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  • 如何模拟照明均匀的复眼透镜阵列

    作者:Zemax China 来源:投稿 时间:2019-06-06 18:28 阅读:2274 [投稿]
    复眼透镜阵列是照明系统中非常有用的光学元件,它可以用来生成均匀的辐照度分布。本文结合数字投影仪的设计案例,介绍了复眼空间光积分器 (Fly`s eye spatial light integrator) 的设计方法。

    对于具有一定视场角的光源如上图所示,两个视场角最终在聚光镜上的成像高度不同,因此聚光镜在照明平面上的成像高度也不同。如果各视场方向上的光线在照明平面上不重叠,则我们将得到一个非均匀的辐照度分布。

    在上述两种情况中,我们可以通过添加第二块复眼透镜阵列(场镜阵列)来提高照明平面的均匀性。该场镜阵列位于物镜阵列的像面位置。场镜阵列的功能是将光源发出的不同视场角的光线在照明平面上重叠到一起。因此我们需要使发散光线和平行入射光线在照明平面上的辐照度分布的宽度一致。我们可以从下图中看到,在上述两种情况中引入场镜阵列后,照明平面上的辐照度分布的均匀性得到了优化。发散的光线经过场镜阵列和聚光镜后在照明平面上重叠在一起。



    制约参数

    其中一项制约参数是我们需要确定在阵列的水平和竖直方向上需要分别设置多少个元件。设置的元件数量越多,照明平面的辐照度分布均匀性越好。然而两个元件之间边缘不会无限锐利,因此造成光线在边缘处发生散射效应。所以元件数量越多,边缘处的散射效应越强。

    选择偶数或奇数个元件也是其中一项制约参数。使用奇数个元件意味着中心元件总是位于中心处,并且其他元件的位置都是沿中心对称的。这也是得到空间均一性的原因。偶数个元件将导致中心处的强度分布下降。

    综上所述,在数字投影仪的照明平面上,如果想得到均匀的辐照度分布大约需要7个元件(最多为11个)。由于这只是一般的估计,您需要对光源到照明平面进行精确的建模,根据您具体的系统来决定实际需要的元件数量。

    透镜阵列的焦距决定了两组阵列之间的间距。物镜阵列中每个元件的孔径和焦距决定了可以透过场镜阵列的光线的视场角。元件的孔径和焦距以及两个透镜阵列之间的间距决定了照明平面在水平以及竖直方向上的尺寸。其中一种理解场镜阵列作用的方式是,场镜阵列中每个元件将物镜阵列以特定的放大率成像在照明平面上。

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    文章点评

    李琦:对于这个文章我有几个问题: 1 仿真的时候探测器的参数必须与实际探测器参数相同吗?不同的话会不会与实际情况有误差?相同的话很难用有限光线模拟出真实值 2 是否可以用smoothing,设置为多少不会与真实值有误差 求告知指点一下,谢谢!(06-08)