用LightTools设计导光管

LightTools设计范例入门1、设计导光管2、广角手电筒3、背光源底板1、导光管设计观察模型、改变视角、光线模拟预览导光管（LightPipe）：把光线透射到需要照明的区域。掌握：1.3D模型的掌握和观察角度。2.使用扇型光线追踪并调节反光镜角度。3.使用光源和接收器进行简单的蒙特卡罗模拟。4.使用光学性质修改表面参数并进行照明模拟。打开模型运行LightTool.exe使用菜单命令：File－Open打开文件：\Tutorial\TD_Lpipe_start.1.lts基础操作：旋转、缩放、平移（不改变任何性质，坐标轴跟着变化。）选择：整体或者某个表面；选中表面：被选颜色不同，出现标签，在系统导航窗口高亮显示；选择底面（背面）：被选表面颜色没有变化，必须Rotate。观察模式设置点击Y－Z命令，再点击Fit命令。选择命令把外观模式换为框架模式：ViewRenderModeWireframe。简单光线追踪LightTools的基本操作是光线追踪。不同之处在于光线的数量、方向等。使用PointAndShoot进行光线追踪。分为面光线和栅格光线两类。添加光线点击位置(X=0,Y=0,Z=-0.5)。点击位置(0,1,1)和(0,-1,1)修改结构选中任意一个表面。选择Trim命令。点击点（0，0，6.5），再点击右下角形成一条－34º的角。修改参数。高级模拟选择进行模拟的光线数目，以及是否即时显示。LightTools模型非常复杂，为了降低界面复杂程度，系统允许定义不同的层（Layer）在系统导航窗口中，右击任一对象，选择Properties（属性），在Display标签下选择。3D模型虽然不可见，但仍然对光线起作用。为了让光线对模型“视而不见”，可以在RayTrace标签下选择取消“RayTraceable”。显示光源一、选择菜单栏命令：Edit-Preference;二、选择：ViewPreference-3D……；三、选择：Layer标签；四、选择Layer2为可视状态（Visible）；光源设置光源类型：点光源、面光源、柱光源和射线数据光源（RayDataSource）；形状：点，球面，圆柱型，长方体，环形；定义光源所在位置一、自动定义：LightTools搜索创建的模型，找到光源所在的介质（空气、塑料、胶体……）。二、沉浸定义：直接定义光源所在的材质。LightTools无需搜索模型，提高运行速度；为了实现这一功能，必须先把光源“沉浸”在某种介质中。使用命令如图所示。或者确保光线和其他元素没有交集。三、半自动（默认模式）：使用几条光线（少于十条），把光线所在区域定义为共同光源区域，而自动定义模式则是对每一条光线的起点都进行定义。接收器设置接收器作用：计量光线数量用于分析计算。一般是一个平面，附在某个模型的表面（远场接收器除外）。接收器一般把光线分配在网格结构中。这表示辐射精度（Radiometricaccuracy）和空间精确度（Spartialaccuracy）是互相矛盾的。本例接收器是附着在“空气透镜”上，即允许接收器附着在实体模型或者虚拟模型上。MonteCarlo初步模拟IlluminationSetupSimulation（Done）MonteCarlo不使用单个点作为光源，也没有等角度分布的光线，方向完全随机；使用少量光线进行模拟IlluminationSimulationInfo，将光线数量设置为200，并将PreviewRay选中。选择StartSimulation（！）照度分析IlluminationIlluminanceDisplayScatterChart.ScatterChart：光线空间分布图表。（Chart中有多少条光线？）Chart的坐标：X轴和Y轴。使用命令，再点击Receiver，MonteCarlo高度模拟把光线数目修改为10000条。取消PreviewRays选项（对话框去掉）。开始模拟（这个时候看不见线条）。观察ScatterChart。观察虚拟颜色光栅。IlluminationIlluminanceDisplayRasterChart光栅图谱RasterChart：表示了不同能量密度的空间分布区域。右边表示不同颜色所表示的能量密度。中间比较“热”，能量密度高。旁边温度“低”，能量密度低。进一步分析右击RasterChart。接收器被划分为9×15个格子。将X从9改为5，Y从15改为9。减少格子数目可以减少误差。修改光学性质例：PaintinWhite旋转3D导光管模型，选中反射面；右击，选择光学性质（OpticalProperties）；如图选择后，重新模拟，观察Chart。结果：光线分布更加均匀。LightTools使用小结1一、LightTools使用3D模型模拟光学系统，包括各种透镜、反射镜等；二、LightTools进行光线模拟必须存在光源和接收器；三、由程序随机设立若干条光线，由几何光学定律计算每条光线的轨迹，并对进入接收面的光线进行统计计算。二、设计广角手电筒一、初步设计二、添加具体光源和接收器一、广角手电筒广角手电筒发出的光线具有较强的会聚性。可以用一个点光源和一个抛物面反射镜构成。设计目标：手电筒在300mm处发出的光斑小于100mm。创建抛物面反射镜运行程序，新建3D模型，选择单窗口显示。使用面板添加。在第一个对话框中输入12，第二个对话框输入－1，第三个对话框输入60。反射镜模型修改反射面选中反射面，进入“属性”面板；在树型框架中，选择“透镜前表面”（LensFrontSurface）。修改背面修改后先点击Apply才能进行2的修改。