OpticStudio 非序列模式多用于照明的仿真建模，小編第一次接觸它對(duì)它的功能進(jìn)行設(shè)想的時(shí)候，腦子里就蹦出“是不是能用他來(lái)模擬一個(gè)車燈之類的？”那么今天，讓我們一起學(xué)習(xí)：

如何在 OpticStudio 中建模一個(gè)投射式車燈

概述

本文介紹的是在 Zemax OpticStudio 模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的投射車燈，主要目的在于介紹各種模擬中使用者可能會(huì)用到的功能，包含透鏡資料庫(kù) (Lens Catalog)、光源建模、光源頻譜、拋物面建模、設(shè)置探測(cè)器、色彩分析以及照度分析等。

引言

本文介紹如何在 Zemax OpticStudio 中模擬投射式車燈，主要分為以下章節(jié)：

·使用透鏡資料庫(kù) (Lens Catalog)
· 建立拋物面物件
·建立鎢絲光源，設(shè)定黑體輻射頻譜
·建立擋板物件
·設(shè)定探測(cè)器
·追跡并檢視結(jié)果

我們的最終結(jié)構(gòu)將如下：

建立橢圓反射面

橢圓反射面可以把其中一個(gè)焦點(diǎn)的光線反射到另一個(gè)焦點(diǎn)。

我們透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)面 (Standard Surface) 來(lái)建立。

參數(shù)設(shè)定如下：
材料 (Material)：MIRROR
曲率半徑 (Radius)：30.165
圓錐系數(shù) (Conic)：-0.712
最大孔徑 (Maximum Aper)：50

建立光源

我們將建立帶有黑體輻射頻譜的鎢絲光源，首先是光源的外型，新增物件定設(shè)定如下：

物體2 (Object 2): 燈絲光源 (Source Filament)
X 位置 (X Position)：3
Z 位置 (Z Position)：16.126
傾斜Y (Tilt About Y)：-90
陳列光線條數(shù) (Layout Rays)：100
分析光線條數(shù) (Analysis Rays)：2E7
長(zhǎng)度 (Length)：5
曲率半徑 (Radius)：0.6
圈數(shù) (Turns)：8

接下來(lái)點(diǎn)一下非序列元件編輯器 (NSCE) 上的物體屬性 (Object Properties)

選擇光源 (Source) 并設(shè)定黑體輻射頻譜如下圖：

光源顏色 (Source Color):黑體輻射光譜 (Black Body Spectrum)

溫度 (Temp) (K): 5000
光譜 (Spectrum): 7、波長(zhǎng)從 (Wavelength From) 0.44 到 (To) 0.64
備注：
·OpticStudio 內(nèi)置許多常見(jiàn)的頻譜模型，例如黑體輻射、LED、D65 標(biāo)準(zhǔn)白光等
· 也可以根據(jù)RGB、色坐標(biāo)、sRGB 等信息模擬頻譜
·有需要也可以使用純文字文件自行定義

備注2：想要確認(rèn)頻譜信息的時(shí)候，可以點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù) (Libraries) >查看光譜文件 (Source Spectrum Plot) ，輸入與剛剛一樣的頻譜設(shè)定。

如您所見(jiàn),查看光譜文件 (Source Spectrum Plot) 是個(gè)很方便的工具，它將用圖表的方式讓告訴您剛剛的光源頻譜是如何設(shè)定的。你可以試著改變參數(shù)，如下圖：

現(xiàn)在回到三維布局圖 (3D Layout)的設(shè)置，設(shè)定顏色顯示 (Color Rays): 波長(zhǎng) (Wavelength)，可以看到如下結(jié)果：

備注3：每條光線僅會(huì)有一個(gè)波長(zhǎng)。

使用透鏡資料庫(kù)

利用 OpticStudio 中內(nèi)建的透鏡資料庫(kù) (Lens Catalog) 可以快速搜尋并套入各大透鏡提供廠商。

這裡我們選用 Edmund 鏡片編號(hào) 67248.1，這是一片實(shí)際買的到的透鏡，口徑 50mm，后焦距 18.04 (平凸非球面)，我們將直接從 OpticStudio 內(nèi)建鏡片資料庫(kù)讀取這個(gè)透鏡。

請(qǐng)開啟鏡片資料庫(kù)，位置在數(shù)據(jù)庫(kù) (Libraries) > 鏡頭庫(kù) (Lens Catalog)，選擇 Edmund Optics 67248，選好后，使用者可以點(diǎn)擊光線圖輸出 (Layout) 確認(rèn)外型，也可以點(diǎn)擊插入 (Load) 來(lái)插入這個(gè)透鏡。

把插入的非球面參數(shù)修改如下：
物體3 (Object 3) :偶次非球面透鏡 (Even Asphere Lens)
Z 位置 (Z Position)：233.664
傾斜 X (Tilt About X)：180

加入檔板

我們要加入兩個(gè)檔板，參數(shù)如下：
物體4 (Object 4):矩形 (Rectangle)
X 位置 (X Position)：50
Y 位置 (Y Position)：-30
Z 位置 (Z Position)：195.83
材料 (Material)：ABSORB
X 半寬 (X Half Width)：50
Y 半寬 (Y Half Width)：30

物體5 (Object 5): 空物體 (Null Object) 傾斜Z (Tilt About Z)：15

物體6 (Object 6):矩形 (Rectangle)
X位置 (X Position)：-50
Y位置 (Y Position)：-30
Z 位置 (Z Position)：195.83
材料 (Material)：ABSORB
X 半寬 (X Half Width)：50
Y 半寬 (Y Half Width)：30

現(xiàn)在你可以看到我們建模了一個(gè)投射式車燈的雛形，擋板同時(shí)處于橢圓面鏡與非球面透鏡的焦點(diǎn)上。檔板并沒(méi)有完全符合實(shí)際需求，在實(shí)際應(yīng)用中，使用者還可以依據(jù)狀況增加更多物體。

加入探測(cè)器

我們需要探測(cè)器探測(cè)10米遠(yuǎn)的地方，所看到的現(xiàn)象如何。
物體5 (Object 5):顏色探測(cè)器 (Detector Color)
Z 位置 (Z Position)：10000 （10米）
X 半寬 (X Half Width)：700
Y 半寬 (Y Half Width)：200
X 像元數(shù) (X Pixels)：210
Y 像元數(shù) (Pixels)：60
顏色 (Color)：4

追跡光線

設(shè)定完成后就可以追跡光線了，點(diǎn)擊一下分析 (Analyze) > 光線追跡 (Ray Trace)。

檢視結(jié)果

點(diǎn)一下分析 (Analyze) > 探測(cè)器查看器 (Detector Viewer)。

設(shè)定設(shè)定平滑度 (Smoothing) = 1，可以讓結(jié)果平滑，利于觀察。

我們也可以改變坐標(biāo)軸，以放大觀察。

或是直接用鼠標(biāo)框選畫面放大。

可以看到色散射狀況如下：

備注4：OpticStudio 除了能顯示真實(shí)色彩之外，還能輸出 RGB 等原始數(shù)據(jù)。也能計(jì)算頻譜分布、色度坐標(biāo)、CCT 色溫等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都可以被進(jìn)一步優(yōu)化，或是使用 API 對(duì)接到其他軟件中進(jìn)行分析和處理。

現(xiàn)在你可以嘗試打開非序列實(shí)體模型 (NSC Shaded Model)，利用已知的各種技巧，做出以下報(bào)告圖。