lighttools中文说明

第一章介绍

翻译：郑一狼

照明作为光学领域中的一个重要部分，对于很多公司和它们的产品来说正变得越来越重要。可是，直到现在对于照明系统设计和分析来说还没有可供广泛选择的专业软件，能够应用于照明系统的软件也很难使用。正因为如此，目前照明系统的设计通常是建立系统的模型然后测试此模型。

Li gh tT oo ls的照明模块是为了满足照明行业的需要而编写的。它通过计算机建模对照明系统进行精确的定量分析，从而帮助你更加快速有效的开发照明产品。

一.什么是L i gh t To o l s照明模块？

Li gh tT oo ls照明模块是L i gh tT oo ls核心模块的可选的扩展模块。它使用非序列性光线追迹并且基于元件进行建模，帮助你模拟完整的光学系统，包括系统的光源、光学元件和机械结构。

Li gh tT oo ls照明模块完全与Li gh t To ols核心模块相结合，并且添加了新的菜单和命令。因为两个模块是相互结合的，一旦你熟悉了Li gh tT oo l s核心模块，那么在你了解了Li gh t To ol s照明模块的一些特性后，将很快能够使用L ig ht To ol s照明模块。如果你是使用L i g h t T o o l s的新手，那么我们推荐你在学习L i gh tT oo l s照明模块之前先熟悉Li g ht To ol s核心模块，以此来熟悉Li gh tT oo l s的基本特性和操作。

Li gh tT oo ls照明模块使用非序列性光线追迹，这点和2D及3D设计视图是一致的，但是和I ma gi ng Pa th模块不一样，I m ag in g P a th模块只使用序列性光线追迹。

二．照明系统基础

大部分照明系统拥有以下这些特性，所有以下这些特性都可以在Li gh tT oo l s中被模拟。

●系统有一个或更多的照明光源，通常成一定角度并且不

均匀地分布在三维空间中。

●我们需要在系统的若干位置分析照度。

●我们需要分析远场的发光强度。

●我么需要创建不同的曲面属性，包括菲涅尔损失和散射

特性。

●我们需要进行非序列性光线追迹，对于照明计算可能更

适宜使用蒙特卡洛类型随机光线追迹。

1)光源

任何一种照明系统至少要有一个光源，或者有几个光源。L i gh tT oo ls照明模块允许你指定无限多个光源。这些光源可以

是点光源、三维面光源或者三维立体光源。

面光源可以有一个统一的或者用户定义的空间分布，并且可以有统一的、朗伯的（L am be rt i an）、或者用户定义的角度分布。可以为光源的每个面单独指定这些分布。

立体光源可以有一个统一的或者自定义的空间分布，并且能够有一个统一的或者自定义的角度的空间分布。

使用Li gh tT ool s照明模块建立光源模型的细节请参考Li gh t S o ru ce s部分。

2)接收器

所有的照明系统至少有一个面上的照度很重要（它可能是远场位置的面），并且可能有相应的若干个这样的接收器。L i gh tT oo ls照明模块允许你指定无限多的接收器。

如何使用L i g h t T o o l s照明模块建立接收器请参考L i gh tT oo ls说明书中的Re ce iv er s部分。

3)面属性

Li gh tT o o ls核心模块允许你为三维立体对象的每个面单独指定面属性。这些属性包括光线传播模式（re fr ac t,TI R,r ef le ct 等等）以及表面处理（di ff ra ct io n,s c at te ri ng等等）。对于光学元件，可以为元件的不同表面区域指定这些属性。

三．蒙特卡洛光线追迹

Li gh tT oo ls核心模块中的光线追迹是基于蒙特卡洛光线追迹。这种方法可以对光源表面上任意点处的期望数目的光线（可能是几千条甚至几百万条）进行追迹，追迹的光线的方向可以是空间中指向任意角度的。光线起始点和方向的选择是基于描述光源发射光线性质的统计函数。每束光线发出的时候都拥有一定量的能量，能量的多少由光源的特性决定；这些能量随着光线穿过系统到达各种类型的表面而发生改变。然后这些能量在指定的接收器上被收集用来做统计分析并且将分析结果用图表显示出来。

照明分析中使用的光线追迹是非序列性光线追迹。这意味着光线遵循光学传播定律，但不仅仅是在事先指定顺序的一系列表面中传播，这种追迹描绘了系统的物理本质。除了系统中的光学部分，光线同样受到系统中的机械结构影响，或者被吸收，或者被反射，或者被散射。

