Light Tools

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中文名
光学建模软件
外文名
Light Tools
分    类
软件
开    发
1995年

Light Tools光学建模软件Light Tools

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Light Tools 软件由美国Optical Research Associates (ORA)公司于1995年开发而成的光学系统建模软件。1997年,ORA 又成功开发出与 Light Tools 主体程序配套使用的 Illumination 模块,圆满地解决了照明系统的计算机辅助设计问题。
Light Tools是一款光学建模工具,它可以通过绘制图形让你创建、观察、修改并且分析光学系统。它的风格近似于精密复杂的CAD程序,但是,它有扩展的数值精度和专门进行光学设计的光线追迹工具。
Light Tools 是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路。由于 Light Tools 把光学和机械元件集合在统一的体系下处理,并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能,使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用,成为人们理想的工具。

Light ToolsLight Tools 主要功能

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Light Tools系统建模

提供多种展现系统光机模型的方式和人机交互的手段。使用者可直接在系统的二维、三维线框图或三维实体模型图上进行各种操作。方便易用的图形交互式建模和修改功能包括元件或元件组的放置、移动、旋转、复制和缩放。操作时既可用鼠标以实时观察修改造成的效果,也可用键盘以输入准确的数据。透镜、反射镜和棱镜等光学元件及各种机械件可以极快地以图形方式“画入”系统。系统数据可以用表格和元件详情对话框的形式列出和修改。所有上述各种输入方式同时并存,可交替使用。

Light Tools光机一体化设计

光学和机械元件的形状的描述是通过对软件提供的一组尺寸可变的基本实体模型做布尔运算(与、或、异等等)实现的。这些光学或机械部件的形状虽然可能非常复杂,但均可以在软件中得到精确的展现和描绘,并以光学精度进行光线追迹遮光罩、镜筒和产品结构的设计均将大大得益于这种光机一体的考虑方法和非顺序光线追迹提供的大量信息。

Light Tools复杂光路设置

在光学设计中,Light Tools 可以和 ORA 公司研制的 CODE V 软件配合使用。特别是在多光路或折迭光路系统、带有棱镜或复杂曲面的系统的光路设置和视觉建模型验证中,Light Tools 将发挥重要作用。有了 Light Tools,设计人员完全可以摒弃过去为了简化问题而采用的一些传统技巧,如符号规则、用多通道定义模拟变焦功能、把反射镜和棱镜展开成平板、略去非光学面和机械结构的影响、人为简化光瞳形状,等等。

Light Tools杂光分析

非顺序面光线追迹功能可以直观地描述在系统中任意表面上或介质中发生的任何光学现象,如折射、反射、全反射、散射、多级衍射、振幅分割、光能损耗、材料吸收等,并根据需要自动实时衍生出多路光路分支。杂光分析、光能计算、鬼像预测等从此变得轻而易举、一目了然。设计中可能存在的各种潜在问题将被及时发现和预防。

Light Tools照明系统设计分析

Light Tools 中可以精确地定义各种实际光源(如发光二极管白炽灯弧光灯、卤素灯等)的形状和发光特性,利用其照明模块 (Illumination Module) 可实现蒙特卡洛法 (Monte Carlo) 光线追迹,以便确定某个(或某几个)指定表面上的光照度、强度或亮度。对比实验表明,计算结果与实际光度测量结果精确吻合。对非人眼接收的照明系统,可以把结果转换成辐射度单位。计算结果的输出形式可以是二维线图、等高线图、灰度图伪彩色图或三维分布图。利用 Light Tools 已成功地设计了多种照明系统,包括投影系统、平板显示器、仪表盘照明、内窥镜照明、报警灯、汽车前灯、车厢内部照明、指示牌照明等等,从而结束了照明光学系统没有可靠的计算机辅助设计工具的历史。

