lighttools基本操作(課)精講課件

1、Section 2 LightTools 基本介紹LightTools Optical Research Associates 1963 成立 ，1994 LightTools開發(fā)Non-sequential Ray Tracing SoftWare 3D Object MonteCarlo Ray Trace Method何時(shí)需要用到LightTools？每一個(gè)需要控制光線的行業(yè)里都可以應(yīng)用！完美的光學(xué)設(shè)計(jì)解決方案開始學(xué)習(xí)Lighttools軟件光源光學(xué)系統(tǒng)接收器Monte Carlo 計(jì)算照度圖表照明分析的基本架構(gòu)：確定你的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目操作系統(tǒng)的要求處理器Pentium III, Pen

2、tium IV, Pentium M，Xeon，AMD Atholn processors (1GB)系統(tǒng)Windows2000，XP，Win7內(nèi)存最小512MB（建議1GB）顯示器17寸以上的屏幕，分辨率12801024其他全部操作系統(tǒng)支持的繪圖機(jī)和列表機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)航欄首選項(xiàng)導(dǎo)航欄窗口導(dǎo)航欄輸出窗口三維設(shè)計(jì)視圖菜單欄The Toolbar The Command Panel指令按鈕第一層：類別選單（共6種）第二層：種類選單第三層：指令選單二維幾何模型的建立三維幾何模型的建立LightTools 模塊 組成系統(tǒng)的建構(gòu)布爾運(yùn)算交互式3D建模環(huán)境的革命性照明設(shè)計(jì)軟件包含宏語言和支持COM的界面1、Co

3、re Module:提供了廣泛的光學(xué)模塊選擇方案照明系統(tǒng)的仿真Monto Cartoon光源接收器與計(jì)量器2、Illumination Module：提供蒙地卡羅模擬法光型設(shè)計(jì)（A字母）Target光型設(shè)計(jì)（圓變方）LED 照明用透鏡完整的優(yōu)化系統(tǒng)：MeritreaFunction尋找最佳情況，增進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)算效率3、Optimization Module：全新優(yōu)化功能4、Four Data Transfer Module：支持通用工業(yè)CAD數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)格式：STEP、SAT、IGES特殊應(yīng)用軟件的格式：CATIALightTools的特色CAD用戶圖形接口（GUI），使用簡(jiǎn)單能容易的修改建立的組

4、件，包含布爾運(yùn)算可以讀取及轉(zhuǎn)成IGES、STEP及SAT文件格式材質(zhì)：折射率、吸收率、體散射、偏振表面：穿透反射吸收、散射、涂膜、偏振、Fresnel LossPiont and shoot 光線追跡功能Lighttools設(shè)計(jì)舉例BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,LtdK2 LED封裝一次配光舉例Luxeon K2原廠數(shù)據(jù)BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd光強(qiáng)分布為朗伯體光通量：17.6 lm 最大光強(qiáng)5.04 cd Light tools光學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)一款新的K2 LED的光學(xué)封裝結(jié)構(gòu)，使之具有高方向性的光強(qiáng)分布設(shè)計(jì)

5、要求總的光通量不能減小太多能簡(jiǎn)易替換現(xiàn)有光學(xué)元件BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd初始設(shè)計(jì)BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd在Solidworks建模，用SLM連接模塊傳遞到Lighttools主光學(xué)元件初始結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：由復(fù)雜的曲線旋轉(zhuǎn)得到的實(shí)體材料：PMMA（polymethyl methacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯 ）光學(xué)表面特性：定義為Fresnel losses(菲涅爾損耗)優(yōu)化變量：共9個(gè)每條曲線有4個(gè)變量，共兩條曲線光學(xué)元件的邊緣高度作為另一變量BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Lt