L i g h t T o o l s照明模块中的蒙特卡洛光线追迹在说明书中的R u nn in g th e Si mul a ti on部分有详细的解释。

3.1对于分光束的优化光线追迹

对于散射表面，你可以在Pr op er t ie s对话框中将表面属性

设置为Re fl ec t,Tr a ns mi t或者两者兼具，如下图所示。

当你选择Re fle c t或者Tr an sm it，L ig ht To ol s只在光线到达表面后的相应的方向上进行追迹。当你选择Bo th后，L i gh tT oo ls可以同时追迹反射和传输光线；可是，在发生多光束分离的情况下进行光线追迹时，Lig h tT oo ls可能不得不追迹那些数目庞大携带的能量很少并且不是很重要的光线。在这种系统中，通过使用Pr o ba bi li st ic R ay S p li t选项你可以极大地提高光线追迹的效率，这个选项在所有的散射模型中都是可用的。

当Pr ob ab il ist i c R ay S pl i t选项处于开启状态时（默认设置），L ig ht To ol s任意选择并且追迹两束光线中的一束，使用基于随机理论的方法决定在每个光线分离处是追迹反射光线还是追迹继续向前传输的光线。随机光线追迹是以这种方式进行追迹的：对于要追迹的数量庞大的光线，反射光线和传输光线都能被观测到一个合适的功率平衡。在一个发生多光束分离的系统中，这将使光线追迹的速度变得更快，因为更少的光路被追迹。结果将很快得到，因为所有可能发生分离的光路按照它们携带的能量多少进行追迹。当Pr ob ab il is ti c R ay S pl it关闭时，Li gh tT

o o ls将追迹所有的分光束，或者只追迹携带能量最多的分光束。

计算随机分离光束使用的方法如下所述：

对于Re fl ec t/Tr an s mi t,J on es M atr i x, M ue ll er

M a tr ix, Id ea l Lin e ar P ol ar iz er an d R et ar de r, a nd

L a mb er ti a n, Co sNt h, Ga us si an, Ell i pt ic al G au ss ia

n, U se r De fi ne d S c at te re r Ra y Amp l it ud es:如果传输、

反射和吸收为T、R和A，那么T+R+A=1，然后分离光线以

T/(R+T)或者R/(R+T)的概率进行传输或者反射，用(R+T)

这个因子计算光线能量以补偿吸收损耗。

●对于Mi xe d Sc at te r er,概率和以上所述的相似，除了

光线可能进入四个方向中的一个（反射散射，镜面附

近的反射，传播散射，或者镜面附近的传播）。

●对于Fr es ne l Lo ss,Q WA R和Us er Co at i ng s R ay A mp li t

u d e:传输（T）和反射（R）的计算基于菲涅尔方程并

依据传播和反射方向的概率。所有的光线都有相同的

能量衡量方法。

下面的这个例子阐明了使用随机分离光线可以使效率增加。

对于这个简单的背光源系统，一个对2000条光线仿真的追迹产生了如下的结果。

四.照明分析

Li gh tT oo ls照明模块中可以进行三种类型的照明分析：一个表面上的辐照度（光通量/表面积），发光强度（光通量/立体角），光亮度。对于这些量中的每一个量，都存在着若干种可用的图像输出来描述这个量，这种图形称作图表视图，可能包括：

●2维线条图（2D li n e pl ot）

●颜色或者灰度刻度图(R as te r co lo r o r g ra y sc al e

p l ot s)

●发光强度图(I nt ens i ty p lo ts)

●I s o发光等高线图(Iso-irradiance contour plots)

●三维表面图Iso-irradiance contour plots

●在接收器表面的蒙特卡洛点列图显示(Iso-irradiance

contour plots)

●环绕能量图(Encircled energy plots)

这些在说明书中的Ch ar tV ie w s部分中有详细的说明。

五．照明系统设计实例

作为展示Li gh t To ol s照明模块强大功能的实例，我们将分析一个非常简单的模型，这个模型包括一个圆柱形的光源、一个椭圆反光碗、一个长方体的积分棒。我们将考虑积分棒前表面和后表面（输入端和输出端）的光照度分布，以此来分析积分棒的光积分效率。

通常，以下这些是Li gh tT oo l s照明分析的步骤：

1.建立完整的光-机系统的Li gh tT oo l s模型。这包括定义所

有的三维光学元件和机械元件的表面属性。

2.定义光源。对于一个复杂的三维光源，这可能需要几个光

源结合在一起建立需要的光源形状。

3.指定接收器表面。

4.进行仿真设置，这决定着仿真的方向。这必须在仿真开始

之前进行。

5.指定要追迹光线的数目和光线的间隔（是为了图形刷新而

使用的）。

6.（可选）选择在分析中使用的蒙特卡洛光线是否显示在

L i gh tT oo ls模型中或者在控制台窗口中是否打印光线追迹结果（这些是非常有用的选项，它们可以影响仿真的执行）。

7.选择期望的图形输出（这可以在完成仿真之前或者之后

做）。

8.进行分析。

5.1第一步-建立L i g h t T o o l s模型

我们建立一个椭圆反光碗，在反光碗前面建立一个长方体积分棒。下图显示了这个模型，图中对从反光碗焦点到通过积分棒的栅格NS S光线进行追迹。

椭球面的内表面被指定为反射镜，积分棒的所有表面都被指定为TI R（全反射）类型的表面。模型中的非序列性光线追迹使用标准的L ig ht Too ls方法，这对于检验你的模型结构来说很有用，但是在照明分析的蒙特卡洛光线追迹的设置中不包括这些。