Light ToolsLight Tools主要特点

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Light Tools增进设计效率

Light Tools 不仅具有先进的设计和分析能力,而且简单易用,因此深受照明工程师的喜爱。Windows 标准图形用户界面有助于新用户快速掌握 Light Tools 互动三维结构的强大功能。您可以在 Light Tools 中剪切、粘贴原始数据、输出图形和三维几何图形,也可以将它们导入到另一个应用程序。LightTools 有三类导航窗口,用以帮助您准确了解您的模型中发生的一切:系统导航、窗口导航和首选项导航,所有这些窗口都能让您轻松访问重要数据。Light Tools 还整合了在线上下文相关帮助方面的最新技术。所有这些技术的结合,使得 Light Tools 成为最容易学习和使用的照明设计软件之一。
在 Light Tools 中,创建或导入几何图形是直截了当的操作;它对设计迭代和设计变更的支持,使设计效率得以大幅提高。LightTools 提供了布尔操作和修剪操作,因此设计修改变得很容易,关于所创建几何图形的参数信息也得以保留。可以随时编辑利用布尔操作创建的复杂物体。编辑模型时,表面和材料属性也能得到保留,从而可以快速分析替代设计形式。
Light Tools 的优化模块能够让您快速获得最符合预定目标的设计。优化引擎有两种:蒙特卡罗模拟和光线扇/网格,您可以根据应用来选用。修改模型时,Point- and-Shoot 光线追迹会进行交互式更新,并随着设计的进行或修改提供有关设计各方面的隐含关系的立即反馈。这对于深刻理解几何图形与穿过该几何图形的光线路径之间的关系具有无比重要的价值。
随 Light Tools 提供的实用工具将费时乏味或重复性任务自动化,例如访问Light Tools 关于光源、材料、目录镜头和表面处理的庞大资源库。有一系列实用工具是通过宏功能控制或访问几何图形的子程序。用于光源、背光和反射镜的高级实用工具常常能将新照明子系统的初始设计时间缩短为几分钟,而不需要几天或几周时间。
Light Tools中的COM 接口允许将 Light Tools 的功能整合到其它启用 COM的应用程序中,例如 Microsoft Excel、MATLAB和Mathematica。除原有的 CATIA 传输模块外,Data Exchange (数据交换)模块还支持通过 IGES、STEP 和 SAT 格式在Light Tools 与其它 CAD 应用程序之间进行直接双向数据传输。Light Tools 主要是作为集成多应用设计环境的一部分而存在,用以改善不同工程专业小组之间的交流,增进企业的总体设计效率。

Light Tools高枕无忧的精确度和演算结果

Light Tools 照明设计软件是一款具有专业光学功能和“光学精度”的三维实体建模工具。设计或加工机械零件时,精度达到 20 微米以内可能就足够了。但是,当通过光学系统追踪光线路径时,对表面形状和交点的技术要求需要以光学精度(光波长的若干分之几)计算。与机械和光学 CAD程序不同,Light Tools 中的表面形状是用参数公式来定义的(而不是细分近似),以对所有计算保持表面形状、位置和交点的光学精度。这种光学精度确保了 Light Tools 模型能像真实系统一样工作。
有些照明设计软件产品宣称提供更快的光线追迹,但在Light Tools 中,追踪数百万条光线只用几分钟(而不是几小时)是很平常的事。我们的开发团队花费了数十人年的时间来改进和优化复杂的光线追迹专利算法,使 Light Tools 能够快速、精确地对原生和导入的几何图形进行光线追迹。此算法与使用先进蒙特卡罗技术的照明分析相结合,有助于随时对所有系统的光效应进行精确模拟.
Light Tools 的照明分析非常先进,能告诉你何时追踪到了足以满足设计精度要求的光线。您可以控制模拟,修改分区数等接收器属性,以及更改对称性计算以影响模拟误差估计。在对微光刻系统等高精度应用的蒙特卡罗模拟过程中,可以追踪数百万条光线。您可以将误差估计报告中的数据复制、粘贴到其它应用程序进行后处理,或者合并到其它报告中。
Light Tools 支持双向散射分布函数(BSDF),该函数是公认最精确的散射模拟方法,并且是太空望远镜等精密应用使用的标准方法。Light Tools还带有参数研究实用工具,用来确定制造工艺可接受的公差范围,以使实际制造部件满足产品规格要求。根据系统配置不同,您可以控制光线追迹以获得更精确、更有意义的结果。例如,Light Tools 支持表面交点处的概率性光线追迹、散射表面上的重要性取样和用户定义的光源瞄准区域。

