lighttools光学模拟教程
LightTools5(二)
LIGHTTOOLS5.0（二）
元件操作
一、修改元件整体属性
情况一、未选中时修改表面的球心 半径，则透镜的直径未改动。
情况二、选中“自动计算选项”， 则透镜直径自动扩充到5mm。（注 意两种情况下边沿厚度）
设置倾斜度和最大经过次数
最大经历次数：在非序列 光线模拟光线传播时，一 条模拟光线可能多次经过 某个平面。当该光线经过 该平面的次数达到Max Hits时，就会终止模拟， 不再计算光线的传播路径。 倾斜度：以球面透 镜为例，角度表示 球心偏离原来轴心 的角度。
1、折射光线（允许全反射）； 2、分裂光线（同时发生反射和折射）； 3、仅折射光线（不会反射或全反射）*； 4、仅反射光线（不会折射）； 5、仅全反射光线。
2、设置二维zone的大小和形状
在表面上添加2D图案. 可以添加一个图形， 也可以添加一个二维 图案的阵列（四种）。
添加阵列命令格式
ArrayRectPZ XYZ x1,y1,z1 RctHeight RctWidth EleHeight EleWidth Xoffset Yoffset Xspacing Yspacing
四、表面光学性质设置
在属性窗口中选择“区域”选项，下属的“光路 通道”（Zone）和“边缘地带”（BareSurface） 可以设置不同的光学属性和几何形状，用于选择 通过的光线。
1、不同光学性能选择（折射、反 射等等） 区域形状选择 光学性能总类
Lighttools基础教程
8
Hale Waihona Puke LT软件的使用——光学系统模型
内建模型 元件 机械模型 模型修改 导入外部光源 文件→导入→STEP等通用格式
文件→Solidworks Link
LT软件的使用——光学系统模型
材料的设置 在“系统浏览器”的“分量”中右键点击3D模型，可以设置属性。 其中最关键的是材料的设置。
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教程
| 2014-4-10| DCS
软件介绍
LightTools 软件由美国Optical Research Associates (ORA)公司开发的光学系统建模软件。主要应用于照明系 统的计算机辅助设计。
2
LT操作界面
1. 打开Light Tools 软件
工具栏
系统浏览器 工作区
LT软件的使用——仿真分析
仿真结果 在菜单栏的“分析”里面可以查看仿真结果。
设置虚拟表面
LT软件的使用——探测器设置
光强探测器 在工具栏→光线追迹 里有两个球体，点击后分别可以设置近 场或远场光强探测器。 点击后在工作区中会出现虚拟的球体，可以观察探测器的方 向。
LT软件的使用——仿真分析
仿真分析 光源、模型、探测器设置完成后，点击工作区中的“！”开始仿真。
LT软件的使用——光学系统模型
表面的设置 在“系统浏览器”的“分量”中点击“+”号展开3D模型，右键点击3D模型 中的表面则可以设置面的属性。
LT软件的使用——探测器设置
照度探测器 需要设置于一个表面上。 通常先在探测器的位置画一个虚拟表面，然后在“系统浏览器” 的“分量”里右键点击虚拟表面，添加接收器。 也可以直接右键点击工作区的3D模型表面，添加接收器。 虚拟表面中添加接收器 模型表面中添加接收器
LightTools 8.2.0仿真应用教程
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4
在控制选项卡中选择矩形，并将高度宽度均设为1000毫米，点击 应用查看效果。
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在设置好的平面处单击右键选择“添加表面接收器”即可。（如果 需要在其他位置查看发光效果，可在属性中直接修改坐标参数）。
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选择圆柱体的前表面，右键点击选择“光学属性-打开光学属性管 理器”，选择“实测BSDF”并点击应用。
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在“BSDF”数据选项卡中点击“加载”按钮，并从文件夹中选取 所需扩散膜数据文件（图中我们选择C-HE10系列扩散膜），点击 应用后确定。
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右键单击圆柱体选择属性，坐标设置如下图。并将材料选择为空气。
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将圆柱体尺寸设置如图，点击应用后确认。
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Thank You！
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Байду номын сангаас
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重复之前的步骤，单击上方感叹号按钮进行光线追迹，在上方 工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”查看接收器所接收 的正向照度分布。（扩散膜微结构正对光源，与未加扩散膜时 对比，可见此时扩散效果有了显著提升）
《LightTools八》课件
光学涂层分析与显示
涂层材料
研究和分析不同涂层材料 的光学性能和反射特性。
反射率优化
优化涂层设计，提高反射 率、透过率和色彩稳定性。
显示技术
了解液晶、OLED等显示技 术中涂层的作用和优化方 法。
光学传感器与探测器设计
光谱仪
设计高精度的光谱仪，用于光 学分析和物质识别。
光电探测器
研发高灵敏度的光电探测器， 用于光学检测和传感应用。
波导器件
在集成电路中实现光学器件的 微纳尺度制造与集成。
光子晶体
利用周期性的材料结构实现光 的高度控制与调制。
光学散射分析与优化
1
散射特性
深入研究物体的光学散射特性，了解散射对光学系统性能的影响。
2
散射优化
通过优化器设计，减小或消除散射，提高系统的透射率和清晰度。
3
散射应用
探索散射现象的实际应用，如增强光源、遮挡与隐身技术等。
相机传感器
优化相机传感器的光学设计， 提高图像分辨率和灵敏度。
案例研究
1
光学通信
应用光学设计实现高速、稳定的光纤通信系统。
2
太阳能光伏
研究光学反射和吸收效应，优化太阳能电池的性能。
3
LED照明
使用光学设计提高LED照明效果，降低能耗和成本。
光学模拟与设计
1 精确模拟
2 优化设计
3 光学测试
使用LightTools进行精确 的光学模拟，分析光线 在不同介质中的传播和 衍射。
利用光学优化算法，解 决设计中的挑战，提高 光学系统的性能和效率。
Hale Waihona Puke 验证模拟结果与实际光 学系统的一致性，并进 行必要的优化和调整。
光学引导结构与分析
LightTools 光学模拟软件说明书
Core ModuleGeometry Creation and Editing• Lens primitives (rectangular or circular apertures)• Spline sweep and patch surfaces• Polyline sweeps and extrusions• Conic trough and revolved reflectors• Cylinders, blocks, spheres, toroids, and skinned solids• Union, intersection, subtraction boolean operations• Object trim operation• Move, rotate, scale, align• Copy, rectangular, and circular pattern copy• Multiple and partial immersion and cementing for solid objects• Pickups for parametric modeling• Grouping of model entitiesOptical Properties• Specular reflection/transmission/TIR with Fresnel losses• Diffuse transmission/reflection• Scatter models: mixed diffuse, narrow angle, and angle of incidence (AOI)• Volume scattering (Mie, user defined)• Scattering aim regions• User-defined coatings• Probabilistic ray splitting and importance