lighttools基本操作(课)精讲课件

1、Section 2 LightTools 基本介绍LightTools Optical Research Associates 1963 成立 ，1994 LightTools开发Non-sequential Ray Tracing SoftWare 3D Object MonteCarlo Ray Trace Method何时需要用到LightTools？每一个需要控制光线的行业里都可以应用！完美的光学设计解决方案开始学习Lighttools软件光源光学系统接收器Monte Carlo 计算照度图表照明分析的基本架构：确定你的计算机系统项目操作系统的要求处理器Pentium III, Pen

2、tium IV, Pentium M，Xeon，AMD Atholn processors (1GB)系统Windows2000，XP，Win7内存最小512MB（建议1GB）显示器17寸以上的屏幕，分辨率12801024其他全部操作系统支持的绘图机和列表机系统导航栏首选项导航栏窗口导航栏输出窗口三维设计视图菜单栏The Toolbar The Command Panel指令按钮第一层：类别选单（共6种）第二层：种类选单第三层：指令选单二维几何模型的建立三维几何模型的建立LightTools 模块 组成系统的建构布尔运算交互式3D建模环境的革命性照明设计软件包含宏语言和支持COM的界面1、Co

3、re Module:提供了广泛的光学模块选择方案照明系统的仿真Monto Cartoon光源接收器与计量器2、Illumination Module：提供蒙地卡罗模拟法光型設計（A字母）Target光型設計（圓變方）LED 照明用透鏡完整的优化系统：MeritreaFunction寻找最佳情况，增进系统运算效率3、Optimization Module：全新优化功能4、Four Data Transfer Module：支持通用工业CAD数据格式标准格式：STEP、SAT、IGES特殊应用软件的格式：CATIALightTools的特色CAD用户图形接口（GUI），使用简单能容易的修改建立的组

4、件，包含布尔运算可以读取及转成IGES、STEP及SAT文件格式材质：折射率、吸收率、体散射、偏振表面：穿透反射吸收、散射、涂膜、偏振、Fresnel LossPiont and shoot 光线追迹功能Lighttools设计举例BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,LtdK2 LED封装一次配光举例Luxeon K2原厂数据BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd光强分布为朗伯体光通量：17.6 lm 最大光强5.04 cd Light tools光学设计目标设计目标 设计一款新的K2 LED的光学封装结构，使之具有高方向性的光强分布设计

5、要求总的光通量不能减小太多能简易替换现有光学元件BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd初始设计BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd在Solidworks建模，用SLM连接模块传递到Lighttools主光学元件初始结构结构：由复杂的曲线旋转得到的实体材料：PMMA（polymethyl methacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯 ）光学表面特性：定义为Fresnel losses(菲涅尔损耗)优化变量：共9个每条曲线有4个变量，共两条曲线光学元件的边缘高度作为另一变量BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Lt

6、dSolidworks设计目标的优化采用LightTools内置的“准直函数”（collimate）作为该例的评价函数原理是将所有落在接受面上光线的余弦值一致化；利用蒙特卡罗（Monte Carlo simulation）光线追迹的结果；每次模拟19,000根光线，得到38,000个评价参数（每根光线有2个余弦值）。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd优化前的光强分布初始结构中的每个变量都是半随机选择的；最初，有将近6lm的光能通过主光学元件从后面出射；总的光通量是17.9lm，是由于光元件阻止了部分原来被反射吸收的光线；最大光强3 cd；但光强分布明显还未达到

7、最优。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd在Light Tools中模拟10,000,000条光线追迹后的光强分布图优化结果(一)经过优化后,从LED出来的光得到了很好地准直；17.5 lm的光通量全部向前发射，比原来的朗伯体只少一点；轴向的光强是91.6 cd是原来朗伯体的18倍，是优化初始结构的30倍。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd优化结果(二)最终优化的主光学元件比初始结构高一点；但曲线的形状还是和初始结构一样。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,LtdConclusion 经过上述优化，LE

8、D的一次光学设计使其效率和光强分布方向性提高了很多，因此光学设计是非常重要。 现阶段很多光源生产商在LED设计中应用的光学设计方式都是凭借自身经验或者仿照国外已成熟技术，自我创新设计能力非常差，这是国内公司发展滞后的瓶颈。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd认识与设定个人接口Lighttools 提供了有关默认参数，新物体创建等的各种设置，这些参数大多与个人喜好有关（如颜色方案）。熟悉并保证这些默认参数的合理和正确的设置。首选项的使用和设定（练习一）将3D编辑窗口修改为白底黑字，单位：光通量，曲率模式：Radius1.将单位设为：mm，曲率模式改为Radius