Light Tools支持复杂几何图形

照明子系统的设计难点不仅包括通过系统取得光线,还包括为系统的形状怪异的光学组件或几何上复杂的固定部分建模。Light Tools 这一灵活的三维实体建模设计工具能够很好地解决这些难题。
Light Tools 的基本三维实体模型包括球体、椭圆体、超环球体、方块、圆柱体(包括锥体)、挤出体和旋转扫掠折线,可以编辑这些基本模型的参数,并可以任何尺寸、在任何位置、以任何角度插入这些基本模型。以前利用布尔操作创建的复杂物体可以随时编辑,甚至在这些物体完成后仍可以编辑。利用布尔操作的逻辑相加、相交和相减,可以将每个实体与任何其它实体(原生的或导入的)合并。这样就能创建复杂的、像加工出来一样的模型,例如分段反射镜和多面光管。请注意,复杂元件可以是光学、机械或结构部件。
CAD 几何图形定义的常常是现有的光学系统包络结构。除了允许导入 CAD 几何图形之外,Light Tools 的修补功能还会以互动方式自动帮助您实现更完整、更精确的几何图形,以在 CAD 应用程序之间共享。另外,如果您的 CAD 建模包是基于表面的而非基于实体的,那么 Light Tools 可以将导入的表面自动合并为实体,从而为在 Light Tools 中操控此几何图形提供更大的灵活性。
利用 Light Tools,无论是二维纹理(例如点画)还是三维纹理(各种形状的隆起部分),均可以应用于任何平面表面。这一能力不仅有助于快速创建复杂的表面,而且有助于有效地模拟这些表面对光传播的影响。

Light Tools强大的设计和分析能力

Light Tools 有许多专门针对照明光学系统设计的独特功能。事实上,可以说它是当今唯一可用的一款照明设计程序。下面列举 Light Tools 的一些设计能力:
o 优化:使符合规定设计准则的系统更快收敛。
o Point-and-shoot 互动光线追迹:在设计过程中给出关于系统性能的直观、实时可视化反馈。
o 编程扩展:运用 Visual Basic进行编程扩展以及通过COM 与其它应用程序互动,以简化设计过程,并能将LightTools 无缝集成到设计与制造过程中。
o 向应用的实用工具:可以产生各种各样的背光、反射镜和光源,以减少设计时间,提高设计效率。
o 面向任务的实用工具:用于搜索附送的库资源,以及应用实用工具产生的表面属性、光谱数据或角度分布。其它实用工具可以使重复任务自动化,例如对制造前的公差设计参数进行研究等。
o 参数编辑:可以编辑布尔几何图形的参数,以此来达到操控几何图形的目的,而无需一切从新开始设计,从而为设计过程提供更大的自由度
软件程序能够分析通过光学子系统的照明功率和分布并无稀奇之处,但 Light Tools 具有其它产品所不具备的分析能力,其中包括:
o 数据图过滤器:根据许多不同的准则将结果归类,而不必重新模拟。
o 互动式重新分区:模拟过程中可随时对照度数据、接收器大小与位置的分区进行重分配。
o 动态转动照度计角度:以便在任何视角实时了解所制造系统的性能。
o Sobol(低偏差)随机数产生:使模拟结果更快收敛。
o RGB 真彩输出。
o 完全集成的绘图包:允许绘制任何视场中的任何数据图。
词条标签:
软件 计算机学