sampling• Constant or varying optical density or transmittance vs. length• Index of refraction (constant, interpolated, standard dispersion formulas)• Surface patterns of 2D or 3D elements• Photorealistic rendering (Illumination Module needed for lit appearance)User Interface and Other Features• ActiveX interface for macro programming in MS Excel, VB, VC++, Matlab, Mathematica, and others • OpenGL-rendered graphics• Tabbed windows and editable spreadsheets• Multiple design views and navigation windows• Point-and-click, copy-and-paste, moving and resizing of windows• Extensive help featuresPoint-and-Shoot Ray Tracing• Parallel, diverging, or converging sets of rays• Individual rays, 2D ray fans, 3D ray grids• Sequential and non-sequential ray propagationLibraries• LED sources• Display films• Application and feature examplesIllumination ModulePowerful illumination analysis capabilities, such as photorealistic renderings that show the luminance effects of light sources in the model, simulate real-world conditions and reduce the need for physical prototypes.Illumination Analysis• Photorealistic Rendering• Photometric or radiometric analysis using forward and backward ray tracing• Illuminance, luminance, luminous intensity• Line charts, raster, contour, and surface charts• Colorimetric analysis: 1931 and 1976 CIE coordinates, correlated color temperature• RGB output display, CIE chromaticity chart• Post-processing of output data• Receiver data filtering using over a dozen filter types• Encircled and ensquared energy• Spectral power distribution• Multi-CPU processingSources and Receivers• Point sources• Volume and surface emitters (spheres, cylinders, blocks, toroids)• User-defined spatial, volume, and angular distributions• Source emittance aim regions• Spectral distributions: Blackbody, Gaussian, continuous, discrete, and user defined• Angular and spatial importance sampling• Ray data sources and Radiant Imaging source model support• Surface and far field receivers• Angular and spatial luminance meters• Receiver aperture sub-samplingOptimization ModuleThe Optimization Module gives designers tremendous flexibility to choose from hundreds of system parameters to designate as variables, constraints, and performance criteria in order to achieve the desired system performance.Illumination Optimization• Optimize illumination uniformity and/or flux on a receiver• Match target illumination distributions• Collimate and focus merit functions for non-sequential rays• Lagrange constraint handling• User-defined variables, constraints, and performance criteria• Vary any floating point model parameter• User-defined combinations of parameters• Bounded and unbounded variables• Backlight pattern optimization utility• Parameter sensitivity utility• Point-and-shoot ray merit functionsAdvanced Design ModuleThe Advanced Design Module leverages proprietary algorithms from Synopsys’ LucidShape products that automatically calculate and construct optical geometries based on user-defined illuminance and intensity patterns. This unique, functional approach gives designers the freedom to focus on overall design objectives rather than the implementation details of complex optical components.• Freeform Design features for modeling freeform reflective and refractive surfaces that are automatically shaped to form the resulting light pattern.• MacroFocal Reflector tool for designing multi-surface segmented reflectors, with different spreads for each facet.• Procedural Rectangle Lens tool for designing surfaces with pillowed optical arrays.• LED Lens tool for creating various types of freeform LED collimator lenses.Advanced Physics Module• Designers can take advantage of programming extensions to develop custom optical parts and advanced illumination subsystems using:• Phosphor particle modeling (single and multiple)• Gradient Index (GRIN) materials - used in copiers, scanners, and fiber optic telecommunication systems.