9、EditPreference（首选项） General Preference （常规首选项）System（系统） Title（标题）：自行定义名称 Unit（单位）：毫米 Radius Mode（半径模式）：曲率曲率不进行焦距渲染2、将接收面和光源的单位改为光通量 Default （默认值） Recevier Source 单位改为Photometric Flux（光通量）Save：将环境储存成系统内定制鼠标右键点击Defulats Save General and Defaults(保存这些设置以供将来练习使用)光通量辐通量3、将3D编辑窗口修改为白底黑字View Preference（查看

10、首选项）3D_untitledColorsColor Scheme（颜色方案） Black on White(白底黑字)最后Save View preference另外在View preference还可以设置贴齐网格（ Grid Snap to Grid）将X Value 和Y Value设为低于0.1 mm可见性（Visibility）清除“显示注释”复选框(Show Annotation)Snap to Grid提高设计的精确性一般不用显示。提醒：设置完成后要记得保存系统设置，保存默认值设置和保存视图环境！现在可以开始进行设计啦1、开始一个新模型2、打开一个以前保存的模型1、开始一个新模

11、型2、打开一个以前保存的模型Section 4 建构复杂的对象通过Lighttools所建构的3D组件，我们称为“Primitive”（原型）复杂形状的对象可以藉由以下方式获得： 由多个原型所组成 读取CAD软件所建构好的模型可以藉由类别选单中的Edit（编辑）来进行修改。画Optical Elements（光学元件）的基本原结构方块（cube）球（Sphere）椭球（Ellipse）圆柱（Cylinder） 超环面（toroid）椭圆柱（EFiber）蒙皮实体（自由面）（Skinned）输入一个凸透镜方法一：使用命令按钮方法二：菜单- 插入-镜头Primitives and Entities

12、 Properties属性对话框第一步选中对象第二步可以通过下面三种方式打开对话框1、Edit Properties（编辑属性）；2、From the toolbar Properties button （工具栏属性按钮）；3、By right-clicking, and selecting，Properties on the shortcut menu（右键单击选属性）. LightTools中所谓的【对象】Lighttools 以实体模型为架构每一个物理实体都是一个完整的固体模型每一个对象都有表面，表面不会独立存在所建构的几何形状称为“primitives”（原型）原型多为球、方块、柱状等

13、可以透过编辑成复杂的几何形状一个对象是透过多个原型结构做组成的。利用对话窗口修改属性直接点选3D对象或是树状列上的对象名称，呼叫properties属性 窗口直接修改对象参数。对象层可以修改坐标方位等Primitive层可以修改外形尺寸Properties属性对话框第一步选中对象第二步可以通过下面三种方式打开对话框1、Edit Properties；2、From the toolbar Properties button ；3、By right-clicking, and selecting，Properties on the shortcut menu. 修改对象的参数修改参数：1、几何尺寸

14、2、位置（坐标）起始点坐标方法二：The Command Line命令栏指定一个点：XYZ -2.4,1.2,5.6 【例1】用点输入法来建一个长、宽、高均为10 mm，起始点位于（0，0, 0）的方块。输出三个坐标三维视图【例2】构建一个长4 mm，宽2 mm，高3 mm起始点位于（1，-1, 0）的方块。坐标点可以通过绝对坐标值或相对坐标值的方式来输入 XYZ LXYZ 绝对坐标例：xyz 0,0,0 点位置在全局坐标的原点DXYZ LDXYZ 相对坐标例；xyz 1,2,-3 相对前一点往x移1，往y移2，往z移-3 LA 2,45 长2 ，角度45 ； 重复上一个坐标Optical v

15、s. MechanicalCategoryMaterialSurface propertiesElementsBK7 glassTIR, Reflect, Absorb3D ObjectsAluminumMechanical光学组件当对象为光学组件时，材料内定值为BK7，表面根据不同功能，给以适当光学的特性。注意：3DDrawBlack(1,2)必须在三维立体视图中操作。点输入法建构复杂物体“延伸Extruded”与旋转“Revolved”构建较为复杂的原型Extruded：利用点构成一平面再进行延伸以成为实体。可通过改变长度和锥度进行编辑。Revolved：利用点构成一平面再进行旋转以成为实

16、体。可通过改变角度进行修改。 Extrude （任意多边形棱镜或实体）的建立步骤步骤1：定义外形： 点1，点2点n步骤2:定义厚度: 选取另一窗口点n+1和点n+2步骤3:输入“；”或双击结束整个步骤 Revolved （将任意多边形旋转着得到的棱镜或实体）的建立步骤步骤1：定义外形：步骤2：鼠标连续点2次或输入“;”结束外形步骤3:定义旋转轴，输入2个点步骤4：决定旋转的角度，可在指令栏输入角度。Optical Property Zones光学特性区域建构表面特殊特性的方式有三种：Property Zone：单纯的表面特性2D Pattern：印刷网点应用3D Texture ：微结构的应用

