅色、綠色和藍色靠在一起放置，顏色將最終在足夠大的距離上混合。然而，輻照度分布在更大的區域，且不是空間均勻的（圖1）。
圖1.來自RGB LED兩個距離處的彩色圖像：14.5mm（左）和100mm（右）。每個LED直徑為4.79mm。
為了在受控區域內均勻地混合波長，可以構造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創建的。第一個Boolean組件是尺寸為14*14*100（寬*高*長）的矩形塊，再添加四個相同尺寸的矩形塊。移動并旋轉這些矩形塊，讓它們裁剪第一個矩形塊的每個角，最終成為一個六角棒。
圖2.使用Element Boolean函數的六角棒的創建。左：剪裁前的矩形塊。中：Boolean操作。右：剩余的六角棒形狀
模擬光管的另一個方法是創建一個由分段曲線（六邊形的每個點）組成的自定義元件，然后拉伸成為一個柱狀面。
執行RGB LED通過光管的光線追跡后，均勻的色彩混合產生了。然而，色溫太暖：紅色占據了彩色圖。一旦LED之間的相對功率輸出經過調整，可以在彩色圖像上獲得白光（圖3）。
圖3.具有相等RGB功率輸出的100mm長六邊形光管末端的彩色圖像。右：調整后RGB功率輸出（0.4W，1.0W，0.7W）的彩色圖
[1] “New Report Explores the Global Industrial and Commercial
展開 混色導光管的仿真
發光二極管，或者LED，早已超越了白熾燈光源，應用也越來越廣泛。LED具有尺寸小、發光效率高、使用壽命長[1]等優點。LED也有光學工程師必須處理的不良特性，比如混色和準直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
FRED模型
白光可以使用具有藍光發射芯片和黃色熒光粉的LED來創建。產生白光的另一種方法是以適當的比例混合紅光、綠光和藍光。這種方法可以更準確的控制色溫。如果將紅色、綠色和藍色靠在一起放置，顏色將最終在足夠大的距離上混合。然而，輻照度分布在更大的區域，且不是空間均勻的（圖1）。
圖1.來自RGB LED兩個距離處的彩色圖像：14.5mm（左）和100mm（右）。每個LED直徑為4.79mm。
為了在受控區域內均勻地混合波長，可以構造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創建的。第一個Boolean組件是尺寸為14*14*100（寬*高*長）的矩形塊，再添加四個相同尺寸的矩形塊。移動并旋轉這些矩形塊，讓它們裁剪第一個矩形塊的每個角，最終成為一個六角棒。
圖2.使用Element Boolean函數的六角棒的創建。左：剪裁前的矩形塊。中：Boolean操作。右：剩余的六角棒形狀
模擬光管的另一個方法是創建一個由分段曲線（六邊形的每個點）組成的自定義元件，然后拉伸成為一個柱狀面。
執行RGB LED通過光管的光線追跡后，均勻的色彩混合產生了。然而，色溫太暖：紅色占據了彩色圖。一旦LED之間的相對功率輸出經過調整，可以在彩色圖像上獲得白光（圖3）。
圖3.具有相等RGB功率輸出的100mm長六邊形光管末端的彩色圖像。右：調整后RGB功率輸出（0.4W，1.0W，0.7W）的彩色圖
[1] “New Report Explores the Global Industrial and
展開 Ansys Zemax | 如何創建復雜的非序列物體
復制導光管
讓我們來創建另外一個完全相同的導光管，并把它放置在與第一個導光管Y軸方向的一定距離上。
在矩形探測器后，插入一個空物體，選擇物體1（高亮顯示）并在鍵盤上按住Shift鍵并同時點擊下方向鍵，同時選擇物體1至物體9。
在選中區域內點擊鼠標右鍵并選擇復制多個物體 (Copy Objects)。
選擇物體10，再次點擊鼠標右鍵，選擇粘貼多個物體 (Paste Objects)，非序列元件編輯器將如下所示：
在物體10（空物體）的參數Y位置上輸入20mm，將第二個導光管放在第一個導光管Y軸正向20mm遠的地方。同樣將物體12的參數外R的求解類型定義為拾取求解，拾取之前的矩形Torus體的參數外徑R。
現在，我們可以在布局圖中看到兩個距離為20mm的導光管了。
在本例中我們直接復制了一組物體，這是因為采用了相對物體參考，即在參數參考物體中使用負數來定義參考對象。如果我們使用全局參考，則我們需要非常繁瑣地更改第二個導光管中參考物體的編號。
參考文獻
OpticStudio Help System
展開 FRED應用：混色導光管的仿真
白光可以使用具有藍光發射芯片和黃色熒光粉的LED來創建。產生白光的另一種方法是以適當的比例混合紅光、綠光和藍光。這種方法可以更準確的控制色溫。如果將紅色、綠色和藍色靠在一起放置，顏色將最終在足夠大的距離上混合。然而，輻照度分布在更大的區域，且不是空間均勻的（圖1）。
FRED模型
發光二極管，或者LED，早已超越了白熾燈光源，應用也越來越廣泛。LED具有尺寸小、發光效率高、使用壽命長[1]等優點。LED也有光學工程師必須處理的不良特性，比如混色和準直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
為了在受控區域內均勻地混合波長，可以構造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創建的。第一個Boolean組件是尺寸為14*14*100（寬*高*長）的矩形塊，再添加四個相同尺寸的矩形塊。移動并旋轉這些矩形塊，讓它們裁剪第一個矩形塊的每個角，最終成為一個六角棒。
圖1.來自RGB LED兩個距離處的彩色圖像：14.5mm（左）和100mm（右）。每個LED直徑為4.79mm。
