lighttools基本操作(课)精讲(完整版)
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LightTools5(九)
选择方法一
在系统导航窗口中， 首先点击Sphere6（大 球），然后按住Ctrl键 同时点击Sphere4（小 球）。 在图中可以看到同时 选中两个球体的结果 （小球轮廓显示）。 注意：点击顺序不能 颠倒！
选择方法二（1）
选择3D元件显示模式为框架模式。
选择方法二（2）
2、选择工具面板的选择命令。
??浸入操作可以让系统确认浸入操作可以让系统确认??浸入操作可以让系统确认一个元件在另外浸入操作可以让系统确认一个元件在另外一种材料所制成的元件内部或者被另外一种材料所制成的元件内部或者被另外一种材料的元件所包围模拟光线在通一种材料的元件所包围模拟光线在通过两个材料的界面时传播方向由界面的光过两个材料的界面时传播方向由界面的光学性质和光学定律确认
LightTools（九）
浸入元件
一、浸入操作作用
有的元件和其他元件在空间上发生重叠， 两种元件的材料不同，光线在界面的模拟 计算公式不同，就会导致设计错误。 浸入操作可以让系统确认一个元件在另外 一种材料所制成的元件内部（或者被另外 一种材料的元件所包围），模拟光线在通 过两个材料的界面时传播方向由界面的光 学性质和光学定律确认。
选择区域外的元件。 选择区域外和区域 边界上的的元件。
取消选择和取消上一个选择 （点击已经选择的元件，从被 选择的元件群中解放）
浸入命令
按先后顺序选择两个球体后，直 接点击命令就完成浸入。
浸入成功
光线在界面发生转折的。
练习：完成第二个球的折射
按照第一个小球的浸入操作将第二个小球 也浸入在大球中，让光线光路发生第二次 转折。
3、按住Shift键同时点击小球框架。 当同时选择成功时，应该同时显 示两个标志点（黄色方框部分， 如果不行就再重复一遍第二步）。
LightTools使用学习资料
LT6.1中文版使用学习资料
1，新的光线路径功能可以用来观察、分析、确认模型中的问题，尤其对于多光路系统特别有用，比如杂散光分析和鬼象分析
2，优化网点的BPO宏被直接添加到优化的主菜单中，同时应部分客户的要求，对BPO 的一些地方做了改进，参数敏感度宏（Parameter Sensitivity）也做了改进
3，光线追迹的对话框做了改进，增加了进度条，可以显示目前追迹的光线数，所用的时间，以及剩余的时间
4，BSDF测试数据更容易被导入到模型中使用，目前的BSDF测试数据库中有15种散射材料，将来还会不断增加测试的样本
5，薄菲涅耳非球面系数扩展到20阶。
6，新的太阳能追踪宏可以帮助分析太阳能接收器的设计
7，用户界面开始支持法语，德语，简体中文和繁体中文，韩语，以前只是支持日语和英语。
高级物理模块的更新：模拟磷粉和渐变折射率材料
1，磷粉的平均自由程可以被定义为随波长改变或者不变。
或者使用MIE理论定义
2，现在可以使用激发光谱来定义磷粉的激发数据或者通过Quantum Yield(量子效率)模型来定义
3，对于未转换的光线可以使用多种模式定义：各向同性，未偏射，基于MIE理论，以及使用者自定义
4，采用概率分光的计算方法，更有效地对磷粉材料进行光线追迹
5，使用新的概率模型计算磷粉材料内部惰性粒子的光线击打概率
6，现在可以支持渐变折射率材料，可以使用NSG SELFOC目录中的材料，也可以自己定义渐变折射率。
如果标准SELFOC方程无法建立GRIN方程，可以使用自定义的方法可以在LT的应用程序接口中自己定义GRIN方程。
LightTools5(六)
3、X、Y圆柱面
特征
X圆柱面：在X-Z平面内是平面，但在Y-Z平 面内有弧度（平行于X轴的直线绕X轴转动 一周得到的柱面）。 Y圆柱面：在Y-Z平面内是平面，但在X-Z平 面内有弧度（平行于Y轴的直线绕Y轴转动 一周得到的柱面）。
Y
在x-y平面内如何？
x
4、自定义曲面形状
Spline工作方式：用若干个连续分布的点（ 定位点）来控制曲面的形状。 首先设置若干连续分布的点，再用光滑的 曲线把这些点依次连接起来。最后把该曲 线绕中轴旋转360°就得到要定义的曲面。 操作：在表格中按从中心到两边逐个输入 点的横纵坐标，剩下的连线、旋转交给系 统自动完成。
透镜半径
XY平面内，鼠标沿Y轴移 动改变半径大小 YZ平面内，鼠标沿Y轴移 动改变半径大小
XZ平面内，鼠标移动只能 改变X轴和Z轴坐标，无法 改变Y轴坐标，因此无法 改变半径。
作图过程（二）
确认半径后，第二个点到第三个点系统默 认沿UCS的Z轴方向运动以修改透镜厚度。 类似地，如果当前平面为XY平面，则无法 改变厚度，需要转动视角或者使用工具栏 快捷方式改变视角。
（k>0，扁球体，非二次曲线）
椭圆长短轴
椭球面参数设置
Conic： k = −ε2 = (b2 − a2)/a2 R = b2/a.