• User-defined optical properties (UDOPs) - such as proprietary polarization components, scatterers, coatings, and other specialty optical materials.• Birefringent (uniaxial) materials - used in advanced applications such as AR/VR headsets and biomedical instruments.The results for UDOPs and birefringent materials can be packaged into a portable format and exchanged with your project team, customers, suppliers, and subcontractors.SOLIDWORKS Link ModuleThe SOLIDWORKS Link Module enables you to link SOLIDWORKS 3D opto-mechanical models to LightTools, where you can assign optical properties and use the Optimization Module to optimize your design. This module provides complete parametric interoperability between LightTools models and SOLIDWORKS.Data Exchange ModulesSupporting features for the Data Exchange Modules include the ability to group and simplify imported geometry and perform geometry repairs to maintain CAD model integrity and improve ray trace speed.Translators• SAT version 1.0 through 7.0• STEP AP 203 and AP 214• IGES version 5.3, including surfaces and solids• Parasolid• CATIA V4 and V5 (import and export)• Grouping and simplification of imported surfaces• Geometry repairLightTools SmartStart Library ModuleProvides access to a library of materials and media commonly used in the design of automotive lighting systems. Includes refractive index and absorption data as well as pre-defined volume scatter and BSDF materials.Imaging Path Module• Sequential ray tracing• Paraxial solves• Image path view• Spot diagram and transverse aberration plotsDistributed Simulation ModuleThe Distributed Simulation Module allows you to distribute Monte Carlo ray tracing over multiple computers to speed simulations of complex optical models.©2022 Synopsys, Inc. All rights reserved. Synopsys is a trademark of Synopsys, Inc. in the United States and other countries. A list of Synopsys trademarks isavailable at /copyright.html . All other names mentioned herein are trademarks or registered trademarks of their respective owners.。
Lighttools基础教程
视觉调整
模拟 光线显示/隐藏 画一条光线看看
LT操作界面——工具栏
第1级 第2级
第3级
LT软件的使用
内建光源 光线数据导入
3D建模 外部3D导入
7
光源模型
光学系统模型
表面与材质设置
探测器设置 数据分析(结果)
优化与反馈
LT软件的使用——光源模型
内建光源
表面光源
体积光源
导入外部光源
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LT软件的使用——光学系统模型
光强探测器
➢ 在工具栏→光线追迹 里有两个球体，点击后分别可以设置近 场或远场光强探测器。
➢ 点击后在工作区中会出现虚拟的球体，可以观察探测器的方 向。
LT软件的使用——仿真分析
仿真分析 ➢ 光源、模型、探测器设置完成后，点击工作区中的“！”开始仿真。
LT软件的使用——仿真分析
仿真结果 ➢ 在菜单栏的“分析”里面可以查看仿真结果。
LT软件的使用——探测器设置
照度探测器
➢ 需要设置于一个表面上。 ➢ 通常先在探测器的位置画一个虚拟表面，然后在“系统浏览器”
的“分量”里右键点击虚拟表面，添加接收器。 ➢ 也可以直接右键点击工作区的3D模型表面，添加接收器。
设置虚拟表面 虚拟表面中添加接收器
模型表面中添加接收器
LT软件的使用——探测器设置
教程
软件介绍 LightTools 软件由美国Optical Research Associates
(ORA)公司开发的光学系统建模软件。主要应用于照明系 统的计算机辅助设计。
2
LT操作界面
1. 打开Light Tools 软件
系统浏览器
工作区
工具栏
LT操作界面——系统浏览器
lighttools光学模拟软件使用手册
光度學
光亮度 Luminance或Brightness lm/m2-sr=cd/m2 =nit
WRITTEN BY ADAMLEE
6
2014/7/9
輻射度學與光度學的轉換
一個candela發光強度的單位是定義為556nm的單色 光光源在一定方向發出每立體角1/683瓦特的輻射強 度 流明是均勻的點光源發出一個candela的發光強度的 光通量進入一個單位立體角
WRITTEN BY ADAMLEE
10
2014/7/9
關與Receiver
Receiver是這樣一種特殊的物體,它為系統提供了一個約 定,系統會統計接觸到這一物體的光線數據.這裡再一次強 調“光線”是空間中帶有能量,方向向量及其他光線追跡 所必須的參數的點而不是一條線.
當你的系統已經包含Receiver,並進行了足夠數量的 光線追跡後,系統便可以按照不同類型的Receiver來進行 不同方面的分析工作.
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2014/7/9
Element panel
這個面板檔中包含八種類型的光學 元件,通過級連菜單選擇各分類命令. 由於LightTools提供了較為靈活的 定義方式,所以可以先不設置參數, 通過在3D窗口內點選的方式插入物 體.然後在System navigator中右鍵 單擊,修改該物體properties中的各 項參數設定
WRITTEN BY ADAMLEE
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2014/7/9
Error window
在這個窗口內,顯示在程式運行過程當中所出 現的錯誤或警告信息.這些信息通常是必須要 引起注意併解決的.如果你的程式經常給出這 樣的信息而得不到解決的話,那麼模擬的準確 性就十分值得懷疑了.
WRITTEN BY ADAMLEE
lighttools光学模拟教程课件
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10
光学仿真软件中光线的概念
任何一本教科书中光线追迹的章节，都会描述图中带箭头的蓝色线为“光 线”.但在光学仿真的过程中,我们需要不同的定义:“光线是空间中带着方向向 量与光通量的点。图中的这些线只是这些点通过光学系统的路径。”光学仿 真的一切运转都是基于这一点.
