lighttools光學模擬軟件使用手冊.ppt

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2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,1,LightTools是什麼？,LightTools基本上是一種具有彈性及效率之光學系統(tǒng)模型化的工具，它可以利用蒙地卡羅光線追跡的技術做光-機結構間的模擬，它可以不必假設系統(tǒng)之對稱性，做單軸、全域、三維坐標的模擬。當光束穿越整個光學系統(tǒng)，光束可以自動地分裂為反射，折射，偏振光及散射的分量，當這束光穿越整個系統(tǒng)，光束可以包含物體任意的次序，獨立的根據(jù)物理可實施之路徑行進。這類的光線追跡一般稱為“無限制的”或“非序列的”。LightTools所做的就是一個根據(jù)真實光線在真實世界裡的路徑的仿真模擬。,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,2,基本輻射度學及光度學概念,輻射度學是關與任一波長的電磁輻射定量及量測.光度學是完全相同的事,但是限制在人類眼睛有反應的波長範圍.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,3,RADINANTFLUX輻射通量功率IRRADIANCE輻射照度每單位面積上的功率RADIANTINTENSITY輻射強度每單位立體角上的功率RADIANCE輻射亮度每單位面積,單位立體角上的功率,輻射度學的四個基本單位,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,4,光度學的幾個基本單位,Luminousflux光通量功率Illuminance光照度每單位面積的功率Luminousintensity發(fā)光強度每單位立體角的功率Luminance亮度每單位面積,每單位立體角的功率,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,5,光通量,輻射度學光度學物理量輻射通量(Radiantflux)光通量(Luminousflux)單位瓦特(Watt(W))流明(Lumen(lm)),單位面積上的光通量,輻射度學光度學物理量輻射照度Irradiance光照度Illuminance單位W/m2lm/m2=Lux(lx),2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,6,單位面積單位立體角的光功率,輻射度學光度學物理量RadiantIntensity輻射強度LuminousIntensity發(fā)光強度單位W/sr燭光Candela(cd)=流明/立體角,單位立體角的光功率,輻射度學光度學物理量輻射亮度Radiance光亮度Luminance或Brightness單位W/m2-srlm/m2-sr=cd/m2=nit,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,7,輻射度學與光度學的轉換,一個candela發(fā)光強度的單位是定義為556nm的單色光光源在一定方向發(fā)出每立體角1/683瓦特的輻射強度流明是均勻的點光源發(fā)出一個candela的發(fā)光強度的光通量進入一個單位立體角,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,8,關與精確度,人們經(jīng)常問“光學模擬有多精確﹖”。這個當然是一位嘗試預測或解釋實務系統(tǒng)行為的實務工程師所必須要問的問題。LightTools做所有的計算都可以採用浮點運算的方式，但這並未告訴我們太多有關精確的問題。實際的解答必須依賴下面兩件事。1.你的系統(tǒng)模型假設有多好？例如，你有精確的量測你的光學系統(tǒng)表面散射特性嗎？你有包含製造時的公差嗎？是否幾何光線追跡適合你的問題或你必須使用同調性光束或光束傳播方法去模擬同調性或繞射效應。如果不能準確的提供這些信息給光學軟體,你必須要犧牲一些參數(shù)來盡可能的趨進於現(xiàn)實,儘管這樣看來,這些被犧牲的參數(shù)可能與實際的參數(shù)相差較大.但這是為了提供更加接近現(xiàn)實而做的犧牲.2.追跡了足夠光線嗎？當應用“蒙地卡羅”描述法時，“機會”是（這是統(tǒng)計）趨近法中的必要元素。這期望中的精確是光束數(shù)目的函數(shù)。在實務上，我們可以加倍光線追跡的數(shù)目，來看答案在預定的精度內是否達到穩(wěn)定。若不穩(wěn)定，則再增加光線追跡的數(shù)目。LightTools提供一個參數(shù)來幫助你評估這個精確度,這就是ErrorEstimateatPeak值,這個值越低,表示你的結果有可能越精確,適當?shù)奶岣吖饩€數(shù)目會減小這個值.當然,這一切只是有可能.具體的情況要看你的系統(tǒng)的具體狀況.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,9,光線追跡的原理,光線的概念,幾何光線的概念對光學是非常重要的，至少從牛頓的時代以來，光線經(jīng)常被形容為垂直光電磁波波前的射線。對我們而言，光線的重要是在光線可以模擬電磁波能量（單位時間通過的能量或稱為光通量）。光線不是一個攜帶量子能量的光子，光線所代表的是光能量的連續(xù)傳遞。結果，光線追跡的結果代表的是穩(wěn)定態(tài)的狀態(tài)。只要我們追跡夠多的光線，只要我們光學系統(tǒng)空間的尺度遠大於用於所模擬的光波波長，我們就可以假設系統(tǒng)與時間沒有相關，使用光線模擬來獲得高精度的真實光學系統(tǒng)行為預測。,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,10,光學模擬軟體中光線的概念,任何一本教科書中光線追跡的章節(jié)，都會描述圖中帶箭頭的藍色線為“光線”.但在光學模擬的過程中,我們需要不同的定義:“光線是空間中帶著方向向量與光通量的點。