6、dSolidworks設(shè)計(jì)目標(biāo)的優(yōu)化采用LightTools內(nèi)置的“準(zhǔn)直函數(shù)”（collimate）作為該例的評(píng)價(jià)函數(shù)原理是將所有落在接受面上光線的余弦值一致化；利用蒙特卡羅（Monte Carlo simulation）光線追跡的結(jié)果；每次模擬19,000根光線，得到38,000個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)（每根光線有2個(gè)余弦值）。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd優(yōu)化前的光強(qiáng)分布初始結(jié)構(gòu)中的每個(gè)變量都是半隨機(jī)選擇的；最初，有將近6lm的光能通過主光學(xué)元件從后面出射；總的光通量是17.9lm，是由于光元件阻止了部分原來被反射吸收的光線；最大光強(qiáng)3 cd；但光強(qiáng)分布明顯還未達(dá)到

7、最優(yōu)。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd在Light Tools中模擬10,000,000條光線追跡后的光強(qiáng)分布圖優(yōu)化結(jié)果(一)經(jīng)過優(yōu)化后,從LED出來的光得到了很好地準(zhǔn)直；17.5 lm的光通量全部向前發(fā)射，比原來的朗伯體只少一點(diǎn)；軸向的光強(qiáng)是91.6 cd是原來朗伯體的18倍，是優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)的30倍。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd優(yōu)化結(jié)果(二)最終優(yōu)化的主光學(xué)元件比初始結(jié)構(gòu)高一點(diǎn)；但曲線的形狀還是和初始結(jié)構(gòu)一樣。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,LtdConclusion 經(jīng)過上述優(yōu)化，LE

8、D的一次光學(xué)設(shè)計(jì)使其效率和光強(qiáng)分布方向性提高了很多，因此光學(xué)設(shè)計(jì)是非常重要。 現(xiàn)階段很多光源生產(chǎn)商在LED設(shè)計(jì)中應(yīng)用的光學(xué)設(shè)計(jì)方式都是憑借自身經(jīng)驗(yàn)或者仿照國(guó)外已成熟技術(shù)，自我創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力非常差，這是國(guó)內(nèi)公司發(fā)展滯后的瓶頸。BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd認(rèn)識(shí)與設(shè)定個(gè)人接口Lighttools 提供了有關(guān)默認(rèn)參數(shù)，新物體創(chuàng)建等的各種設(shè)置，這些參數(shù)大多與個(gè)人喜好有關(guān)（如顏色方案）。熟悉并保證這些默認(rèn)參數(shù)的合理和正確的設(shè)置。首選項(xiàng)的使用和設(shè)定（練習(xí)一）將3D編輯窗口修改為白底黑字，單位：光通量，曲率模式：Radius1.將單位設(shè)為：mm，曲率模式改為Radius

9、EditPreference（首選項(xiàng)） General Preference （常規(guī)首選項(xiàng)）System（系統(tǒng)） Title（標(biāo)題）：自行定義名稱 Unit（單位）：毫米 Radius Mode（半徑模式）：曲率曲率不進(jìn)行焦距渲染2、將接收面和光源的單位改為光通量 Default （默認(rèn)值） Recevier Source 單位改為Photometric Flux（光通量）Save：將環(huán)境儲(chǔ)存成系統(tǒng)內(nèi)定制鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊Defulats Save General and Defaults(保存這些設(shè)置以供將來練習(xí)使用)光通量輻通量3、將3D編輯窗口修改為白底黑字View Preference（查看

10、首選項(xiàng)）3D_untitledColorsColor Scheme（顏色方案） Black on White(白底黑字)最后Save View preference另外在View preference還可以設(shè)置貼齊網(wǎng)格（ Grid Snap to Grid）將X Value 和Y Value設(shè)為低于0.1 mm可見性（Visibility）清除“顯示注釋”復(fù)選框(Show Annotation)Snap to Grid提高設(shè)計(jì)的精確性一般不用顯示。提醒：設(shè)置完成后要記得保存系統(tǒng)設(shè)置，保存默認(rèn)值設(shè)置和保存視圖環(huán)境！現(xiàn)在可以開始進(jìn)行設(shè)計(jì)啦1、開始一個(gè)新模型2、打開一個(gè)以前保存的模型1、開始一個(gè)新模

