准直TIR透镜Tracepro实例

1、准直TIR透镜的TracePro模拟过程说明：本例只讲解我用 TP的模拟过程，不是 TP的使用手册之类，讲解有误或不清楚的地方请见谅。本例不讲解透镜的设计方法，请不要追问如何设计透镜。最后提一个要求：不喜勿喷。作者：虫洞里的猫准直TIR透镜，是指在原点的点光源经过透镜后光线能平行出射的透镜，但由于LED的发光面都是面光源，因此LED经过此透镜后不可能是平行光出射，但其出光角度会是最小值。本实例以已设计好的准直 TIR透镜为例，逐步演示 TracePro的模拟过程。1插入3D文件TracePro可以打开多种 3D格式的文件，最方便的是直接插入零件，但此过程只能使 用.SAT格式的文件，如下图的过

2、程。瑟冏妙廻虫碍分忻虽倒P) ZLHITI Macros(M) 30 (W)也口|1,|自|阿|圍匍豐迺|创 星|釧回 蜃原|牺耳関对TH|口|副訂P|旧|能冋| 菲|几何昭勺口如果你的3D文件是其它格式，如STEP等，则可以用TracePro直接打开，具体过程为: 文件-打开，在打开的对话框的下拉菜单中选择合适的格式。丈几旧 五宙.E)锐可 &入fl m Z-匕壬旦逵iR)士忻询 投司书 ZhCT MiCfDi(M)岂口讯 flSient2000 Fil»ZEIfliU Files zni) TGE£ig:右Q TracePro Expert -或呈;Writit

3、lfd/HVIIA-BS Files («. vdt)FfqE FhLts &1. prt .fc pri 冲十"饕“；坤 «sn 肌) C&Il a V4 Fules (*. ck.1i .*. nodel) 匚o.l:i« VS FlLo-e C*. c*tp&r t;cb.tpr odacl) lKv«Bitor Filas 鼠 ipt J 爾有立件A和朋1卅咽02设置光源2.1设置档案光源2.1.1方法一设置光源可以有很多方式，但最直接也最准确的是使用光源文件，在TracePro中也称为档案光源，TracePro

4、可用的档案光源主要有.DAT或.RAY格式的。此文件可以从LED厂家的官 网上下载，本实例使用的LED为CREE公司的XLamp XP-巳 如下图，XP-E Cool White OpticalSource Model - TracePro (zip) (42 MB)是适合 TracePro使用的光源文件，其网站地址为： http/www cree com/IED-Components-and-Modules/Products/Xlamp/Discrete-Directional/XIa mp-XPEoThe- KLim&XFHE LED cwt*存m 8w pswen Itiitr4

5、is9 pcfftMruM and ramUI? cTtia XLamp XH-E LED kii a paLkagt Min 0CS、耐輛 lfflrtB<ril. IliEBCCBQ4 Q>lfnth OW ? SWjrd-Hiuwp LED jMrtefnuncG! hId nm LED qhwa liRtMiLjhDnsNEwJCLamp KP-E Btac LEDs- prcHtaperc«Tl mow tux thanitw fiLXdiiifi Xlamp XR £D»r penfeu. wlh mi Sb ptrcdn Enuisr h

6、»tpnHt, XLamp JtP-E reriunsspset- betw«n LEO Av 刊 75基uQir>gv4d in Xianp VS lmu LEK1ED ModutH kDOWHLOAD 亡 EREFERENCE *7 J DtAGM卜 Downmd cm ：;h«£USE THE££匚PMCfiULTSpecciowiiVrvIJonsDocument AeonMilUmedkl I AJIA： 1 klEATaON TOOLRtlaied OKuffltnn口£* B. OrdaiingV

7、1;rannLui UpdsdKP F«mihf Banning LabcAinf2d0 Od 2013VP-C ggt«ISJ£ M述叮口 mgn HeiV«mo«iLui: UpdrdKP-E Blue OplK«l Sduhc 他曲 IE3 zJ*) 4«4 K6)Crva L nil 1彎113 Hw Ljiquc Murx>pai imrti Lhvnt Rr*a 州 ChimJwZT.2112Ome XLmpC LfcDi Lgiirita bwi 4. feaf in Df-0*d Di(ind >