光学仿真软件以三维卡氏坐标 (x、y、z) 在与你所描述几何形状相同的全局 坐标系统中描述光线。这些光线还有一个方向向量及相关的能量参数和介质 属性伴随着它。在均匀介质中（例如真空或在玻璃、塑料对象中），光线沿 着方向向量移动。在不同介质的接口或在反射面上，方向向量改变。当光在 接口处理时，光通量及介质的特性也可能改变，在一个表面上所有光线的这 些参数,是我们来评估,分析光学系统的基本.
2D object panel
这个面板用于输入 一些二维的曲线或 者是字符.这一类型 的物体通常不具备 光学属性,但是可以 通过这一个的物体 来构建一些较为特 殊的表面甚至是立 体
PPT学习交流
22
3D object panel
在这个面板中,提供 了常用的五种3D物 体.如球体,立方体等. 使用的方法和插入 组件的方法类似,通 常可以先行插入,然 后再进行修改.
布布尔右尔键及单除击料,更改名称. 右键选中刚刚 34另命 与 锯贴 遮一令导齿布 光为采 贴光结,窗分用 布口版合别需B大与和L用建小O立C,调K两建整个立好B,位并LO置调C插择后整KP入,二r为其o的者p回一物e相r应为t体ie几性减,大贴s选何设小布大属定小, 建立遮光贴 布
PPT学习交流
33
当你需要某一种类型的分析,而该分析命令却是灰色 的时候,很可能是因为你没有建立相应类型的Receiver.而 当你执行某一类型的分析却得不到正确的数据时,很可能 是因为你的系统设定问题导致光线无法正确的到达 Receiver或者是你的Receiver设置了不正确的参数.
Lighttools基础教程
LT软件的使用——光学系统模型
表面的设置 在“系统浏览器”的“分量”中点击“+”号展开3D模型，右键点击3D模型 中的表面则可以设置面的属性。
LT软件的使用——探测器设置
照度探测器 需要设置于一个表面上。 通常先在探测器的位置画一个虚拟表面，然后在“系统浏览器” 的“分量”里右键点击虚拟表面，添加接收器。 也可以直接右键点击工作区的3D模型表面，添加接收器。 虚拟表面中添加接收器 模型表面中添加接收器
LT操作界面——系统浏览器
LT操作界面——工作区
视觉调整
模拟
光线显示/隐藏
画一条光线看看
LT操作界面——工具栏
第1级
第2级
第3级
LT软件的使用
内建光源
光源模型 光线数据导入
3D建模 光学系统模型 外部3D导入 表面与材质设置
探测器设置 优化与反馈 数据分析(结果)
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LT软件的使用——光源模型
打开lighttools软件系统浏览器工作区工具栏lt操作界面lt操作界面系统浏览器lt操作界面工作区视觉调整光线显示模拟画一条光线看看lt操作界面工具栏lt软件的使用光源模型光学系统模型表面与材质设置探测器设置数据分析结果3d建模外部3d导入内建光源光线数据导入优化与反馈lt软件的使用光源模型表面光源体积光源导入外部光源内建光源lt软件的使用光学系统模型元件模型修改导入外部光源内建模型机械模型文件导入step等通用格式文件solidworkslinklt软件的使用光学系统模型材料的设置在系统浏览器的分量中右键点击3d模型可以设置属性
设置虚拟表面
LT软件的使用——探测器设置
光强探测器 在工具栏→光线追迹 里有两个球体，点击后分别可以设置近 场或远场光强探测器。 点击后在工作区中会出现虚拟的球体，可以观察探测器的方 向。
lighttools光学模拟软件使用手册.ppt
輻射度學
物理量 Radiant Intensity輻射強度 單位 W/sr
光度學
Luminous Intensity 發光強度 燭光 Candela(cd)=流明/立體 角
單位面積單位立體角的光功率
輻射度學
物理量 輻射亮度 Radiance 單位 W/m2-sr
光度學
光亮度 Luminance或Brightness lm/m2-sr=cd/m2 =nit
WRITTEN BY ADAMLEE
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2020/4/19
關與Receiver
Receiver是這樣一種特殊的物體,它為系統提供了一個約 定,系統會統計接觸到這一物體的光線數據.這裡再一次強 調“光線”是空間中帶有能量,方向向量及其他光線追跡 所必須的參數的點而不是一條線.
WRITTEN BY ADAMLEE
9 2020/4/19
光學模擬軟體中光線的概念
任何一本教科書中光線追跡的章節，都會描述圖中帶箭頭的藍色線為“光 線”.但在光學模擬的過程中,我們需要不同的定義:“光線是空間中帶著方向向 量與光通量的點。圖中的這些線只是這些點通過光學系統的路徑。”光學模 擬的一切運轉都是基於這一點.