5.2第2步-定义光源

在这个例子中，我们只使用一个光源，一个位于椭球反光碗内焦点处并且与椭球的轴垂直的圆柱面光源。整个圆柱面以及它的末端都将发出光线；一些光线将到达反光碗并且反射进入积分棒，而另外一些光线将直接进入积分棒而不到达椭球面。下图显示了圆柱光源的方位。

5.3指定接收器表面

我们将指定两个接收器，位于积分棒的两端。这可以使我们对积分棒输入面和输出面的光照度均匀性进行对比。选择期望的表面，右键点击，然后再弹出的快捷菜单中选择添加接收器。我们需要这样做两次，以便在积分棒的两端添加接收器（先添加哪个接收器无关紧要，只要我们能将两个接收器区分开就行）。

在Li gh tT oo ls模型中添加的接收器如下图所示。注意添加的接收器会自动给出名称，例如R ece i ve r_9和Re ce iv e r_14。如果你希望的话这些名称可以被改变；在这种情况下，你可以将接收器的名称改为“输入”和“输出”以便区分开两个接收器。

5.4第四步-初始化仿真设置

通过选择Il lum i na ti on>S et up Si m ul at io n菜单选项就可以完成这一步。在Li g ht To ols照明模块中，仿真是从光源追迹到接收器。在将来的版本中，附加的功能可以从接收器追迹到光源进行仿真。进行仿真的设置这一步选择使用哪一种类型的仿真。

5.5第五步-指定进行追迹的光线的数目

这一步是指定在照明仿真中要追迹的蒙特卡洛光线的数目。这一步将决定仿真的精确度，因为我们追迹的光线越多，得到的结果就越精确。当然，追迹的光线越多，需要的时间就越多，因此在时间和精确度上我们要权衡一下。这是使用蒙特卡洛方法进行照明分析的一般特性。

通过选择Il lum i na ti on>S im ul ati o n In fo...菜单项我们可以指定被追迹的蒙特卡洛光线的数目,在结果对话框中输入希望的光线数目然后点击应用。

“T ot al Ra ys to Tr ace”的值是在仿真期间被追迹的光线总数。默认情况下，每个光源发出相同数目的光线。每个光源发出的光线中被追迹的光线的相对数目可以通过使用光源权重因子来进行控制。注意这是从光源发出的光线的数目，而不是到达接收器的光线的数目。我们将使用的值为10000。

“Up da te In fo”部分是图像输出刷新重画的频率。一个较小的数值将使我们能够监视仿真的进度，但是要花费更长的时间，因为图像更加频繁地刷新。我们将使用1000这个值。

5.6第六步-选择是否显示蒙特卡洛光线

这是可选的步骤。使用的蒙特卡洛光线构成了照明分析，它在Li gh tT oo l s模型中可以被显示出来。

为了确定光线到达了你期望到达的位置，你可能希望开启这项功能以显示几百条光线。为了做到这些，选择Il lu mi n at io n >S im ul at io n I nfo菜单项并且选中“Pr ev ie w R ay s”复选框。对于使用更多的光线进行的更加全面的仿真，你可能希望关闭这种显示以避免使3D de si gn视图变得模糊并且消耗额外的内存。

5.7第七步-指定希望的图表输出类型

在L ig ht To ols照明模块中有若干种图表输出类型。我们最初将选择显示一个照度图表。这是一个2维图表，它显示了每个接收器上的照度值，同时显示说明不同颜色代表的数值意义的图例。通过选择I ll umi n at io n>Il lu mi nan c e D is pl ay>R as te r Ch ar t 菜单选项就可以选择这种表格。

每个接收器上的照明数据输出将出现在单独的表格中，因此只需要选择这种类型的表格一次。

5.8第八步-开始分析

我们现在即将开始进行精确的照明分析。选择I ll um i na ti on

>S ta rt S im ul at ion菜单项可以做到这些，也可以通过点击工具图标。

在仿真运行的时候，将弹出一个对话框显示运行的进度。注意在仿真运行期间通过点击一个单独的In te rr up t Op era t io n对话框中的中断按钮就可以中断仿真的运行。

当指定数目的光线被追迹完，仿真也就完成了。通过仿真得到的光栅图表（ras t er c ha rt）如下图所示。

上图显示了两种图表，下面的两张是在输入端得到的数据，或者说是在积分棒的输入端；上面的两张图表是在输出端得到的数据，或者说是在积分棒的输出端。我们可以看到输入端的光照度显然不均匀，并且显示出了圆柱形光源的形状。在输出端，光

