TracePro光学仿真软件应用
Tracepro在大功率LED一次光学设计中的应用简介
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他们用Tracepro来做些什么？
导光管（ light pipes ）、背光板 (Backlight Light) 、面板灯等 相机系统、投影显示系统 杂散光分析 汽车照明系统（ automotive lighting ）：前头灯、尾灯、内部及仪表 照明 照明灯具、照明应用 LED 光学设计及应用 红外线成像系统（ infrared imaging systems ） 薄膜光学（ tissue optics ）
要求：利用低折硅胶（n=1.41）在离灯珠10米处，形 成一个长20米，宽3米的矩形均匀光斑；
专业LED制造商，提供照明解决方案
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四、设计经验分享和相关注 意事项
Monte Carlo相关； 光线颜色问题； 导入模型格式（SAT、IGES 、STEP ）; 仿真模式不分析模式； IES文件格式相关； 模型破面问题； 中英文版本的细微差距；
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设
r In A ( x, z) r ( xt 故有， O u t B ( xt , H ) ( xt N ( dz, dx)
( x, z) x z
2 2
x, H z) x) (H z)
2 2 2
(dx ) (dz )
2 2
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建立仿真光路系统模型
曲面数据 计算
Proe透镜建 模
模型导入 TP 完善光路 系统模型
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参数设置不光线追迹
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仿真结果不分析
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TracePro光学软件
❖ TracePro的4个等级：
RC：只能仿真反射式光学机构； LC：可以分析较少对象数及光源数的系统； Standard：标准配备，可分析大部分照明及光学
系统； Expert：增加 RepTile 功能，方便设计多且重复
的对象。
TracePro光学软件
❖ TracePro用“Generalized Raytracing”技术来 追迹光线,这种技术允许你引入光线到一个模 型，而在物件和表面相交处并没有引起额外 的损失。在每个每交点，个体光线遵从吸收、 反射、折射、衍射和散射定律。
TracePro光学软件
❖ 点击Revolve Surface插入延伸，见下图：
TracePro光学软件
❖ 最后进行Sweep面延伸，完成导光管的实体模型： 1、选中端面Surface3，使用Edit→Surface→Sweep命令。 2、在Sweep Surface Selection对话框中输入Distance为 15 ， Draft为－2。 3、选中Sweep along Surface normal，见图
TracePro光学软件
❖ 点击Insert插入，然后缩放
TracePro光学软件
❖ 接下来使用Revolve命令对上面输入的光管进行右端面延伸： 1、选中光管右端面，即表面2。 2、选择Edit→Surface→Revolve命令。 3、在Revolve Surface Selection对话框中，延转角度Angle 为90度，半径25。 4、位置坐标输入见图：
TracePro光学软件
TracePro光学软件
❖ 最后进行描光设定：
1、在Analysis下拉菜单中选择Ray trace Options。 2、点击Thresholds一栏，将Flux的值设为0.0005。 3、点击Apply运用。 4、在Analysis下拉菜单中选择Grid Raytrace。 5、在Grid Setup一栏中进行如下参数设定。
tracepro教程 (2)
TracePro教程简介TracePro是一款先进的光学模拟软件，能够帮助工程师和设计师进行光学系统的设计和优化。
本教程将介绍TracePro的基本用法和常用功能，帮助读者快速上手和熟练使用该软件。