光度學 光通量 (Luminous flux) 流明(Lumen(lm))
單位面積上的光通量
輻射度學 物理量 輻射照度 Irradiance 單位 W/m2
光度學 光照度 Illuminance lm/m2 =Lux(lx)
WRITTEN BY ADAMLEE
5 2020/4/19
單位立體角的光功率
7 2020/4/19
關與精確度
人們經常問“光學模擬有多精確﹖”。這個當然是一位嘗試預測或解釋實務系統行為的 實務工程師所必須要問的問題。LightTools做所有的計算都可以採用浮點運算的方式， 但這並未告訴我們太多有關精確的問題。實際的解答必須依賴下面兩件事。
LightTools8.2仿真应用全教程
BSDF扩散膜仅对小角度光源有效，光源可在上方选项栏“工具-LED 数据库”中选取或自主设计。
如图我们选择一个扩散角约为8°的光源。
在右侧工具栏中选择“元件-虚拟表面-平面”，横向拉出法线，在光源右侧建立一个虚拟平面。
在该虚拟平面上单击右键选择“属性”，在弹出对话框“坐标”选项卡中将平面坐标如下图设置，点击应用查看效果。
在控制选项卡中选择矩形，并将高度宽度均设为1000毫米，点击应用查看效果。
在设置好的平面处单击右键选择“添加表面接收器”即可。
（如果需要在其他位置查看发光效果，可在属性中直接修改坐标参数）。
单击上方感叹号按钮进行光线追迹，感叹号右侧放大镜按钮可控制是否显示预览光线。
在上方工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”即可查看接收器所接收的正向照度分布。
在上方工具栏中选择“分析-强度显示-剖切图”即可查看接收器所接收的强度分布曲线。
在右侧工具栏中选择“元件-三维物体-圆柱体”，并放置在光源前方。
右键单击圆柱体选择属性，坐标设置如下图。
并将材料选择为空气。
将圆柱体尺寸设置如图，点击应用后确认。
选择圆柱体的前表面，右键点击选择“光学属性-打开光学属性管理器”，选择“实测BSDF”并点击应用。
在“BSDF”数据选项卡中点击“加载”按钮，并从文件夹中选取所需扩散膜数据文件（图中我们选择C-HE10系列扩散膜），点击应用后确定。
重复之前的步骤，单击上方感叹号按钮进行光线追迹，在上方工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”查看接收器所接收的正向照度分布。
（扩散膜微结构正对光源，与未加扩散膜时对比，可见此时扩散效果有了显著提升）在上方工具栏中选择“分析-强度显示-剖切图”查看接收器所接收的强度分布曲线。
（此时相比于未加扩散膜时，发光角度得到了很大提升）右键单击圆柱体选择属性，在坐标选项卡中将Alpha角改为180°，单击应用后确定。
重复之前的步骤，单击上方感叹号按钮进行光线追迹，在上方工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”查看接收器所接收的正向照度分布。
lighttools教学大纲
lighttools教学大纲LightTools教学大纲一、简介LightTools是一款强大的光学设计和分析软件，广泛应用于光学工程师和研究人员的日常工作中。
本文将介绍LightTools的教学大纲，帮助初学者快速入门并掌握该软件的基本功能和应用。
二、基础知识在使用LightTools之前，需要掌握一些基础的光学知识。
这包括光的传播和折射定律、光的干涉和衍射、光学元件的基本原理等。
通过对这些基础知识的学习，能够更好地理解和应用LightTools中的各种功能。
三、软件界面介绍LightTools的界面由多个面板组成，包括主菜单、工具栏、图形视图、属性编辑器等。
在教学中，将详细介绍每个面板的功能和使用方法，并进行实际操作演示，帮助学员熟悉软件界面。
四、创建光学模型在LightTools中，可以通过创建光学模型来模拟和分析光学系统。
学员将学习如何创建光源、光学元件和接收器，并进行相应的参数设置。
通过实际操作，学员可以了解如何在LightTools中构建复杂的光学系统。
五、光线追迹与分析LightTools的核心功能是光线追迹与分析。
学员将学习如何设置光线追迹参数，包括光线数量、追踪范围等。
通过对光线的追踪，可以得到光学系统中各个部分的光强分布、光线传输效率等信息，帮助优化光学设计。
六、光学优化LightTools提供了光学优化功能，可以根据设定的优化目标自动调整光学系统的参数。
学员将学习如何设置优化目标和参数范围，并进行优化分析。
通过光学优化，可以快速找到最佳的光学系统设计方案。
七、灵活的数据分析LightTools还提供了丰富的数据分析功能，可以对光学系统的性能进行全面的评估。
学员将学习如何使用光学分析工具，如光强分布图、照度图、能量分析等，对光学系统进行深入分析和优化。
八、实例分析在教学中，将选取一些典型的光学系统实例进行分析和优化。
学员将学习如何应用LightTools的各种功能解决实际问题，提高光学设计的效率和准确性。
lighttools光学模拟教程
亮度学
光亮度 Luminance或Brightness lm/m2-sr=cd/m2 =nit
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2021/4/18
辐射度学与亮度学的转换
一个candela发光强度的单位是定义为556nm的单色 光光源在一定方向发出每立体角1/683瓦特的辐射强 度 流明是均匀的点光源发出一个candela的发光强度的 光通量进入一个单位立体角
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a
2021/4/18
光线追迹的原理
光线的概念
几何光线的概念对光学是非常重要的，至少从牛顿的时代以来，光线经 常被形容为垂直光电磁波波前的射线。对我们而言，光线的重要是在光 线可以仿真电磁波能量（单位时间通过的能量或称为光通量）。光线不 是一个携带量子能量的光子，光线所代表的是光能量的连续传递。结 果，光线追迹的结果代表的是稳定态的状态。只要我们追迹够多的光 线，只要我们光学系统空间的尺度远大于用于所模拟的光波波长，我们 就可以假设系统与时间没有相关，使用光线模拟来获得高精度的真实光 学系统行为预测。
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a
2021/4/18
光学仿真软件中光线的概念
任何一本教科书中光线追迹的章节，都会描述图中带箭头的蓝色线为“光 线”.但在光学仿真的过程中,我们需要不同的定义:“光线是空间中带着方向向 量与光通量的点。图中的这些线只是这些点通过光学系统的路径。”光学仿 真的一切运转都是基于这一点.
