如何在OpticStudio中建模一个投射式车灯

OpticStudio非序列模式多用于照明的仿真建模，小编第一次接触它对它的功能进行设想的时候，脑子里就蹦出 “是不是能用他来模拟一个车灯之类的？”那么今天，让我们一起学习：

概述

本文介绍的是在 Zemax OpticStudio 模拟一个简单的投射车灯，主要目的在于介绍各种模拟中使用者可能会用到的功能，包含透镜资料库 (Lens Catalog)、光源建模、光源频谱、抛物面建模、设置探测器、色彩分析以及照度分析等。

引言

·本文介绍如何在Zemax OpticStudio中模拟投射式车灯，主要分为以下章节：
·使用透镜资料库 (Lens Catalog)
·建立抛物面物件
·建立钨丝光源，设定黑体辐射频谱
·建立挡板物件
·设定探测器
·追迹并检视结果

我们的最终结构将如下：

建立椭圆反射面

椭圆反射面可以把其中一个焦点的光线反射到另一个焦点。

我们透过标准面 (Standard Surface) 来建立。

参数设定如下：
材料 (Material)：MIRROR
曲率半径 (Radius)：30.165
圆锥系数 (Conic)：-0.712
最大孔径 (Maximum Aper)：50

建立光源

我们将建立带有黑体辐射频谱的钨丝光源，首先是光源的外型，新增物件定设定如下：物体2 (Object 2): 灯丝光源 (Source Filament)

X 位置 (X Position)：3
Z 位置 (Z Position)：16.126
倾斜Y (Tilt About Y)：-90
陈列光线条数 (Layout Rays)：100
分析光线条数 (Analysis Rays)：2E7
长度 (Length)：5
曲率半径 (Radius)：0.6
圈数 (Turns)：8
接下来点一下非序列元件编辑器 (NSCE) 上的物体属性 (Object Properties)

选择光源 (Source) 并设定黑体辐射频谱如下图：
光源颜色 (Source Color):黑体辐射光谱 (Black Body Spectrum)

温度 (Temp) (K): 5000
光谱 (Spectrum): 7、波长从 (Wavelength From) 0.44 到 (To) 0.64

备注：
OpticStudio 内置许多常见的频谱模型，例如黑体辐射、LED、D65 标准白光等
也可以根据RGB、色坐标、sRGB 等信息模拟频谱
有需要也可以使用纯文字文件自行定义

备注2：想要确认频谱信息的时候，可以点击数据库 (Libraries) >查看光谱文件 (Source Spectrum Plot) ，输入与刚刚一样的频谱设定。

如您所见,查看光谱文件 (Source Spectrum Plot) 是个很方便的工具，它将用图表的方式让告诉您刚刚的光源频谱是如何设定的。你可以试着改变参数，如下图：

现在回到三维布局图 (3D Layout)的设置，设定颜色显示 (Color Rays): 波长 (Wavelength)，可以看到如下结果：

备注3：每条光线仅会有一个波长。

使用透镜资料库

利用OpticStudio中内建的透镜资料库 (Lens Catalog) 可以快速搜寻并套入各大透镜提供厂商。
这裡我们选用Edmund 镜片编号 67248.1，这是一片实际买的到的透镜，口径 50mm，后焦距 18.04 (平凸非球面)，我们将直接从 OpticStudio 内建镜片资料库读取这个透镜。
请开启镜片资料库，位置在数据库 (Libraries) > 镜头库 (Lens Catalog)，选择 Edmund Optics 67248，选好后，使用者可以点击光线图输出 (Layout) 确认外型，也可以点击插入(Load) 来插入这个透镜。

把插入的非球面参数修改如下：
物体3 (Object 3) :偶次非球面透镜 (Even Asphere Lens)
Z 位置 (Z Position)：233.664
倾斜X (Tilt About X)：180

加入档板

我们要加入两个档板，参数如下：
物体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 半宽 (X Half Width)：50
Y 半宽 (Y Half Width)：30

物体5 (Object 5): 空物体 (Null Object)
倾斜Z (Tilt About Z)：15

物体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 半宽 (X Half Width)：50
Y 半宽 (Y Half Width)：30

现在你可以看到我们建模了一个投射式车灯的雏形，挡板同时处于椭圆面镜与非球面透镜的焦点上。档板并没有完全符合实际需求，在实际应用中，使用者还可以依据状况增加更多物体。

加入探测器

我们需要探测器探测10米远的地方，所看到的现象如何。
物体5 (Object 5):颜色探测器 (Detector Color)
Z 位置 (Z Position)：10000 （10米）
X 半宽 (X Half Width)：700
Y 半宽 (Y Half Width)：200
X 像元数 (X Pixels)：210
Y 像元数 (Pixels)：60
颜色 (Color)：4

追迹光线

设定完成后就可以追迹光线了，点击一下分析 (Analyze) > 光线追迹 (Ray Trace)。