Zemax|六步，OS帮你建模一个投射式车灯

投射式车灯是一种近年流行起来的新型的大灯。它的前部装有很厚的凸形配光镜，可以使光束更加集中，因此，可以把前照灯做成扁长形，看上去像是个鱼眼睛。

投射式前照灯的光学系统主要由灯泡、反射镜、遮光镜、凸型配光镜组成。投射式前照灯具有两个焦点，第一个焦点为灯泡，第二个焦点在灯光中形成。与普通卤素大灯比，其优点是焦点性能好，照得更远。

那么，怎么在OpticStudio中建模一个投射式车灯？

   本文共1765字，详细阅读需5分钟左右。

在Zemax OpticStudio中模拟投射式车灯，主要分以下步骤：

·    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

最终结构将如下：

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

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

注释1：

A. 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；

B.也可以根据RGB、色坐标、sRGB 等信息模拟频谱；

C.有需要也可以使用纯文字文件自行定义。

注释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。

如你所见,查看光谱文件 (Source Spectrum Plot) 是个很方便的工具，它将用图表的方式告诉你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：

注释3：

每条光线仅会有一个波长。

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。

这里我们选用Edmund 镜片编号 67248.1，这是一片实际买得到的透镜，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

我们要加入两个挡板，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。

挡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。

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

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)。

点一下分析 (Analyze) > 探测器查看器 (Detector Viewer)。

设定平滑度 (Smoothing) = 1，可以让结果平滑，利于观察。

我们也可以改变坐标轴，以放大观察。

或是直接用鼠标框选画面放大。

可以看到色散射状况如下：

注释4：

OpticStudio 除了能显示真实色彩之外，还能输出RGB等原始数据。

也能计算频谱分布、色度坐标、CCT 色温等数据。这些数据都可以被进一步优化，或是使用API对接到其他软件中进行分析和处理。

现在你可以尝试打开非序列实体模型 (NSC Shaded Model)，利用已知的各种技巧，做出以下报告图。

一个投射式车灯建模就完成了，希望文章的内容能够给您带来知识和启发！

图文来自Zemax官方