光度學(xué)與Tracepro軟件使用

光度學(xué)與Tracepro軟件使用學(xué)習(xí)資料：1、光行天下/index-htm-m-bbs.html2、一燈http:///

3、小木蟲http:///bbs4、《Tracepro中文使用手冊(cè)》5、《Tracepro入門與進(jìn)階》一光度學(xué)二TheintroductionofTracepro三ExampleforLED一、光度學(xué)1、光能（lm·s）：按人眼的感覺強(qiáng)度進(jìn)行度量的輻射能大小。2、光通量（lm）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某截面的所有光波長(zhǎng)的光能。3、發(fā)光強(qiáng)度（cd=lm/sr）：在指定方向上光源發(fā)光的強(qiáng)弱。4、光出射度（lx）：發(fā)光表面單位面積內(nèi)所發(fā)出的光通量。5、光照度（lx）：被照明的表面單位面積上所接收的光通量。6、光亮度（cd/m2）：發(fā)光面上單位投影面積在單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量。

一、光度學(xué)Radiometry輻射計(jì)量單位Photometry光學(xué)計(jì)量單位Name名稱Unit單位Name名稱Unit單位Power功率Flux光通量Watt(W)瓦特Luminousflux光通量lumen(lm)流明Power/area功率/面積Irradiance輻照度Watt/meter2(W/m2)瓦特/m2

Illuminance

光照度lux(lx)勒克斯TracePro

是一套能進(jìn)行常規(guī)光學(xué)分析、設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。TracePro

提供四種版本：RC：只能仿真反射式光學(xué)機(jī)構(gòu)。LC：可以分析較少對(duì)象數(shù)及光源數(shù)的系統(tǒng)。Standard：標(biāo)準(zhǔn)配備，可分析大部分照明及光學(xué)系統(tǒng)。Expert：增加RepTile

功能，方便設(shè)計(jì)多且重復(fù)的對(duì)象。二、TheintroductionofTracepro各種光學(xué)設(shè)計(jì)如：鏡頭雜散光分析背光板，LED設(shè)計(jì)及應(yīng)用照明燈具車燈投影顯示器掃描儀醫(yī)療儀器激光器材各式消費(fèi)性電子產(chǎn)品等等…它能干什么？兼容性可讀取CAD檔案格式通用格式Sat，Iges，StepPro/E(*.prt，*.asm)CatiaV4，CatiaV5Inventor(*.ipt)可讀取光學(xué)軟件格式ZEMAXOSLOCodeVACCOSSigma2000誰在用投影顯示器:中強(qiáng)光電，明碁，臺(tái)達(dá)，大億，奇景光電，美隆電子，錸德，浙江舜宇…鏡頭：普立爾，佳能(Canon)，玉晶，致申，臺(tái)達(dá)，葳強(qiáng)，光寶…LED封裝及應(yīng)用:工研院，仁寶，億光，東貝，光寶，天津光寶，今臺(tái)，佰鴻，錸寶，玉景，艾笛森…LCD模塊:友達(dá)光電,瀚宇彩晶，廣輝，勝華，瑞儀光電，蕓光，中強(qiáng)，華上，深圳宏瑞光電，國冶星，蘇州冠鑫，世成，李洲…羅技，菱光，精碟，欣昱晟，東莞瑩輝，上海奧姆龍（OMRON），麗清車燈,香港理工大學(xué)，ASM等其它燈具，鏡頭廠，車燈，背光源…LED封裝設(shè)計(jì)過程包括：熱學(xué)、光學(xué)、材料、力學(xué)、電子、封裝工藝及設(shè)備。Front.Optoelectron.China2009，ZongyuanLIU，ShengLIU，Statusandprospectsforphosphor-basedwhiteLEDpackaging導(dǎo)航選項(xiàng)卡菜單區(qū)圖形顯示窗口工具欄消息區(qū)

