一. 初始解的构建

1. 为了简单采用此透镜由三部分构成:

A. 全反射部分, B. 折射部分,C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入)

图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了.

初始数据:

1) 几何体部分

TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体;

注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1mip2N3QZKuz5XeC2jSYtC2uoG-QfzKUAEb96Lv1sumjmSD2PgZw1Bnqc1wXYcuPt4js5gJihE6LV35fhkTyiUDK2VCA2EgcmSG7XiIU2aMc1rFMZPpnEpRm0ZF0SpLUeIrSZQ1LDxzCwluNv4G0XN8g/image_thumb[5].png

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1mIt5eHDAWN8xeiRQvNkD8KjknVdUVXt9Ol_H5SsO0CtkmUzLImU0hZg1400Cxn9rkqZ4Tq72PvkBR8ErzGP_T53-ky80L0QQSZpANFHEWT53oi-AaYYFXxnXEzf-zovpEWrvq_YwrzMlNuhSCa7jgrQ/image_thumb[7].png

2) 光源部分

我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成:

steps=90 incr=90/steps #max angle is 90 degree pi = 4*ATAN(1) dr = pi/180 startobj=4

For i,0,steps,1 angle = i*incr oo=i+startobj InsertObject 1,oo SetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY"  # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angle SetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout rays SetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis rays

tar = 0 opr = i+1

InsertMFO opr setoperand opr, 11, "NSRA" setoperand opr, 3, oo   # src# setoperand opr, 6, 3   # seg# setoperand opr, 9, 1   # weight setoperand opr, 7, 5   # y coordinate setoperand opr, 8, tar  # tar Next update

我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1m7K1sM5ycHl8qH5iRPhtDsg4A7uk1_b7ZA98S6-9b9OIe0ay_c9tQ7RKmchhodXIz81RJaUobs_JbyGOn94jhVKcN79t7qGA9vBpNWzshOkfNOE5wspq1QtM8KSDoq_KhyTZXp7kES78y4mjZAMQX4Q/image_thumb[9].png

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1mTzgkmFcqLuf5nFZoG3EAf90rn-MospuusksqVmfSBSeJUiiN2oDM-pn1X5Eva-NeH_PYEC13PGy3RH1gLmI40K5NO69-CaWiS-eGpRphRc9b1xRQWCUO2HKBuZ9y9_8oZHlNop-nXQziTossowOB0w/image_thumb[11].png

二. 优化

经过上面的准备工作,这时我们就可以优化了, 当然那几个物体的相对位置需要用PICKUP来约束, 这里不就详细说明了.

初步优化的结果如下:

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1m2OWN82NIgY0HqUJMlgMP2cz3qC2k5U1tWwKM3zbJfGzjs-U07E4V1OdrEibaFXMMR4vMY6PPvBkaIsrRUjO6yYteHINzNSt488nk_I_E5Di_3sYD1aNsvlKKqKZYGYtukCub6nGykHPTU21GU7XPjw/image_thumb[13].png

可以再调整一下透镜的口径, 再优化一次. 可以看出, 透镜的口径是在增加的, 并且其底部是一直往左移的. 最终会达到一个比较平衡的状态;到这里优化工作就已经完成了. 我们可以对这三个部分进行一个布尔操作得到我们想要的透镜!

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1mbdzNUsSnwGXNqlEMxSMeNkwQmTrRlZWZjyCHtGCRdd9_VKCbo6TYX43Hvp3cse0h7wjffyMXI05kuPFXWDSqytqZ9uPnHoMqiYOwX1K1ss0kDZ3YIcwfs7xL2PyCu5P7K1Du0bIiCuuzoxPjsDj0-A/image_thumb[15].png

三. 最终模型的建立和模拟

1) 布尔操作后的结果

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1m8828UqS3tj2qlUIKfM8Fwaw-KAy99xTMdJlOISxQq2MejLgzgreNh2APJMbOCKO5cEggqKArFw0w3-FTHMyLkn_qWxDue1oWe9Hl7pIsuMijTKC5i5x5kQmJaTxCyIxIT4RJRn6eYviM_gotcO73gw/image_thumb[16].png

2) 模拟,

将所有的SOURCE RAY都删除, 我们用SOURCE RECTANGLE来代替LED, 大小取1*1, COSINE EXPONENT 取1.0来做为朗伯发光体, 把DECTOR 设置到1010MM处, 模拟1M处的光斑, DETECTOR的大小设为500*500https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1m_GZeEkBsxscfcnvAvX1JZlFI3BqaE59vIkMCSlzuk_RKiaGGBCxKYohCLZhTj9XOiiFJVyjMfnSJJUL6CoAhHQJ6WGJAyVBNd1z80jFpdLjR3jbKIYIdTzy4XTkyUqg_w_SoucmqsFPaDarEFoTO9w/image_thumb[18].png

3) 模拟结果:

A. 光斑

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1maBTQ4uN6kfaGkE3KlNGhfRmgZSPzo_hrsnFLvQpp6ncn-iG8HMzmT1NXM5XuB4cQhnWHOrvFSCynojmc53sKMmyOtlv5cufXq5jzEi47eLNuemRd-7fGWk_xDpCGp-7m_JzMr65GITbqsGcA7eOjaQ/image_thumb[20].png

B. 发散角

https://hju3vq.bay.livefilestore.com/y1mUTiufc2logI4EO4bEwMvJU6gMo5jNz7QY9HTqxBoDerJmtnOVdjth_GiwJXtXyfsMAoIueHIXKib6HIxAquwZ2gAAZHojSkC_X0m6R6T5EHmPZ4oOzcrv46nfUA9smButBno4HXo25tWXafkEiIqcg/image_thumb[22].png

以上是一个简单的准直镜的构建. 采用ZEAMX的优化算法结果特定的建模完成该设计, 当然还可能存在诸多不足之处,但此思路可供参考. 也可以设计相似的透镜或变型.