圖中的這些線只是這些點通過光學系統(tǒng)的路徑?！惫鈱W模擬的一切運轉都是基於這一點.光學模擬軟體以三維卡氏座標(x、y、z)在與你所描述幾何形狀相同的全域座標系統(tǒng)中描述光線。這些光線還有一個方向向量及相關的能量參數(shù)和介質屬性伴隨著它。在均勻介質中（例如真空或在玻璃、塑膠物件中），光線沿著方向向量移動。在不同介質的界面或在反射面上，方向向量改變。當光在界面處理時，光通量及介質的特性也可能改變，在一個表面上所有光線的這些參數(shù),是我們來評估,分析光學系統(tǒng)的基本.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,11,關與Receiver,Receiver是這樣一種特殊的物體,它為系統(tǒng)提供了一個約定,系統(tǒng)會統(tǒng)計接觸到這一物體的光線數(shù)據(jù).這裡再一次強調“光線”是空間中帶有能量,方向向量及其他光線追跡所必須的參數(shù)的點而不是一條線.當你的系統(tǒng)已經(jīng)包含Receiver,並進行了足夠數(shù)量的光線追跡後,系統(tǒng)便可以按照不同類型的Receiver來進行不同方面的分析工作.當你需要某一種類型的分析,而該分析命令卻是灰色的時候,很可能是因為你沒有建立相應類型的Receiver.而當你執(zhí)行某一類型的分析卻得不到正確的數(shù)據(jù)時,很可能是因為你的系統(tǒng)設定問題導致光線無法正確的到達Receiver或者是你的Receiver設置了不正確的參數(shù).,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,12,系統(tǒng)初始設定及用戶界面,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,13,WindowNavigator,通過這個窗口,可以查看當前狀況下正在使用的窗口名單.單擊窗口的名稱可以激活該窗口,也可以通過右鍵單擊的方式來進行最大化,最小化等操作,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,14,SystemNavigator,顯示當前狀態(tài)下所有元件(包含所使用的材料,定義的膜系,光源,Receiver(檢光器)的名稱及相互關係.可以通過單擊來查看,選擇或通過右鍵來修改其屬性(properties),2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,15,PreferenceNavigator,在這個窗口內,可以查看或修改當前的系統(tǒng)設定(包含單位,光線追跡模式,系統(tǒng)精確度以及顯示圖形時的選項等.可以通過在樹型目錄內單擊來查看,也可以使用右鍵來修改屬性或設置當前設定為默認值,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,16,Consolewindow,在這個窗口內,可以看到程式運行後生成的工作日誌,以及命令運行後所產(chǎn)生的一些信息,同時,也可以在這個窗口內鍵入命令來執(zhí)行.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,17,Errorwindow,在這個窗口內,顯示在程式運行過程當中所出現(xiàn)的錯誤或警告信息.這些信息通常是必須要引起注意併解決的.如果你的程式經(jīng)常給出這樣的信息而得不到解決的話,那麼模擬的準確性就十分值得懷疑了.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,18,幾個需要注意的設定,,,,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,19,3Ddesignviewerwindow,這個窗口用與執(zhí)行LightTools的大部分操作.同時在3D的顯示圖中可以對當前的幾何模型進行選擇,修改.也可以使用右鍵來修改相關表面的屬性.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,20,這個面板檔中包含八種類型的光學元件,通過級連菜單選擇各分類命令.由於LightTools提供了較為靈活的定義方式,所以可以先不設置參數(shù),通過在3D窗口內點選的方式插入物體.然後在Systemnavigator中右鍵單擊,修改該物體properties中的各項參數(shù)設定,Elementpanel,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,21,2Dobjectpanel,這個面板用於輸入一些二維的曲線或者是字符.這一類型的物體通常不具備光學屬性,但是可以通過這一個的物體來構建一些較為特殊的表面甚至是立體,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,22,3Dobjectpanel,在這個面板中,提供了常用的五種3D物體.如球體,立方體等.使用的方法和插入元件的方法類似,通?？梢韵刃胁迦?然後再進行修改.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,23,Viewingpanel,這個面板提供不同的查看方式,包含放大,縮小,按照座標系進行旋轉.值得一提的是在這個面板中提供了修改UCS座標和在3D視圖中量測距離的功能,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,24,Raytracingpanel,這個面版提供了插入各種類型的光源以及檢光器(Receiver)的命令.當我們分析光學系統(tǒng)的時候,檢光器(Receiver)是必須的.針對不同的分析需求,需要建立不同類型的檢光器.同樣的,這裡建立的物體也可以在Systemnavigator中做進一步的修改.