安装和配置在开始使用TracePro之前，首先需要安装该软件并进行必要的配置。
安装TracePro软件请按照软件提供商提供的安装指南，下载和安装TracePro软件。
安装完成后，确保软件已经成功运行并可以正常使用。
配置TracePro软件在使用TracePro之前，需要对软件进行一些配置，以确保软件的正常运行和满足用户特定的需求。
具体的配置步骤如下：1.打开TracePro软件，选择“Options”菜单，再选择“Preferences”选项。
2.在弹出的对话框中，可以进行多种配置操作，包括界面语言、文件保存路径、单位设置等。
根据实际需求，进行相应的配置调整。
3.点击“Apply”按钮，保存配置修改后的设置。
4.关闭对话框，已完成TracePro软件的配置。
创建新项目在开始进行光学系统的设计和优化之前，首先需要创建一个新的TracePro项目。
下面是创建新项目的步骤：1.打开TracePro软件，选择“File”菜单，再选择“NewProject”选项。
2.在弹出的对话框中，输入项目的名称和保存路径。
3.点击“OK”按钮，创建新项目。
4.创建完成后，可以在软件界面中看到新项目的文件结构和相关信息。
导入和编辑模型TracePro支持导入和编辑多种模型，包括几何模型、光学材料、光源等。
下面将介绍导入和编辑模型的方法。
导入模型要导入模型到TracePro项目中，需按照以下步骤操作：1.在软件界面的“Model”选项卡下，选择“Import”按钮。
2.在弹出的对话框中，选择要导入的模型文件，并点击“Open”按钮。
目前TracePro支持常见的模型文件格式，如STEP、IGES、STL等。
3.导入完成后，可以在软件界面中看到导入的模型，并对其进行进一步编辑和设置。
TracePro光学仿真软件应用
TracePro光学仿真软件TracePro这套高阶光学仿真软件，是目前市占有率最高的仿真软件，这一切都是因为它以ACIS 的固体模型为核心，所以使用者在设计分析模型时，可以非常直观的了解其模型。
而在赋予其对象材质时，不需特殊的使用技巧，即可完成所有的设定，更是令人激赏。
当然功能强大且完整的分析图形及表格，更是使用者不可或缺的好帮手。
而这样功能完整的软件，其学习曲线却目前市面上所有光学软件中公认最短的，所以TracePro可以帮助使用者在很短的时间内完全学会使用TracePro，不会因为冗长的学习过程而使人却步。
应用领域车灯相关(HID、LED、Fluorescent、Incandescent……等的灯源)、太空相关(杂散光、鬼影、热效应对影像的影响……等)、显示相关、照明相关、生医相关、雷射组件、消费性电子产品、TracePro等级分类RC：这个版本是针对反射式照明系统在3D设计环境所设计的版本等级，可分析35个对象和10个光源。
LC：这个版本是针对所有的照明系统，其中包含大部分TracePro的分析功能，可分析35个对象和10个光源。
Standard：这个版本是针对所有的照明系统的标准版本，可分析绝大部分的照明及光学系统，且可无限制的设计光源及对象。
Expert：这个版本是最高等级的版本，这也意味着这个版本将可使用TracePro所有功能，其中还包括有RepTile、热分析及双折射……等等的高阶设计功能。
而Reptile是TracePro针对背光板所新增的特殊算法，可用来设计百万个以上用来散射的点以及多棱镜的增光片……等。
汽车产业车灯设计方案(TracePro in the automobile industry lamp)Design Overview汽车产业车灯设计方案利用TracePro强大的分析运算及简易的操作接口，准确的设计出符合国际法规要求的车灯系统。
更可搭配外挂模块-Photo-realistic Rendering秀出人眼的实际视觉效果。
tracepro使用指南
tracepro使用指南TracePro是一款用于光学和照明系统设计和分析的软件工具。
它具有强大的功能和灵活性，可以帮助用户快速准确地进行光学系统的设计和优化。
本文将为您介绍TracePro的使用指南，帮助您更好地了解和使用这一软件工具。
一、TracePro简介TracePro是美国Lambda Research公司开发的一款基于物理光学原理的软件工具。
它提供了一套完整的工具和功能，可以帮助用户进行光学系统的设计、分析和优化。
TracePro可以模拟和分析多种光学过程，包括散射、透射、反射、折射等。