回转双曲面
双曲面参数设置
k=−ε2=−(a2+b2)/a2 =−(1+tan2θ). R = b2/a.
如果把R设置得非常小（0.00001）， 元件就演变为一个圆锥。 圆锥也可以是一个有倾斜的圆柱体。
三、楔形透镜
通过设定透镜表面的倾斜度来建立楔形透 镜。 该选项不能应用于其他光学元件（棱镜、 立方体等等），因为其他元件表面形状为 固定。
《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
LightTools5(二)
命令举例
透镜为方形，边长10mm。
命令第一个单词可以 输入，也可以点击命 令面板上的相应命令。 输入参数时注意 上面的提示
效果图
特性阵列的高 （RctHeight） ： 4.8mm
特性阵列的正 中心（第一点）
特性阵列的宽 （RctWidth） ： 4.8mm
参数说明（一）阵列
Origin X/Y：在相对坐标轴上的位置； Zone Width/Height：阵列宽/高度。
LIGHTTOOLS5.0（二）
元件操作
一、修改元件整体属性
选中要修改的元件， 右击选择命令 “Properties”。
1、修改元件显示属性
2、在属性对话框 中选择最上层的选 项Lens_1，然后选 择显示标签 （Display）。
3、在这里修改透镜边缘线 条的颜色，所在的图层以 及线宽（最大为5）和线形 （实线或点划线）。
Zone Height O
参数说明（四）单元格
Offset 中心单元格 偏离阵列中心的坐 标； Spacing：相邻单元 格间距； Element Shape：单 元格形状参数。
Hale Waihona Puke 参数说明（五）例一以阵列的几何中心为原点， 建立坐标轴x-y。
参数说明（六）例一
相邻单元格间距 Yspace
距离中心最近的 椭圆的几何中心 为s。s在坐标x-y 中的位置就是 offset 的值。
2、修改坐标位置
1、选择Coordinate 标签，然后可以修 改元件在整个空间 中的位置（包括坐 标和角度）
坐标表示当初画图 时第一个点所在的 坐标，角度表示元 件的中轴线所在角 度。
3、修改光线模拟参数
1、选择Ray Trace标 签，然后可以修改 元件在光线模拟中 的作用。
lighttools基本操作(课)精讲
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
2、位置（坐标）
起始点坐标
方法二：The Command Line命令 栏
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 最优。
量，曲率模式：Radius 1.将单位设为：mm，曲率模式改为Radius
Edit—Preference（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
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
系统 内存 其他 Windows2000，XP，Win7 最小512MB（建议>1GB） 全部操作系统支持的绘图机和列表机
显示器 17寸以上的屏幕，分辨率1280×1024
LightTools5一-46页PPT精品文档
A 选择方式 （一）用鼠标选择； （二）用工具栏的选择命令选择； （三）用Shift/Ctrl+鼠标选择； B 选择标志点（Tag Point） Tag Point：用于标志某个元件的位置，一
般位于所在平面的几何中心。很多操作都 是以Tag Point为基准进行的。
圆柱体表面的标志作窗口为Y-Z平面时（ ），移 动鼠标并观察右下角参数，会发现只有Y、Z 坐标发生变化，X坐标不变。
类似地在X-Y平面（
）移动鼠标，Z不变
；在X-Z平面移动，Y不变。
斜向坐标
当工作窗口和三个坐标轴都不平行时，此 时相当于一个斜面，鼠标移动仍在某个斜 面内，因此不可能通过移动鼠标来设置某 些坐标，必须用命令行输入。
方向，*是矢量乘法。 旋转方向（左右手法则） α：在YZ平面内绕X轴转； β：在XZ平面内绕Y轴转； γ：在XY平面内绕Z轴转；
2、UCS（User Coordinate System）
自定义坐标：同样属于右手坐标系统。 默认起始位置和GCS重合。 可以放置在任何位置，转动任何角度。 可以以任何元件的任何位置为基准设定参
光线“有始无终”； 元件“颠三倒四”
一、主界面简介
一、界面简介
菜单栏
常用工具栏
系统 导航
显示 导航
工作 窗口 导航
工作窗 口
命令面 板
命令栏 错误信息显示
鼠标位置
1、菜单栏
作用：各种命令，如视图设置，定义网格， 执行模拟计算等。
新建、打开、保存、退出。 保存时会自动每次新建一个保存文档。 可以在Console窗口中输入命令。
X value：点与点之间 间距；
X Interval：显示不同 的点之间差距；
般位于所在平面的几何中心。很多操作都 是以Tag Point为基准进行的。
圆柱体表面的标志作窗口为Y-Z平面时（ ），移 动鼠标并观察右下角参数，会发现只有Y、Z 坐标发生变化，X坐标不变。
类似地在X-Y平面（
）移动鼠标，Z不变
；在X-Z平面移动，Y不变。
斜向坐标
当工作窗口和三个坐标轴都不平行时，此 时相当于一个斜面，鼠标移动仍在某个斜 面内，因此不可能通过移动鼠标来设置某 些坐标，必须用命令行输入。
方向，*是矢量乘法。 旋转方向（左右手法则） α：在YZ平面内绕X轴转； β：在XZ平面内绕Y轴转； γ：在XY平面内绕Z轴转；
