發(fā)布時間:2023-12-14
瀏覽次數(shù):816
即使是從未接觸過光學(xué)相關(guān)知識的人員,基于TracePro的超短的學(xué)習(xí)周期,亦可在很短的時間內(nèi)完成整個光學(xué)設(shè)計的流程。本文將以單透鏡為例,展示在TracePro中的光學(xué)設(shè)計流程。無論光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜程度如何,基礎(chǔ)的操作和軟件邏輯都是一樣的,借此給大家梳理光學(xué)設(shè)計的思路。
拋開繁多的光學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)知識,在軟件操作層面,使用者只需明白光學(xué)設(shè)計目標即可。常見的光學(xué)目標主要有:照度、光強、亮度、均勻度、色度等。拋開光學(xué)知識,光學(xué)設(shè)計的本質(zhì)是對光源輻射能量的再分布,因此從能量守恒的角度來理解光學(xué)設(shè)計會更容易。照度、光強等概念也是能量分布的體現(xiàn)方式。
回到TracePro來講,我們稱之為光學(xué)設(shè)計三要素。即:光源、光學(xué)結(jié)構(gòu)、接收器。通過參數(shù)化來定義各個要素的屬性即可實現(xiàn)光學(xué)仿真,調(diào)節(jié)各個參數(shù)來實現(xiàn)目標的的過程則稱之為光學(xué)設(shè)計。
現(xiàn)在我們開始光學(xué)設(shè)計第一步-定義光源。對于單透鏡,假如我們關(guān)注的是焦距,那么我們自然會選擇一束平行光來進行仿真,那么基于上篇文章的內(nèi)容,我們選擇格點光源來設(shè)置光源。參數(shù)如下:
對于格點光源,我們可以設(shè)置多種出光方式,可自定義格點形狀、光線數(shù)目、光束角、波長等信息。本例參數(shù)見下圖:
設(shè)置好了光源,接下來是第二步,設(shè)計光學(xué)模型-即透鏡。
打開插入透鏡,輸入透鏡孔徑、曲率、厚度、位置、透鏡材質(zhì)等參數(shù),點擊插入,即可生成一個透鏡。流程見下圖。
生成的結(jié)果如下圖,亦可通過視圖工具,顯示線框等狀態(tài)。
在生成透鏡的時候我們已經(jīng)選擇了材質(zhì),因此此刻的透鏡是一個已經(jīng)賦予光學(xué)屬性的結(jié)構(gòu),在確定光源,賦予結(jié)構(gòu)材質(zhì)后,接下來即為設(shè)置接收器。與其他光學(xué)設(shè)計軟件不同的是,TracePro的仿真默認打開遠場接收器,因此即使不設(shè)置任何接收器都可以進行光線追跡。本例中我們?yōu)榱朔治鐾哥R的焦距即匯聚效果,我們有必要分析特定距離接受面的能量分布,即照度分布。因此我們需要設(shè)置一個接受面。在此我們只需插入一個實體面即可。參數(shù)如下:
此刻已經(jīng)生成了一個接收面,但此時的接收面尚未添加任何材質(zhì),加入接受面為全吸收,我們來演示這一過程:
經(jīng)過這一系列操作,我們已經(jīng)設(shè)置完畢,可以開始光線追跡,點擊光線追跡即可:
光線追跡結(jié)束后就可以開始分析的步驟,以照度分析為例:
會彈出照度分析界面,接收器設(shè)置可以右擊打開照度圖分析選項。
左圖即為分析路徑,右圖即為在該路徑上的照度分布
TracePro? 是一套功能強大、準確可靠、界面友善、易學(xué)易用的光機設(shè)計仿真軟件,專門作為照明設(shè)計或是光學(xué)研究機構(gòu)設(shè)計之用。TracePro? 可以進行光學(xué)成像分析、輻照度分析及人眼視覺成像分析等,幾乎涵蓋所有光線追跡上的問題。
原廠Lambda Research Corporation成立于1992年,致力于光線分析,照明系統(tǒng)設(shè)計分析,成像與非成像光學(xué)模擬分析與設(shè)計軟體開發(fā),為光學(xué)模擬技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。Lambda Research Corporation的光學(xué)模擬軟件獲獎無數(shù),主要產(chǎn)品TracePro、OSLO、RayViz 均為業(yè)界廣泛使用。
TracePro? 用于設(shè)計和分析照明和光學(xué)系統(tǒng),OSLO?光學(xué)設(shè)計軟件用于成像系統(tǒng),以及RayVizTM射線可視化軟件,一個SOLIDWORKS?插件。TracePro?通過將直觀的3D CAD界面、先進的實用工具以及與其他機械設(shè)計程序的無縫互操作性相結(jié)合,簡化了從原型到制造過程的過程。
光學(xué)仿真此刻已經(jīng)結(jié)束,針對結(jié)果的情況,如需進行優(yōu)化,即可調(diào)整透鏡生成時的參數(shù)并重新生成透鏡,再次進行光線追跡直到實現(xiàn)目標結(jié)果。
對于這樣一個極簡的光學(xué)系統(tǒng),光學(xué)設(shè)計的變量亦有很多,透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù),透鏡的材質(zhì),透鏡的位置等均為設(shè)計的變量。對于更為復(fù)雜的系統(tǒng),則是到了考驗使用者經(jīng)驗的時候了,工具只是輔助進行設(shè)計,光學(xué)設(shè)計的好壞更取決于使用者的水平。熟練掌握光學(xué)工具則為如虎添翼。