LightTools 8.2.0仿真应用教程
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。
www.osram.de
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基本操作(课)精讲
显示器 17寸以上的屏幕，分辨率1280×1024
菜单栏
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
The Toolbar
The Command Panel 指令按钮
Optical vs. Mechanical
Category Elements
Material BK7 glass
Surface properties TIR, Reflect, Absorb
3D Objects
Aluminum
Mechanical
光学组件
当对象为光学组件时， 材料内定值为BK7，表 面根据不同功能，给以 适当光学的特性。
BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd
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。
BEX Technologies(Jiangsu) Inc.,Ltd
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。
2、From the toolbar Properties button ； 3、By right-clicking, and selecting，Properties on the shortcut menu.
Lighttools光学仿真软件-含核心模块(Core Module)、照明模...
Lighttools光学仿真软件-含核心模块（Core Module）、照明模块（Illumination Module）、优化模块（Optimization Module）、高级物理模块（Advanced Physics Module）和数据交换模块（Data Exchange Module）各模块性能：（1）核心模块：为所有模块的工作基础。
提供图形化的三维实体建模功能和交互式光线追迹，用于创建可视化的光学和光机一体化系统包括定义材料和光学表面属性的功能。
具备指导功能的用户界面、中英文界面的自由选用、面向任务和应用的各类数据库、专用工具箱和设计系统实例、可扩展编程的自动化流程以及机械模型的照片级渲染；（2）照明模块：分析和模拟光通过模型中的光学和机械部件后的情况。
可描述多个光源和接收面，使用蒙特卡罗快速追迹光线，提供经过模型之后的强度、亮度、照度的精确预测。
照明分析功能可现实光源在模型中的发光效果；（3）优化模块：可自动提高各种照明系统的性能。
可人已从多种系统参数中选择优化变量，确定边界条件和评价函数以获得需要的系统性能指标可确保在很短时间内获得实用解决方案；（4）高级物理模块：拓展了高端应用的光学模拟功能。
可充分利用编程扩展的优势来开发、定制新型光学元件和照明子系统，如复印机、扫描仪、偏振元件、散射片、膜系、包括渐变折射率在内的特殊光学材料等。
结果可打包成方便小巧格式，与他人共享。
可创建磷粉发光材料；（5）数据交换模块：提供符合工业标准的CAD文件输入和输出功能，包括各自独立的IGES、STEP、SAT、CATIA_V4、V5和Parasolid格式的数据交换模块。
同时支持对导入几何体的结组、简化、修复功能，以维持CAD模型的完整性和提高光线的追迹速度。
可实现功能（1）交互式（point-and-shoot）光线追迹可以快速检验系统模型；（2）优化功能，可自动提高系统性能；（3）系统模型构建，包括偏振、散射、表面反射、折射与衍射、镀膜和彩色滤光片等特性；（4）支持各类表面光学属性，包括彩色和半透明光学塑料和玻璃、毛面和亚光表面涂料、光学镀膜和滤光片；（5）复杂光学表面和元件建模；（6）全系列光源模型；（7）接收面滤片功能；（8）支持基于测量的光线数据库光源，包括Radiant Source TM光源模型；（9）使用测试(BSDF)散射数据模拟散射效果；（10）自带建模库、光源库、表面涂饰库、镀膜库、滤色片库和面向应用的工具库；（11）交互式智能化的用户界面；（12）支持Visual Basic宏定制解决方案；（13）与CAD软件协同工作。
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.
19
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
16
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中文说明书
第一章介绍照明作为光学领域中的一个重要部分，对于很多公司和它们的产品来说正变得越来越重要。
可是，直到现在对于照明系统设计和分析来说还没有可供广泛选择的专业软件，能够应用于照明系统的软件也很难使用。
正因为如此，目前照明系统的设计通常是建立系统的模型然后测试此模型。
Li gh tT oo ls的照明模块是为了满足照明行业的需要而编写的。
它通过计算机建模对照明系统进行精确的定量分析，从而帮助你更加快速有效的开发照明产品。
一.什么是L i gh t To o l s照明模块？Li gh tT oo ls照明模块是L i gh tT oo ls核心模块的可选的扩展模块。
它使用非序列性光线追迹并且基于元件进行建模，帮助你模拟完整的光学系统，包括系统的光源、光学元件和机械结构。
Li gh tT oo ls照明模块完全与Li gh t To ols核心模块相结合，并且添加了新的菜单和命令。
因为两个模块是相互结合的，一旦你熟悉了Li gh tT oo l s核心模块，那么在你了解了Li gh t To ol s照明模块的一些特性后，将很快能够使用L ig ht To ol s照明模块。
如果你是使用L i g h t T o o l s的新手，那么我们推荐你在学习L i gh tT oo ls照明模块之前先熟悉Li g ht To ol s核心模块，以此来熟悉Li gh tT oo l s的基本特性和操作。
Li gh tT oo ls照明模块使用非序列性光线追迹，这点和2D及3D设计视图是一致的，但是和I ma gi ng Pa th模块不一样，I m ag in g P a th模块只使用序列性光线追迹。
二．照明系统基础大部分照明系统拥有以下这些特性，所有以下这些特性都可以在Li gh tT oo l s中被模拟。
●系统有一个或更多的照明光源，通常成一定角度并且不均匀地分布在三维空间中。
●我们需要在系统的若干位臵分析照度。
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。
lighttools光学模拟教程
亮度学
光亮度 Luminance或Brightness lm/m2-sr=cd/m2 =nit
7
a
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
9
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。
10
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.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
5
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）。
info@
12
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
13
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
10
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
11
将圆柱体尺寸设置如图，点击应用后确认。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
19
Thank You！
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
20
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
Байду номын сангаас
14
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）
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
17
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。（扩散膜微结构背对光源，与未加扩散膜时 对比可见，此时扩散效果也有显著提升）
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
18
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。（可见此时相比于未加扩散膜时发光角度也 得到了很大提升，同时可与扩散膜微结构正对光源时比较，观察 分析扩散膜正反面对光源扩散的不同性能）
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
8
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
9
第四步：添加BSDF扩散膜
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
2
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
3
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
15
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）
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
16
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
6
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。
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
7
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
KX OPTOELECTRONIC CO.,LTD
info@
1
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。