它可以模拟光线的传播路径，并计算光学元件的性能参数，如光强分布、亮度、照度等。
二、TracePro的安装与启动2. 启动TracePro：启动TracePro后，可以选择新建一个项目或者打开一个已有的项目。
新建项目时，需要先选择一个工作目录和文件名，并设置项目的基本信息。
三、创建模型1. 创建模型：在TracePro中，可以通过两种方式创建模型，即创建几何模型和导入CAD文件。
创建几何模型时，可以选择从零开始创建或者使用预定义的几何体。
导入CAD文件时，可以选择支持的CAD文件格式，如STEP、IGES等。
2. 定义材料属性：在创建模型后，需要为模型定义材料属性。
可以从TracePro的数据库中选择预定义的材料属性，也可以手动定义或导入材料属性。
3.修改模型参数：可以对模型的参数进行修改，如几何体的大小、形状等。
也可以对模型的材料属性进行修改，如折射率、吸收率等。
四、设置光源和探测器1. 设置光源：在TracePro中，可以选择不同类型的光源，如点光源、平行光源、球面光源等。
可以设置光源的功率、波长、方向等参数。
2. 设置探测器：在TracePro中，可以选择不同类型的探测器，如粒子探测器、能量探测器、光强度探测器等。
可以设置探测器的位置、形状、大小等参数。
五、设置系统条件1. 设置边界条件：在TracePro中，可以设置系统的边界条件，如外部介质的折射率、吸收率等。
TracePro软件在“LED技术”教学中的应用
一套普遍用于照明系统的光学仿真软件。在“LED 技术”教学过程中增设 LED 光学设计实验，利用 TracePro 软件
模拟 LED 器件辐度学和光度学等各种光学性能，使学生对 LED 理论基础知识及其应用有更直观的了解。实践证
明，通过 TracePro 软件仿真教学能够提高学生的兴趣热情，加强对抽象知识的理解，获得更好的教学效果。
光源的照明光学系统中，一般都是将多个 LED 以一定的形
状阵列排布，将多个 LED 的光线在照明目标面上叠加加以
得到光照度均匀分布。根据照明灯具的光输出特性和应用场
合，将多颗 LED 组合在一起，有多种排列方式，如线性排
列、平面排列、曲面排列、立体排列等。用 TracePro 软件自
行设计一款简易的 LED 阵列排布进行建模仿真，如图 5 所
教学难度，也增加了学生的学习难度。笔者通过教学实践， 的波长，单位为纳米（nm）。相关色温是光源发射的光与黑
利用 TracePro 软件仿真技术，设计多种 LED 光学仿真实验， 体在某一温度下辐射的光颜色最接近时的黑体温度，单位为
取得较好的教学效果。 2 TracePro 仿真软件简介
开尔文（K）。这些抽象的理论概念通过 TracePro 软件进行 LED 仿真，可设置或获取相应的这些光色参数，使学生更好
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2021）13－0160－03
2021 年 第 13 期
TracePro 软件在“LED 技术”教学中的应用＊
刘康
（福建省厦门市集美区厦门工学院，福建 厦门 361021）
摘 要：“LED 技术”课程旨向学生教授半导体照明材料、LED 器件、灯具及照明应用技术，而 TracePro 软件是
Tracepro学习教程
Tracepro学习教程Tracepro是一款强大的光学设计和仿真软件，广泛应用于光学系统设计和光学元件性能评估。
它提供了一套完整的工具和功能，可用于光学元件分析、衍射和散射分析、非球面镜设计、光学系统优化、发光二极管（LED）设计和非线性光学分析等。
1. Tracepro的安装和基本界面2. Tracepro的基本操作和数据输入在学习Tracepro之前，用户需要了解软件的基本操作和数据输入方式。
Tracepro可以通过输入光源、光学元件和材料等数据来进行光学设计和分析。
用户可以使用Tracepro提供的标准光源模型，也可以导入外部光源数据。
通过设置光源的参数和位置，用户可以模拟不同类型的光源，并观察其在光学系统中的传播和衍射情况。
对于光学元件的设计，用户可以选择使用Tracepro提供的标准元件模型，也可以自定义非球面镜、透镜等元件。
用户可以设置元件的参数和材料属性，并观察它们对光学系统的影响。
3.光学系统设计和优化Tracepro提供了丰富的工具和功能，用于光学系统设计和优化。
用户可以通过在光学系统中添加、删除或调整光学元件，来改变光学系统的传输特性。
