FRED应用：准直透镜模拟与优化

1.摘要 

本文您将会学到如下内容：

透镜基本参数输入；

优化变量与评价函数设定；

优化；

照度分析；

 

2.操作流程

1)创建之前，我们需要设置其喜好，点击菜单Tools>Preference , 注意其红色线框，勾选之后，其参数输入会变为曲率，所以平时设置时我们勾选此项。

 

2)创建透镜

在树形文件夹中选择Geometry>Create a New Lens 

 

3)输入透镜参数 

 

两个面的半径分别为 0 和 -20；半孔径为10*10，材料选择Schott库N-BK7。创建完成后，选择第二面输入圆锥系数-1；

将第二面的圆锥系数改为-1

 

4)创建LED光源

光源类型为Random plane ;

光线数为10000；

LED 芯片尺寸 2mm*2mm ；

形状选为椭圆；

 

在光线方向上选择Random Direction into an angular range.

半径选择60度

类型选择 Lambertian

形状选择 Elliptical

 

波长选择默认默认波长

Power默认为1 watts

位置选项为偏离坐标原点Z轴负方向-10mm

LED光源设定办法

LED光源的发光强度（极化角和方位角）

波长设定,颜色选为绿色

功率设定（在Power units选择Watts）

 

5)创建探测面，在菜单栏Create>Element Primitive>Plane

创建平面探测器(plane)

 

6)创建分析面

光线滤光器设置

 

7)执行光线追迹

 

可以看到LED出射光线经过透镜后比较发散，那我们就要对其进行准直优化,其LED边缘光线没有进入到透镜内。

8)优化设定 

 

打开Optimize选择Define/Edit进行准直优化

定义变量

定义评价函数 （RMS Direction Spread）

优化方法设定(选择Simplex，并设定优化终止标准)

9)优化

注意：在优化之前，建议先保存原始文件

优化结束后会弹出如下报告

在输出结果可以看到当前评价函数数值

10)光线追迹与结果分析

11)增加光线追迹数量200M，查看照度分布 

优化后透镜的面型如下：

透镜渲染效果