Tracepro包括五個(gè)區(qū)域：菜單區(qū)工具欄圖形顯示窗口導(dǎo)航選項(xiàng)卡消息區(qū)使用Tracepro的五大步驟：建模定義屬性應(yīng)用屬性光線追跡分析1、實(shí)體建模（1）建立塊物件選擇InsertPrimitiveSolids中的塊選項(xiàng)卡輸入x，

y，z寬度輸入塊的中心坐標(biāo)如果你想旋轉(zhuǎn)塊，則輸入相對(duì)于

x，

y，z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角點(diǎn)擊Insert按鈕創(chuàng)建塊第一、建模：實(shí)體建模和光學(xué)建模（2）創(chuàng)建圓柱選擇InsertPrimitiveSolids中的圓柱選項(xiàng)卡選擇圓柱Cylinderradio按鈕輸入底面中心的XYZ位置輸入半徑輸入圓柱長(zhǎng)度如果想要旋轉(zhuǎn)圓柱分別輸入相對(duì)于XYZ坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。對(duì)于Z軸，不存在旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊Insert按鈕創(chuàng)建圓柱（3）創(chuàng)建圓錐：選擇InsertPrimitiveSolids中的圓柱圓錐Cylinder/Cone選項(xiàng)卡選擇圓錐半徑按鈕輸入圓錐底面x，

y，z值輸入圓錐底面半徑輸入圓錐長(zhǎng)度輸入圓錐頂面半徑如果想要旋轉(zhuǎn)圓錐分別輸入相對(duì)于XYZ坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。對(duì)于Z軸，不存在旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)擊Insert按鈕創(chuàng)建圓錐（4）創(chuàng)建球體：選擇InsertPrimitiveSolids中的圓球sphere選項(xiàng)卡輸入半徑輸入中心的XYZ位置點(diǎn)擊Insert按鈕創(chuàng)建圓球（5）創(chuàng)建單面：選擇InsertPrimitiveSolids中的單面ThinSheet選項(xiàng)卡輸入多邊形各頂點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)擊Insert按鈕創(chuàng)建單面（6）浮動(dòng)工具欄創(chuàng)建只要對(duì)象

2、光學(xué)建模（1）透鏡透鏡表面的曲率半徑或半徑每個(gè)表面的二次曲線常數(shù)(Conic)中心厚度材料類別材料名稱小于

-1雙曲面-1拋物面-1到

0橢球0球大于

0回轉(zhuǎn)橢圓體

oblatespheroid二次曲面常數(shù)表（2）反射體對(duì)話框設(shè)置有6個(gè)選項(xiàng)卡來對(duì)不同的反光體或聚光體進(jìn)行設(shè)置：A、二次曲面Conic

B、3D混合物3DCompoundC、凹槽Trough(圓柱Cylinder)D、聯(lián)合凹槽CompoundTroughE、矩形聚光器RectangularConcentratorA、二次曲面二次曲面反射體由二次曲線旋轉(zhuǎn)而成。這些曲線為：圓Spherical拋物線Parabolic橢圓曲線Elliptical設(shè)置二次曲面參數(shù)：面型(e.g.圓形circular,橢圓elliptical,等等.)長(zhǎng)度Length(從頂點(diǎn)到反射體邊緣的距離)直徑Diameter曲率半徑Radiusofcurvature(球面spherical)焦距Focallength(s)(非球面nonspherical)厚度Thickness孔的半徑Holeradius(位于曲面頂點(diǎn)的可選的孔)原始坐標(biāo)Origin(頂點(diǎn)的x,y,z坐標(biāo))旋轉(zhuǎn)Rotation(相對(duì)于頂點(diǎn)的x,y,z旋轉(zhuǎn)角)B、3D混合物3DCompoundC、凹槽Trough(圓柱Cylinder)