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,25,Modifyingpanel,這個面版提供一系列的選擇,修改指令.在這個面板的級連菜單中可以對物體進行移動,旋轉.可以進行不同物體間的布林,裁減等操作.另外,導入的幾何模型也要在這個菜單中進行修復,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,26,Thecommandline,和大多數(shù)軟體類似,LightTools同樣提供了以命令方式進行操作的界面.你可以在這個窗口內直接輸入命令字符.除了輸入命令的功能,許多命令的參數(shù)也要在這個窗口內輸入.輸入窗口的上方會提示當前命令的狀態(tài)或正在輸入的參數(shù)名稱.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,27,Thetoolbar,工具列包含常用的功能,如放大縮小視圖,視角變換.以及常用的選定物體,更改座標系,修改物體屬性(Properties),光線追跡等.如果不了解這些圖標的涵義,可以將指針置於其上,你將看到一個簡短的提示,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,28,Utilitylibrary,為方便用戶使用,LightTools提供了一些已經(jīng)編輯好的模塊來供用戶調用.這個模塊位於Tools>Utilitylibrary這些模塊是可以編輯的,他們的代碼是完全開放給用戶的.同時,你可以使用EXCEL或VisualBasic來添加新的插件或功能.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,29,建立基本幾何模型,Step1在CAD中建立Housing和入光結構,注意座標原點的位置,這是今後建模的參照,,,此處要有一定的長度,這樣在與LG布林的時候兩者有交疊的部分,不易產(chǎn)生錯誤,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,30,Step2在RHINO中建立sat檔,,使用RHINO打開剛才編輯的圖檔,選擇拉伸實體,選中所有曲線,輸入厚度,,,另存為SAT格式,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,31,Step3導入LightTools,刪除導入後出錯的幾何體,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,32,Step4添加導光版及各種貼布,基本方法:1使用3DOBJECT工具添加BLOCK.2修改BLOCK為導光版大小並與之前導入的圖形布林3貼布採用BLOCK建立,並調整為響應大小4遮光貼布需建立兩個BLOCK,其一為貼布大小,另一為視窗大小,調整好位置後二者相減,右鍵選中剛剛插入的物體,選擇Properties,右鍵單擊,更改名稱.,幾何屬性設定,,按住ctrl鍵不放,選中兩個物體,,布林及除料命令,分別用與導光版與鋸齒結合和建立遮光貼布,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,33,Step5選定幾何體材質及光學參數(shù)設定,右鍵選中物體,並在Properties中設定材料,選中物體的所有表面,並將最大光線撞擊數(shù)改為1000,設定物體表面的光學屬性,這裡為導光版的光學屬性,設定框蓋及反射片為SimpleMirror.針對非雙屏產(chǎn)品,可設定為接近完全反射,雙屏產(chǎn)品需根據(jù)實際情況分別處理,擴散片設定,此處需設定透過率,單屏建議選擇全透,雙屏需根據(jù)實際情況調整,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,34,建立光源,,,設定幾何參數(shù),,,光源能量,,,表面是否發(fā)光,,,選擇自定義發(fā)光角度光強分布,,,使用已經(jīng)建立好的日亞020led的光型資料,,,設定發(fā)光角度,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,35,抓取網(wǎng)點參數(shù),在AutoCAD中將網(wǎng)點中心置於座標原點,,,載入Lisp程式,,,載入ltd,,,鍵入ltd,參數(shù)抓取成功,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,36,建立TextureZone,,,,,,抓取網(wǎng)點生成的文件,,,全選並複製,,,刪除原有的數(shù)據(jù),注意:此處一定要刪除原有的數(shù)據(jù),否則會產(chǎn)生無效的網(wǎng)點或出錯,,,貼入數(shù)據(jù)並套用,,,網(wǎng)點半徑數(shù)據(jù),,,此處同樣要先清空再貼入,,修改網(wǎng)點深度,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,37,檢查導入之網(wǎng)點是否處於正確位置,,,顯示網(wǎng)點,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,38,RECEIVER設定,,,,,,,,,修改此角度,,,修改分辨率,,,,修改數(shù)據(jù)窗口範圍,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,39,光線追跡,,,,,光線數(shù)目,,,光跡開關,,,更新方式,,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,40,結果分析,,,單擊選中,,,查看結果,,,平均值,,,需注意儘量減小該值,以增加可信度,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,41,THANKYOU,