lighttools光學(xué)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(xué)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(shù)做光-機(jī)結(jié)構(gòu)間的模擬，它可以不必假設(shè)系統(tǒng)之對稱性，做單軸、全域、三維坐標(biāo)的模擬。當(dāng)光束穿越整個光學(xué)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(dāng)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(jìn)。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(xué)及光度學(xué)概念,輻射度學(xué)是關(guān)與任一波長的電磁輻射定量及量測.光度學(xué)是完全相同的事,但是限制在人類眼睛有反應(yīng)的波長範(fàn)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(qiáng)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(xué)的四個基本單位,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,4,光度學(xué)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(qiáng)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(xué)光度學(xué)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(xué)光度學(xué)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(xué)光度學(xué)物理量RadiantIntensity輻射強(qiáng)度LuminousIntensity發(fā)光強(qiáng)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(xué)光度學(xué)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(xué)與光度學(xué)的轉(zhuǎn)換,一個candela發(fā)光強(qiáng)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(qiáng)度流明是均勻的點光源發(fā)出一個candela的發(fā)光強(qiáng)度的光通量進(jìn)入一個單位立體角,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,8,關(guān)與精確度,人們經(jīng)常問“光學(xué)模擬有多精確﹖”。這個當(dāng)然是一位嘗試預(yù)測或解釋實務(wù)系統(tǒng)行為的實務(wù)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(guān)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(shè)有多好？例如，你有精確的量測你的光學(xué)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(diào)性光束或光束傳播方法去模擬同調(diào)性或繞射效應(yīng)。如果不能準(zhǔn)確的提供這些信息給光學(xué)軟體,你必須要犧牲一些參數(shù)來盡可能的趨進(jìn)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(dāng)應(yīng)用“蒙地卡羅”描述法時，“機(jī)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(wù)上，我們可以加倍光線追跡的數(shù)目，來看答案在預(yù)定的精度內(nèi)是否達(dá)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(jié)果有可能越精確,適當(dāng)?shù)奶岣吖饩€數(shù)目會減小這個值.當(dāng)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(xué)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(jié)果，光線追跡的結(jié)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(xué)系統(tǒng)空間的尺度遠(yuǎn)大於用於所模擬的光波波長，我們就可以假設(shè)系統(tǒng)與時間沒有相關(guān)，使用光線模擬來獲得高精度的真實光學(xué)系統(tǒng)行為預(yù)測。,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,10,光學(xué)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(lán)色線為“光線”.但在光學(xué)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(xué)系統(tǒng)的路徑?！惫鈱W(xué)模擬的一切運轉(zhuǎn)都是基於這一點.光學(xué)模擬軟體以三維卡氏座標(biāo)(x、y、z)在與你所描述幾何形狀相同的全域座標(biāo)系統(tǒng)中描述光線。這些光線還有一個方向向量及相關(guān)的能量參數(shù)和介質(zhì)屬性伴隨著它。在均勻介質(zhì)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(zhì)的界面或在反射面上，方向向量改變。當(dāng)光在界面處理時，光通量及介質(zhì)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(xué)系統(tǒng)的基本.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,11,關(guān)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(qiáng)調(diào)“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(dāng)你的系統(tǒng)已經(jīng)包含Receiver,並進(jìn)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(jìn)行不同方面的分析工作.當(dāng)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(yīng)類型的Receiver.而當(dāng)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(shè)定問題導(dǎo)致光線無法正確的到達(dá)Receiver或者是你的Receiver設(shè)置了不正確的參數(shù).,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,12,系統(tǒng)初始設(shè)定及用戶界面,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,13,WindowNavigator,通過這個窗口,可以查看當(dāng)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(jìn)行最大化,最小化等操作,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,14,SystemNavigator,顯示當(dāng)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(guān)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(nèi),可以查看或修改當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)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(nèi)單擊來查看,也可以使用右鍵來修改屬性或設(shè)置當(dāng)前設(shè)定為默認(rèn)值,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,16,Consolewindow,在這個窗口內(nèi),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(nèi)鍵入命令來執(zhí)行.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,17,Errorwindow,在這個窗口內(nèi),顯示在程式運行過程當(dāng)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(zhǔn)確性就十分值得懷疑了.,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,18,幾個需要注意的設(shè)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(dāng)前的幾何模型進(jìn)行選擇,修改.也可以使用右鍵來修改相關(guān)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(xué)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(shè)置參數(shù),通過在3D窗口內(nèi)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(shè)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(xué)屬性,但是可以通過這一個的物體來構(gòu)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(jìn)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(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn).值得一提的是在這個面板中提供了修改UCS座標(biāo)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(dāng)我們分析光學(xué)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(jìn)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(jìn)行移動,旋轉(zhuǎn).可以進(jìn)行不同物體間的布林,裁減等操作.另外,導(dǎo)入的幾何模型也要在這個菜單中進(jìn)行修復(fù),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(jìn)行操作的界面.你可以在這個窗口內(nèi)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(nèi)輸入.輸入窗口的上方會提示當(dāng)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(biāo)系,修改物體屬性(Properties),光線追跡等.如果不了解這些圖標(biāo)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(diào)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(jié)構(gòu),注意座標(biāo)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(dǎo)入LightTools,刪除導(dǎo)入後出錯的幾何體,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,32,Step4添加導(dǎo)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(dǎo)光版大小並與之前導(dǎo)入的圖形布林3貼布採用BLOCK建立,並調(diào)整為響應(yīng)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(diào)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(shè)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(dǎo)光版與鋸齒結(jié)合和建立遮光貼布,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,33,Step5選定幾何體材質(zhì)及光學(xué)參數(shù)設(shè)定,右鍵選中物體,並在Properties中設(shè)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(shè)定物體表面的光學(xué)屬性,這裡為導(dǎo)光版的光學(xué)屬性,設(shè)定框蓋及反射片為SimpleMirror.針對非雙屏產(chǎn)品,可設(shè)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(kuò)散片設(shè)定,此處需設(shè)定透過率,單屏建議選擇全透,雙屏需根據(jù)實際情況調(diào)整,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,34,建立光源,,,設(shè)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(qiáng)分布,,,使用已經(jīng)建立好的日亞020led的光型資料,,,設(shè)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(biāo)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(dǎo)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(shè)定,,,,,,,,,修改此角度,,,修改分辨率,,,,修改數(shù)據(jù)窗口範(fàn)圍,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,39,光線追跡,,,,,光線數(shù)目,,,光跡開關(guān),,,更新方式,,2020/4/25,WRITTENBYADAMLEE,40,結(jié)果分析,,,單擊選中,,,查看結(jié)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,