2、UCS（User Coordinate System）
自定义坐标：同样属于右手坐标系统。 默认起始位置和GCS重合。 可以放置在任何位置，转动任何角度。 可以以任何元件的任何位置为基准设定参
光线“有始无终”； 元件“颠三倒四”
一、主界面简介
一、界面简介
菜单栏
常用工具栏
系统 导航
显示 导航
工作 窗口 导航
工作窗 口
命令面 板
命令栏 错误信息显示
鼠标位置
1、菜单栏
作用：各种命令，如视图设置，定义网格， 执行模拟计算等。
新建、打开、保存、退出。 保存时会自动每次新建一个保存文档。 可以在Console窗口中输入命令。
X value：点与点之间 间距；
X Interval：显示不同 的点之间差距；
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
10
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。
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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
在Solidworks建模，用 SLM连接模块传递到 Lighttools
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
在Light Tools中模拟10,000,000 条光线追迹后的光强分布图
初始结构中的每个变量都 是半随机选择的；
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。
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
照明分析的基本架构：
光源
光学 系统
接收器
Monte Carlo 计算
照度图表
确定你的计算机系统
项目 操作系统的要求 处理器 Pentium III, Pentium IV, Pentium M，
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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
设计软件 包含宏语言和支持COM的界面
2、Illumination Module：提供蒙地卡罗模拟法
照明系统的仿真 Monto Cartoon光源 接收器与计量器
LED 照明用透鏡
Target
光型設計（A字母）
光型設計（圓變方）
3、Optimization Module：全新优化功能
–光学元件的边缘高度作为另一变量es(Jiangsu) Inc.,Ltd
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
•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 最优。
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优化结果(一)
经过优化后,从LED出来的光 得到了很好地准直；
完整的优化系统：MeritreaFunction 寻找最佳情况，增进系统运算效率
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：CATIA
LightTools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、
•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。
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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。
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Conclusion
经过上述优化，LED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。
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1280×1024 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
三维设 计视图
窗口导 航栏
输出窗口
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
1、Core Module:提供了广泛的光学模 块选择方案
系统的建构 布尔运算 交互式3D建模环境的革命性照明
Fresnel Loss ➢ Piont and shoot 光线追迹功能
Lighttools设计举例
K2 LED封装一次配光举例
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Luxeon K2原厂数据
•光强分布为朗伯体 •光通量：17.6 lm •最大光强5.04 cd
BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd
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