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1、光学系统设计光学系统设计 物理系物理系 王宇兴王宇兴 2 TracePro TracePro 主要内容主要内容 ? ? 光源的建立方法光源的建立方法 ? ? 各种参数的设定各种参数的设定 ? ? 分析功能的使用分析功能的使用 ? ? 档案转换档案转换 ? ? 模拟步骤模拟步骤 ? ? 准确模拟准确模拟 ? ? 分析功能分析功能 ? ? 提高运算速度提高运算速度 ? ? 应用实例应用实例 3 光学计算软件的计算方法光学计算软件的计算方法 ? ? Ray TracingRay Tracing ?Sequential Ray TracingSequential Ray Tracing ? ? OSL
2、O, OSLO, ZemaxZemax, , CodeVCodeV ?NonNon- -Sequential Ray TracingSequential Ray Tracing ? ? TraceProTracePro, ASAP, , ASAP, LightToolsLightTools ? ? BPM (Beam Propagation Method), FDTDBPM (Beam Propagation Method), FDTD ?光波导，光波导，DWDMDWDM等等 ?BPM_CAD, BPM_CAD, WDM_PhasarWDM_Phasar 4 光学计算软件的计算方法光学计算软件
3、的计算方法 ? ? Sequential Ray Tracing(Sequential Ray Tracing(序列光线追迹序列光线追迹) ) ?OSLO OSLO 属于序列描光属于序列描光 ?以光学面建立模型以光学面建立模型 ?单一光源或者对多光源的设置受到局限单一光源或者对多光源的设置受到局限 ?需要设计者指定光学面的计算顺序需要设计者指定光学面的计算顺序 ?各个光学表面仅计算一次（反射、折射、散射）各个光学表面仅计算一次（反射、折射、散射） ?计算速度快计算速度快 ?可以进行优化和公差分析可以进行优化和公差分析 ?主要应用主要应用 ? ? 成像设计、透镜，镜头设计成像设计、透镜，镜头设计
4、 5 光学计算软件的计算方法光学计算软件的计算方法 ? ? NonNon- -Sequential Ray TracingSequential Ray Tracing（非序列光线追迹）（非序列光线追迹） ?TracePro TracePro 属于非序列描光属于非序列描光 ?以实体对象构建光路系统以实体对象构建光路系统 ?光线与实体表面的作用顺序不需设计者指定光线与实体表面的作用顺序不需设计者指定 ?光线与实体表面的作用可以同时计算反射、折射、散光线与实体表面的作用可以同时计算反射、折射、散 射、吸收、衍射等行为射、吸收、衍射等行为 ?需要足够多的光线数量以更接近真实的情况需要足够多的光线数量以
5、更接近真实的情况 ?计算速度比较慢计算速度比较慢 ?不易做自动优化和公差分析不易做自动优化和公差分析 ?主要应用主要应用 ? ? 照明设计、杂散光分析照明设计、杂散光分析 6 TracePro TracePro 软件简介软件简介 ? ? 美国美国Lambda ResearchLambda Research公司产品公司产品 ? ? 一套符合工业标准的一套符合工业标准的ACISACIS固体模型绘图软件做发固体模型绘图软件做发 展的光机软件；展的光机软件； ? ? 广泛引用于镜头杂散光分析，广泛引用于镜头杂散光分析， 背光板设计，背光板设计，LEDLED 照明，灯具设计，车灯，投影显示器，扫描仪，医
6、照明，灯具设计，车灯，投影显示器，扫描仪，医 疗仪器等领域疗仪器等领域 7 TracePro TracePro 软件简介软件简介 ? ? 目前版本目前版本4.04.0 ?包含主程序以及与其它包含主程序以及与其它CADCAD软件的档案转换工具软件的档案转换工具 ?主程序包含主程序包含RCRC，LCLC，StandardStandard，ExpertExpert四个版本四个版本 ?可以对真实场景可以对真实场景(Photo realistic)(Photo realistic)进行计算进行计算 和显示和显示 ?具有众多的国内外用户群具有众多的国内外用户群 8 系统安装系统安装 ? ? 系统要求系统要
7、求 ?CPUCPU：Pentium4 2.0GHzPentium4 2.0GHz ?系统：系统：Windows2000/XP/VistaWindows2000/XP/Vista ?内存：内存：512MB512MB（2GB2GB） ?虚拟内存：虚拟内存：2GB2GB ?硬盘空间：硬盘空间：450MB450MB ?显卡：分辨率显卡：分辨率1208*10241208*1024 ?显存：显存：64MB64MB以上，支持以上，支持OpenGLOpenGL 9 初始设定初始设定 ? ? 对计算机内存、虚拟内存的要求较高对计算机内存、虚拟内存的要求较高 ?增加物理内存和虚拟内存的数量增加物理内存和虚拟内存的
8、数量 ?在进度大量光线计算时不要运行其它软件在进度大量光线计算时不要运行其它软件 10 初始设定初始设定 ? ? 菜单菜单 ? Help Help ? About About 查看查看TraceProTracePro版本版本 ? ? ACIS VersionACIS Version ?第一套使用第一套使用ACISACIS核心的软件核心的软件 ?可以顺畅的与其它造型软件进行文件的相互转换可以顺畅的与其它造型软件进行文件的相互转换 ? ? 菜单菜单? Help Help ? LinsenseLinsense查看软件授权情况查看软件授权情况 11 初始设定初始设定 ? ? 打开安装目录下面的打开安装