照度显然更加均匀，当然，这是使用积分棒要达到的目的。

在上图的光栅右端是左边图表对应的衡量照度水平的柱状图。

下面所示的图显示的是在两个方向通过接收器的照度横截面的线条图。通过点击Il lu mi na ti on > I ll um in an ce Di s pl ay > L i ne C ha rt可以得到此图。我们可以在仿真之前或者仿真完成后做这些，因为当仿真结束后储存的照度数据在不同的图表中都可以被看到。

对应于输入面的图表清楚地显示了圆柱形光源的像。而对应于输出面的图显示了更加均匀的照度分配。如果使用更多的光线，那么将得到更加好的均匀性。注意对于每个接收器，相应的图表中Y轴的刻度的变化范围都是从0到0.075，这样可以直接比较输入和输出端。

菜单选项Il lum i na ti on > Il lu mi n an ce Di s p la y > Su rf ac e C h ar t可以显示一个三维表面图表，如下图所示。很明显，我们再次看到输出面的照度均匀性相对于输入面而言提高了。通过手动改变接收器的网状分级（me sh b inn i ng），你可以改进数据的表达方式（请参考U s in g M es h Di me nsi o ns to O pt im iz e O u tp ut)。

多种类型的图表都显示在了这里，没有在这里显示的图表我们将在说明书的Ch a rt V ie ws部分进行详细的讨论。

六.照明术语

在照明领域中对于相似的概念常常有很多不同类型的单位和术语来对它们进行描述。通常，照明计算可以从辐射度学（单位与瓦有联系）和光度学（单位与流明有关）两方面来进行。光度学的计算考虑到人眼的光谱灵敏度（视觉响应曲线），而辐射度学计算却不考虑这些。

6.1定义

下面的表格给出了在照明计算中标准量的定义。注意这些量相似，但是在光度学和辐射度学中的名字和单位都不一样。

6.2单位

L ig ht To ol s照明模块中允许为每个光源或者接收器单独选择辐射度学的单位或者光度学的单位。光源的单位可以在它们的i n fo rm at ion对话框中指定。接收器的单位可以在P rop e rt ie s 对话框的Pr op er ti e s标签中指定。

Li gh tT oo ls照明模块中可以为所有的光源指定它们的辐射通量或者光通量，对应的单位分别为瓦和流明。光源远场的强度可以用强度或者发光强度来衡量，单位为瓦/球面度或者坎德拉。接收器表面上的照明可以用单位面积上的功率或者光照度来衡量，单位为瓦/面积或者流明/面积。面积的单位取决于系统的单

位，可以是等等。

即使辐射度学的单位很合适，但我们在一个表面上还是经常使用光度学上的光照度来衡量表面的光分布。这是因为光照度是经常被使用的量（即使它经常被错误地使用）。

注意能量和功率是联系在一起的。能量是经过一定时间累积的功率。可是，时间不是L ig ht To ols要考虑的部分；你可以认为Li gh tT oo l s中的输出是在某个点处的一幅“快照”。因此，功率是L ig ht To ols中的实际输出，而不是能量。可是在L i gh tT oo ls 照明模块中的一些地方我们可能会提到能量，例如在环绕能量分析中。我们这样做是因为这些名字被普遍使用，即使被错误的使用。你应该意识到这点，输出和计算使用的是功率而不是能量。这点从单位中就可以清楚地判断出来（例如，单位为瓦特而不是焦耳，是流明而不是流明×秒）。

完整word版,lighttools中文说明

第一章介绍 翻译：郑一狼 照明作为光学领域中的一个重要部分，对于很多公司和它们的产品来说正变得越来越重要。可是，直到现在对于照明系统设计和分析来说还没有可供广泛选择的专业软件，能够应用于照明系统的软件也很难使用。正因为如此，目前照明系统的设计通常是建立系统的模型然后测试此模型。 Li gh tT oo ls的照明模块是为了满足照明行业的需要而编写的。它通过计算机建模对照明系统进行精确的定量分析，从而帮助你更加快速有效的开发照明产品。 一.什么是L i gh t To o l s照明模块？ Li gh tT oo ls照明模块是L i gh tT oo ls核心模块的可选的扩展模块。它使用非序列性光线追迹并且基于元件进行建模，帮助你模拟完整的光学系统，包括系统的光源、光学元件和机械结构。 Li gh tT oo ls照明模块完全与Li gh t To ols核心模块相结合，并且添加了新的菜单和命令。因为两个模块是相互结合的，一旦你熟悉了Li gh tT oo l s核心模块，那么在你了解了Li gh t To ol s照明模块的一些特性后，将很快能够使用L ig ht To ol s照明模块。如果你是使用L i g h t T o o l s的新手，那么我们推荐你在学习L i gh tT oo l s照明模块之前先熟悉Li g ht To ol s核心模块，以此来熟悉Li gh tT oo l s的基本特性和操作。 Li gh tT oo ls照明模块使用非序列性光线追迹，这点和2D及3D设计视图是一致的，但是和I ma gi ng Pa th模块不一样，I m ag in g P a th模块只使用序列性光线追迹。 二．照明系统基础 大部分照明系统拥有以下这些特性，所有以下这些特性都可以在Li gh tT oo l s中被模拟。 ●系统有一个或更多的照明光源，通常成一定角度并且不 均匀地分布在三维空间中。 ●我们需要在系统的若干位置分析照度。 ●我们需要分析远场的发光强度。 ●我么需要创建不同的曲面属性，包括菲涅尔损失和散射 特性。 ●我们需要进行非序列性光线追迹，对于照明计算可能更 适宜使用蒙特卡洛类型随机光线追迹。 1)光源 任何一种照明系统至少要有一个光源，或者有几个光源。L i gh tT oo ls照明模块允许你指定无限多个光源。这些光源可以是点光源、三维面光源或者三维立体光源。

