本文演示了 OpticStudio 非序列模式下的一些基本操作。它描述了如何在非序列組件編輯器中創(chuàng)建和編輯對(duì)象，如何在布局圖中查看系統(tǒng)，如何在非序列系統(tǒng)中創(chuàng)建光源、透鏡和檢測(cè)器，以及如何執(zhí)行光線追蹤和分析結(jié)果。它還展示了一些創(chuàng)建照明應(yīng)用中常用的光導(dǎo)管和拋物面反射器的示例。

下載

聯(lián)系工作人員獲取附件

介紹

在非序列光線追蹤中，有許多功能在順序模式下根本不可用。這主要是由于允許非序列射線與其路徑中的任何對(duì)象相互作用，并且可以分裂成完全可追溯的子射線。在深入探討演示非序列模式功能的具體示例之前，了解 OpticStudio 非序列模式下的光線追蹤非常重要。

非序列光線追蹤

OpticStudio中有2種不同的光線追蹤模式：順序和非順序。順序模式主要用于設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)，而非序列模式主要用于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)和雜散光分析。主要區(qū)別在于，在非序列模式下，用戶未嚴(yán)格按順序指定光線路徑。相反，光線以它們撞擊各種物體和表面的實(shí)際物理順序進(jìn)行跟蹤，這些物體和表面可能不是按表面或?qū)ο蠖x的順序排列的。射線我反復(fù)擊中同一個(gè)物體，而完全錯(cuò)過(guò)其他物體。射線也可以分裂成反射的、折射的或散射的子射線，并且可以同時(shí)追蹤子射線。非序列模式下的主要分析工具是檢測(cè)器查看器。它以不同的數(shù)據(jù)格式在探測(cè)器上顯示光線跡線結(jié)果，例如相干或不相干輻照度或輻射強(qiáng)度的空間和角度分布。用戶還可以將光線追蹤結(jié)果保存到 ZRD 文件中，并使用光線數(shù)據(jù)庫(kù)查看器或路徑分析工具進(jìn)一步分析光線路徑。

設(shè)置基本系統(tǒng)屬性

我們將創(chuàng)建一個(gè)非序列系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有燈絲源，拋物面反射器和將光耦合到矩形光管中的平凸透鏡，如下面的布局所示。

我們還將分析射線追蹤到探測(cè)器，以獲得光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)點(diǎn)的輻照度分布。以下是我們最終將生產(chǎn)的內(nèi)容：

要開(kāi)始使用，請(qǐng)按“設(shè)置”將 OpticStudio 切換到非順序模式...系統(tǒng)...非序列。

進(jìn)入非序列模式后，編輯器的窗口標(biāo)題欄將顯示非順序分量編輯器 （NSCE），而不是鏡頭數(shù)據(jù)編輯器。鏡頭數(shù)據(jù)編輯器僅用于順序或混合模式系統(tǒng)。

在本練習(xí)中，我們將設(shè)置系統(tǒng)波長(zhǎng)，在“設(shè)置...系統(tǒng)...系統(tǒng)資源管理器...波長(zhǎng)，至 0.587 μm。

我們還將在“設(shè)置...系統(tǒng)...系統(tǒng)資源管理器...單位?如下。

除了輻射輻照度單位（如 Watt.cm-2）外，您還可以指定光度和能量單位，如 lumen.cm-2或 joule.cm-2。我們將為本練習(xí)選擇默認(rèn)的輻射測(cè)量單位。

創(chuàng)建反射器

在非順序組件編輯器中插入幾行，方法是按鍵盤(pán)上的<插入>。

在設(shè)計(jì)的第一部分中，我們將創(chuàng)建一個(gè)由拋物面反射器準(zhǔn)直的燈絲源。然后，我們將探測(cè)器物體放置在距光源的某個(gè)Z距離處，并裂解探測(cè)器上的輻照度分布。

通過(guò)在編輯器中單擊“對(duì)象 1”的“對(duì)象類(lèi)型”列或打開(kāi)“對(duì)象 1 屬性”窗口，使第一個(gè)對(duì)象成為拋物面反射器。將“類(lèi)型”設(shè)置為“標(biāo)準(zhǔn)曲面”。

在 NSCE 中，為對(duì)象 1 輸入以下參數(shù)。

材料鏡子半徑100圓 錐形-1（拋物線）馬克斯·阿珀?duì)?50閩阿珀20

您可以在“分析...”下打開(kāi) NSC 3D 布局。系統(tǒng)查看器...NSC 3D布局，看看這個(gè)反射器是什么樣子的。

創(chuàng)建源

我們不會(huì)在拋物面反射器的焦點(diǎn)處放置燈絲來(lái)準(zhǔn)直光束。燈絲線圈將10圈，總長(zhǎng)度為20mm，轉(zhuǎn)彎半徑為5mm。

