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1、LED和其它复杂光源建模本文由Opticsstar从zemax knowledge base翻译，转载需注明出处。ZEMAX公司感谢Radiant Imaging, Opsira and Lumileds提供本文中使用的实 验数据.Luxeon是Lumileds公司的商标。NSC Shaded Model口回区Update Settings Print Window Zoom准确的光源建模是准确的照明系统建模的关键。ZEMAX能对光线做分束，散射， 衍射，折射，反射等操作，但是本文讨论最初如何发射一束光，使得他们能准确 的代表光源的空间和角度照明分布。本文中我们将讨论建模一个Luxeon LE
2、D，但是设计过程能被用于任意复杂光源： 孤光灯，白炽灯等。ZEMAX包含许多光源对象，可用于初始光源特性的初始近似。例如， source_filament是白炽灯第一个好的近似，source_volume_cylinder对建模荧 光灯管很有用。本文中我们方法的关键是尽可能在空间（近场）和角度（远场）分布 上接近实验测量的数据。鉴于我们建模的LED使用了光度单位，我们将我们的模拟中也将使用光度单位。在 System General Units 设置如下：(!) Generalf?xTitle/Notes Units Glass Catalogs Erivirorinnerit Files Mo
3、n-Sequential PolarizationOKCaricel ApplJHelp结果是，照度(illuminance)的单位将为Lux (Lumens.m-2),发光强度(luminous intensity) 为 Candela(Lumens.steradian-1)而辐射度将为 Candela.m-2.使 Source_RadialSource_radial是从制造商的datasheet里面输入数据的最简单的方法。例如 这里是Luxeon Emitter Red (LXHL-BD01)的发光强度，如产品datasheet所提 供。角度分布的“蝙蝠翼(batwing) ”特性如下：X
4、-_BC- 而Lr10C-% 90% SO% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%10152025 liAngular Displacement Degrees)Angle (degree)-100 -QQ -60 -40 -20 Q 204030RelativeIntensity(ArbitraryUnits)6060606468729010095Figure 钿.Typical Rpreserrtative Spatial Radiation att印35 for Lux.e on Emitter Red (LXHL-BD01) and Amber (LXt iL-
5、BLOij.40458550605525609654700750800850900附件的zip文件（可以在本文最后下载）中有一个文件,radial_source.zmx该文 件仅包含2个目标：一个探测器和source_radial. Source_radial是一个平的， 矩形或者椭圆形对象，他可以所提供的数据描述的角度分布发光。引世 qu 也甘理 CnponerEyEdit Solves Errors Detectors Database HelpObject Typs1(0.00)I(S.00)I(10.00)I(IS.00)1 Source R.60. 口皿.60.00060.00064
6、.00 General Non-Sequential 下的Randomize rays 为 1e+8.GeneraTitle/Notes Units Glass Catalogs ErivirorinnentMawimunn Intersectiors Per Ray:Maximum S已gments Per Ray:Maximum Nested/T ou ching Objects：:Minimum Relative Ra Intensity:Minimum Absolute Fl司j I htersi:Glue Distance lr Lens Uriits:Missed Ray D ra
7、w Distance In Lens U nits:Mawimunn Source File Rays In Menoory:Retrace Source Rays Upon File OpenOK注意这个文件需要大于500M的空闲内存。当我们追迹光线时，光源的空间和角 度分布如下：Spatial data (Illuminance, in Lux)Angular Data(Luminous Intensity, in Candela)41 3: Detector ViewerCl 3: Detector ViewerETECTiQF 工MRGEi 工NEHEFEriT ILL DETECTi
8、弗：口怕GEi LUECIUS 工NTE倾TTOETECnJR 2. NSB 3UH=HLE HSIZE !M. &3Ei H X 33 ,海 H HILLIHETEFS. PIJELS LIM U X 1 EHPEFK ILLLMIWNCE： ：3, 70幻E+屈明 LLNEHSFII”TiRL PEER : .tiKS+aSL LLNE旭 ETEETiZIR 2. N5D3 SJEFBZE 1 iSHE X： -?D. iSBEi TD ?Ei.HEi3. T； PEft： IHTBJSnT : 1 .H731E+EC1 TOTAL PEIR ! W.WfllE+HdTD ?Ei.EE E
9、G. P口EL3 LI N K JQEi H. TE闩L HITSLUraS/STffiRDIFNU岫S41 3: Detector Viewer3: Detector ViewerUpdate Settings Print Window Text ZoomUpdate Settings Print Window Text Zoom3.WM=且 TIM JMUJ单llu百L.aiEf0Q5Z. 3EM3Q3X COQPniNFITE VfiINCOHERENT ILLUMINANCEx caaRniNHTE vf_ueLUMINOUS INTENSITYIE TEC TIE 2. HEO3 3
