TracePro-训练课程2005-0425
TracePro_Study
Summary●軟體簡介●分析流程●範例說明(1) Remote Control(2) Led ModelTracePro的分析功能：●光線資料（光線位置、方向、通量）（Ray Histories）●光照度、輝度、CIE色座標、色度分析（Irradiance map）●光強度分析（Candela plot）●偏振效應（Polarization map）●選擇需要分析的光線（Ray sorting）●人眼視覺類比（Photorealistic Render）光強度Cd (燭光)一燭光等於頻率540×1012 赫之光源發出之單色輻射，在一定方向每立弳之輻射通量為683分之1瓦特之發光強度。
1.光強度(luminous intensity)2.燭光(candela)3.1979年第1 6屆國際度量衡大會決議採用。
亮度cd/m^2一燭光每平方公尺等於在均勻輻射下，每平方公尺之面積燭光強度之亮度。
亮度(luminance)功J (焦耳) 一焦耳等於一牛頓之力作用於物體上，使作用點沿力之方向增加一公尺位移時，其力與位移之乘積。
(1 J=1 N‧m)；(m2‧kg‧s-2)1.功(work)2.能(energy)，熱量(quantity of heat) 之單位亦為焦耳。
3.焦耳(joule)功率W (瓦特)一瓦特等於每秒作功一焦耳之功率。
(1 W=1 J/s)；(m2‧kg‧s-3)1.功率(power)2.輻射通量(radiant flux)之單位亦為瓦特。
3.瓦特(watt)光通量lm (流明)一流明等於一燭光之均勻點光源放射於一立弳之立體角範圍內之光通量。
(1 lm=1 cd‧sr)；(cd‧sr)1.光通量(luminous flux)2.流明(lumen)3.光束：光源單位時間內所發出的光之總能量照度Lux(勒克斯)1平方公尺面積上總光通量有1流明時,稱為該面積上照度為一勒克斯(Lux)1 Lux=lm/m^21.照度2.勒克斯分析流程●建立(修改)模型⏹TracePro 直接建立模型。
Tracepro学习教程
Tracepro建模
Insert> Lens Element
要点： A.透镜的材料 B.透镜的参数 C.透镜的位置
07.06.2021
Tracepro建模
Insert> Fresnel Lens
要点： A.透镜的材料 B.透镜的参数 C.透镜的位置
07.06.2021
Tracepro建模
光学软件建模
Tracepro与很多光学模拟软件如ZEMAX,OSLO,Code V等是共用的， 所以可以直接用Tracepro打开这些软件保存的文档。
07.06.2021
Tracepro建模
Tracepro自建模
Tracepro软件本身提供了一个强大 的模型库，使用者可以根据自己的 需要选择不同的模块来建立模型。 其路径就是 :Insert>
Tracepro学习教程
Tracepro的操作界面介绍
工作菜单
导航区
工作区
实体模型
07.06.2021
消息区
Tracepro的操作界面介绍
07.06.2021
Tracepro的操作设置
View>Preference
此处可以设置Tracepro操作 界面中显示方面的参数，如 界面的显示单位，缩放时的 倍率，显示光线的颜色，方 式等等。
07.06.2021
Tracepro设计实例
模型添加完毕后，最后需要添加一个接受平面。接受平面可以根据实 际需要定义它的大小，位置。模拟完毕后，我们可以从接受平面上得 到有效光效，光斑效果等模拟结果。
首先，Insert Primitive Solide，添 加接受平面。 其次，将接受平面用过Apply Properties中Surface定义为Perfect Absorber。 最后，点击 ，开始模拟。
tracepro
使用SolidWorks和TracePro构建和分析LED环形灯的例子。
使用SolidWorks建立完整LED模型，其包括一个透镜、反光杯、电路部分、发光芯片。每个发光芯片的上表面设置为朗勃体（发光芯片的侧面的发光相对来说非常小，可忽略），每个发光芯片模拟1百万条光线。接着构建一个亚克力的透明罩来封装LED和电路部分。
再构建PC电路板和环形灯的前后面板并把其表面特性定义为完美的吸收。当以上所有的模型建立好之后同时保存为SolidWorks档和TracePro档。