將 NSCE 中的對(duì)象 2 更改為源燈絲，然后輸入以下參數(shù)。

Z 位置50# 布局光線20# 分析射線5,000,000長(zhǎng)度20半徑5轉(zhuǎn)彎10

通過(guò)雙擊來(lái)更新 NSC 3D 布局。

布局顯示從源細(xì)絲發(fā)出的 20 條光線，如 # 布局光線參數(shù)中所指定。

旋轉(zhuǎn)源

源沿 Z 軸定向，但假設(shè)我們要沿 X 軸定向它;我們需要將源對(duì)象圍繞 Y 軸旋轉(zhuǎn) 90 度。輸入 90 作為源的?傾斜約 Y?參數(shù)。

布局的默認(rèn) YZ 平面視圖顯示細(xì)絲沿 X 軸定向，但是，XZ 平面視圖顯示細(xì)絲已向 +X 軸移動(dòng)。要旋轉(zhuǎn)布局，請(qǐng)?jiān)凇安季帧惫ぞ邫谥懈牟季忠晥D角度。

? ? ?

偏心的原因是因?yàn)樵醇?xì)絲的旋轉(zhuǎn)軸不在對(duì)象的中心，而是在末端。要使源在 X 軸居中居中，請(qǐng)?jiān)?strong>“X 位置”列中輸入 -10。

更新布局，它現(xiàn)在將顯示所需的燈絲位置和方向。

放置探測(cè)器

下一步是將探測(cè)器物體放置在距光源一定距離處的位置，以研究該位置的輻照度分布。將對(duì)象 3 更改為檢測(cè)器矩形，然后輸入以下參數(shù)。

Z 位置800X 半寬150Y 半寬150# X 像素150# Y 像素150顏色1（反灰度）

布局的 YZ 平面視圖顯示：

觀察布局顯示通過(guò)探測(cè)器的光線。探測(cè)器是完全透明的，因?yàn)椴牧项?lèi)型是空氣（編輯器中的空白）。

追蹤分析光線到探測(cè)器

要查看探測(cè)器的強(qiáng)度，我們需要通過(guò)單擊“分析...”來(lái)打開(kāi)探測(cè)器查看器。探測(cè)器...探測(cè)器查看器。

您會(huì)注意到，探測(cè)器查看器是空白的，總功率為零，即使我們?cè)诓季种锌吹降竭_(dá)探測(cè)器的光線也是如此。原因是光線是針對(duì)布局和探測(cè)器查看器單獨(dú)追蹤的。我們需要首先將分析射線追蹤到探測(cè)器才能看到結(jié)果。追蹤到探測(cè)器的光線數(shù)量在編輯器中源燈絲對(duì)象的“#分析光線”參數(shù)列中指定，這通常是一個(gè)很大的數(shù)字：在這種情況下為500萬(wàn)。請(qǐng)記住，布局光線不會(huì)影響探測(cè)器查看器的結(jié)果。只有分析射線才能做到。

要追蹤到檢測(cè)器的分析光線，請(qǐng)打開(kāi)“分析...”下的“檢測(cè)器控制”窗口。追蹤光線...光線追蹤。

按?Clear & Trace?可從探測(cè)器中清除任何以前的數(shù)據(jù)，并啟動(dòng)新的光線追蹤。探測(cè)器查看器將顯示輻照度分布，揭示由燈絲源引起的熱點(diǎn)。

如果檢測(cè)器查看器看起來(lái)不同，請(qǐng)打開(kāi)檢測(cè)器查看器設(shè)置窗口，并確保設(shè)置如下所示：

您還可以通過(guò)在設(shè)置中選擇“按上次分析的彩色像素”選項(xiàng)，在 NSC 著色模型布局中查看檢測(cè)器跡線結(jié)果。

? ??

Adding a Plano-Convex Lens

現(xiàn)在我們有了光源和反射器，我們將在探測(cè)器右側(cè)（+Z）10mm處添加一個(gè)折射平面凸透鏡。在編輯器中的“檢測(cè)器矩形”之后插入一行，并使用以下參數(shù)值鍵入“標(biāo)準(zhǔn)鏡頭”。

引用對(duì)象3Z 位置10材料N-BK7半徑 1300清除 1150邊緣 1150厚度70清除 2150邊緣 2150

更新 NSC 3D 布局。

請(qǐng)注意，通過(guò)在“參考對(duì)象”列中輸入值 3 并指定 Z 位置值 10，而不是引用全局頂點(diǎn)（參考對(duì)象 = 0）并為 Z 位置參數(shù)指定 810mm，我們將鏡頭的位置引用到對(duì)象 3（檢測(cè)器矩形）。當(dāng)鏡頭位置參照探測(cè)器時(shí)，無(wú)論探測(cè)器位置如何，鏡頭將始終位于探測(cè)器右側(cè)10mm（+Z）。這是在非順序模式下指定相對(duì)對(duì)象位置的方式。