用户可以观察光束的传播路径、聚焦性能和光线散射情况，以评估光学系统的性能。
在光学系统优化方面，Tracepro提供了多种优化算法和策略，例如遗传算法、步进法和灵敏度分析等。
用户可以根据需要选择合适的优化方法，并设置优化的目标和约束条件，以实现光学系统的最佳设计。
4.光学元件性能评估和分析5.LED设计和非线性光学分析除了常规光学设计和分析，Tracepro还提供了专门的功能和工具，用于发光二极管（LED）设计和非线性光学分析。
在LED设计方面，用户可以模拟LED光源的发射特性、发光度和色温等，并评估其在光学系统中的光衰情况。
在非线性光学分析方面，Tracepro可以模拟非线性光学效应，例如二次谐波生成（SHG）、三次谐波生成（THG）和光学放大等。
TracePro光学仿真及WinTherm示例(legend08fda整理)
这类系统光源的像位于成像物镜的入瞳上，保证一定大小的光源的能量进入成像物镜。 而欲成像的物平面放置在聚光镜与成像物镜之间，一般尽量靠近聚光镜。 很明显， 如果没有聚光镜， 光源发出的一定孔径角的光线直接照到透明画面上后再出射
将发散得很厉害， 只会有很少部分光线进入成像物镜， 甚至可能使物平面边缘点的光线完全 不能进入成像物镜。可见，在这种系统中加聚光镜是非常必要的。 三、软件介绍 （一）TracePro 介绍 TracePro 是美国 Lambda Research 公司产品，是一套符合工业标准的 ACIS 固体模型绘 图软件发展的光机软件。它广泛用于镜头杂散光分析，背光板设计，LED 照明，灯具，车 灯，投影显示器在，扫描仪，医疗仪器等领域。目前版本为 4.0，包含主程序与其它 CAD 软件的档案转换工具，其中主程序包含 RC，LC，Standard，Expert 四个版本，可以对真实 场景（Photo realistic）进行计算和显示，具有众多的国内外用户群。 TracePro 模拟步骤分为：建立（修改）模型，定义光学物性，定义（修改）光源，描光 设定及计算，结果分析，报表模型输出等几个步骤。如下框图所示：
其边缘亮度为中心亮度的 70%左右。由于人眼对亮度的感觉较为敏感，故照度的均匀性十 分重要。 以下为光强度的方向分布图：
可以看出，其光强的分布角（孔径角）约为 17 。 由上分析可知，由于镜片的象差存在，孔径角过大会引起傍轴条件的破坏，因此，照度分布 会不均匀；且衍射的存在，受衍射极限的限制，孔径角应约束在一定小角度内，采取加长有 效工作长度（反射式）来达到投影面的尺寸指标。 所学知识：深入了解了光线追迹的原理，熟悉了 TracePro 软件的运行模式及相关操作，指 标判读和与其它软件的配合使用性能及兼容问题。 待改进之处：在建模之后应在 zemax 中进行象差较正，符合尺寸设计，再在 TracePro 中进 行光线追迹，分析各技术指标，从而进行优化改进。
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TracePro光学仿真软件TracePro这套高阶光学仿真软件，是目前市占有率最高的仿真软件，这一切都是因为它以ACIS 的固体模型为核心，所以使用者在设计分析模型时，可以非常直观的了解其模型。
而在赋予其对象材质时，不需特殊的使用技巧，即可完成所有的设定，更是令人激赏。
当然功能强大且完整的分析图形及表格，更是使用者不可或缺的好帮手。
而这样功能完整的软件，其学习曲线却目前市面上所有光学软件中公认最短的，所以TracePro可以帮助使用者在很短的时间内完全学会使用TracePro，不会因为冗长的学习过程而使人却步。
应用领域车灯相关(HID、LED、Fluorescent、Incandescent……等的灯源)、太空相关(杂散光、鬼影、热效应对影像的影响……等)、显示相关、照明相关、生医相关、雷射组件、消费性电子产品、TracePro等级分类RC：这个版本是针对反射式照明系统在3D设计环境所设计的版本等级，可分析35个对象和10个光源。
LC：这个版本是针对所有的照明系统，其中包含大部分TracePro的分析功能，可分析35个对象和10个光源。
Standard：这个版本是针对所有的照明系统的标准版本，可分析绝大部分的照明及光学系统，且可无限制的设计光源及对象。
Expert：这个版本是最高等级的版本，这也意味着这个版本将可使用TracePro所有功能，其中还包括有RepTile、热分析及双折射……等等的高阶设计功能。
而Reptile是TracePro针对背光板所新增的特殊算法，可用来设计百万个以上用来散射的点以及多棱镜的增光片……等。