D、聯(lián)合凹槽CompoundTroughE、矩形聚光器RectangularConcentrator3、布爾運(yùn)算（BooleanOperations）相交（Intersect）相減（Subtract）聯(lián)合（Unite）平掃（Sweep）旋轉(zhuǎn)（Revolve）使用Tracepro的五大步驟：建模定義屬性應(yīng)用屬性光線追跡分析第二、定義屬性1、表面屬性SurfaceProperity2、材料屬性MaterialProperity3、體散射屬性BulkscatterProperity4、漸變折射率屬性GradientIndexProperity5、RepTile屬性6、熒光粉屬性FluorescenceProperity7、薄膜堆層屬性ThinFilmStacks1、表面屬性SurfaceProperity表面屬性定義一個(gè)表面的吸收、BRDF（反射散射）、BTDF（透射散射）、鏡面反射和透射。2、材料屬性MaterialProperity3、體散射屬性BulkscatterProperity4、漸變折射率屬性GradientIndexProperity5、RepTile屬性1、建立LCDPanel；Insert>PrimitiveSolids2。定義材料屬性；在導(dǎo)航選項(xiàng)欄的模型樹中選中LCDPanel，右擊選中Properties>Material聚碳酸酯3、編輯RepTile；Define>Editproperty>RepTileproperties4、建立一個(gè)目錄；AddCatalog，命名為Exercise5、點(diǎn)擊增加(Add)RepTileProperty命名6、輸入With=5，Height=5，輸入Radius=1mm，Depth/Height=1mm；7、點(diǎn)擊保存按鈕，保存在數(shù)據(jù)庫中；8、導(dǎo)航選項(xiàng)欄的模型樹中選Surface2；9、打開屬性編輯對(duì)話框，選擇RepTile設(shè)置欄；10、在屬性名稱里面選擇LCD，在邊界形狀里面選擇矩形（Rectangula）,輸入width為98，height為98；11、Apply；12、View>DisplayRepTiles

邊界中心坐標(biāo)Tile中心坐標(biāo)6、熒光粉屬性FluorescenceProperity7、薄膜堆層屬性ThinFilmStacks使用Tracepro的五大步驟：建模定義屬性應(yīng)用屬性光線追跡分析第三、應(yīng)用屬性Define>ApplyPropertiesSurfaceSourceProperties（表面光源屬性）表面源是特指在光線追跡中發(fā)出光線的面。在TracePro中有四種表面源屬性。有兩種發(fā)射不連續(xù)波長(zhǎng)光

(flux,irradiance)。另兩種發(fā)射連續(xù)波段的光

(Blackbody,Graybody)。Analysis>RaytraceOptions>Radiometric>Radiometric/Photometric步驟選一個(gè)面給它定義表面源屬性，你可以在系統(tǒng)樹或模型窗口中選擇選Define>ApplyProperties開啟運(yùn)用屬性對(duì)話框選Surface>Source欄：Flux，Irradiance,Blackbody,Graybody.輸入相應(yīng)的參數(shù)（Lambertian

朗伯）點(diǎn)擊Apply光源屬性檔案光源CREEhttp:///products/ledlamps.aspOSRAM/applications/applications.do?folderId=0&act=showBookmark&favOid=0000000200034c80025d0023使用Tracepro的五大步驟：建模定義屬性應(yīng)用屬性光線追跡分析第四、光線追跡柵格式光線追跡，源文件光線追跡和表面光線追跡1、柵格式光線追跡Define>GridSource柵格邊界條件柵格點(diǎn)分布樣式柵格密度光通量峰值發(fā)出光線數(shù)目柵格的中央坐標(biāo)

柵格設(shè)置表格Attribute屬性Value(值）GridBoundary柵格邊界Annular環(huán)狀的Rectangular矩形的GridDimensions柵格邊界半徑Inner&outerradius(Annular)內(nèi)徑和外徑（環(huán)狀）Yhalf-height&Xhalf-width(Rectangular)Y

半高度和X半寬度（矩形）GridPattern柵格點(diǎn)分布樣式Rectangular矩形Circular圓形Cross十字形Ditheredrectangular抖動(dòng)的矩形Random隨機(jī)Griddensity柵格密度Numberofrings(circularpattern),OR圓環(huán)數(shù)（圓形樣式）或者Xpoints&Ypoints(rectangular,cross,orditheredgridpattern),ORX點(diǎn)值和Y點(diǎn)值（矩形，十字形，或者抖動(dòng)矩形的樣式）或者Notapplicable(randomgridpattern)無屬性（隨機(jī)樣式）Numberofraystotrace發(fā)出的光線數(shù)目Calculated(rectangular,circular,cross,orditheredgridpattern),OR系統(tǒng)計(jì)算出來的值（矩形，圓形，十字形，或者顫抖的矩形的樣式），或者Userdefined(randomgridpattern)用戶定義的（隨機(jī)樣式）PeakFlux光通量峰值Userdefined用戶定義的Centercoordinatesofgrid柵格的中央坐標(biāo)x,y,zcoordinatesoforiginx,y,z