LightTools中文教程

照明是光学的主要领域之一，并且正在成为越来越重要，很多公司和它们的产品然而，截至目前为止尚未有一个为照明系统设计和分析的商用软件产品的广泛选择，以及那些已经提供可能都难于使用。正因为如此，对照明系统的设计往往是做通过建立原型和测量它们。 在LightTools照明模块已被写入，以填补这个社会上有需要的光照。它通过计算机进行模拟照明系统准确的定量分析，从而帮助您开发照明产品更迅速和更有信心。 什么是LightTools照明模块？ 在LightTools照明模块是一个可选的附加模块向LightTools核心模块。它使用固有的非连续线迹和元素为基础的LightTools建模模拟，以帮助您完成照明系统，包括来源，光学和机械结构。 在LightTools照明模块完全集成在LightTools核心模块，增加新的菜单和命令调色板。因为它是完全集成的，一旦你熟悉了LightTools核心模块，您将很快能够使用后，有关其特殊的特点和要求学习LightTools照明模块。如果您是新的LightTools，我们建议您首先成为熟悉的LightTools核心模块，然后尝试在LightTools照明模块，得到的基本特点和LightTools 的技术，熟悉。 在LightTools照明模块使用非连续的射线追踪。因此，它集成了二维和三维设计视图设计LightTools认为，这两项研究使用非连续的射线追踪。这不是集成了影像路径模块，只使用顺序射线追踪。 照明系统的要素 大部分照明系统具有以下共同特点，所有这些都可以在LightTools照明模块为蓝本。 该系统有一个或更多的光源，通常延长和不均匀，在空间和方位地 用户有必要在分析系统中的几个地点的照度 用户有必要分析远场强度 用户有需要模式不同表面特性，包括菲涅尔损失和散射 用户有一个非连续的光需要跟踪，用蒙特卡罗型概率射线最好跟踪照度计算 · 光源 所有的照明系统至少有一个光源，并可能有几个来源。在LightTools照明模块允许你指定一个来源是无限的。这些来源可以是点源，面三维排放源，排放量或三维来源。 面发射源,可以有空间分布均匀,可以定义和角分布均匀,算法的,或者用户定义的。这些分布可以指定分别为每一个表面的源头体积排放来源是均匀分布的数量或用户定义的，也可以有定义的角分布是均匀或用户。照明光源为模块仿照LightTools照明是光的来源描述更详细研究。 接收机 所有的照明系统至少有一个表面照度在其中的利益（它可能是远场），并可能有几个这样的接收器。在LightTools照明模块允许你指定一个无限数量的接收器。光照接收机作为模块仿照LightTools照明是接收机更详细描述 表面性质 在LightTools核心模块，您可以指定每个任何物体表面三维固体表面性质分开。这些属性包括屈光模式（折射，公路货运，反映等）以及表面处理（衍射，散射等）。光学对象，这些属性可以指定单独的表面上不同的区域 蒙特卡罗光线追踪 在LightTools照明模块照明分析是基于蒙特卡罗光线跟踪。该方法从随机挑选的痕迹点的射线所需的数字（可以是几千甚至几百万的射线）对地表，或在数量，来源（或来源）和空间将随机选择angles。作者的出发点和线方向选择是基于描述光源的发光特性的概率函