汽车产业车灯设计方案(TracePro in the automobile industry lamp)Design Overview汽车产业车灯设计方案利用TracePro强大的分析运算及简易的操作接口，准确的设计出符合国际法规要求的车灯系统。
更可搭配外挂模块-Photo-realistic Rendering秀出人眼的实际视觉效果。
TracePro提供了下列之功能来方便设计及准确的分析车灯系统：z使用Reverse ray tracing之功能来分析杂散光现像及解决杂散光。
z搭配内部大量之车前灯光源之数据库来设计出faceted reflector。
z可建立array of lenslets 或lens来搭配设计出之反射罩来模拟分析出整个车灯系统。
z可于一般之3D 立体模型建立之软件如CAD(SAT、IGES、STEP等等)来建构车灯系统，加载/载出(import/export)TracePro作车灯之光学分析。
z很简易的设计出Fresnel lens 搭配光源作车灯分析。
z自建光源来作车灯分析，而TracePro内部也提供了大量之光源可供分析如Osram、Philips、GE、日亚、agilent、Hamahatsu、T oshiba、HP、Panasonic、Siemes等厂商的LED、HID、氙气灯、白炽灯、卤素灯完整之光源数据。
z更提供了RepTile之功能来快速地设计出重复式架构如Fresnel lens 、LED array等等及降低计算时间。
适用之等级建议TracePro LC VTracePro Standard V VTracePro Expert V航空及国防之设计方案(TracePro in the aerospace and defense industries)Design Overview航空及国防之设计方案利用TracePro 严谨的环境参数定义及高精准度功能，设计出高要求性系统之航空及国防方案(不允许有任何的偏差)。
如Stray light analysis 、light pipes 。
TracePro 提供了下列之功能来方便之设计及精准的分析航空及国防光学系统：z 使用Importance sampling 之功能来加强取样呈现出散射效应之分析，如望远镜系统、飞弹系统。
z 精确的定义出非对称式之散射表面及波长、温度之环境参数之设定。
z 可详细的定义表面之穿透、收吸，反射、散射等等之光学特性。
z 利用其非序列的描光方式呈现出杂散光之效果，并进行分析及处理。
z 也可模拟出aperture 或Lyot stops 及knife edges 之绕射效应。
z 详细的呈现每一个对象其之描光分析，秀出每一个量测面之光线、强度、波长等等之分析数据。
z 也可呈现出报表的分析结果，详细的呈现出每一条光线的详细资料。
z 其光源波长之设定可为连续的波段、离散的波长值之外，也可设定为自然光的波长效果(黑体辐射)。
适用之等级建议 TracePro LC VTracePro Standard VTracePro Expert V VLight pipes平面显示器设计方案(TracePro in the display industries)照明系统设计方案(TracePro in the lighting industry)Design Overview说到了光学系统更少不了有照明系统这一环，而当然TracePro 也是如此，所以TracePro 提供了很方便的功能及简易操作接口来分析及设计照明系统。
TracePro 提供了下列之功能来设计照明系统：z TracePro 内部提供了大量的光源档供设计者使用，其中更包含许多大厂常见的光源如Osram 、Philips 等及超过200以上的工业标准光源档。
z 更可以建立你所量测出之光源，供设计时使用。
z 提供了Alanod 、Alcoa 、Sacall and Anafol 等等大厂之表面特性来使用。
z 可完整的仿真出照明光学系统，无论是室外室内皆可，更可详细的分析每一个表面的光通量、光强度等等。
z 可使用RepTile 之功能设计复杂的棱镜、扩散片等等。
适用之等级建议 TracePro LC VTracePro Standard V VTracePro ExpertV Light system医学设计方案(TracePro in the medical industry)Design Overview就医学上有不少的设备及设计也都是属于光学这一环，如耳温枪的红外线部份就可以用TracePro 来模拟及设计。