8、fertB|i EMtfM*rt£ffeMbcSamjiXP E Blue Qp1m.bI Scurtt Mkl PrTmi何卍 fi (xip)(勺fl： HB)J4P-E Q»t WhiE-B OfriKal Sourca Hodci - ASAP (甲)J4 riB)YP-r Canl Whltn QpticT fifliinrv Muhri » mm:>4 MH)MP-E OH White (Wc-bl Soune MS (zj*)忖 KBJKJ> E CMl WhiE± 晌T抽 LlQhlTMli-壮1 町(7S HB)W*-t C

9、4«i Whliw Qwtk4i SwuHne- lucWhape 由* (列HA)JIF-t ILmo* Whits Oprlul Jdufcb HchIcI UPI Dfi-SPtDS (xip) 21&- Mi)KP E CM Whitt Oixticbl Sounc Iwfel PMfiouMe 7 (zip) (2«S HB)¥P-r Caal Whltn QpticjiJ 总mnr MoM - TnrFra 4 yip* |4? MB)XF-E C441 White (Wc-Bil Soune 代odei Zciimoi (zlpj 34 绢时

10、在下载好光源文件后，可直接导入。具体步骤为：定义-光源文件设定，如下图。(tfTraorfropert，隅埜瞰 KPEjf旳旧1昌1雷电 W|P 口1皓恒画刮制區圖创创回级|呦1创创闽瞰屜创罰制创设S材画P).購陶印t國圆刃屮|日宜|咀|小II到B #也田*竝卸宰謎S谥”-爭首光謀设足陆,”聲/超分柝F雉彌emih(v)jsaoj也冋臓盟卿 劇w 砂閒 nun 皿回觸.时 wwo在弹出的档案光源对话框中，点击光源档案后面的查选图标丄，将弹出新的选择对话框，按刚才光源文件存储的位置找到光源文件。CREE官网下载的光源文件通常会有大小不同的两个，这其中的主要区别是文件里的光线数量不同， 通常选择5

11、0W条光线的光源文件已经足够了。选择光源文件后，点击打开文件将 会被导入，这个过程需要的时间由文件大小与电脑的性能决定。档案光派M）打开光漕档名称：I 光源档案：I中心位置X:Y: |0"乙Wavelength: |査拱范国CD： | xpe cw TracePro| 3严區ik名称'修改日期桌面XPE CW TracePro-OSLO Format 1 million rays.2011/6/2 16:061匚 XPE CW TracePro-OSLO Format 500K rays.dat2011/6/2 16:07IIXPE CW TracePro-OSLO Form

12、at 500K rays文件名00:文件类型CT）：ProSource ray file 7*. DAT;*. FAY) 2J 臥丘e TiTes-. TXTJ. SRC)=ProSource rav file (* DAT;*. RAY)|函J行产品.AXPE CW TfacePro-OSLO Fomiat 500K r.dat剩余时间 0:01:09已使用0:00:07訥S HI1吠导入光源文件后可以调整光源的数据:调节总的光线条数:调节光通量大小:光通重缩i中占位置调节光源的位置与方向:此处添加波长:Wavelengtli:AddDelete2.1.2方法二点击TP界面左端的项目框（我也

13、不知道这个地方怎么命名）最下面的光源, 然后右击档案光源，再从定义里面点击档案光源，后面的操作与方法一是一致的TracePro Expert -章型:准直TIR圈E可劉o>|oai心花名zl'X z1乜袁件(F)晞(£)视曙w WAd)宦义W光超迩(出分W(A) 16用格点光萍卜豪is光遍.+追迹已近舱光掠追迹律光源嘩侃).“包盘半逮13坝目 討際所远澤项目 打开芋薛项吕 包含所肓项目 ma狮衬项目 切臬学育项目 雇牛有顷目口折昼分支豪幵奇押皿目徂】立 CE)格味崔源g栏眾聞光薄.”22设置表面光源对于一些小厂的LED通常没有光学文件，此时可能需要用表面光源代替 .光源

14、的属性设置对于模拟的准确性至关重要， 因此最好能使用光源文件，在 没有光学文件的情况下需要准确的设置表面光源。表面光源的发光面，通常以芯片的发光面积来设置表面光源的发光面，光型 选择朗伯型。或者，可以测试出裸光源的配光曲线，再用表面光源生成器生成比 较准确的表面光源导入到TP。对于一些贴片LED表面光源的发光面积比较麻烦，因为比较难确定有效的 发光面积。表面光源是在 TP里建一个表面，可以是一个薄片， 也可以一个物体的一个表面。 此实 例不再详细这个，因为这是 TP的基本操作。3设置属性TracePro是一款光学模拟软件，因此需要按实际情况赋予模拟文件中各物体的属性，但只需要相关的光学属性，一

