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ZEMAX软件技术应用专题:用於數位元投影光學中均勻照明的陣列透鏡 (蒼蠅眼)

2022-11-30 10:27
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陣列透鏡是照明系統中有用的光學元件。它是將單個光學元件組裝或形成為單個光學元件的二維陣列,用於在照明平面上將光從非均勻分佈空間轉換為均勻輻照度分佈。這篇文章討論了複眼空間光學積分器在數位投影機中的使用,以及如何在 OpticStudio 中對此類元素進行建模。

在數位投影器設計中,我們希望確保數位光源在輻照度分佈方面與投影圖像相匹配。因此,這種限制要求投影器設計包含均勻照明的空間光調製器 - 通常採用 LCD 面板的形式。理論上,這聽起來很容易,但這種面板上的源光束通常是高斯的(即不均勻)。因此,需要一種設備來“去高斯”,或在空間上將非均勻光束輪廓轉換為均勻光束輪廓。具有這種能力的一個這樣的設備是一對複眼空間光學積分器陣列。

何謂透鏡陣列?

透鏡陣列是將單個光學元件組裝成單個光學元件的二維陣列。它用於將光在圖像平面上從非均勻分佈空間轉換為均勻輻照度分佈。使用透鏡陣列的數位投影系統通常與具有提供半准直入射光的拋物面反射器的燈組件結合使用。目前,它們主要用於 LCD 數位元元投影光引擎,以向空間光調製器照明平面提供均勻照明。

在上圖中可以看到透鏡陣列。 (這張照片由 In Vision 提供,www.in-vision.at)。陣列中每個單獨的光學元件的形狀可以是正方形或矩形。單個光學元件的表面形狀可以是球面或變形(垂直和水準子午線的光焦度不同)。

在上圖中可以看到透鏡陣列。 (這張照片由 In Vision 提供,www.in-vision.at)。陣列中每個單獨的光學元件的形狀可以是正方形或矩形。單個光學元件的表面形狀可以是球面或變形(垂直和水準子午線的光焦度不同)。光焦度通常僅在陣列的一個表面上,而第二個表面通常是平面的。

在 OpticStudio 中對此設置進行建模的最簡單方法之一是使用陣列物件 (array object)。提供的範例,選擇了 Lenslet Array 1 物件, 它由矩形體陣列組成,每個矩形體的前表面為平面,後表面為使用者自訂數目的重複曲面。後表面可以是平面、球面、圓錐面、多項式非球面或環形表面。這使得陣列中透鏡元件表面形狀的定義和優化具有了極大的靈活性。下圖顯示了透鏡陣列1物體,它是由7 x 5個矩形透鏡組成的透鏡陣列,每個矩形透鏡都可以看作一個球面透鏡的矩形區域。

其它可以用於該應用程式的物體包括透鏡陣列2物件和六邊形透鏡陣列(Hexagonal Lenslet Array)物件。

其它可以用於該應用程式的物體包括透鏡陣列2物件和六邊形透鏡陣列(Hexagonal Lenslet Array)物件。您可以透過點擊:設置(Setup)選項卡>編輯器群組(Editors Group)(設置選項卡)>非序列元件編輯器(Non-Sequential Component Editor)>非序列幾何物件(Non-Sequential Geometry Objects)打開説明檔,瞭解更多關於這些陣列及其規格的資訊。

透過用戶自訂表面(User-Defined Surface)功能,在序列模式下進行光學設計時也支援透鏡陣列的使用。

 

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