TracePro 提供了下列之功能来方便之医学设计系统：z TracePro 内部提供了大量人体散射函数来仿真出光线与人体的交互作用。
z 可利用内部提供之人体散射函数来建立出完整的人体仿真系统。
z 可使用volume flux viewer 。
(空间切割)观看光在空间中那一个区段之能量变化情形。
z 也可自行定义人体散射函数。
z 可由在TracePro 上定义出任意的材质、表面、人体散射函数之数据库出来。
适用之等级 建议 TracePro Standard VTracePro Expert V VMedical system雷射组件设计方案(TracePro in the laser component industry) Design Overview利用TracePro 精准度可以详细的仿真出雷射组件光学分析，如会议上不可缺少的雷射笔，计算机的光学鼠甚至光纤通信上的分析也可以详细的模拟出来。
TracePro 提供了下列之功能来方便设计及分析雷射组件：z 可详细的分析出雷射共振腔内的效应。
z 可利用3D flux data 方便的设计及分析雷射共振腔。
z 分析每一条光线光学特性如能量、角度、吸收、 反射等等之情形。
z 分析laser diode 打在人体、材质、晶体等等物质之光学分析。
z 也可设计出非对称式之面光源效果如lambertian or user-defined 及多光源的效果。
z 可分析出偏振光在双折射晶体其极化变化情形。
z 可用Stokes vectors 设计所以偏振效应。
适用之等级建议 TracePro Standard V VTracePro Expert VPolarization map机构组件效应(TracePro the machine vision component industry)Design OverviewTracePro 与其它光学设计软件最大的差异性，在于其除了仿真光学系统之外，还可以做机构的光学分析，如一个照像机除了可以模拟成像之外，还可以模拟出机壳对成像效果的影响如GHOST 。
TracePro 提供了下列之功能来方便分析机构组件：z 可实际的模拟出非对称的ＢＳＤＦ之散射效应。
z 可import 五个目前市面上常见之光学设计软件如ZEMAX 、OSLO 等等。
z 可完整模拟及分析出光由热源到Lens 等等之组件之效应。
z 利用非序列的描光方式来达成多重路径的描光方式(自然界中光线正真的描光方式)。
z 可详细的分析出各个侦测面的flux 并可转成报表之方式，方便处理。
适用之等级建议 TracePro LC VTracePro Standard V VTracePro Expert VCamera消费性电子产品的搭配(TracePro in the consumer electronics industry) Design Overview其实一般的光学系统利用TracePro 皆可以仿真，而TracePro 除了仿真光学系统之外，其本身也提供了一些简易的组件来设计你的系统，你可以在一般的3D 绘画软件或在TracePro上皆可建立出你所需要的模型，所以你可以很方便将电子产品的原型图拿来作光学分析等等。
TracePro 提供了下列之功能来方便与消费性电子产品作分析：z 可用一此3D 的绘画软件建立模型(SAT 、IGES 、STEP)后并import 到TracePro 来作分析。
z 而TracePro 也提供了建立3D 模型的组件及秀出透明效果的功能，使得其3D 视觉更加强大。
z 可以利用设定光源之波长并以真实的颜色来表示。
z 而TracePro 本身也提供了很强大的3g 视觉效果，如 zooming 、panning 、rotating 、silhouette 、rendered 、wire frame views 及底色的设定等等来增加其视觉效果。
z 很容易的建立出solid 、lenses 、mirrors 、reflector 、fresnel lenses 、tubes 、primitiveshapes 等等，甚至其对象与对象之间还可以作布尔运算。
z 可选择多光源档的方式来模拟，也可设定为面光源、黑体幅射等等的方式来设定光源档。
适用之等级建议 TracePro LC VTracePro Standard V VTracePro Expert VProjector。