lighttools光学模拟软件使用手册.ppt

2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,1,LightTools是什麼？,LightTools 基本上是一種具有彈性及效率之光學系統 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，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，光束可以包含物體任意的次序，獨立的根據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真實光線在真實世界裡的路徑的仿真模擬。,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,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.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,3,RADINANT FLUX 輻射通量 功率 IRRADIANCE 輻射照度 每單位面積上的功率 RADIANT INTENSITY 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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,4,光度學的幾個基本單位,Luminous flux 光通量 功率 Illuminance 光照度 每單位面積的 功率 Luminous intensity 發光強度 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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,5,光通量,輻射度學 光度學 物理量 輻射通量(Radiant flux) 光通量 (Luminous flux) 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/m2 lm/m2 =Lux(lx),2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,6,單位面積單位立體角的光功率,輻射度學 光度學 物理量 Radiant Intensity輻射強度 Luminous Intensity 發光強度 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-sr lm/m2-sr=cd/m2 =nit,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,7,輻射度學與光度學的轉換,一個candela發光強度的單位是定義為556nm的單色 光光源在一定方向發出每立體角1/683瓦特的輻射強 度 流明是均勻的點光源發出一個candela的發光強度的 光通量進入一個單位立體角,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,8,關與精確度,人們經常問“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. 你的系統模型假設有多好？ 例如，你有精確的量測你的光學系統表面散射特性嗎？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來盡可能的趨進於現實,儘管這樣看來,這些被犧牲的參數可能與實際的參數相差較大.但這是為了提供更加接近現實而做的犧牲. 2. 追跡了足夠光線嗎？ 當應用“蒙地卡羅”描述法時，“機會”是（這是統計）趨近法中的必要元素。這期望中的精確是光束數目的函數。在實務上，我們可以加倍光線追跡的數目，來看答案在預定的精度內是否達到穩定。若不穩定，則再增加光線追跡的數目。LightTools提供一個參數來幫助你評估這個精確度,這就是Error Estimate at Peak值,這個值越低,表示你的結果有可能越精確,適當的提高光線數目會減小這個值.當然,這一切只是有可能.具體的情況要看你的系統的具體狀況.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,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 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傳遞。結 果，光線追跡的結果代表的是穩定態的狀態。只要我們追跡夠多的光 線，只要我們光學系統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 學系統行為預測。,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,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，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的路徑。”光學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,是我們來評估,分析光學系統的基本.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,11,關與Receiver,Receiver是這樣一種特殊的物體,它為系統提供了一個約定,系統會統計接觸到這一物體的光線數據.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的點而不是一條線. 當你的系統已經包含Receiver,並進行了足夠數量的光線追跡後,系統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.而當你執行某一類型的分析卻得不到正確的數據時,很可能是因為你的系統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.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,12,系統初始設定及用戶界面,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,13,Window Navigator,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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,14,System Navigator,顯示當前狀態下所有元件(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),2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,15,Preference Navigator,在這個窗口內,可以查看或修改當前的系統設定(包含單位,光線追跡模式,系統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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,16,Console window,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生的一些信息,同時,也可以在這個窗口內鍵入命令來執行.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,17,Error window,在這個窗口內,顯示在程式運行過程當中所出現的錯誤或警告信息.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.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,18,幾個需要注意的設定,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,19,3D design viewer window,這個窗口用與執行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.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,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,通過在3D窗口內點選的方式插入物體.然後在System navigator中右鍵單擊,修改該物體properties中的各項參數設定,Element panel,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,21,2D object panel,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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,22,3D object panel,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,通常可以先行插入,然後再進行修改.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,23,Viewing panel,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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,24,Ray tracing panel,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System navigator 中做進一步的修改.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,25,Modifying panel,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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,26,The command line,和大多數軟體類似,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或正在輸入的參數名稱.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,27,The toolbar,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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,28,Utility library,為方便用戶使用,LightTools提供了一些已經編輯好的模塊來供用戶調用.這個模塊位於Tools Utility library 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Visual Basic來添加新的插件或功能.,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,29,建立基本幾何模型,Step 1 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,不易產生錯誤,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,30,Step 2 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,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,31,Step 3 導入LightTools,刪除導入後出錯的幾何體,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,32,Step 4 添加導光版及各種貼布,基本方法: 1 使用3D OBJECT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齿結合和建立遮光貼布,2019/7/15,WRITTEN BY ADAMLEE,33,Step 5 選定幾何體材質及光學參數設定,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Simple Mirror.針對非雙屏產品,可設定為接近完全反射,雙屏產品需根據實際情況分別處理,擴散片