LED环形灯的制造商不仅要求关心LED有好的发光效率，同时也关心光线的白度、LED的配光曲线等。好的LED环形灯需要能够为照相机全视场内提供均匀的照明，同时没有杂散光。
如图所示：12颗高亮度LED，LED的型号：Cree?公司white Xlamp?7090 XR系列，57LUX，2700K，half angle：100度，详细的信息参考Cree公司的网站：
TracePro分析
在TracePro里定义发光谱线并对LED环形灯进行光线追迹。配光曲线如图6所示
接下来我们在LED环形灯的内环建立一个探测平面来分析其杂散光，建立一个探测平面可以通过TracePro也可以通过SolidWorks来建立。如图7所示，对LED环形灯进行光线追迹，使用TracePro的ray sorting功能可以观察所有打到探测面的杂散光。照度图和配光曲线图可以帮助设计者去分析收集到的杂散光的严重程度；设计者也可以把收集到的杂散光构建为光源档案，然后以此为光源去追迹照相机，在CCD上观察杂散光的影响情况。通常，LED环形灯实际使用状况来讲，只有小视场的光线才会影响到照相机的像质。
Tracepro中文手册第六章
第六章 分析检验光线追迹结果完成光线追迹之后，当进行结果评估时，分析菜单提供多种方法来显示光线追迹数据。
Displaying Rays 和 Ray Sorting让你观察数据是否是你期待的结果。
Irradiance Maps, Ray Tables and Polarization Maps 提供每一个表面的模拟结果。
Candela Plots 显示模型中光线数据的角度分配。
Volume Flux Viewer能够观察模型内部的流量分布。
Reports Menu 帮助你完成分析光线数据和模型的多种报告形式。
Tools 菜单包括附加的功能来帮助你完成光线追迹结果。
Analysis Menu在本章中的描述中，大多数的光线追迹结果从Analysis Menu中得到，光线追迹也被包含在Analysis Menu项目的开始，这在第五章有详细地介绍。
Display RaysAnalysis | Display Rays 选项允许你控制光线的显示。
“Analysis Mode（分析模式）”下，在完成光线追迹后, 光线默认地被显示或取消。
光线在“Simulation Mode（模拟模式）”中不能够被显示。
要关闭显示的光线，只需进入Analysis | Display Rays，显示光线的状态是通过菜单上√ 标志来标注的。
如果被trace的光线有很多并且带有许多的splits or branches，程序会花很长时间来显示这些光线。
你可以根据需要设定Window|Auto Update来更新光线的显示，这时的光线不会被随时更新，直到你按“F5”或选择Window|Refresh。
光线也可能在和图画程序组合期间同步显示，当具有优先设置时。
参考2.43页的“Ray Display”。
你也可以按照下面的描述使用Ray Sorting来决定哪些光线显示。
Ray Colors可以通过Ray Color对话框来设置光线的颜色来取代预先设值的颜色值，对于单色光，Ray Color对话框提供三种预设的颜色值来显示光线颜色。
tracepro操作步骤
Tracepro
1、导入已建立好的stp模型文件或者在tracepro中直接建立模型（建模此处省
略…n万字
2、导入模型后，根据光型要求在合适的距离处插入一个合适大小的接受面（插
入-几何体-方块），并设置其正对模型的一面为接受面，面属性可设为全吸收3、选择分析-光线追迹选项：将选项下的“幅度学”改为“光度学”。
4、在Tracepro模型窗口的左边，选取模型中“芯片”的模型，选择其芯片各表
面的表面光源属性（对于大尺寸芯片，可只选取其上表面；小尺寸芯片，需选择其多个表面，具体情况得具体分析）。
右键-属性-表面光源：光源形式为光通量，光通量根据芯片定，若要精确模拟，确保光总线数量在10W左右。
5、在Tracepro模型窗口的左边，选取模型中“支架”的模型，点中右键-属性-
表面：目录为Default，名称为Perfect Mirror。
6、在Tracepro模型窗口的左边，选取模型中“透镜”的模型，点中右键-属性-
材质，此处因为默认材质库中没有该特性的硅胶，故需要手动添加。
点击材质对话框的右下角的“检视数据”：点击“新建目录”，输入名称，点击“新增特性”，输入名称，然后单击键入“折射率”、“吸收率”，单击保存图标，关闭页面退出。
在属性-材质中选择刚才建立的属性。