9、目录下面的EllipticalReflector.omlEllipticalReflector.oml文件文件 ? ? 在主界面中从不同角度观察模型，在主界面中从不同角度观察模型，ZoomZoom ? ? 使用各种渲染方式显示模型使用各种渲染方式显示模型 ?RenderRender ?WireframeWireframe 12 初始设定初始设定 ? ? 数据库设定数据库设定 ?TracePro TracePro 中表面（镀膜、散射、网点等）、实体（材中表面（镀膜、散射、网点等）、实体（材 质、偏振、荧光等）特性都被存在统一的数据库中。质、偏振、荧光等）特性都被存在统一的数据库中。 ?该数据库也
10、保存了所有用户自定义材质等信息该数据库也保存了所有用户自定义材质等信息 材质相同材质数据库 模型文件1 模型文件2 13 初始设定初始设定 ? ? 数据库设定数据库设定 ?设定设定TraceProTracePro数据库数据库TracePro.mdbTracePro.mdb路径路径 ?ViewCustomizeViewCustomize ?OMLOML文件仅包含文件仅包含 光路系统的部分信息，光路系统的部分信息， 如果共享资料需要将如果共享资料需要将 材质等参数导出成文材质等参数导出成文 本文件。本文件。 ?Tools Tools ? DatabaseDatabase ? Export (F12
11、)Export (F12)将材将材 料保存成料保存成ExcelExcel格式格式 文件文件 14 软件设定软件设定 ? ? Tracepro Tracepro 设定设定 ?系统单位系统单位 View/PreferenceView/Preference ? ? 单位：从其它单位：从其它CADCAD软件倒入时单位要一致软件倒入时单位要一致 ? ? Ray Colors Ray Colors 光线颜色设定光线颜色设定 ?用红、绿、蓝表示长波用红、绿、蓝表示长波- -短波短波 ? ? 单一波长模拟时：代表光线单一波长模拟时：代表光线FluxFlux，假设出射光线，假设出射光线FluxFlux为为1 1
12、，经过一些，经过一些 表面反射、衍射后表面反射、衍射后FluxFlux会降低；会降低； ? ? 多波长模拟时：代表波长的长波、短波多波长模拟时：代表波长的长波、短波 ? ? Demo/Color/SF6Prisim Demo/Color/SF6Prisim 示例示例 ?用实际颜色表示光线用实际颜色表示光线 的真实波长（红外、紫外部的真实波长（红外、紫外部 分用黑色表示）分用黑色表示） 15 TracePro TracePro 模拟步骤模拟步骤 OK NG 16 建立模型建立模型 ? ? TracePro TracePro 直接建立直接建立 ? ? CADCAD文件转换或者利用文件转换或者利用S
13、olidworks BridgeSolidworks Bridge ?TracePro TracePro 与与SolidworksSolidworks搭配很好，可以在搭配很好，可以在SolidworksSolidworks做做 所有的建模、光学特性设定，只需在所有的建模、光学特性设定，只需在SolidworksSolidworks中调用中调用 TraceProTracePro的描光功能即可。的描光功能即可。 ?利用利用CADCAD软件，如软件，如Solidworks, Pro/E, Catia, UGSolidworks, Pro/E, Catia, UG等建立等建立 三维实体模型后导入三维实
14、体模型后导入TraceProTracePro ? ? 光学设计软件光学设计软件 ?可以读取可以读取ZemaxZemax，OSLOOSLO，CodeVCodeV的镜头文件。的镜头文件。 ?导入光学部分，加入机构、光源导入光学部分，加入机构、光源 ? ? 用宏语言用宏语言SchemeScheme语言进行语言进行 ?最早由最早由MITMIT开发，属于开发，属于LispLisp语言，功能强大，比较复杂语言，功能强大，比较复杂 17 建立模型建立模型 ? ? 信息栏信息栏 ?鼠标在窗口移动，信息栏右侧部分显示当前位置鼠标在窗口移动，信息栏右侧部分显示当前位置 ?鼠标左键单击，信息栏中间部分显示单击位置的
15、坐标鼠标左键单击，信息栏中间部分显示单击位置的坐标 ? ? InsertInsert菜单菜单 ?透镜透镜 ?菲涅耳透镜菲涅耳透镜 ?反射镜反射镜 ?遮光板遮光板 ?导光管导光管 ?基本实体基本实体 ?文件中的部件文件中的部件 18 建立模型建立模型 ? ? Insert/Lens ElementInsert/Lens Element ?插入透镜实体插入透镜实体 ?ConicConic：二次曲面系数：二次曲面系数 ? ? cc=0cc=0：球面：球面 cc=cc=- -1 1：抛物面：抛物面 ? ? ccEdit property dataFluorescence PropertiesDefin
16、eEdit property dataFluorescence Properties ?设定荧光实体的激发参数设定荧光实体的激发参数 DefineApply propertiesFluorescenceDefineApply propertiesFluorescence ?描光设置中设置荧光激发描光设置中设置荧光激发 AnalysisRaytrace Options AnalysisRaytrace Options OptionsOptionsFluorescenceFluorescence ?设定激发波长设定激发波长 AnalysisRaytrace OptionsTypewavelengt
17、hsAnalysisRaytrace OptionsTypewavelengths ?设定激发波段设定激发波段 AnalysisRaytrace OptionsTypeFluorescence AnalysisRaytrace OptionsTypeFluorescence emission wavebandsemission wavebands 165 总结总结 ? ? 荧光激发影响因素荧光激发影响因素 ?LEDLED模型的准确性模型的准确性 ?荧光粉本身特性（吸收系数、消光系数等）荧光粉本身特性（吸收系数、消光系数等） ?涂层厚度、掺杂浓度（摩尔浓度）涂层厚度、掺杂浓度（摩尔浓度） ?封装工艺，封装材料封装工艺，封装材料