11、型2、打開一個(gè)以前保存的模型Section 4 建構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象通過Lighttools所建構(gòu)的3D組件，我們稱為“Primitive”（原型）復(fù)雜形狀的對(duì)象可以藉由以下方式獲得： 由多個(gè)原型所組成 讀取CAD軟件所建構(gòu)好的模型可以藉由類別選單中的Edit（編輯）來進(jìn)行修改。畫Optical Elements（光學(xué)元件）的基本原結(jié)構(gòu)方塊（cube）球（Sphere）橢球（Ellipse）圓柱（Cylinder） 超環(huán)面（toroid）橢圓柱（EFiber）蒙皮實(shí)體（自由面）（Skinned）輸入一個(gè)凸透鏡方法一：使用命令按鈕方法二：菜單- 插入-鏡頭Primitives and Entities

12、 Properties屬性對(duì)話框第一步選中對(duì)象第二步可以通過下面三種方式打開對(duì)話框1、Edit Properties（編輯屬性）；2、From the toolbar Properties button （工具欄屬性按鈕）；3、By right-clicking, and selecting，Properties on the shortcut menu（右鍵單擊選屬性）. LightTools中所謂的【對(duì)象】Lighttools 以實(shí)體模型為架構(gòu)每一個(gè)物理實(shí)體都是一個(gè)完整的固體模型每一個(gè)對(duì)象都有表面，表面不會(huì)獨(dú)立存在所建構(gòu)的幾何形狀稱為“primitives”（原型）原型多為球、方塊、柱狀等

13、可以透過編輯成復(fù)雜的幾何形狀一個(gè)對(duì)象是透過多個(gè)原型結(jié)構(gòu)做組成的。利用對(duì)話窗口修改屬性直接點(diǎn)選3D對(duì)象或是樹狀列上的對(duì)象名稱，呼叫properties屬性 窗口直接修改對(duì)象參數(shù)。對(duì)象層可以修改坐標(biāo)方位等Primitive層可以修改外形尺寸Properties屬性對(duì)話框第一步選中對(duì)象第二步可以通過下面三種方式打開對(duì)話框1、Edit Properties；2、From the toolbar Properties button ；3、By right-clicking, and selecting，Properties on the shortcut menu. 修改對(duì)象的參數(shù)修改參數(shù)：1、幾何尺寸

14、2、位置（坐標(biāo)）起始點(diǎn)坐標(biāo)方法二：The Command Line命令欄指定一個(gè)點(diǎn)：XYZ -2.4,1.2,5.6 【例1】用點(diǎn)輸入法來建一個(gè)長(zhǎng)、寬、高均為10 mm，起始點(diǎn)位于（0，0, 0）的方塊。輸出三個(gè)坐標(biāo)三維視圖【例2】構(gòu)建一個(gè)長(zhǎng)4 mm，寬2 mm，高3 mm起始點(diǎn)位于（1，-1, 0）的方塊。坐標(biāo)點(diǎn)可以通過絕對(duì)坐標(biāo)值或相對(duì)坐標(biāo)值的方式來輸入 XYZ LXYZ 絕對(duì)坐標(biāo)例：xyz 0,0,0 點(diǎn)位置在全局坐標(biāo)的原點(diǎn)DXYZ LDXYZ 相對(duì)坐標(biāo)例；xyz 1,2,-3 相對(duì)前一點(diǎn)往x移1，往y移2，往z移-3 LA 2,45 長(zhǎng)2 ，角度45 ； 重復(fù)上一個(gè)坐標(biāo)Optical v

15、s. MechanicalCategoryMaterialSurface propertiesElementsBK7 glassTIR, Reflect, Absorb3D ObjectsAluminumMechanical光學(xué)組件當(dāng)對(duì)象為光學(xué)組件時(shí)，材料內(nèi)定值為BK7，表面根據(jù)不同功能，給以適當(dāng)光學(xué)的特性。注意：3DDrawBlack(1,2)必須在三維立體視圖中操作。點(diǎn)輸入法建構(gòu)復(fù)雜物體“延伸Extruded”與旋轉(zhuǎn)“Revolved”構(gòu)建較為復(fù)雜的原型Extruded：利用點(diǎn)構(gòu)成一平面再進(jìn)行延伸以成為實(shí)體?？赏ㄟ^改變長(zhǎng)度和錐度進(jìn)行編輯。Revolved：利用點(diǎn)構(gòu)成一平面再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以成為實(shí)