的初始坐標(biāo)值Orientationofgrid柵格的方向x,y,zNormalandUpvectorsORx,y,z的法線方向和視圖的向上方向或者x,y,zEulerrotationanglesX，y，z歐拉轉(zhuǎn)動(dòng)角圓形樣式N=3n(n-1)+1矩形樣式Nx=Ny顫抖矩形樣式Nx=Ny十字形樣式（奇數(shù)）隨機(jī)柵格樣式2、表面光線追跡Analysis>TraceRays或點(diǎn)擊光源表面可以用下列方法之一定義：離散波長(zhǎng)（光通量或者輻照光源）

連續(xù)波帶（黑體或者灰體表面輻射）3、源文件光線追跡

光源文件包含光線數(shù)據(jù)的文件可以作為光源插入一個(gè)TracePro的模型里面。一個(gè)光源文件包含七欄表格狀數(shù)據(jù)，每條光線XYZ起始位置，每條光線的XYZ方向向量，和一個(gè)光通量值。使用Tracepro的五大步驟：建模定義屬性應(yīng)用屬性光線追跡分析第五、分析(Analysis)

一系列的分析選項(xiàng)可以用來確定方位、區(qū)域和光線追跡后的光能量分布。分析選項(xiàng)有很多種，包括：輝度圖(IrradianceMaps)、照度圖(IlluminanceMaps)、坎德拉圖(CandelaMaps)和通量圖(VolumeFluxMaps),還有詳細(xì)光線歷史信息，它們可以保存成數(shù)據(jù)文件，方便后期處理。1、RaySortingAnalysis>RaySortingRaySorting決定模型窗口光線的顯示，并且也可以用于plotsandtables。要打開RaySorting對(duì)話框，選擇Analysis>RaySorting，默認(rèn)值為AllRays，顯示所有部分的每一條被追蹤光線。

在RaySorting對(duì)話框中，SortType的所有選項(xiàng)，除了AllRays，在sorting之前需要選擇一個(gè)表面。SortTypeMeaningSurfaceSelectionRequired?AllRays顯示所有光線NoSelectedSurface只顯示打在所選面上的光線YesSpecular(鏡面的)只顯示打在所選面上，并且只經(jīng)過鏡面反射或折射的光線，散射光線不顯示YesSingalScatter只顯示打在所選面上，并且只經(jīng)過一次散射的光線YesMultipleScatter只顯示打在所選面上，并且經(jīng)過多次散射的光線Yes2、

IrradianceMaps光照度圖

Analysis>IrradianceMapsSmoothing

如果Smoothing選項(xiàng)被選中，照度分布將被采用Gaussian平滑公式進(jìn)行平滑.ContourPlot選擇ContourPlot（等高圖）建立照度分布的地形圖，當(dāng)選擇ContourPlot時(shí)Smoothing功能會(huì)自動(dòng)開啟.LocalCoordinates圖表的坐標(biāo)注著所選面的同步數(shù)據(jù)，缺省條件下，圖表的坐標(biāo)顯示為XYZ球型坐標(biāo)，點(diǎn)擊LocalCoordinates時(shí)顯示為平面的XY坐標(biāo)。GradientDisplay選中此項(xiàng)時(shí)，用連續(xù)梯度的彩色圖代替離散的輪廓圖Converttofoot-candles圖示刻度值和輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閒oot-candlesLogScale選中此項(xiàng)時(shí)，照度圖以對(duì)數(shù)的刻度值顯示，主要用于在非常低的照度下，觀察照度分布的細(xì)節(jié)。ReliefPlot選中此選項(xiàng)，通過OpenGL.產(chǎn)生3D浮雕。輪廓線

Profiles選中該復(fù)選框，會(huì)顯示渾度圖/照度圖的截面輪廓圖。Mapcount用來控制數(shù)據(jù)平滑的程度。3、CandelaPlots坎德拉圖(lm/sr)Analysis>CandelaPlots對(duì)話框分成四個(gè)屬性頁：方位和光線（OrientationandRays）

