TracePro 中文教程

Tracepro 入门与进阶CYQ DESIGN STUDIO1Tracepro 入门与进阶CYQ DESIGN STUDIO内 容 简 介本书以美国 Lambda Research Corporation 的最新 3.24 版本为蓝本进行编写， 内容涵盖了 tracepro3.24 光学仿真设计的概念、tracepro 软件的配置和用户定制、光 学元件模型的创建、描光、分析等内容。

本书章节的安排次序采用由浅入深，前后呼应的教学原则，在内容安排上，为方 便读者更快、更深入地理解 tracepro 软件中的一些相关概念、命令和功能，并对运用 该软件进行光学仿真设计的过程有一个全局的了解，本书中介绍了单片 LCD 投影机 的仿真设计全过程，同时在本书的最后一章详细介绍了背光源等光学仿真设计过程， 增强了本书的可读性和实用性，摆脱单个概念、命令、功能的枯燥讲解和介绍。

本书可作为光学专业人员的自学教程和参考书籍， 也可作为大专院校光学、 光电专业 的学生学习 tracepro 的使用教材。

2Tracepro 入门与进阶CYQ DESIGN STUDIO前言Tracepro 是一套可以做照明光学系统分析、传统光学分析，辐射度以及光度分析 的软件， 它也是第一套由符合工业标准的 ACIS 立体模型绘图软件发展出来的光机软 件。

功能强大的 Tracepro 减轻了光学设计人员的劳动强度，节约了大量的人力资源， 缩短了设计周期，还可以开发出更多质量更高的光学产品。

但目前 Tracepro 学习教 程甚少， 不少初学者苦于无参考学习资料而举步为艰。

本人根据从事光学设计的经验 与运用 Tracepro 的体会，汇集成书，目的是使 Tracepro 的初学人员能快速入门，快 速见效，使已入门者能进一步提高 Tracepro 的应用水平和操作能力，从而在工作中 发挥更大的效益，为中国的光学事业作出贡献！ 本书乃仓促而成，虽然几经校对，但错误之处在所难免，恳请广大读者朋友予以 指正，不甚感谢！ 电子邮箱： cyqdesign@陈涌泉 2004 年 12 月 4 日3Tracepro 入门与进阶CYQ DESIGN STUDIO目录第一章 TracePro3.24 软件介绍与安装 --------------------------------------------------1 1.1 TracePro 软件介绍-------------- --------------------------------------------------5 1.2 TracePro3.24 软件安装 --------------------------------------------------7 第二章 基本功能介绍 ---------------------------------------------------------------------15 2.1 用户界面介绍 ---------------------------------------------------------------------15 2.2 系统设置 ------------------------------------------------------------------------23 2.3 建立模型途径 ---------------------------------------------------------------------24 2.4 建立模型 --------------------------------------------------24 2.4.1 Lens Element 建立 --------------------------------------------------25 2.4.2 菲涅尔透镜的建立 -----------------------------------------------------26 2.4.3 反射镜的建立 -------------------------------------------------------------27 2.4.4 基本形状建立 -------------------------------------------------------------28 2.4.5 其它模型 ------------------------------------------------------------------29 2.5 定义光学特性 --------------------------------------------------------------------29 2.5.1 运用属性 -------------------------------------------------------------------29 2.5.2 编辑属性数据- -------------------------------------------------------------30 2.6 分析功能-----------------------------------------------------------------------------31 2.6.1 照度、辉度分析-- ---------------------------------------------------------32 2.6.2 光强度分析 ----------------------------------------------------------------33 第三章 入门设计实例--- ----------------------------------------------------------------34 3.1 球形反光碗设计--------------------------------------------------------------------35 3.2 光源的建立 -------------------------------------------------------------------------39 3.3 聚光镜的建立 ----------------------------------------------------------------------40 3.4 菲涅尔透镜的建立-----------------------------------------------------------------42 3.4.1 焦距为 120mm 的菲涅尔透镜的建立 -----------------------------------43 3.4.2 焦距为 185mm 的菲涅尔透镜的建立-------------------------------------46 3.5 液晶屏的建立-----------------------------------------------------------------------48 3.6 投影镜头的建立--------------------------------------------------------------------50 3.7 LCD 投影机光学系统的建立 ---------------------------------------------------56 第四章 进阶设计实例----------------------------------------------------------------------62 4.1 导光管设计 -------------------------------------------------------------------------62 4.2 背光源设计 -------------------------------------------------------------------------69 4.2.1 背光源技术介绍--------------------------------------------------------------69 4.2.2 设计背光源--------------------------------------------------------------------734Tracepro 入门与进阶CYQ DESIGN STUDIO第一章：TracePro 软件介绍与安装1.1 TracePro软件介绍TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分 析辐射度和亮度的软件。