Light Tools软件介绍

LightTools 简介 LightTools 是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路。由于LightTools 把光学和机械元件集合在统一的体系下处理，并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能，使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。 LightTools 简介 美国Optical Research Associates (ORA?) 公司以研制国际领先的CODE V? 光学工程软件而著称于世。1995年，该公司根据用户需求和计算机技术的发展，隆重推出最新产品—光学系统建模软件LightTools，马上得到各国用户的欢迎和好评，并获得国际大奖。1997年，ORA 又研制成功与LightTools 主体程序配套使用的Illumination 模块，圆满地解决了照明系统的计算机辅助设计问题。 其中的主要功能简单介绍如下： 系统建模 提供多种展现系统光机模型的方式和人机交互的手段。使用者可直接在系统的二维、三维线框图或三维实体模型图上进行各种操作。方便易用的图形交互式建模和修改功能包括元件或元件组的放置、移动、旋转、复制和缩放。操作时既可用鼠标以实时观察修改造成的效果，也可用键盘以输入准确的数据。透镜、反射镜和棱镜等光学元件及各种机械件可以极快地以图形方式“画入”系统。系统数据可以用表格和元件详情对话框的形式列出和修改。所有上述各种输入方式同时并存，可交替使用。 光机一体化设计 光学和机械元件的形状的描述是通过对软件提供的一组尺寸可变的基本实体模型做布尔运算（与、或、异等等）实现的。这些光学或机械部件的形状虽然可能非常复杂，但均可以在软件中得到精确的展现和描绘，并以光学精度进行光线追迹。遮光罩、镜筒和产品结构的设计均将大大得益于这种光机一体的考虑方法和非顺序光线追迹提供的大量信息。 复杂光路设置 在光学设计中，LightTools 可以和ORA 公司研制的CODE V 软件配合使用。特别是在多光路或折迭光路系统、带有棱镜或复杂曲面的系统的光路设置和视觉建模型验证中，LightTools 将发挥重要作用。有了LightTools，设计人员完全可以摒弃过去为了简化问题而采用的一些传统技巧，如符号规则、用多通道定义模拟变焦功能、把反射镜和棱镜展开成平板、略去非光学面和机械结构的影响、人为简化光瞳形状，等等。

LightTools设计实例汽车仪表盘导光按钮设计(Word)

LightTools设计实例--汽车仪表盘导光按钮设计 LightTools自带增光片元件库和光源库，其增光片元件库包括3M公司所有的BEF 和DBEF；其光源库包括4大LED公司(Agilent， Lumileds，Nichia，Osram)的近400种LED光源，对设计LED照明的LCDTV有极大的方便。传统导光板的网点设计更是及其方便，既可以模拟二维印刷点排布，也可以模拟三维的微结构铺设，目前微结构网点包括五种形状：球、棱镜、金字塔、圆锥、圆柱，极大的提高设计者的工作效率。 Cybernet中国使用LightTools对汽车仪表盘导光按钮的设计如下： 重点：采用两颗小功率LED，实现导光按钮上的三个字母均匀发光。 设计步骤 1.LED光源模拟仿真 2.导光按钮的几何建模 3.几何模型的材料属性、光学属性设定 4.受光分析面,亮度计的设置 5.光线追迹，结果分析 6.根据分析结果修改按钮的几何模型，重复光线追迹过程，直至模拟仿真结 果达到系统设计要求。(采用LT的优化模块,可代替繁琐的模型更改,缩短项目开发周期) 针对LED光源仿真这里简单说明一下参数，光源模型中都有详尽的参数设定 以下介绍主要的参数（根据模拟目的不同,需要的参数也不同） ?光束(lm)或者是辐射功率(mW) ?光谱特性

?配光分布

?空间強度分布 根据波长范围进行光源定义 ?LightTools可以高效灵活的设定光源. ?LightTools可以提出包含面,体积的面光源和体积光源的定做方案. ?LightTools中Ray Data的设定,可以使用Radiant Imaging测定的光源. ?以放射量或测光能量为单位可以在光源中定义全部光能量. ?用户定义的Aim领域和Aim锥体可以引出最佳性能. ?为了配合这个高效的功能,计划在光源中定义连续的光谱. LightTools在导光按钮的几何建模上更有强大的内置建模能力 通过Solidworks Link模块 LightTools完全继承来自SolidWorks的特征树可 为使用过Solidworks的工程师提供熟悉的设计环境。双向式数据交流功能保证了在LightTools 和Solidworks中的特征实时同步。

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[说明]lighttools中文说明 第一章介绍 翻译:郑一狼 照明作为光学领域中的一个重要部分，对于很多公司和它们的产品来说正变得越来越重要。可是，直到现在对于照明系统设计和分析来说还没有可供广泛选择的专业软件，能够应用于照明系统的软件也很难使用。正因为如此，目前照明系统的设计通常是建立系统的模型然后测试此模型。 LightTools的照明模块是为了满足照明行业的需要而编写的。它通过计算机建模对照明系统进行精确的定量分析，从而帮助你更加快速有效的开发照明产品。 一.什么是LightTools照明模块, LightTools照明模块是LightTools核心模块的可选的扩展模块。它使用非序列性光线追迹并且基于元件进行建模，帮助你模拟完整的光学系统，包括系统的光源、光学元件和机械结构。 LightTools照明模块完全与LightTools核心模块相结合，并且添加了新的菜单和命令。因为两个模块是相互结合的，一旦你熟悉了LightTools核心模块，那么在你了解了LightTools照明模块的一些特性后，将很快能够使用LightTools照明模块。如果你是使用LightTools的新手，那么我们推荐你在学习LightTools照明模块之前先熟悉LightTools核心模块，以此来熟悉LightTools的基本特性和操作。 LightTools照明模块使用非序列性光线追迹，这点和2D及3D设计视图是一致的，但是和Imaging Path模块不一样，Imaging Path模块只使用序列性光线追迹。 二(照明系统基础