要查看聚焦光束的外觀，請(qǐng)?jiān)阽R頭右側(cè)（+Z）插入另一個(gè)探測(cè)器矩形（對(duì)象5）650mm，并使用以下參數(shù)。

引用對(duì)象4Z 位置650X 半寬100Y 半寬100# X 像素150#Y 像素150顏色1

更新 NSC 3D 布局。

追蹤分析光線并考慮偏振損失

通過(guò)單擊“分析...”打開(kāi)另一個(gè)檢測(cè)器查看器...探測(cè)器...檢測(cè)查看器并進(jìn)行如下設(shè)置。

現(xiàn)在，我們準(zhǔn)備再次追蹤到探測(cè)器的分析射線。由于N-BK7透鏡是無(wú)涂層的，我們需要考慮反射損耗（菲涅耳反射），因此需要在探測(cè)器控制窗口中啟用使用偏振選項(xiàng)。請(qǐng)注意，我們此時(shí)沒(méi)有分裂光線，因此考慮了反射損失，但反射能量沒(méi)有被傳播。單擊“拆分光線”將創(chuàng)建子光線，這些光線會(huì)帶走反射的能量。

探測(cè)器查看器中報(bào)告的總功率現(xiàn)在考慮了鏡頭中的反射損耗和大體積吸收。

添加矩形光導(dǎo)管

作為最后一步，我們將在探測(cè)器矩形（對(duì)象5）的右側(cè)（+ Z）添加一個(gè)20mm的矩形丙烯酸光管。在編輯器中添加矩形體積塊對(duì)象，在對(duì)象 5 之后，使用以下參數(shù)。

引用對(duì)象-1Z 位置20材料丙烯酸X1 半寬70Y1 半寬70Z 長(zhǎng)度2000X2 半寬70Y2 半寬70

輸入材料類(lèi)型亞克力時(shí)，您可能會(huì)收到以下消息。單擊“是”，OpticStudio 將向文件中添加 MISC 材料目錄，其中定義了材料丙烯酸。

這一次，我們?cè)O(shè)置了 Ref Object： -1，它表示編輯器中的前一個(gè)對(duì)象（對(duì)象 5）。這與此參數(shù)輸入“5”相同。如果要將編輯器中的對(duì)象組復(fù)制并粘貼到相同或不同的非順序組件編輯器中，則使用負(fù)數(shù)為 Ref 對(duì)象指定相對(duì)對(duì)象非常有用。

在編輯器中放置另一個(gè)檢測(cè)器矩形（對(duì)象 7），其中包含以下參數(shù)。

引用對(duì)象-1Z 位置0材料吸收X 半寬100Y 半寬100# X 像素150# Y 像素150顏色1

使用拾取求解來(lái)定位探測(cè)器

更新后的 NSC 3D 布局將顯示以下內(nèi)容。

材料類(lèi)型設(shè)置為“吸收”，以使探測(cè)器不透明而不是透明，從布局中可以明顯看出。

由于我們將探測(cè)器對(duì)象 7 引用到矩形體積并將 Z 位置設(shè)置為零，因此探測(cè)器位于光導(dǎo)管的前表面。如果我們想將此探測(cè)器放置在光管末端10 mm（+Z）處，Z位置值應(yīng)為2010 mm（矩形體積厚度+ 10）。如果我們將矩形體積的厚度更改為其他值，則對(duì)象 7 的 Z 位置也應(yīng)更改。為方便起見(jiàn)，我們將為探測(cè)器的 Z 位置放置一個(gè)“拾取求解”，而不是在編輯器中鍵入值 2010 mm。然后，編輯器中的 Z 位置值將自動(dòng)計(jì)算為對(duì)象 6 厚度和 10 的總和。

輸入對(duì)象 7 厚度的拾取求解，如下所示。

從列設(shè)置：參數(shù) 3?對(duì)應(yīng)于對(duì)象 6 的 Z 長(zhǎng)度。在編輯器中，參數(shù)旁邊將出現(xiàn)一個(gè)字母“P”，指示存在拾取求解。

光線追蹤整個(gè)系統(tǒng)

打開(kāi)第三個(gè)檢測(cè)器查看器以查看檢測(cè)器對(duì)象 7 并重新運(yùn)行光線追蹤。記得選中使用極化，然后按?Clear & Trace。探測(cè)器查看器顯示，光導(dǎo)管已有效去除熱點(diǎn)，使輻照度分布幾乎均勻。

有關(guān)完整的示例系統(tǒng)，請(qǐng)參閱本文的文章附件。