光学系统设计-TracePro

光学系统设计光学系统设计物理系物理系王宇兴王宇兴2TraceProTracePro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„„RayTracingRayTracing……SequentialRayTracingSequentialRayTracing„„OSLO,OSLO,ZemaxZemax,,CodeVCodeV…………NonNon--SequentialRayTracingSequentialRayTracing„„TraceProTracePro,ASAP,,ASAP,LightToolsLightTools……„„BPM(BeamPropagationMethod),FDTDBPM(BeamPropagationMethod),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的计算方法„„SequentialRayTracing(SequentialRayTracing(序列光线追迹序列光线追迹))……OSLOOSLO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5光学计算软件的计算方法光学计算软件的计算方法„„NonNon--SequentialRayTracingSequentialRayTracing（非序列光线追迹）（非序列光线追迹）……TraceProTracePro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6TraceProTracePro软件简介软件简介„„美国美国LambdaResearchLambdaResearch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7TraceProTracePro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(Photorealistic)(Photorealistic)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„„系统要求系统要求……CPUCPU：：Pentium42.0GHzPentium42.0GHz……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OpenGLOpenGL9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ÆÆHelpHelpÆÆAboutAbout查看查看TraceProTracePro版本版本„„ACISVersionACISVersion……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ÆÆHelpHelpÆÆLinsenseLinsense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……WireframeWireframe12初始设定初始设定„„数据库设定数据库设定……TraceProTracePro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213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。……ToolsToolsÆÆDatabaseDatabaseÆÆExport(F12)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„„TraceproTracepro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„„RayColorsRayColors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ƒƒ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11，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；ƒƒ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ƒƒDemo/Color/SF6PrisimDemo/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）15TraceProTracePro模拟步骤模拟步骤OKNG16建立模型建立模型„„TraceProTracePro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SolidworksBridgeSolidworksBridge……TraceProTracePro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……昀早由昀早由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/LensElementInsert/LensElement…………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=--11：抛物面：抛物面„„cccc--11双曲面双曲面--1cc01cc0：椭球面：椭球面……ObstructionObstruction：透镜是中间带孔：透镜是中间带孔……AsphericAspheric：非球面系数：非球面系数„„选择实体选择实体……在在ObjectTreeObjectTree选中选中……点击选择实体按钮点击选择实体按钮后直接用鼠标选择实体后直接用鼠标选择实体„„修改实体修改实体……选中实体后，选中实体后，ModifyModify()22cv11cvcc1rzr⋅=+−+19建立模型建立模型„„模型建立方式的区别模型建立方式的区别……TraceProTracePro内建模型计算昀快内建模型计算昀快……其它其它CADCAD文件导入模型的计算比较慢文件导入模型的计算比较慢„„例如：球面的建模方式不同例如：球面的建模方式不同……TraceProTracePro内建的球面是通过球面半径、球心等参数建立内建的球面是通过球面半径、球心等参数建立……其它其它CADCAD软件导入文件的球面则可能是很多点描述的球软件导入文件的球面则可能是很多点描述的球面面……在计算光线与球面的反射、折射、散射等行为时不同建在计算光线与球面的反射、折射、散射等行为时不同建模方式需要的计算量区别很大。模方式需要的计算量区别很大。20建立模型建立模型„„反光杯建模反光杯建模Insert/ReflectorInsert/Reflector…………ConicConic二次曲面型二次曲面型……3DCompound3DCompound复合反射表面复合反射表面……TroughTrough水槽型（二次曲线沿垂直线水槽型（二次曲线沿垂直线SweepSweep得到）得到）……RectangularConcentratorRectangularConcentrator方形反射面方形反射面……FacettedRimRayFacettedRimRay多面体反射面多面体反射面„„