16、體?？赏ㄟ^改變角度進(jìn)行修改。 Extrude （任意多邊形棱鏡或?qū)嶓w）的建立步驟步驟1：定義外形： 點(diǎn)1，點(diǎn)2點(diǎn)n步驟2:定義厚度: 選取另一窗口點(diǎn)n+1和點(diǎn)n+2步驟3:輸入“；”或雙擊結(jié)束整個(gè)步驟 Revolved （將任意多邊形旋轉(zhuǎn)著得到的棱鏡或?qū)嶓w）的建立步驟步驟1：定義外形：步驟2：鼠標(biāo)連續(xù)點(diǎn)2次或輸入“;”結(jié)束外形步驟3:定義旋轉(zhuǎn)軸，輸入2個(gè)點(diǎn)步驟4：決定旋轉(zhuǎn)的角度，可在指令欄輸入角度。Optical Property Zones光學(xué)特性區(qū)域建構(gòu)表面特殊特性的方式有三種：Property Zone：?jiǎn)渭兊谋砻嫣匦?D Pattern：印刷網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)用3D Texture ：微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

17、一位：在某表面設(shè)定一個(gè)獨(dú)立的特性區(qū)域（該區(qū)域可以設(shè)定獨(dú)立的光學(xué)特性，如散射、光柵、鍍膜等）二維：模擬印刷網(wǎng)點(diǎn)特性（形狀可以是矩形、圓形、橢圓形）三維：微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用光學(xué)特性區(qū)域Property Zones類別：2D Pattern：矩形、圓形、橢圓形 3D Pattern：Bumps(突起) 、Holes每一個(gè)特性區(qū)域皆可以設(shè)定獨(dú)立的表面特性，包括scattering，grating，coating等等。區(qū)域外型： Rectangule , circle, arcuate , ellipse等 黑白圖形格式（BMP）：黑色表示Zone區(qū)域，白色表示BareSurface3D textured 可

18、支持的類型：球體、棱柱、角錐體、圓錐體、圓柱體、用戶自定義結(jié)構(gòu)組件特性：所有參數(shù)都可以修改樹狀方式列出所有參數(shù)可以選擇：定值、多項(xiàng)式、列表如何加入3D Texture選擇任一個(gè)表面或多個(gè)表面后按鼠標(biāo)右鍵。（A）選擇對(duì)象后呼叫屬性對(duì)話框。（B）透過3D設(shè)計(jì)窗口面板 必須要先選擇單一表面。（C）結(jié)構(gòu)的范圍與邊界平面以外的結(jié)構(gòu)不會(huì)被描繪及進(jìn)行光線計(jì)算非矩形表面，通常邊界會(huì)超出要求尺寸：結(jié)構(gòu)組件僅在現(xiàn)有的表面面積上被建立重疊的、貫穿的微結(jié)構(gòu)都會(huì)被忽略注意當(dāng)建構(gòu)一個(gè)3D Texture時(shí)，內(nèi)定值為: 矩形排列 1010個(gè)微結(jié)構(gòu)多個(gè)Zone不可重疊可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的模擬結(jié)果哪些可以參數(shù)化幾何形狀 大小、位置

19、、外型、排列方式、突出、凹陷X、Y為表面上得相對(duì)坐標(biāo)軸利用UCS坐標(biāo)軸為了減少顯示適配器負(fù)擔(dān)，Lighttools內(nèi)定將Property Zone的顯示隱藏起來。要查看，要在可見性顯示屬性區(qū)域參考面（Dummy Surface）永遠(yuǎn)以線構(gòu)的方式呈現(xiàn)兩種參考面平面（Flat plane）通常在設(shè)定觀察面時(shí)會(huì)使用到球面（Spherical surface）經(jīng)常使用與于建構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象二、坐標(biāo)系統(tǒng)Lighttools 有全局（Global）與用戶坐標(biāo)（UCS）兩種坐標(biāo)系統(tǒng) 兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)皆遵循右手定則旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)采用光學(xué)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（Euler angle）順序很重要！對(duì)多方向旋轉(zhuǎn)而言，Alpha先轉(zhuǎn)，接著Be