17、一位：在某表面设定一个独立的特性区域（该区域可以设定独立的光学特性，如散射、光栅、镀膜等）二维：模拟印刷网点特性（形状可以是矩形、圆形、椭圆形）三维：微结构的应用光学特性区域Property Zones类别：2D Pattern：矩形、圆形、椭圆形 3D Pattern：Bumps(突起) 、Holes每一个特性区域皆可以设定独立的表面特性，包括scattering，grating，coating等等。区域外型： Rectangule , circle, arcuate , ellipse等 黑白图形格式（BMP）：黑色表示Zone区域，白色表示BareSurface3D textured 可

18、支持的类型：球体、棱柱、角锥体、圆锥体、圆柱体、用户自定义结构组件特性：所有参数都可以修改树状方式列出所有参数可以选择：定值、多项式、列表如何加入3D Texture选择任一个表面或多个表面后按鼠标右键。（A）选择对象后呼叫属性对话框。（B）透过3D设计窗口面板 必须要先选择单一表面。（C）结构的范围与边界平面以外的结构不会被描绘及进行光线计算非矩形表面，通常边界会超出要求尺寸：结构组件仅在现有的表面面积上被建立重叠的、贯穿的微结构都会被忽略注意当建构一个3D Texture时，内定值为: 矩形排列 1010个微结构多个Zone不可重叠可能导致不准确的模拟结果哪些可以参数化几何形状 大小、位置

19、、外型、排列方式、突出、凹陷X、Y为表面上得相对坐标轴利用UCS坐标轴为了减少显示适配器负担，Lighttools内定将Property Zone的显示隐藏起来。要查看，要在可见性显示属性区域参考面（Dummy Surface）永远以线构的方式呈现两种参考面平面（Flat plane）通常在设定观察面时会使用到球面（Spherical surface）经常使用与于建构复杂的对象二、坐标系统Lighttools 有全局（Global）与用户坐标（UCS）两种坐标系统 两个坐标系统皆遵循右手定则旋转坐标采用光学旋转坐标（Euler angle）顺序很重要！对多方向旋转而言，Alpha先转，接着Be

20、ta沿着新轴再转，最后Gamma再沿着更新轴再转。用户坐标系统表面坐标系统（UCS）每一个表面有属于自己的坐标区域Z轴为沿物体外的法线方向可以使用UCS来观察表面坐标位置三点绘制UCS坐标如何定义UCS可以在View 面板上选取UCS Axes面板UCS可以放置在表面或对光线来进行校正与定位。 _UCS坐标与全局坐标的相对关系，在进行草图设计时是非常方便的。UCS视图包括：前视图、右视图、上视图如何选取多个对象1、在系统导览中对对象编辑 利用Shift 和Ctrl 健来选取物体2、利用功能面板选取物体如何编辑对象利用编辑功能面板 Move、Copy、Rotate、Align、Array等利用文

21、字选单编辑 选择一个或多个对象后，按下鼠标右键，即出现文字选单提供编辑选项Edit Selected All可以方便改变多个对象的特性将元件复制到矩形阵列步骤1：将实体复制到的基本位置。步骤2：指示基线方向的实体数。步骤3：指示基线方向第一个副本位置。步骤4：指示正交方向的实体数。步骤5：指示正交方向的第一个副本位置。原始点光源将原件复制到圆形图案阵列步骤1：将实体复制到的基本位置。指示径向的数据实体数。指示径向方向第一个副本位置指示圆周方向的数据实体数群组功能面板群组功能可以让每一个独立却有关系的对象群组起来。Boolean operations布尔运算Boolean operations可

22、以将Lighttools所建立的对象群进行处理，以产生较复杂的对象。布尔运算种类Union、Intersect、Subtract、Trim、UnboolCommand Palette for Boolean Operations (布尔运算)合并材料（并集）相交（交集）移除材料（差集）撤销移除材料操作裁剪自动修复显示对对象的自动修复选项Union （联集）Intersect （交集）Subtract （差集） Trim （裁剪）Unbool 撤销上一次布尔运算，并将两个部件恢复成独立的物体。The command for the unbool operation is UnBoolean. 对单透镜的编辑Stretch（更改透镜焦距）、Bend（弯曲）、Fold（折叠）、Cement（胶合）、Break（破坏两个胶合）Immerse（浸入）、Remove（移除浸入）胶合（Cement）Cement常用在两个表面间无空气存在的情况。胶合时若两表面曲率不同，在第二选取的表面将会自动与第一选取表面相同。注意：两个表面特性不同时，会产生不同方向的光线往返会有不同结果出现。Break 破坏两个表面的胶合情形点选Break ，再点欲破坏的胶合面Break执行后两个面仍会是重叠，但不互相胶合。物体浸没（Immersion）Immersion 允