15、些对模拟没有影响的属性则不必设置。在本实例中，整个光学系统比较简单。只需设计透镜的材质为PMMA。右击透镜后选择属性，在打开的应用特性对话框中点击材料，然后目录栏选择Plastic，名称栏选择PMMA，点击确定后即可。M)文做F) m(E)USAO)走0|3旧|鱼|引判團 製I钱阪|®|©|Q|看I制 .xJ ffi XLEDIft(D) 移动(M) SES$(O). £50 体(I)显示物体WCS(J)层性)折酣有分支(O折叠分支(B)晨开所有分支(A)应I ° B I g !4光线追迹设置好材料属性及光源后， 就可以模拟了，或者说可以光线追迹了。 模

16、拟主要要得到配 光曲线与光斑，光斑则需要一个目标面的， 这个面可以是薄片， 也可以是某一物体的一个表 面，这个面是不需要设置属性的。当然，你也可以将这个面设置成完全吸收，但在查看光斑时则需要选择相对应的项。我个人比较喜欢用薄板作为目标面。插入-几何物体，打开对话框，点击薄板，输入薄板的四个顶点的坐标，再点击插入。 薄板的位置与大小视具体情况而定。13撞入基本几何体旦 亘一方块|圆柱/團椎|圆坏|球体 薄板设置好目标面后，就可以模拟了。在光线追迹的下拉菜单中点击开始光线追迹，就开始跑光了，这个过程需要的时间由光线数量，透镜系统的复杂性，电脑性能等决定。通常，最 开始模拟的时候为了节约时间不需要太

17、多的光线数量，在设计的结果基本符合要求的情况下可以加大模拟的光线数量，但也不需太多，50W条光线就足够了。丈畔僻.輛阳砥囹足刃di口|圖R 副 糾列竜|斜|门| 題風囤|糾阖®|制制 爭| _£p倉I L耶 >i|b l p q| *|V|小11也口 II回！l胃丨于被吸收迸逋量 feO10009002000-”200显00-600-600-1000000追迹完成后，刚才的光线追迹进度框会自动消失，软件的界面会显示出光线。 此时的光线数量比较多，整个软件的界面都被光线的颜色布满，这个时候可以设置只显示部分光线。点击分析-光线筛选，在弹出光线筛选对话框中，在Displa

18、y后面输入0.1 （数值合适就可以了），然后点击Update。和光线苻选I 口 '岑三题色IP”.朽熙匿/光舸iEfflW).StfrH. 血底厦居顷.针对檯型窗口迸行光线筛选.SwtType:溺有光线ZiS oufcbs: ififiwZjWavelength: 所有% S larking Fl ays to 0 isp靱 卩'1Flux Display Range (as a tractian of Peak Flux) 光通里范H Pek 0 003797£B lumensMir3D Ji卿t/尢舷30 Si瓯"环度卿.Canddji Plots%t5

19、®m“iMKVfiECZ)卿/飞行时個曲靳BBtO） 光陰/飞疔时旬甘軒圏帝顶AJT耘寰倾邸MawUpdate0.0-1.0)Fl31耐伽Rr-3特打豪旺口谢斤科.怪倉 亠 3-5分析模拟结果5.1查看光斑光线追迹完成后，就可以查看光斑了，但前提是模拟是正确的。比如目标面放置错误， 可能会看不到光斑。光斑图，在TP里称为辐照度/光照度分析图，查看光斑也需要正确设置分析图的基本属 性。设置不当，也同样无法正确查看，如下图。-Iglal - lluffiinjinc.5 Map p：J T nS 41 Vt ifift目标閒Surfate01000 fiOO GOO 4002000200

20、-400-6D&-1000X (milimeters)IIIujtinance 艮寸谄;0 iux.悬大l：0lux.平均豐:。lux. SJtilftOlTi E6fi3l hcKSenl 杀充线这个时候我们可以右击分析图中的任何位置，点击辐射度/光照度分析图选项，打开对应的对话框。辐照度/光照度分析囹谨项图形数据分析项目1辐照度描绘光线1吸收厂以总出射通里进行归一化厂最大值開：P厂最小值同：|0-显示选项厂平骨化r对数里度图示计数：|50厂等高线图厂辅助图示分辨率:128x128厂区域坐标系厂剖面曲线对称：无厂梯度显示图形颜色：黒底换阶显示jd转换成 foot-candles (f

