光学设计软件：TracePro二次开发_（15）.案例分析与实战演练.docx

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案例分析与实战演练

1.基于TracePro的LED光学系统设计

在这一节中，我们将通过一个具体的案例来展示如何使用TracePro进行LED光学系统的设计。我们将从需求分析、初始设计、优化调整到最终验证，逐步介绍整个设计流程。

1.1需求分析

假设我们需要设计一个用于室内照明的LED灯具，具体需求如下：

光通量：1000流明（lm）

色温：4000K

光分布：均匀的圆形光斑，直径为1米

效率：尽可能高

成本：控制在合理范围内

1.2初始设计

1.2.1LED光源选择

首先，我们需要选择合适的LED光源。根据需求，可以选择额定功率为10W，光通量为1000lm，色温为4000K的LED芯片。在TracePro中，可以使用预定义的光源库或者自定义光源参数。

1.2.2光学元件设计

接下来，设计光学元件。我们选择使用透镜和反射器来实现所需的光分布。透镜可以帮助我们控制光的方向和强度，反射器则有助于提高系统的效率。

透镜设计：

选择合适的透镜材料，如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。

设计透镜的形状，可以使用TracePro中的透镜设计工具或者导入外部设计文件（如CAD文件）。

调整透镜的焦距和曲率半径，以实现所需的光分布。

反射器设计：

选择合适的反射材料，如铝或银。

设计反射器的形状，可以使用TracePro中的反射器设计工具或者导入外部设计文件。

调整反射器的尺寸和角度，以优化光的反射路径。

1.3优化调整

1.3.1光学系统建模

在TracePro中，我们需要创建一个光学系统模型。步骤如下：

创建新的项目：

#创建新的TracePro项目

tp=TracePro()

tp.new_project()

添加光源：

#添加LED光源

led=tp.add_source(LED,position=[0,0,0],direction=[0,0,1],power=10,color_temperature=4000)

添加透镜：

#添加透镜

lens=tp.add_lens(PMMA,position=[0,0,10],diameter=50,focal_length=20)

添加反射器：

#添加反射器

reflector=tp.add_reflector(Aluminum,position=[0,0,30],diameter=100,angle=30)

1.3.2光线追踪与分析

使用TracePro进行光线追踪，分析光分布和效率。步骤如下：

设置光线追踪参数：

#设置光线追踪参数

tp.set_trace_parameters(num_rays=100000,max_bounces=10)

运行光线追踪：

#运行光线追踪

tp.trace_rays()

分析结果：

光分布图：查看光斑的均匀性。

效率分析：计算光通量的利用率。

#获取光分布图

intensity_map=tp.get_intensity_map()

print(intensity_map)

#获取效率分析

efficiency=tp.get_efficiency()

print(f系统效率:{efficiency}%)

1.3.3参数优化

根据分析结果，进行参数优化。例如，调整透镜的焦距和反射器的角度，以实现更均匀的光分布和更高的效率。

#优化透镜的焦距

forfocal_lengthinrange(15,30,5):

lens.set_focal_length(focal_length)

tp.trace_rays()

intensity_map=tp.get_intensity_map()

efficiency=tp.get_efficiency()

print(f透镜焦距:{focal_length}mm,系统效率:{efficiency}%)

#优化反射器的角度

forangleinrange(25,45,5):

reflector.set_angle(angle)

tp.trace_rays()

intensity_map=tp.get_intensity_map()

efficiency=tp.get_efficiency()

print(f反射器角度:{angle}度,系统效率:{efficiency}%)

1.4最终验证

1.4.1实验验证

设计完成后，需要进行实验验证。将设计的透镜和反射器安装在实际的LED灯具