光学仿真软件以三维卡氏坐标 (x、y、z) 在与你所描述几何形状相同的全局 坐标系统中描述光线。这些光线还有一个方向向量及相关的能量参数和介质 属性伴随着它。在均匀介质中（例如真空或在玻璃、塑料对象中），光线沿 着方向向量移动。在不同介质的接口或在反射面上，方向向量改变。当光在 接口处理时，光通量及介质的特性也可能改变，在一个表面上所有光线的这 些参数,是我们来评估,分析光学系统的基本.
LightTools8.2.0仿真应用教程剖析
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单击上方感叹号按钮进行光线追迹，感叹号右侧放大镜按钮可控 制是否显示预览光线。
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第三步：查看未加扩散膜时光学效果
在上方工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”即可查看接收 器所接收的正向照度分布。
Bright View扩散膜在 LightTools 8.2中的仿真应用
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第一步：添加光源
BSDF扩散膜仅对小角度光源有效，光源可在上方选项栏“工具-LED数 据库”中选取或自主设计。如图我们选择一个扩散角约为8°的光源。
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重复之前的步骤，单击上方感叹号按钮进行光线追迹，在上方 工具栏中选择“分析-照度显示-LumViewer”查看接收器所接收 的正向照度分布。（扩散膜微结构正对光源，与未加扩散膜时 对比，可见此时扩散效果有了显著提升）
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第二步：建立接收器
在右侧工具栏中选择“元件-虚拟表面-平面”，横向拉出法线， 在光源右侧建立一个虚拟平面。
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在该虚拟平面上单击右键选择“属性”，在弹出对话框“坐标” 选项卡中将平面坐标如下图设置，点击应用查看效果。
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在控制选项卡中选择矩形，并将高度宽度均设为1000毫OELECTRONIC CO.,LTD
光学LED-运用LightTools设计背光显示
运用LightTools设计背光显示2003年6月第一节背光设计简介本节介绍了如何运用LightTools来定义基本的背光。
本文供LightTools的初学用户使用，所以运用了很多相关的简单的例子并且包括产品的基本特性。
LightTools的高级用户可以跳过前半部分，直接到41页“高级背光设计”。
本节主要内容如下：·先决条件·什么是背光·普通光线输出技术·运用LightTools的计算机辅助设计·设置模拟·分析照明数据·更多照明数据导出先决条件要完成第一节中的练习，你首先得正确安装：·LightTools3.3版（或更高版本）。
·LightTools的系统（.lts）和库（.ent）文件确定可用，从光学研究协会网址上下载。
下载这些文件，首先在你的浏览器中输入：/LTFiles。
在“Designing Backlight Displays in LightTools”的栏目下点击BacklightFiles.zip。
把文件保存到硬盘然后把压缩文件解压到一个目录下（比如：C:\LTUser）。
什么是背光背光是指用于电子元件中的有一个要求背后出光的平面，其中可以包括小到PDA大到电视屏的电子设备。
典型的背光包括光源，导光板或者是所谓的light pipe。
光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的厚度。
侧光一般使用总的内反射来沿着演示器的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典型的背光设计。
主要的要求就是均衡的光通过LCD的表面，而且光通量足够高，以便和日光环境有很好的对比度（这样你就可以在一台小型电脑或者掌上电子元件上边看见显示，比如，在室光条件下）。
如图2，设计的challenge就是使输出光方向于光传播方向，LCD平面刚刚好在导光板上方。
普通光输出技术从导光板以垂直于光传播方向输出光有好几种技术手段。
最普通的就是Printed light extraction和molded light extraction。
Lighttools基础教程
LT软件的使用——探测器设置
照度探测器
➢ 需要设置于一个表面上。 ➢ 通常先在探测器的位置画一个虚拟表面，然后在“系统浏览器”
的“分量”里右键点击虚拟表面，添加接收器。 ➢ 也可以直接右键点击工作区的3D模型表面，添加接收器。
设置虚拟表面 虚拟表面中添加接收器
模型表面中添加接收器
LT软件的使用——探测器设置
元件
内建模型 机械模型
模型修改
导入外部光源 文件→导入→STEP等通用格式
文件→Solidworks Link
LT软件的使用——光学系统模型
材料的设置 ➢ 在“系统浏览器”的“分量”中右键点击3D模型，可以设置属性。 其中最关键的是材料的设置。
LT软件的使用——光学系统模型
表面的设置 ➢ 在“系统浏览器”的“分量”中点击“+”号展开3D模型，右键点击3D模型 中的表面则可以设置面的属性。
教程
ห้องสมุดไป่ตู้
软件介绍 LightTools 软件由美国Optical Research Associates
(ORA)公司开发的光学系统建模软件。主要应用于照明系 统的计算机辅助设计。
2
LT操作界面
1. 打开Light Tools 软件
系统浏览器
工作区
工具栏