21、c)开启自动更新绘图平面方位设走厂自动设定法线与指上向重法线向重：X： oY: oz： ifli上向88： x： |oy： pz |o应用 |设置为默认值I从辐射度/光照度分析图选项可看出，描绘光线默认为吸收，但之前的目标面的属性没有设置成吸收，因此此处选择入射描绘托线X爲二一设置好描绘光线后，也不一定能正确显示光斑，因为绘图平面方位可能设定有误。此时可以勾选自动设定法线与指上向量。绘图平面方位设是自动设定法线与指上向里法线向毘:指上向里乙1Z: 0绘图平面方位设定硬自动设定法绒与指上向重法线向里:X: |0丫： I ”1指上向毘：X： |0Y: | 0Z:pi此时，分析图中应该能显示光斑了，

22、但可能看上去会有点奇怪，不像一个光斑。于止.羽比Dim 真诡汕皿罩,曲门血 的初55SIM 应如 甲 *«=1这是因为分显示选项我们没有正确选择，勾选平滑化后，此时我们可以看到正确的光斑了。选项中的其它选项，大家可以自己尝试看看有何变化，并体会这其中的关系。显示选【页帀平旁化厂对数里度囹示计数：50厂等高绒图'辅助图示12HX126厂区域坐标磊厂剖面曲绒对称：无3厂梯度显示图形颜色：黒底页阶显示V广转换成fgt-uwnd庇开启自动更新I5.2查看配光曲线5.2.1查看极坐标配光曲线现在我们来查看模拟的另一个重要结果一一配光曲线。先来看极坐标下的配光曲线，点击分析-Candel

23、a Plots-Polar Iso-Candela，打开极坐标配中的任意位置，打开坎德拉图选项。1KM-光曲线。但发现打开的图，什么都看不到，这是因为Can dela选项的设置可能有误。右击图阳啊光融 分折豈.却jnwiarace I - r -i 93) SAtO光泄遮RJ bj翅H兰|國:Ig吿巧工耳Macros(M) ©O(W蒔邮H)魁海光蘇分杆囿Cdndel.1 P；otsPblr IlO-CdndrlaCjndela托礴井忻圏 却歸分忻选顼臥田野飞行町同分光程/"fe聞间分折151®.光题史圮录旧)零世分昭 題/窖戛理项Ruta Hauler foo-C

24、andelaPoLr Candela DistributioniSJSitK.鬼蹶邑(¥)-Rectangular Candela Diitr：bution审显禺谧向 1«04(U4Whk e anan «um«.1 mfriSv-WkM B*H2t2kn f flfl ±2 卿込 M BMn. 5£&3q WriM 辛凭tll MO D施*MM « MWMO MOBmmi» 1- a古 22hu 申门胃 ±2 柑OtW卑亢 ifl 知 6»Kn 55&31 bxdvrft 耶舗

25、tfi;Ld心|轻biv| J 卷HTOPo<aj Candela DistitxJion P1o< 侵用狀祕栽 * 0 92666 &1197 制J0 cd. HA12907 9 cd Totd FK«92 697 Imtra«H sipu 册力如.FTfiXn-CtrkP标 R)F5J ajwimu) CandelaS3方位与光线 Falar IoC4nd«lEectuigular IsaCandla Cuiiel 分布 |法线向里方竝Y: Fl-指上向里数据进程对称 岳"3光线选择=以谖失光线作为匚沁业I渤据八使用所选面上的出射

26、光线（仅提供分析種式使用）:广使用所选平面或出射平面的入射遥线应用曲设为默认值圄Candela选项一共分4个子项目，一个全空间的配光曲线图应该是一个圆，但我们刚打开的图，只有四分之一个圆，因此应该是Candela分布有误。点击 Candela分布，按下图设置。I Candela 选项1=1芸方位弓光线| FolsrI首 o二Caudal a. Rectangular IsosCandela分布数据选择0平骨度E阿描绘点数或平骨参埶cd/klm水平方向角屢数目：|4厂最犬值氐）厂厂最小值Q p极坐标分布图V照明灯具格式角度间距 值）阿照明灯具绘图员度（阿矩砒分布囹厂对敎形式绘角度间距（1）师应用