10、.H=FfE Li RDH ffiMlER, T - L 僵迎*K 3.NEi H KHLBET压& PE-EJ IK H K IN H. 70THL HCT3 =褊街任匿 nUKMME： 3.7ELBffi UJ&r2TUITL PC压:S.iit.ffi&ML LLI&CEEEIE 3, KI抑呀TCE H 册 OTH, T -fl.HtEffliHI K： hl fi.W. Y； TO E. FT-S-S lEtUKlN H. UTll KH3 = WTJi EIBt WTBITTi ； I. LIJffinHHOWinn me3,住俺剧 Lijec；RADTAL SOURCE.CONF
11、IGURHTXN 1这个数据文件在空间和角度域有多得多的信息。空间结果清楚的显示出了“蝙蝠 翼 batwing结构，这是单独的角度数据没法预测的。角度数据也给出了比制造 商datasheet提供的简单曲线多得多的结构。注意这些附属的结构是怎样在 ZEMAX ray-tracing结果中还原的：100.00090.00080.00070.00060.00050.00040.00030.00020.00010.0000.000-80.00-60.00-40.00-20.000.0020.0040.0060.0080.00我们也可以比较其空间性能。光线产生于半径为3mm的圆球上。如果我们逆向追 迹它
12、们将汇聚成一个虚焦点，这即我们所见的像。在几度圆锥角之内产生10M 条光线：并告诉ZEMAX逆向追迹这些光线:在虚像处得到如下的空间分布:与ProSource数据库中的照片比较:ZEMAX和ProSource使用略有不同的图像gamma,但是可以看到这些图像是基 本一致的。也注意到如果你缩小ZEMAX detector窗口可以看到两个LED emitter 的ghost images，这也在ProSource的数据中：史 2: Detector Viewer二 忙 取Update Settings Prinr Windoi/J Txt Zoom注意:这不是照片这是！这是ZEMAX内部光线追迹模
13、拟的结果。使用测量的辐射 数据提供了精确的光源模型.使用 Opsira 公司的 Luca RaymakerOpsira (www.opsira.de)的Luca Raymaker软件提供了类似的功能，该功能生 成测向仪(goniometer)测出的光线集。光线生成操作如下：I Luca raymakerRay-Converting SettingsAboutCancelOrigin fileopsir rap file (Korf):lend3teHkLR-LED-4,8-LUM-L!：HL_LW6C-13EG-0240904.orf口T otal number of ras in origi
14、n file:Options1000000Name of the Jiles to be generated:LAProgram FilesZEMAXObiectsOpsir3_LuKeon.datNumber of desired:13000000 ASAP(K.dis匚| | Light ToolsrLucidShape.rapJ口 TraceProK.trp)Specs x.ray回 ZemaxSimuLuw (x.ra)生成的文件是一个二进制.dat文件，之后该文件被作为一个source_file对象读 入ZEMAX并以之前描述的Radiant Sources同样的方式追迹。Build
15、ing a Complex Geometric Model最后我们将讨论的技术是建立一个复杂的几何光源模型。这是一个光源的一个 迷离模型mini-model”，并使用ZEMAX提供的几何光源以及一系列其它对象，试 图刻画光源的内部结构。例如，见文件夹zemaxroot/ samples/non-sequential/sources/led_model.zmx:1: NSC Shaded ModelUpdate Settings Print Window Zoom这个对象由一系列更小的内部对象构造:这可以代表LED die,电极丝，安装点等。然后将更细节的光学特性应用到各个对 象，然后大量的光线
16、追迹。这些光源模型能被直接追迹，或者生成的光线能被保存到光线数据库。在光线数 据库观察器中(Analysis Database Ray Database Viewer)你可以选择测试 对象，并将所有打到该对象的所有光线保存为心得光源对象。这个新的数据文件 可以用source_file对象读入。Ray Database ViewerLED MODELZRDQ Show Unprocessed Dta7 XyZLMNEwparid Into Branches Normal PathEwyzFirst Raji：-Apply Filter; Save Subset As;P Save Rays On
17、 Object:L-asl R ay:poooooaCancel IAs:OLJtput_rayset.dat5脚已 LoadResetHelp复杂的集合模型需要忍受的一个大问题是：你需要知道输入什么值！例如，在电 极丝上使用何种散射函数？支撑结构的反射率是多少？此类数据不易获得。最 后，复杂模型必须为实验数据验证有效：这带来一个问题，为什么不开始就使用 实验数据？大体上讲，实验数据更准确更容易使用。但是在一些系统中，特别是来自光源的 光再成像在光源上，需要努力构造一个好的复杂的光源。也可以2者都用，通过 定一个复杂光源，但是通过一个测量的光源文件初始发光。1. Start Rays of M
18、easured Source Model Just Outside of Source2. Raytrace3. Rays Going Back Through Source Will Refract/Reflect/ Absorb Per Optical Qualities of LED Data此图版权归Radiant Imaging所有，这里被允许使用。总结和参考本文描述了一些LEDs及其它复杂光源建模的技术：最早的方法，在没有实验数据情况下最好的，是使用source_radial或其它 built-in 光源实验数据，例如Radiant Imaging和Opsira和所提供的，提供了最好的精度并 且易于使用当光线会再次成像在光源对象上时，复杂光源模型非常有用