LT操作界面——系统浏览器
LT操作界面——工作区
视觉调整
模拟 光线显示/隐藏 画一条光线看看
LT操作界面——工具栏
第1级 第2级
第3级
LT软件的使用
内建光源 光线数据导入
3D建模 外部3D导入
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光源模型
光学系统模型
表面与材质设置
探测器设置 数据分析(结果)
Lighttools基础教程
光源方向和角度调整
根据实际需求调整光源的方向和角度，以模 拟复杂的光源场景。
THANKS
感谢观看
设置光源属性，如颜色、亮度、方向等，以控制 照明效果。
调整物体表面的反射和漫反射属性，模拟不同材 质对光线的响应。
运行模拟，观察照明效果，并调整参数以优化照 明效果。
分析光在复杂环境中的传播特性
• 总结词：通过模拟光在复杂环境中的传播特性， 深入了解光的反射、折射和散射等物理现象。
分析光在复杂环境中的传播特性
Python脚本
Lighttools支持Python脚本语言，用户可以使用Python脚本来自动化操作，实现复杂的光路模拟和数据处理。
脚本编辑器
Lighttools提供脚本编辑器，用户可以方便地编写和调试Python脚本，提高工作效率。
自定义材料属性和边界条件
材料属性
用户可以自定义材料的属性，如折射率、反射率、吸收率等，以便模拟不同材料的光学 特性。
02
考虑场景中的物体和环境因素，调整光源的照射范 围和亮度。
03
通过模拟评估照明效果，如照度、均匀度和颜色质 量等。
05
Lighttools常见问题解答
如何解决模拟结果不准确的问题
模型建立问题
检查模型建立过程是否正确，确保几何形状、 材料属性等设置无误。
光源和探测器设置
检查光源和探测器的设置，包括波长、角度 等，确保与实际相符。
01
详细描述
02
创建复杂的环境模型，包括多个物体、光源和散射介质。
设置光源的发射角度和波长范围，模拟不同光线在环境中的传
03
播。
分析光在复杂环境中的传播特性
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2020/6/22
在这个窗口内,可以查 看或修改当前的系统 设定(包含单位,光线追 迹模式,系统精确度以 及显示图形时的选项 等.可以通过在树型目 录内单击来查看,也可 以使用右键来修改属 性或设置当前设定为 默认值
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Console window
在这个窗口内,可以看到程序运行后生成的工作日志,以及命令运行后 所产生的一些信息,同时,也可以在这个窗口内键入命令来执行.
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光线的概念
光线追迹的原理
几何光线的概念对光学是非常重要的，至少从牛顿的时代以来，光线经 常被形容为垂直光电磁波波前的射线。对我们而言，光线的重要是在光 线可以仿真电磁波能量（单位时间通过的能量或称为光通量）。光线不 是一个携带量子能量的光子，光线所代表的是光能量的连续传递。结 果，光线追迹的结果代表的是稳定态的状态。只要我们追迹够多的光 线，只要我们光学系统空间的尺度远大于用于所模拟的光波波长，我们 就可以假设系统与时间没有相关，使用光线模拟来获得高精度的真实光 学系统行为预测。
1. 你的系统模型假设有多好？
例如，你有精确的量测你的光学系统表面散射特性吗？你有包含制造时的公差吗？是 否几何光线追迹适合你的问题或你必须使用同调性光束或光束传播方法去模拟同调性 或绕射效应。如果不能准确的提供这些信息给光学软件,你必须要牺牲一些参数来尽可 能的趋进于现实,尽管这样看来,这些被牺牲的参数可能与实际的参数相差较大.但这是 为了提供更加接近现实而做的牺牲.
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几个需要注意的设定
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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3D design viewer window
这个窗口用与执行LightTools 的大部分操作.同时在3D的显 示图中可以对当前的几何模 型进行选择,修改.也可以使用 右键来修改相关表面的属性.
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WRITTEN BY ADAMLEE
在这个面板中,提供了常用 的五种3D物体.如球体,立 方体等.使用的方法和插入 组件的方法类似,通常可以 先行插入,然后再进行修改.
2020/6/22
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Viewing panel
这个面板提供不同的查看方式,包含放 大,缩小,按照坐标系进行旋转.值得一提 的是在这个面板中提供了修改UCS坐 标和在3D视图中量测距离的功能
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系统初始设定及用户接口
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Window Navigator
通过这个窗口,可以查看当前状况下正在使用的窗口名单.单击窗 口的名称可以启动该窗口,也可以通过右键单击的方式来进行最 大化,最小化等操作
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Error window
在这个窗口内,显示在程序运行过程当中所出现的错误或警告 信息.这些信息通常是必须要引起注意并解决的.如果你的程 序经常给出这样的信息而得不到解决的话,那么模拟的准确性 就十分值得怀疑了.