大部分照明系统拥有以下这些特性，所有以下这些特性都可以在LightTools 中被模拟。 , 系统有一个或更多的照明光源，通常成一定角度并且不 均匀地分布在三维空间中。 , 我们需要在系统的若干位置分析照度。 , 我们需要分析远场的发光强度。 , 我么需要创建不同的曲面属性，包括菲涅尔损失和散射 特性。 , 我们需要进行非序列性光线追迹，对于照明计算可能更 适宜使用蒙特卡洛类型随机光线追迹。 1) 光源 任何一种照明系统至少要有一个光源，或者有几个光源。 LightTools照明模块允许你指定无限多个光源。这些光源可以是点光源、三维面光源或者三维立体光源。 面光源可以有一个统一的或者用户定义的空间分布，并且可以有统一的、朗伯的(Lambertian)、或者用户定义的角度分布。可以为光源的每个面单独指定这些分布。 立体光源可以有一个统一的或者自定义的空间分布，并且能够有一个统一的或者自定义的角度的空间分布。 使用LightTools照明模块建立光源模型的细节请参考Light Soruces部分。 2) 接收器 所有的照明系统至少有一个面上的照度很重要(它可能是远场位置的面)，并且可能有相应的若干个这样的接收器。

lighttools背光源设计实例

Introduction Backlights are used for compact, portable, electronic devices with flat panel Liquid Crystal Displays (LCDs) that require illumination from behind. Applications include devices as small as hand-held palm pilots and as large as big-screen TVs. Goals for backlight design include low power consumption, large area with small thickness, high brightness, uniform luminance, and controlled viewing angle, either wide or narrow. To achieve these challenging design goals with a cost effective and timely solution, it is necessary to use computer-aided optical design tools to expedite the design. This paper describes fea-tures in ORA’s LightTools? illumi-nation design and analysis software that enable the development of state-of-the-art backlight designs. Optical Design and Analysis Tools for Backlights Illumination or lighting systems take light from one or more sources and transform it in some way to produce a desired light distribution over an area or solid angle. Illumination design software must be able to model the geometric and optical properties of different types of light sources and transforming elements, and it must also be able to evaluate the paths of light using optical ray tracing through the model to calcu-late the final light distribution.The light distributions are calculated using Monte Carlo simulations to calculate illuminance, luminance, or luminous intensity over the desired areas and/or angles. Rays are started from random locations and direc- tions from the source(s), traced through the optical system, and col- lected on receivers. Illuminance can be calculated for rays collected on surface receivers and intensity for rays collected on far field receivers. By defining a luminance meter for surface receivers, the spatial or angular variation of luminance can be calculated from that surface. In some cases, it may be important to analyze the chromaticity of a dis- play. The spectral energy distribu- tion of the sources (such as LEDs) can be specified. The output of CIE coordinates, together with corre- lated color temperature (CCT), quantifies the colorimetric behavior of the display. An RGB photorealis- tic rendering of the display output can also be generated. All of these analyses are available in LightTools. Aspects of backlight displays make particular demands on illumination analysis software. As will be dis- cussed, the means by which light is extracted from a backlight relies on either dense patterns of paint dots or patterned microstructures. Model- ing microstructure arrays in particu- lar can result in extremely large model sizes if created explicitly as a CAD model. LightTools provides the capability to define arrays of 3D textures that ray trace and render accurately but are not explicitly con- structed as part of the geometric model, thereby resulting in much smaller model sizes and much faster ray tracing. A second aspect of backlight analy- sis involves ray splitting and scatter- ing from the surfaces of the light guide. Because Monte Carlo simu- lations are used to analyze the illu- mination performance, a potentially large number of rays must be traced to get sufficient accuracy for com- parison of designs. It is most effec- tive to trace rays that carry most of the flux. This can be achieved by using probabilistic ray splitting to trace the paths with the most flux, and allowing use of aim areas or solid angles for scattering surfaces to direct scattered light in “important” directions (i.e., toward the display observer). What is a Backlight? A typical backlight consists of a light source, such as a Cold Cathode Fluorescent (CCFL) or Light Emit- ting Diodes (LEDs), and a rectangu- lar light guide, which is also referred to as a light pipe. Other elements than can be used include a diffuser, which enhances display uniformity, and a brightness enhancement film (BEF), which enhances display brightness. The light source is usually located at one edge of the light guide to mini- mize the thickness of the display. Edge lighting typically uses total internal reflection (TIR) to propa- gate light along the length of the dis-Optical Design Tools for Backlight Displays