27、固设药默认值I关于平滑度的设置，是大家比较关心的一个问题，从经验来看60-90是比较合适的，角度偏大平滑度可适当偏小。此外，平滑度还应该与模拟的光线数量有一定的关系。Pdar Can日皆Id DiSTritw/iDn PlH *用诵集槪效笨:叮第储&4I盯癥小值 5 3326erOO6 cd 内塗皈9 cfl. Tc阳 Fm>:92.G9? Im按上图设置后，会发现配光曲线出现了， 但与我们通常看到的有点差异， 通常所看到的 配光曲线都向下，这显然与方向有关系。 模拟的透镜的法向方向是 Y的正轴，因此方向按下 图设置就可以了，下图的右侧有关于法向与指上的定义。门Candela选项

28、d丨回丨 探JEectngular IoCandla - Candela 分布 |方位与光线 Falar Is4C4iid«l指上向量光线选择泾以濫失光线作为广使用所选面上的出射光线（仅提供分析欖式使用）：厂使用所迭平面或出射平面的入射光线埶拥进程对称 岳3应用曲方拉设为默认值|此外，关于“光线选择”大家或许也有疑问，实际上按字面意思理解就可以了。但关于 这个“遗失”我解释一下，它是指跑到了我们模拟的光学系统之外的光线，什么意思呢？如 果模拟的光学系统里有设置完全吸收面，哪光线射到这个面时会终止，此外任何光学系统对光都会有一个吸收。这里的“遗失”是指除去被吸收之外的，可以照射到无穷远

29、的地方去的 光线。这也是我不喜欢将目标面设置成完全吸收的原因，因为这个时候不能得到完整的配光曲线。（这部分只针对TP6.0版本）Pdar Can日色Id DiSTritw/iDn PlH 僵Hlk射旳悔在目肝酉SuriKV Q效笨:叮DB22-55衍1癥A>-JmI 1 2fl54erOO6 cd 内塗皈 9 cfl. Tc阳 Fm>:90.e43 Im522查看矩坐标配光曲线上面我们得到了极坐标下的配光曲线，由于TP不是自动读出配光曲线的角度，且在小角度的情况下用极坐标比较难读出配光曲线的角度。这个时候我们可以用另一个比较常用的配光曲线，矩坐标的配光曲线。点击分析-Candela

30、 Plots-Rectangular Iso-Candela，打开矩坐标的配光曲线。矩坐标下，可以设置矩形分布图的的角度间距，上图得得是默认间距下的图，也比较难读出角度。可以按下图将角度间距设置成10度，配光曲线变化如下。I 匚andelaI D方位弓先线 | Folfir I4Cuid«lEectuigular IsoCandlaCandela.分布分布数据谨择审平滑度g）阿描绘点數或平滑臺数cd/klm水平方向角度埶目：4'最天值© |5厂最小值Q P勺辅出駆檢坐标分布图¥照明灯具格式角度间距 值）阿照明灯具绘图员度（阿拒彫分布囹广对數形式绘角度间距1

31、0应用回设为默认值|11e通常在没有说明的情况下，灯具或光源的发光角度按半光强夹定义。得到的配光曲线, 中心最大光强为 2896 ( cd),半光强为1448( cd),对应角度的夹角大约为9度。6导出模拟结果I a a IljBEaJ模拟结果的导出，通常包括得到的图片另存下来，包括光斑图与配光曲线图等。rsddianee/llumiriah<.e Mjp：pfc宜TR泊黒6006C0600400-1002W-200200SJUtO).4QQ600fJBl(P).-Ol + PBOOnuocioSSi(RlTotal Illuminance Map 对于入射 ftiSS目飯面Surfac

32、e 0-10«-800 硼-400200200 4W 600£0010001(MMJ-1000 -SOO -W)-400-2000200 AM 600 SOO 1000X (rnillimelers)Illuminance值.2朗棉e-&09 lux,廉大值 2828.2 lux.平均值 122700 kot,总光適里的£36Im, 555旳tftcidentft线曲为阿“U另一个比较重要的导出IES文件，IES文件是灯具或光源的光强在空间公布的电子格式的文件，里面还可以包括生产公司，测试时间，功率等信息。但TP导出IES文件只包括相关的光学数据。IESNA LM-63(*.ies),弹出OK输入文件名再确认。IES打开配光曲线，右击再点另存为，打开对话框，保存类型选择 IES File Defaults