2020/6/22
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Modifying panel
这个面版提供一系列的选择,修改指令.在 这个面板的级连菜单中可以对物体进行 移动,旋转.可以进行不同物体间的布尔,裁 减等操作.另外,导入的几何模型也要在这 个菜单中进行修复
2020/6/22
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WRITTEN BY ADAMLEE
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建立基本几何模型
Step 1 在CAD中建立Housing和入光结构
单位 W/sr
烛光 Candela(cd)=流明/立体
角
单位面积单位立体角的光功率
辐射度学
物理量 辐射亮度 Radiance 单位 W/m2-sr
亮度学
光亮度 Luminance或Brightness lm/m2-sr=cd/m2 =nit
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辐射度学与亮度学的转换
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Element panel
这个面板档中包含八种类型的光学组件,通过级 连菜单选择各分类命令.由于LightTools提供了 较为灵活的定义方式,所以可以先不设置参数, 通过在3D窗口内点选的方式插入物体.然后在 System navigator中右键单击,修改该物体 properties中的各项参数设定
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The toolbar
工具栏包含常用的功能,如放大缩小视图,视角变换.以及常用 的选定物体,更改坐标系,修改物体属性(Properties),光线追迹 等.如果不了解这些图目标涵义,可以将指标置于其上,你将看 到一个简短的提示
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The command line
和大多数软件类似,LightTools同样提供了以命令方式进行操作的 接口.你可以在这个窗口内直接输入命令字符.
除了输入命令的功能,许多命令的参数也要在这个窗口内输入.输 入窗口的上方会提示当前命令的状态或正在输入的参数名称.
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功率
❖ Luminous intensity 发光强度 每单位立体角的
功率
❖ Luminance
亮度
每单位面积,每
单位立体角的功
率
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光通量
辐射度学
亮度学
物理量 辐射通量(Radiant flux) 光通量 (Luminous flux)
单位 瓦特 (Watt (W))
2. 追迹了足够光线吗？
当应用“蒙地卡罗”描述法时，“机会”是（这是统计）趋近法中的必要元素。这期 望中的精确是光束数目的函数。在实务上，我们可以加倍光线追迹的数目，来看答案 在预定的精度内是否达到稳定。若不稳定，则再增加光线追迹的数目。LightTools提供 一个参数来帮助你评估这个精确度,这就是Error Estimate at Peak值,这个值越低,表示你的 结果有可能越精确,适当的提高光线数目会减小这个值.当然,这一切只是有可能.具体的 情况要看你的系统的具体状况.
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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光学仿真软件中光线的概念
任何一本教科书中光线追迹的章节，都会描述图中带箭头的蓝色线为“光 线”.但在光学仿真的过程中,我们需要不同的定义:“光线是空间中带着方向向 量与光通量的点。图中的这些线只是这些点通过光学系统的路径。”光学仿 真的一切运转都是基于这一点.
当你需要某一种类型的分析,而该分析命令却是灰色 的时候,很可能是因为你没有建立相应类型的Receiver.而 当你执行某一类型的分析却得不到正确的数据时,很可能 是因为你的系统设定问题导致光线无法正确的到达 Receiver或者是你的Receiver设置了不正确的参数.
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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System Navigator
显示当前状态下所有组件(包含所 使用的材料,定义的膜系,光 源,Receiver(检光器)的名称及相 互关系.可以通过单击来查看,选择 或通过右键来修改其属性 (properties)
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Preference Navigator
LightTools光学仿真讲义
STARSMAN
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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LightTools是什么？
LightTools 基本上是一种具有弹性及效率之光学系统 模型化的工具，它可以利用蒙地卡罗光线追迹的技术 做光-机结构间的仿真，它可以不必假设系统之对称性， 做单轴、全局、三维坐目标模拟。
当光束穿越整个光学系统，光束可以自动地分裂 为反射，折射，偏振光及散射的分量，当这束光穿越 整个系统，光束可以包含物体任意的次序，独立的根 据物理可实施之路径行进。这类的光线追迹一般称为 “无限制的”或“非序列的”。LightTools所做的就是 一个根据真实光线在真实世界里的路径的仿真仿真。
2020/6/22
流明(Lumen(lm))
单位面积上的光通量
辐射度学 物理量 辐射照度 Irradiance 单位 W/m2
亮度学 光照度 Illuminance lm/m2 =Lux(lx)
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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单位立体角的光功率
辐射度学
亮度学
物理量 Radiant Intensity辐射强度 Luminous Intensity 发光强度
Utility library
为方便用户使 用,LightTools提供了一 些已经编辑好的模块来 供用户调用.这个模块位 于Tools> Utility library
这些模块是可以编 辑的,他们的代码是完全 开放给用户的.同时,你可 以使用EXCEL或Visual Basic来添加新的插件或 功能.
2020/6/22
WRITTEN BY ADAMLEE
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关与Receiver
Receiver是这样一种特殊的物体,它为系统提供了一个约 定,系统会统计接触到这一物体的光线数据.这里再一次强 调“光线”是空间中带有能量,方向向量及其他光线追迹 所必须的参数的点而不是一条线.