Lighttools光学软件实例：MacroFocal反射镜（1）

部分照明应用场景（如路灯、汽车近光灯）要求光束形态的单侧或多侧具备锐利的光强截止边界，而采用单一焦曲线或焦曲面（如抛物线、双曲线、椭圆）的反射镜，仅能将一个焦点的光线导向指定方向或目标点。

宏聚焦（MacroFocal）功能支持设计由多个反射片构成的自由曲面反射镜，其中各反射片相互独立，无需贴合某一基准曲面形状，且各反射片无需保持连续，可根据需求通过间隙曲面进行衔接，或直接预留空隙。每个反射片的参数均经过精准计算，可将光源特定点位发出的光线精准导向预设的目标区域，目标类型可选择照度目标（近场）、光强目标（远场）或虚拟目标，每个反射片均可单独设置目标区域的范围参数。通过设定各反射片对应目标区域的扩展范围与位置，即可对最终形成的整体光束形态进行精准调控。

本示例将介绍一款小型医用/牙科手术灯的光学设计方案，该灯具由一个柱状光源和一个采用“宏聚焦”功能设计的多面反射镜构成，技术参数要求如下：

–   光源：2000 lumen柱状光源

–   中心遮光孔径：直径80mm

–   目标类型：照度

–   目标区域尺寸：300mm×300mm

–   目标距离：距反射镜1.2m

–   目标照度：>10,000 lux

1.     创建MacroFocal反射镜

首先点击“插入>高级设计功能>MacroFocal反射镜…”，设计视图中会基于默认参数生成一个宏聚焦反射镜，同时弹出宏聚焦反射镜对话框，下图展示了默认状态下的宏聚焦反射镜，包含带反射片的自由曲面反射镜及光源。

接下来要设置用于定义反射片边界的网格，网格类型包含以下四种。Classic网格布局采用矩形反射片阵列，支持对边界形状进行调控；Zonal网格布局通过定义反射片的四个顶点位置来生成一组反射片；Polar网格布局用于生成呈放射状分布的反射片阵列；Globe网格采用X、Y方向半径不同的椭圆形结构，可独立设置U、V方向的反射片数量。

本示例将采用球面网格，选择Globe，点击Edit Grid按钮，打开网格参数设置对话框，由于本系统需构建一款圆形反射镜，将直径设置为：400mm，反射片阵列规格设置为：8×8。输入左侧图中所示参数，点击Apply并关闭窗口。此时生成的反射镜如右图，曲面曲率过大，是因为尚未完成光源与目标平面的参数定义。

2.     MacroFocal反射镜光源设置

打开新建MacroFocal反射镜基元的属性窗口，切换至光源选项卡，在光源类型中选择柱面光源，点击应用，此操作将默认的矩形光源替换为柱面光源。

在系统浏览树中，展开“照明管理器>光源列表”，双击该柱状光源以打开属性窗口，切换至坐标选项卡，将Z轴坐标值设为150mm，点击应用，光源参数更新后，反射镜的形态也会随之发生变化。

切换至出射度选项卡，将光通量值修改为2000流明，点击确定，应用参数设置并关闭窗口。

3.     反射片扩展范围

反射片扩展范围通过构建曲面将光源输出映射至目标输出，以此控制反射镜的形状。扩展范围可定义为角度、远场或照度、Z平面模式。反射片扩展范围可单独为每个小面进行定义，也可将水平与垂直方向设为相同参数。

要设置反射片的扩展范围参数，在MF Reflector主对话框中点击Spreads按钮（若已关闭该对话框，右键单击宏聚焦反射镜基元，选择编辑扩散…），该对话框默认勾选水平反射片(horizontal facets)与垂直反射片(vertical facets)复选框，此默认设置可使所有反射片共用同一组参数，从而简化数据录入流程。

宏聚焦功能的工作原理为：将边缘光线（即入射至反射片边缘的光线）精准导向特定的目标点或目标角度。默认情况下，所采用的边缘光线均从光源中心位置发出，对于大多数常规照明应用而言，这已足够满足需求，但若需要更精确的控制（例如实现清晰的光线截止边界），则可以从光源的边缘开始发射光线。

3.1    设置扩展参数

按所示输入以下扩展数据，水平与垂直位置：-150, 150；光照目标类型：near Z-plane；目标平面：1200。

水平与垂直分布范围位置参数以至少一对数值表示，数值之间用逗号分隔，第一个数值对应入射至反射片U向或V向最小边缘处光线的目标参数，第二个数值对应入射至反射小面U向或V向最大边缘处光线的目标参数，若输入两个以上数值，则该组数值分别对应沿反射片排布的多束光线的目标参数。

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