TracePro光学设计说明书

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 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。

菲涅尔透镜TracePro教程首先，本教程是中使用的是TP7，采用RepTile特征应用在所要形成的菲涅尔面上。

所以，在应用菲涅尔特性之前，先构建好菲涅尔物镜的结构。

1.构建镜框。

2.点定义，材料特性里面点鳞甲特性，打开鳞甲特性编辑器3.点上图中的新增特性命名，选好变化方式，根据你想要定义的内容来定。

在这里，我选择可变参数。

点好确定之后，弹出上图，描述上面标注一下，将来用起来好识别。

（可无）带宽在这里我输入的是0.225，（参考CYQ大师的进阶资料）。

4.输出数据，方便我们载出之后定义。

点这个按钮，载出。

会弹出下面这个。

点保存这个txt文件，名字为Fresnel1.txt。

注意存放位置，我们下面会用到。

5.下面最小化TP，让我们学习一下菲涅尔透镜的参数。

在上一个步骤，我们看到Facet Angle和Draft Angle，如下图所示，这两个角度以及菲涅尔环带宽的介绍，参考如下文件，详见[1]：我们可以知道，定义带宽之后，需要定义每个环带不同的倾斜角度。

6.为了教程的进行，我们借用TP手册中的资料来载入菲涅尔透镜的角度。

打开文件TracePro\Examples\Demos\Fresnel Lens Arcsecs.txt，该文件里面的数据指的是每一环下facet angle的度数，但是该角度的单位是arcseconds。

这个单位是1/3600 度，所以，我们有必要转换回来。

下面说的这个转换方法是在Excel 里面转换的，可以借鉴一下。

用Exele打开：在B列输入公式=A1/3600，再应用到各列。

一共333列(可参考[2])。

拷贝好这一列数据，可以使用Cltl+Shift+↓选择该列数据复制。

7.使用Excel打开之前的txt文件，Fresnel1.txt再粘贴上面的数据到A19然后再到Draft Angle里面写满5（你们可以自定义，我是参考进阶里面的参数）。

写完后保存。

8.打开TP鳞甲特性编辑器，载入Fresnel1.txt这就完成了菲涅尔透镜鳞甲的设计了。

基本参数：型面为抛物面，聚光面积为72m 2，开口直径D=9577mm ，焦距f=7500mm 。

抛物面方程为 Z Y X 3022=+，聚光器共分为12块，每块间距为20mm 。

中心开口半径为100mm 。

接收平面半径为100mm 。

操作过程如下：(1) 打开软件双击快捷方式打开软件，出现如下的对话框，选择Standard 即可满足要求。

(2) 建立模型在菜单栏中选择Insert Reflector ，弹出Insert Reflector 对话框，选择Conic 选项，其中Shape 共分四种：球面、抛物面、椭圆面和双曲面。

在本例中聚光器型面为抛物面，所以选择Parabolic 。

此外其它的一些设置可以按上面的基本参数的要求填写，如下面对话框所示，填写完毕后点击Insert 按钮。

这样就建立了一个厚度为2mm 、焦距为7500mm 、开口直径为9577mm 、中间孔洞半径为100mm 、中心坐标为(0,0,0)的抛物面聚光器，如下右图所示。

要想从不同角度观察模型，可以从通过以下菜单进行操作。

其中和按钮比较常用，为全局放大，为对模型进行旋转观测。

要想观测模型的不同效果可以点击菜单栏View选项，有Silhouettes、Render、Wireframe、Hidden Line四个选项可供选择。

(3)分割聚光器按要求聚光器共分为12块，每块间距为20mm。

此处应用布尔运算对聚光器进行分割。

首先创建X向尺寸为10000mm(要比聚光器的开口直径大一些)，Y向尺寸为20mm(为每块聚光镜的间距尺寸)，Z向尺寸为5000mm(要比聚光器开口深度略大)的薄板，具体参数设置如下对话框所示。

薄板创建完成后，点击鼠标右键，出现下拉菜单，选择Rotate选项，对应弹出Rotation Selection 对话框，按对话框中参数填写完成按Copy按钮。

此操作共进行5次。

最终完成结果图如下所示。

Ctrl键加鼠标左键依次选择抛物镜面和各个薄板，点击鼠标右键，选择Subtract选项，对其进行布尔减运算。

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。

基本参数：型面为抛物面，聚光面积为72m 2，开口直径D=9577mm ，焦距f=7500mm 。

抛物面方程为 Z Y X 3022=+，聚光器共分为12块，每块间距为20mm 。

中心开口半径为100mm 。

接收平面半径为100mm 。

操作过程如下：(1) 打开软件双击快捷方式打开软件，出现如下的对话框，选择Standard 即可满足要求。

(2) 建立模型在菜单栏中选择Insert Reflector ，弹出Insert Reflector 对话框，选择Conic 选项，其中Shape 共分四种：球面、抛物面、椭圆面和双曲面。

在本例中聚光器型面为抛物面，所以选择Parabolic 。

此外其它的一些设置可以按上面的基本参数的要求填写，如下面对话框所示，填写完毕后点击Insert 按钮。

这样就建立了一个厚度为2mm 、焦距为7500mm 、开口直径为9577mm 、中间孔洞半径为100mm 、中心坐标为(0,0,0)的抛物面聚光器，如下右图所示。

要想从不同角度观察模型，可以从通过以下菜单进行操作。

其中和按钮比较常用，为全局放大，为对模型进行旋转观测。

要想观测模型的不同效果可以点击菜单栏View选项，有Silhouettes、Render、Wireframe、Hidden Line四个选项可供选择。

(3)分割聚光器按要求聚光器共分为12块，每块间距为20mm。

此处应用布尔运算对聚光器进行分割。

首先创建X向尺寸为10000mm(要比聚光器的开口直径大一些)，Y向尺寸为20mm(为每块聚光镜的间距尺寸)，Z向尺寸为5000mm(要比聚光器开口深度略大)的薄板，具体参数设置如下对话框所示。

薄板创建完成后，点击鼠标右键，出现下拉菜单，选择Rotate选项，对应弹出Rotation Selection 对话框，按对话框中参数填写完成按Copy按钮。

此操作共进行5次。

最终完成结果图如下所示。

Ctrl键加鼠标左键依次选择抛物镜面和各个薄板，点击鼠标右键，选择Subtract选项，对其进行布尔减运算。