7、一般来说，Tracepro模拟只需要定义以上几个关键点：芯片-表面光源，支架-表面，透镜-材质，接受面-表面。
高端灯光设计师之TracePro配光设计与应用
反光罩案例分析
反射器设计:
1、选择棱晶面来建模； 2、模拟设计的实体模型。以Tracepro配光设计软件来验证；
结 论: 完成轨道金卤射灯系列，G8.5光源10°、24°、40°反射器
10°反射器
24°反射器
40°反射器
同样打开Tracepro配光设计软件，导入光源资料，再插入上述所建的40 度反射器实体模型，调整到实际灯具中的相对位置上。点击光线追踪，待 光线追踪完成后，直接点击光斑效果图、极座标或直角坐标。如下图。
通过软件TRACEPRO ，可以得到灯具出光角度—通过灯具的3D模块 进行仿真就可以提前知道灯具的光束角。例如下图反光罩光束角为30 度。
获取灯具打到多远距离的光斑分布、照度分布图：
设计灯具时，根据软件仿真得到的配光图和照度图可判断灯具光学性 能。如果设计达不到预想目标，软件可提供修改方向：
通过照度分布光斑图-分析光斑每处的光线来源 以便提供修改参考。
长条形的光源
有两个对称平面的光强分布
反射设计原理
有一个对称面的柱 面反射器
长条形的光源
有一个对称平面的等光强分布
不对称反射器
旋转对称光源
有一个对称平面的等光强分布
反射器反光示意图
主反射器
球面反射器
M1
θ-α 2
R θ
α
{
M
FRO
2
反射器反光示意图
光源
像点
光源
反射器反光示意图
F2
F1
M1 M2
一：灯具光学讲议 二：配光设计工具——Tracepro 三：配光测试工具——分布光度计 四：配光设计实践与案例 五：反射器设计汇总
五：反射器设计汇总
反射器表面的纹理效果
TracePro光源建立及设定
12
9
表面光源
• 表面光源可直接建立在表面上 • 发射形式：
– – – – – 表面特性 光通量 照度 黑体辐射 灰体辐射
• 波长形式：
• 表面光源产生器
– 不连续波长 – 自动产生的波长
10
表面光源产生器
Surface Source Property Generator
11
档案光源
• ASCII档记录光源位置、 方向及通量 • 可自行输入Excel • Incident Ray Table 也可储存为档案光源
均匀高斯朗伯型太阳光单一波长或多波长光源应用光纤光学激光二极管格点光源法线向量指上向量格点图形圆形矩形扰动矩形十字随机棋盘形格点光源均匀光通位置加权
建立及设定光源
建立光源
• TracePro5.0版本后的光源波长，分析单位 独立设定 • 可建立三种光源
– 格点光源：与几何模型无关 – 档案光源：从外部导入 – 表面光源：可直接用于模型表面
2
格点光源
• 适用情况
－边界确定的平面 －发光形式：均匀、高斯、朗伯型、太阳光 －单一波长或多波长光源
• 应用
－光纤光学 －激光二极管
3
格点光源
4格点光源5Fra bibliotek格点光源
指上向量
法线向量
6
格点图形
圆形 矩形 扰动矩形
十字
随机
棋盘形
7
格点光源
8
格点光源
均匀光通/位置加权：每条光线能量相 同，位置不均匀分布 均与位置/光通加权：每条光线能量不 同，位置均匀分布
TracePro 7.0自学课件(3)
Surface Properties 表面材质 RepTile 鳞甲，设定网点 Irradiance 辐照度 Lens 透镜 Aperture 孔径 Semi-Diameter 半孔径 Decenter 位移 Obstruction 遮蔽物
Position 位置 Aspheric 非球面 Units 单位 Thinkness 厚度 Catalog 目录 Block 方形 Cylinder/Cone圆筒/圆锥 Torus 圆环
TracePro 7.0 自学课件（3）
黄振永
TracePro
定义属性 编辑属性 应用属性
一般而言，在你能够“应用”属性之前， 你需要先“定义”它。
然而为了正确地定义属性，你要得到希望 定义的属性的测量数据。
例如，如果你有一种特殊涂料想用在你的 模型表面，在定义涂料的TracePro属性前， 你必须先测量其属性。
应用属性
Define→Apply Properties
TracePro 光线追迹
TracePro通过光线轨迹控制来模拟光通量通过 模型的分布：
描光模式：Analysis mode 和Simulation mode
TracePro通过光线轨迹控制来模拟光通量通过 模型的分布：
描光设置：Raytrace→Raytrace Options...