執行RGB LED通過光管的光線追跡后，均勻的色彩混合產生了。然而，色溫太暖：紅色占據了彩色圖。一旦LED之間的相對功率輸出經過調整，可以在彩色圖像上獲得白光（圖3）。
模擬光管的另一個方法是創建一個由分段曲線（六邊形的每個點）組成的自定義元件，然后拉伸成為一個柱狀面。
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FRED案例展示：混色導光管
發光二極管，或者LED，早已超越了白熾燈光源，應用也越來越廣泛。LED具有尺寸小、發光效率高、使用壽命長[1]等優點。LED也有光學工程師必須處理的不良特性，比如混色和準直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準直透鏡的示例。
FRED模型
如手電筒示例中所示，白光可以使用具有藍光發射芯片和黃色熒光粉的LED來創建。產生白光的另一種方法是以適當的比例混合紅光、綠光和藍光。這種方法可以更準確的控制色溫。如果將紅色、綠色和藍色靠在一起放置，顏色將最終在足夠大的距離上混合。然而，輻照度分布在更大的區域，且不是空間均勻的（圖1）。
圖1 來自RGB LED兩個距離處的彩色圖像：14.5mm（左）和100mm（右）。每個LED直徑為4.79mm。
為了在受控區域內均勻地混合波長，可以構造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創建的。第一個Boolean組件是尺寸為14*14*100（寬*高*長）的矩形塊，再添加四個相同尺寸的矩形塊。移動并旋轉這些矩形塊，讓它們裁剪第一個矩形塊的每個角，最終成為一個六角棒。
圖2 使用Element Boolean函數的六角棒的創建。左：剪裁前的矩形塊。中：Boolean操作。右：剩余的六角棒形狀
模擬光管的另一個方法是創建一個由分段曲線（六邊形的每個點）組成的自定義元件，然后拉伸成為一個柱狀面。
執行RGB LED通過光管的光線追跡后，均勻的色彩混合產生了。然而，色溫太暖：紅色占據了彩色圖。一旦LED之間的相對功率輸出經過調整，可以在彩色圖像上獲得白光（圖3）。
圖3 具有相等RGB功率輸出的100mm長六邊形光管末端的彩色圖像。右：調整后RGB功率輸出（0.4W，1.0W，0.7W）的彩色圖
[1] “New Report Explores the Global Industrial
展開 為什么要使用 OpTaliX ?! ——實際案例(三）
實際案例(三）——08 導光管，階層光纖
在光管和階躍折射率纖維中，光線進入管（實心或空心）并以不確定的次數從壁反射，直到它們出現為止。端面可以具有任何形式（球面，非球面，菲涅耳等），也可以任意傾斜。
導光管由擠壓表面形成，并由序列曲面模型處理。支持圓形或矩形橫截面。所有形式可以是錐形的。矩形導光管也可以剪切（參見下圖）。考慮到違反實心管道中的全內反射（TIR）。
實際案例(三）——09 全局坐標
全局坐標相對于任何先前曲面的坐標系定位一個曲面，這對于包含傾斜和偏心的光學系統特別有用。
在上面的示例中，所有鏡頭均以入射口為參考，而掃描鏡相對于偏心的樞軸點旋轉。所有所需坐標轉換的數學運算均由OptaliX在內部執行。
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展開 FRED應用說明：照明顯示
4.顯示實例
導光管
FRED可以設計各種形狀和大小的導光管，使光從一個或多個光源傳送到一個或幾個目標。大多數導光管是由塑料制成的，由于成型的問題有漏光現象。FRED針對這些光學器件的可視化能力非常優秀。不僅可以直接在軟件中建模或從CAD中導入，并且建立LED和白熾燈的模型也十分容易。最后的階段就是追跡通過導光管的光線來分析模型中任意面的輻照度和點位置，光源甚至可以是位圖（Bitmap）或者字母，同時可以進行吞吐量和均勻性的分析。下圖顯示了上面所提到的第一個彎曲光管輸出可能范圍，從點列圖到輻照度圖、彩色圖像分析到強度曲線。
下面的彩色圖像顯示了在導光管的RGB LED設計中普遍存在的一個問題。雖然上面的點列圖描述了所有3彩色LED非常好的均勻性，但是該產品上的顏色圖像分析不會顯示這個。產生顏色非均勻性的問題是因為特定的LED的選擇、視場角和眼睛的視覺響應。
LED照明以及彩色圖像能力
每個波長都有其相關的權重和顏色。在FRED中有內置的波長序列和波長權重工具，如明視覺和暗視覺光譜響應函數。該軟件可以將波長和權重自動地合成來創建一種給定的顏色，這個功能對于分析和設計需要用色度法計算的系統是非常有用的。下圖所示的是在一個面上兩種LEDs的可視化照度圖，還有在一個面上用三個LEDs合成的彩色圖像。
還可以使用FRED的數字化工具來輸入用于二向色性的膜層以及在顯示中的顏色過濾器和抗反射膜層。簡單地找到一個膜層的電子圖像（在線目錄中找或者從文件拷貝中創建一個jpg或bmp文件。然后利用FRED的數字化功能來輸入X和Y的最小和最大點以及將曲線坐標直接導入到一個靜態的膜層屬性中去。
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光管和階躍折射率光纖
在光管和階躍折射率光纖中，射線進入管（實心或空心）并以不確定的次數從壁反射，直到它們出現為止。端面可以具有任何形式（球形，非球形，菲涅耳等），也可以任意傾斜。
導光管由擠壓表面形成，并由順序曲面模型處理。支持圓形或矩形橫截面。所有形式可以是錐形的。矩形導光管也可以剪切（參見下圖）。考慮到違反實心管道中的全內反射（TIR）。
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