TracePro实例教程第一步是创建一个新项目。

在启动TracePro后，点击“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Project”命令。

在弹出的对话框中，输入项目的名称和路径，并选择模板。

我们选择“General”模板，它提供了一个基础的空白项目。

第二步是设置光线追迹的参数。

在项目创建后，我们需要设置光线追迹的参数，以便进行模拟和分析。

在左侧的“Configuration tree”窗口中，选择“Model”节点，并点击右键，在弹出菜单中选择“Add Model”。

在弹出的对话框中，选择“Ray Trace”模块，并点击“OK”按钮。

然后，在右侧的属性窗口中，设置光线源的类型和位置，以及其他相关参数。

第三步是绘制光学系统。

在项目中，我们需要绘制光学系统的几何形状。

在左侧的“Configuration tree”窗口中，选择“Geometry”节点，并点击右键，在弹出菜单中选择“Add Surface”。

然后，在右侧的属性窗口中，设置表面的类型和位置，例如球面、棱镜等。

通过重复这个过程，我们可以添加多个表面来构建完整的光学系统。

第四步是定义材料属性。

在光学系统设计中，材料的光学特性非常重要。

在左侧的“Configuration tree”窗口中，选择“Materials”节点，并点击右键，在弹出菜单中选择“Add Material”。

然后，在右侧的属性窗口中，设置材料的光学参数，例如折射率、透射率等。

第五步是设置分析和输出参数。

在光学系统设计完成后，我们可以通过模拟和分析来评估其性能。

在左侧的“Configuration tree”窗口中，选择“Analysis”节点，并点击右键，在弹出菜单中选择“Add OutputAnalysis”。

然后，在右侧的属性窗口中，选择要分析的参数和结果的输出格式。

第六步是运行模拟和分析。

在完成了上述的设置后，我们可以点击“Run”按钮来运行模拟和分析。

TracePro将根据设置的参数进行光线追迹，并生成相应的结果。

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⼊门基础⼆图2.5.2.62.5.2.3膜层定义打开Define下拉菜单，在Edit Property Data中选择Thin Film Stacks,打开膜层定义设置对话框，如图2.5.2.6为3 Layer AR膜层参数。

⽤户完全可以根据实际光学元件的膜层参数进⾏设置定义，使分析的光学系统或元件更接近实际。

选中Edit Enabl，变可以开始编辑膜层。

⽤户还可以点击New Stack，进⾏全新多种膜层设计。

2.5.2.4 RepTile定义RepTile功能可⽅便设计重复且微⼩的结构如监视器的应⽤及 Fresnel lenses，但此功能只在TracePro软件的Expert版本才具备。

打开Define下拉菜单，在Edit Property Data中选择ReTile Property,打开RepTile定义设置对话框，如图2.5.2.6所⽰。

在以后的章节中，本书将⽤⼤量的篇幅进⾏讲解，这⾥不做多的介绍。

2.6分析功能进⾏描光分析前，需要对描光进⾏设定，TracePro有两种模式可供选择：■分析模式（Analysis mode）：计算光线在所有物体，表⾯上的位置，⽅向，Flux，偏振等值，并存储在硬盘。

这种分析模式速度慢，对PC硬件需求较⼤。

■仿真模式（Simulation mode）：这种模式需要选取⼀个表⾯，TracePro 只存储这个⾯的光线资料。

速度⽐较快，对PC硬件要求不⼤。

TracePro具备强⼤的分析功能，主要分析功能如下：■照度、辉度、CIE⾊坐标、⾊度分析（Irradiance map）■光强度分析（Candela plot）■光线资料（光线位置、⽅向、通量）（Ray Histories）■选择需要分析的光线（Ray sorting）■⼈眼视觉模拟（Photorealistic Render）2.6.1照度、辉度分析照度、辉度分析在tracepro进⾏光学系统分析中常常使⽤到的功能如图2.6.1为⼀光学元件⼀⾯上的照度分析图。