20、ta沿著新軸再轉(zhuǎn)，最后Gamma再沿著更新軸再轉(zhuǎn)。用戶坐標(biāo)系統(tǒng)表面坐標(biāo)系統(tǒng)（UCS）每一個(gè)表面有屬于自己的坐標(biāo)區(qū)域Z軸為沿物體外的法線方向可以使用UCS來觀察表面坐標(biāo)位置三點(diǎn)繪制UCS坐標(biāo)如何定義UCS可以在View 面板上選取UCS Axes面板UCS可以放置在表面或?qū)饩€來進(jìn)行校正與定位。 _UCS坐標(biāo)與全局坐標(biāo)的相對(duì)關(guān)系，在進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)時(shí)是非常方便的。UCS視圖包括：前視圖、右視圖、上視圖如何選取多個(gè)對(duì)象1、在系統(tǒng)導(dǎo)覽中對(duì)對(duì)象編輯 利用Shift 和Ctrl 健來選取物體2、利用功能面板選取物體如何編輯對(duì)象利用編輯功能面板 Move、Copy、Rotate、Align、Array等利用文

21、字選單編輯 選擇一個(gè)或多個(gè)對(duì)象后，按下鼠標(biāo)右鍵，即出現(xiàn)文字選單提供編輯選項(xiàng)Edit Selected All可以方便改變多個(gè)對(duì)象的特性將元件復(fù)制到矩形陣列步驟1：將實(shí)體復(fù)制到的基本位置。步驟2：指示基線方向的實(shí)體數(shù)。步驟3：指示基線方向第一個(gè)副本位置。步驟4：指示正交方向的實(shí)體數(shù)。步驟5：指示正交方向的第一個(gè)副本位置。原始點(diǎn)光源將原件復(fù)制到圓形圖案陣列步驟1：將實(shí)體復(fù)制到的基本位置。指示徑向的數(shù)據(jù)實(shí)體數(shù)。指示徑向方向第一個(gè)副本位置指示圓周方向的數(shù)據(jù)實(shí)體數(shù)群組功能面板群組功能可以讓每一個(gè)獨(dú)立卻有關(guān)系的對(duì)象群組起來。Boolean operations布爾運(yùn)算Boolean operations可

22、以將Lighttools所建立的對(duì)象群進(jìn)行處理，以產(chǎn)生較復(fù)雜的對(duì)象。布爾運(yùn)算種類Union、Intersect、Subtract、Trim、UnboolCommand Palette for Boolean Operations (布爾運(yùn)算)合并材料（并集）相交（交集）移除材料（差集）撤銷移除材料操作裁剪自動(dòng)修復(fù)顯示對(duì)對(duì)象的自動(dòng)修復(fù)選項(xiàng)Union （聯(lián)集）Intersect （交集）Subtract （差集） Trim （裁剪）Unbool 撤銷上一次布爾運(yùn)算，并將兩個(gè)部件恢復(fù)成獨(dú)立的物體。The command for the unbool operation is UnBoolean. 對(duì)單透鏡的編輯Stretch（更改透鏡焦距）、Bend（彎曲）、Fold（折疊）、Cement（膠合）、Break（破壞兩個(gè)膠合）Immerse（浸入）、Remove（移除浸入）膠合（Cement）Cement常用在兩個(gè)表面間無空氣存在的情況。膠合時(shí)若兩表面曲率不同，在第二選取的表面將會(huì)自動(dòng)與第一選取表面相同。注意：兩個(gè)表面特性不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同方向的光線往返會(huì)有不同結(jié)果出現(xiàn)。Break 破壞兩個(gè)表面的膠合情形點(diǎn)選Break ，再點(diǎn)欲破壞的膠合面Break執(zhí)行后兩個(gè)面仍會(huì)是重疊，但不互相膠合。物體浸沒（Immersion）Immersion 允