LightTools优化教程

LightTools 优化教程 目录 第一章开始优化的基本概念 什么是照明设计 结构和要求 软件的用途 什么是优化？ LT 优化 照明系统优化有何特别 LT 优化的特别功能 LT 优化过程中的图表 第二章优化的光线和光线图 背景：为何通过光线进行优化？ 例1：优化一个椭圆反射器 主要步骤汇总 细节步骤 更多应用 第三章噪声优化函数 背景：关于噪声优化函数 选择正确的优化引擎 例2：LED 功率平衡光管 关于pikups 步骤汇总（70/30 功率平衡） 细节步骤（70/30 功率平衡） 例3：一致性的例子 网格细节 更多功能 例4：使用选择引擎进行优化

第一章开始优化的基本概念 这一章我们将要学习一些关于优化的基本概念 目录 什么是照明设计? (1) 什么是优化？ (1) 照明系统优化有何特别 LT 优化的特别功能 LT 优化过程中的图表 什么是照明设计? 照明设计意味着以下几件事，包括基于审美因素的选择和设计；这可能比理解为发光设计要好。照明设计是一个技术问题，是为了确定需要的光源的组合（通常在光学软件的帮助下），其他组合以及他们的位置来得到想要的光分布。基于这一性能，分布是指照度、亮度或光强（或他们的辐射当量），可能包含特殊考虑（例如CIE 色坐标）。这里有一个典型的目标分布，特殊表面或者区域的照度一致性，或者根据强度曲线定义的角度分布。另外还有功效要求，即是到达照明区域的所有可探测的光功率或光通量所占的百分比。 组件和要求 在初始设计阶段，光源可以被定义为点光源或扩展光源（通常使用角度和空间分布来近似的模拟物理分布），或者更多的细节光源模型可以使用，基于光源组件的物理模型，或者基于测量数据。组成可以是反射面、透镜、有光滑表面的塑胶块、毛面或粗糙的表面、或其他的光学或机械组件。这些组件具有一定的尺寸、位置、放置的角度、材料属性（如反射系数、吸收系数、体散射），面属性如金属镀层或面散射，面的形状从简单的平板到复杂的样条或者非球面。组件和整个系统可能具有一定的对称，如旋转或双向对称，这些需要特殊的外形设计，或者可能没有对称需求。 光源和组件的选择强烈的依赖于性能的要求，以及大小、位置、耗资、能达到的光功率，或者其他像包装或机械的因素。一般一个设计是在一个以及存在的系统上进行变异，可能要用到不同的光源（例如用LED 光源替代已经存在的光源）或者满足不同的要求（例如一个新加入的非常薄的平面显示器的背光）。这些经常提供一个非常好的起始点，最起码建立一个基础的几何界面。 软件的性能 LT 照明建模建模软件能相对容易的建立一个虚拟的原型，这个原型通过组合不同光源和组件得到，并通过照度的模拟进行评估。你可以做不同的改变并在照度分布上看到他们的效果。到目前为止这些一致都是照明优化的本质---在软件模拟的基础上对一两个变量的改变进行考察和评估。这些一般比建造物理原型要快，不然会比预想花去更多的时间，并且得不到最好的解决方案。一些基本规律和使用者的洞察力，

LightTools 中文学习手册

LightTools 中文学习手册 LightTools 中文 学习手册（一） 这是我2005年9月在上海的时候翻译的一段，LightTools Manual的一部分。希望对大家有点帮助。 中华卫星 第一章 介绍 LightTools是一种光学建模工具，它让你可以建立、观看、更改和分析光学系统的图片，和CAD程序是非常友好相近的。不像典型的CAD程序，LightTools拥有光学设计和工程所要求的数值精度和特殊的光线追迹工具。 LightTools的光学建模设计考虑到了和CODE V一起配合来解决各种光学工程任务。这些建模的核心就是LightTools Core Module-这本手册所描写的。LightTools的成像路径建模在本书中也有描写。其它增加的建模在拥有自己的独立向导手册。 如何使用本手册 The Core module user’s guide 描写了LightTools程序的用处，包括具有方便的界面、LightTools针对你的光学系统的各种视图和对你系统操作的各种工具。 本手册认为你具有光学工作的知识，包括光学terminology和光学系统基础。如果你没有这些背景，我们建议你去找一本好的光学书籍，例如Warren J. Smith (McGraw Hill)的 《Modern Optical Engineering》。 本手册所用的定义 本书的字体类型和风格针对输入输出的重点的不同而有区别。 菜单选项是黑体 特别的项目和文字为了保证重点突出在句子中被标记为斜体字，就像下面的例子： LightTools利用commas来区分坐标值和white space区分命令中的数据。 选定的连续的菜单选项用大于号（>）表示。例如，View > 2D Design 表示点击了主菜单View，然后又点击了子菜单2D Design。 LightTools的多数操作都是通过鼠标完成的，但是也可以输入命令。命令的标记为黑体字，例如， DXY 12,3,7 意味着输入了DXY命令，紧接着就是一组变量（LightTools利用commas来区分坐标值和white space区分命令中的数据），除了字符串外（镜头文件的名字），用户输入的命令不是立即执行，你输入可以是各种情况。