指向光线检查调节反光镜位置，使得右边存在约300mm的空间用于放置指向光线（PointAndShoot）；选择平行指向光线：1、点击位置Y＝0，Z＝200；2、点击位置Y＝45，Z＝200；3、右击鼠标，选择Snap－90degree；光线会聚•4、点击光线指向反射镜。问题使用Grid平行光线如何让光线从同样的地方出发照射到反射镜后会聚？最后删除光线放置点光源使用工具面板放置点光源：1、选择上面的面板后用鼠标点击位置（0，0，0）；2、选择上面的面板后在命令行中输入：PTSourcexyz0，0，0点击显示输入命令并按空格键（或回车）创建成功的光源创建虚拟平面虚拟平面边长150mm，距离光源300mm处，用于安放接收器。使用命令：在命令行输入xyz0,0,300以及空格。右击鼠标，选择SnapZ-axis。点击左边距离起点约75mm处。该矢量是虚拟平面的方向，而大小是虚拟平面边长的一半。设置平面通过属性对话框将虚拟平面的变成设置为150mm。把ClipRaystoBoundary选中。安装接收器用鼠标右击虚拟平面，在弹出菜单选择“添加接收器”（AddReceiver）。放大观察，接收器用一个直角三角形表示。表面接收器和远场接收器表面接收器：E；远场接收器：I2DIE初步模拟设置模拟选项（在导光管一节中未曾使用，而且设计窗口中至少存在一个光源和一个接收面时才能使用）：IlluminationSetupSimulation；设置光线数量为100：IlluminationSimulationInfo）并把预览选项选中（PreviewRays）。开始模拟初步模拟效果正式模式把模拟光线数目改为10000，并取消预览光线选项。开始模拟观察分散模式表。数据分析在系统导航窗口中选择Receiver的Mesh，右击打开属性对话框。属性中，格子设置为17×17。误差估计为5％，总光通量为0.85流明。三维图表分析选中想要分析的接收器（两种方法）；菜单命令：IlluminationIlluminanceDisplayLumViewer（注意：必须准确选中接收器才能执行该命令，不能只选中接收器所在的虚拟平面）旋转观察立体图表。立体图表操作一、按住鼠标右键，拖动鼠标旋转视图；二、鼠标双击不放，拖动鼠标观察坐标轴的移动；三、右击图表任何部分，观察属性对话框中的参数设置。二、添加详细灯具模型删除理想点光源；从数据库中调用光源：FileRestoreLibrary在Tutorial文件夹中选择文件：KPR103.1.ent按照提示逐条输入以下参数：提示输入参数输入参数设置提示Enterscalefactorforelement；输入“1”（1和空格键）。提示Indicateposition；输入“xyz0,0,0”（跟随空格）。提示：IndicateZaxisdirection设置方向选择Z轴方向，右击鼠标，选择SnapZ－Axis，点击光源右边任何一点（鼠标在右边上下移动时，屏幕上的光标却始终固定在Z轴上）；再次右击鼠标，选择Snap90degrees。点击上方任意一点。出现灯具。鼠标位置修改底座使用布尔运算修改底座使之和灯具匹配。调整视角到Y－Z平面；使用面板命令点击面板后先不要点击位置，而是用鼠标右击任何位置，选择SnapZ-axis并点击反射面的前表面。作圆柱体选择后点击，下一步选择半径。以灯具的半径为基准，选择半径略大于灯具（例如6）点击。再次右击鼠标选择SnapZ-axis，再点击反射镜背面左边任何一点；画完后可以在属性对话框中再次修改具体参数如半径、长度等。布尔编辑在系统导航窗口中先选择反射镜，再选择圆柱体（注意顺序！）使用面板命令编辑：得到结果如图。增加小面反射器一、删除反射器；二、调用效用函数（ToolsUtilityLibrary）；三、选择几何学（Geometry）下的反射器（FacetedReflectors）；四、点击应用（或直接双击反射器）在新出现的对话框中，取消光源/接收器标签下所有的原有设置。在几何参数标签下，输入边缘半径为53，空洞半径5.6，角度为60度，Z值输入300，半长输入50。初步模拟用两百条光线进行初步模拟；用1万条（2万条）光线进行模拟（把光线预览（RayPreview）取消），并观察效果。三、创建手电筒身用布尔三维编辑和模型可以制作出手电筒筒身。选择圆柱体模型，并使用Snap命令，保证圆柱体边长平行于Z轴，起点在反射器左边30mm处附近（Z＝－30）。圆柱体半径设定为66mm。圆柱体长度约为64左右（Z＝34）。制作消除的圆筒重复上述步骤，三个参数分别为Z＝－40，R＝62mm，Z＝＋40。使用布尔编辑把较大的圆筒消除。制作电池过渡段制作圆锥型过渡部件，连接灯头和圆筒部分。再次准备画圆柱体，使用命令SnapObject，可以将新画的圆柱体紧贴原来的圆柱体。新的圆柱体起点在Z＝－30，半径和长度都为66。修改锥形段鼠标右击选择新建的圆柱体性质对话框，在圆柱体对象几何参数中将Taper参数改为0.5。将1改为0.5制作最后的筒身缩小视图（拉远视野）从刚才的锥型圆柱出发，新建一个直径33，长300的圆柱体，和圆锥紧密连接（Snap－Object）。连接相关部分将观察模式转为透明模式；连续选中三个圆柱体（灯头、筒身、过渡段）。在系统导航窗口中检查确认选择正确。使用布尔编辑的组合命令。使用Move命令检查是否已经组合。小结一、建立3D光学系统：1.使用命令面板建立模型；2.使用布尔编辑命令修改；二、光源建立：1.使用命令面板直接放置光源，然后在属性面板中修改性质参数；2.调用数据库函数；三、建立接收器：1.在光学系统某个平面上直接放置；2.建立一个虚拟平面（建立一个使用空气为“材料”的平面）；3.建立一个远场接收器（距离在无穷远）；小结2四、光线模拟：1.使用指向光线（PointandShoot）进行检查；2.启动模拟设置