極坐標(biāo)Iso坎德拉圖（PolarIso-Candela）

矩形Iso坎德拉圖（RectangularIso-Candela）

坎德拉分布圖（CandelaDistributions）

坎德拉數(shù)據(jù)可以從逃離光線、表面出射光線或表面入射光線中收集。逃離光線是所有“離開”模型并“消失在無限遠(yuǎn)”的光線集合；出射光線是與表面相交光線的一部分；入射光線是與表面相交光線的集合。對(duì)于逃離光線，不需要選擇表面，但出射和入射光線一定要選擇一個(gè)表面。光強(qiáng)分析圖（配光曲線）光強(qiáng)分析圖（配光曲線）光強(qiáng)分析圖LED朗伯式配光光強(qiáng)分析圖LED路燈的照度和光強(qiáng)LED路燈的照度和光強(qiáng)照度(illuminance)是每單位面積所接收到的光通量。單位是勒克斯

(lx=lux)，1(勒克斯)=1(流明/平方米)。我們平常所說的桌面夠不夠亮，就是指照度。居家的一般照度建議在100~300勒克斯之間。一些日常的代表性照度：烈日100,000lux陰天8,000lux繪圖600lux閱讀500lux夜間棒球場(chǎng)400lux辦公室、教室300lux路燈5lux滿月0.2lux星光0.0003lux照度分析圖LED光源照度分析圖照度分析圖LED方形陣列Example1led芯片出光效率模擬實(shí)例傳統(tǒng)倒裝芯片出光效率模擬1.建立模型首先在Tacepro中建立芯片模型，所有芯片尺寸為350μm*350μm，藍(lán)寶石襯底厚度為80μm，然后依次建立3μm的n-GaN，120nm厚有源層，0.2μm厚p-GaN。其中有源層用一個(gè)上下表面為朗伯發(fā)光面的長(zhǎng)方體代替,總發(fā)光功率為1W。模型結(jié)構(gòu)圖如下：2.定義屬性建立好仿真模型后，對(duì)模型各層材料及表面定義適當(dāng)?shù)膶傩匀缦拢?折射率 吸收系數(shù)(1/mm) Sapphire 1.78 0 n-GaN 2.42 1.7 有緣層 2.54 125 P-GaN 2.45 1.7 藍(lán)寶石與空氣交界面的反射率為7.9%，透射92.1%；n-GaN至藍(lán)寶石界面反射率為2.3%，透射97.7%；p-GaN上的金屬電流擴(kuò)展層的反射率設(shè)為95%。由于GaN與有源層折射率差別很小，認(rèn)為界面的光透射率為100%。3.應(yīng)用屬性將定義好的屬性應(yīng)用到合適的物件及表面4追跡光線定義有源層上下表面為朗伯發(fā)光面，總的發(fā)光功率為1W.本次模擬追跡兩萬條光線。出光率=0.28042在藍(lán)寶石底面進(jìn)行球狀粗化，半徑為4微米。粗化后出光率=0.536361、建模（1）Cylinder1Insert>PrimitiveSolid>Cylinder/ConeMajor=3.425Length=1.5PositionX=Y=0Z=-0.2（2）Cylinder2Insert>PrimitiveSolid>Cylinder/ConeMajor=1.55Length=0.25PositionX=Y=0Z=-0.2（3）選著Cylinder2的Surface2，Edit>Surface>SweepDistance=0.5Draftangle=45（4）Cylinder3Insert>PrimitiveSolid>Cylinder/ConeMajor=2.6Length=0.75PositionX=Y=0Z=0.55（5）選中Cylinder1、Cylinder2和Cylinder3，Edit>Boolean>subtract變成Cylinder1（6）重復(fù)第二部建立Cylinder2，將其中一個(gè)命名為CircuitExampleforLEDExample2（7）建立LED芯片Insert>PrimitiveSolid>BlockName:LEDWidth:X=Y=1Z=0.1CenterPositionX=Y=0Z=0.1（8）熱沉SpreaderInsert>PrimitiveSolid>BlockName:SpreaderWidth:X=9Y=7Z=0.7CenterPositionX=Y=0Z=-0.55（9）建立透鏡Insert>LensElementUnits=Radiushickness=2.5Catalog=PlasticName=pmmaSurface2>Radius=-2.5點(diǎn)擊Position>FirstSurfaceCente