ZEMAX | 室内照明案例分享1 ：照度分布的模拟

摘要
本文介绍在 OpticStudio 中对室内照明进行模拟。

创建室内照明
通过光源物体创建室内照明。

在这里创建室内照明的规格，如下所示：

亮度：3000 　lm
直径：φ550　mm
配光：半值  60°

此外，房间空间设置如下：

宽：2.7 m × 3.6m
高：2.2 m

对光源物体使用（椭圆）光源。

为了确认光分布，设置（极）探测器和（矩形）检测器。

由于房间高度为 2.2 米，因此（矩形）探测器被设置在 2.2 米处。

 

亮度为 3000lm，因此能量设为 3000，

由于直径为φ550mm，在X半值和Y半值参数中输入半径275mm。

通过在余弦指数中输入 1 来指定亮度分布，执行光线追迹的结果如下所示。

光分布

光分布按照输入的余弦 1 次方成比例分布。

此外，最大亮度为 962.53 坎德拉。

 
照度分布

2.7m × 3.6m的探测器放置在距光源 2.2 米处，照度分布如下图所示，中心照度为 197 Lux。

 
从先前的969.6坎德拉开始计算：

969.9 坎德拉 / （2.2 米） ^2 = 200 流明 / 平方米，近似计算与模拟结果相符。

查看照度分布，探测器边缘照度降至中心峰值照度的 36%。

 

光谱
我们将使用 YAG 荧光粉白色 LED 光谱进行照明。

 

查看光谱，如下图所示。

光源的光谱决定了被照亮物体的外观颜色（显色性）。

参数对室内照明的仿真结果有显著影响。

那么，由于光源的数据是可创建的，因此，我们将在“室内”设置的条件下，模拟“室内照明”。以下为非序列元件编辑器。

房间大小
宽：2.7 m × 3.6m
高：2.2 m
使用矩形体创建墙。
探测器位于每面墙的前面（-1mm）。

※ 在参考物体中输入“-1”，参考上一个物体。

※ 在探测器的“仅前面”中输入“1”，仅接收来自前面的光线。

 

接下来，为每面墙设置膜层。

膜层可以按下面所示进行添加。

 

Coating名：WALL　

所有可见光范围内的反射率为 65%。

 

通过查看不同波长的反射率，可以看到可见光范围的波长内反射率为 65%。

 

Coating名：BROWN

在可见光范围内，短波长具有较低的反射率，而长波长具有更高的反射率。

 

每面墙都反映出所创建膜层的反射率。

散射设置为 “Lambertian”。散射百分比，输入 1。

通过这样的设定，物体既有所设置膜层的反射率，同时有Lambertian散射特性。

 

完成所有设置后，执行光线追迹。

光线跟踪设置如下所示：

– 勾选NSC 光线的散射选项，
– 勾选使用偏振光。
 

在 NSC Shaded Model中：

光线在每面墙上发生散射，当光线击中地板时，光线会消失。

因为地板的反射率低于墙壁的反射率，表现为被地板被吸收。

 

每个表面的光接收表面如下所示。

◆地面

中心照度为292lx。

创建光源时的峰值照度为 197lx。

可以推断，照明比创建光源时的结果大的原因是，在地板上反射的光增加了。

即使相同的光源位于同一位置，房间内的照明及其分布也会因环境而异，这非常复杂。

 

◆天花板

中心部分较暗，因为安装了光源外壳。

虽然最大照明较低，但由于它与地面相对，因此反射回来的光较少。

 

◆ 侧面（背面的宽的一面）和侧面（窄的一面）

这个面的一个值得注意的部分是，峰值照度位于中心偏上，而墙的顶部比墙的底部照度低。

由于顶部更接近光源，因此可以想象峰值照度会靠近顶部。

墙的顶部比墙的底部照度低，可能是因为光源的光强分布与余弦 Θ成正比。 （因为墙的顶部是θ=90°。 ）