Sphere 球形 Thin Sheet Plane 平面 Define 定义光线特性 Apply Proterties 应用特性，使用材质 Edit Property Data 编辑特性 Surface Properties 表面材质 Material Properties 材料材质
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定义光学特性
• Apply Properties标签介绍
➢ Material ➢ Surface Properties
-材质新增 -光学特性之编辑
2020/10/10
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32
定义颜色及偏振片
➢ Prescription -找出光线与surface作用之顺序，用于
2020/10/10
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微结构建立
• RepTile Properties
2020/10/10
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Parabolic Reflector范例
2020/10/10
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44
建立反射镜
• 參考右圖，建立一拋物 面鏡
•Primitive Solids
–Block –Cylinder/Cone –Torus –Sphere –Thin Sheet
2020/10/10
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26
布尔运算
• 布尔运算
– 交集
– 联集
– 相减
2020/10/10
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27
• Sweep
射） ➢ Temperature -考虑温度效应
2020/10/10
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34
RepTile及重点采样
➢ RepTile -设定RepTile特性，应用于背光模块或微结构设计 ➢ Importance Sampling -为改进Monte Carlo计算效能的一种 技术
2020/10/10
2020/10/10
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6
版本
•目前版本3.3.1版
–包含有一个主程序及数个 CAD Translator
–Photo realistic Render –主程序分为四个等级
RC ,LC ,Standard ,Expert
•每年数次版本更新
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2020/10/10
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3
Ray tracing
➢ Sequential ray tracing(序列性描光)
▪ 以光学面来建构模型 ▪ 单一光源 ▪ 计算时考虑光学面之顺序 ▪ 各光学面只计算一次 ▪ 计算速率快,时间短 ▪ 可作最佳化计算(Optimization) 及 公差分析(Tolerance)
清车灯,香港理工大学，ASM等其它灯具，镜头厂，车灯，背光源…
2020/10/10
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8
国外知名客户
2020/10/10
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9
保留材质数据
• 在TracePro中定义Model之Properties,以其它 ACIS-based软件打开此档案,其Properties仍存在, 修改Model后再以TracePro开启Properties仍不变
1g2
4(1g22gcos)3/2
g为Anisotropy系数，-1<g<1。
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40
渐变折射率
• Gradient Index Properties
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41
镀膜膜层建立
• Thin Film stack
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12
安装系统
•系统需求
–CPU :Pentium III 900 MHZ
–系统接口:Window 98/ME ,NT或2000,XP
–内存 :256MB(Win 98/ME)
–512MB(Win NT/2000,XP)
–硬盘空间:TracePro 50MB
偏好设定
• Preferences
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TracePro模拟步骤
• 建立模型及材質，光學特性
• 光源建立
• 描光设定
• 分析功能
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建立模型方式
• TracePro直接建立
– 利用TracePro内建之功能建立各种模型
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-水槽型(Trough)
沟状
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21
复合沟状
-复合水槽型(Compound Trough)
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22
方形反射面
-Rectangular Concentrator
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• Healing-可利用healing来修正模型错误
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30
镜头设计软件转文件
• Insert Lens Design Software data
– ZEMAX – OSLO – CodeV – ACCOS – Sigma2000
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TracePro TRAINING COURSE
E-Mail:
2020/10/10
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1
课程内容
• 光學軟體屬性 • TracePro 簡介 • TracePro 模擬步驟 • 应用实例说明
2020/10/10
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2
光学设计仿真软件之属性
➢ 依计算方式分为几类，例如：
-灯泡模型使用 • Source File • Raytrace -点光源,面光源
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Parabolic Reflector模拟
• 使用前一范例 • 试建立一Grid 光源 • Trace rays
• CAD转档
– 利用CAD软件，如SolidWork，Pro/E，Catia，UG等。建立三 维固体模型后，转入TracePro模拟
• 光学设计软件转文件
– 可读取ZEMAX，OSLO，CodeV之镜头档案
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内建三维固体模型
• Lens Element
–IGES&STEP 转换程序 10MB
–显示卡: 分辨率1024*768
–内存 2MB 以上，支持OpenGL
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13
使用前设定
• 系统设定 * Customize设定-
Database file
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14
– 球面,非球面 – 材质 – Aperture
• Fresnel Lens
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18
反射面
• Reflector -圆锥型(Conic)
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19
复合状反射面
-3D Compound
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面延伸
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28
• Revolve
面旋转
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29
CAD转档
• IGES,STEP,SAT,STL,Translator
• CATIA或Pro/E Reader & Writer
– 直接读取
• 必须为Solid固体模型
AutoImportance Sample ➢ Color -定义object之颜色 ➢ Mueller Matrix -定义polarizes或wave plates
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33
GRIN及体积散射
➢ Gradient Index -定义GRIN Lens ➢ Bulk Scattering -定义体积散射（TracePro可模拟表面散射及体积散
23
多面体反射面
• Facetted Rim Ray • 指定光源位置、
大小及目标位置、 大小，便可自动 产生多面体反射 面
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24
遮光板及水管状
• Baffle Vane • Tube
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25
基本形状
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10
SAT特性
•可储存于SAT file之Data
–Material Properties –Surface Properties –Surface Source parameters –Importance sampling targets –Prescription data –Object and surface names –Exit surface for simulation mode
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5
TracePro简介
• 美国NASA卫星计划所开发的软件
• Lambda Research公司