TracePro快速學習手冊

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序│ 『訊技科技股份有限公司』自 1993 年 8 月成立以來（2002 年 4 月設立上海聯絡處，2003 年 3 月成立『訊技光電科技（上海）有限公司』），便積極投入光電、光通訊──專業軟體代理銷售、檢測儀器代理銷售、專業技術課程培訓、技術顧問服務諮詢、專案項目設計開發、專業技術圖書編譯、……等相關工作，並於 2002 年 7 月通過 ISO-9001 認證，為台灣地區少數管理體制健全、信譽良好、橫跨海峽兩岸之專業高科技服務公司。我們始終秉持──專業、堅持、用心之經營理念，歷經 13 年多的努力付出，承蒙同業與客戶的支持提攜，讓『訊技科技公司』不斷的學習、成長、茁壯，並積累了豐富的人脈與專業經驗。因此『訊技科技公司』特別獲得美國原廠 Lambda 公司同意授權，並結合產業、學術、研究相關先進，編譯出版『TracePro 快速學習手冊』，提供給業界先進及初學者，希望藉此能加速提升『光學』學術及產業的整體發展。 TracePro 是一套能進行傳統光學分析、設計照明系統、分析輻射度和光度的光學專業軟體。它是第一套以符合工業標準的 ACIS（固體模型繪圖軟體）為核心所發展出來的光學軟體，也是一個結合真實固體模型、強大光學分析功能、資料轉換能力強的模擬軟體，並具有易上手的使用介面及價格合理等多項優點，它可將真實立體模型及光學分析緊緊結合起來，而其繪圖介面也非常地簡單易學。深獲歐洲、美洲、亞洲、……等，先進地區之研發單位、學術單位、知名企業的推薦與採用。 TracePro 的應用領域包括：導光管、背光板、前光板、相機系統、投影顯示系統、雜散光分析、汽車照明系統、照明燈具、照明應用、LED 設計及應用、紅外線成像系統、薄膜光學、…… 等。對從事光學研究、設計者而言，是一項非常易學、實用的


2

Trace Pro 快速學習手冊

『光學應用設計軟體』。『TracePro 快速學習手冊』主要分為兩部分──第一部分『入門範例操作說明』，內容是翻譯 TracePro 原廠所提供的 Tutorial 教學，適合初學者使用，包含 6 個範例，可供 TracePro 模擬軟體的使用者練習（範例內容與 TracePro 原廠所提供的 Tutorial 相同），讀者可以對照原廠的 Tutorial 資料搭配使用。第二部分『常見問題與解答』，內容是『訊技科技公司』歷年來回覆客戶的問題，經過整理彙編後，將最常見的問題，依照『原廠使用手冊』章節順序，依序進行編排，對 TracePro 模擬軟體稍具概念的讀者而言，可於使用 TracePro 模擬軟體發生疑問時，提供最快速、最佳的解答。『光學』學術及產業的整體發展，需要結合大家齊心的努力與貢獻。我們堅信在科技快速發展的潮流中，『光學』是不可或缺，更是無法被取代的一環，『訊技科技公司』非常樂意結合各位先進與同好，一起交流合作，共同為促進光學的發展，做更多的努力與貢獻，期盼『TracePro 快速學習手冊』的編撰、出版，能引發大家更多的共鳴與迴響！

訊技科技股份有限公司謹識 2007 年 01 月


目│錄│ 壹、入門例子操作說明第一章光痕跡與光學分析之主題例子

3

一文件之開啟（Open File）............................................ 4 二顯示模組之主視窗（The Model Window） ............... 5 三操作系統樹之樹狀列表（System Tree）.................... 6 四指定表面及物................................................................ 7 五修改表面光源參數........................................................ 8 六運行光線追跡（Ray Tracing） .................................... 9 七光線痕跡顯示（Display Raytrace） .......................... 10 八光追跡模式及光照度圖.............................................. 11 九光照度分析各選項之意義.......................................... 12 十使用錯誤的 Normal Vector 及 Up Vector 之結果 ........ 17 十一

光線局部顯示.............................................................. 18

十二

反向光線追跡（Reverse Ray Tracing） .................... 20

第二章導光管之主題例子

37

一建立一個導光管.......................................................... 38 二選取物表面.................................................................. 38 三運行表面旋轉.............................................................. 39 四運行掃出...................................................................... 40


2


五設定材料屬性.............................................................. 41 六建立光束...................................................................... 42 七運行光線追跡.............................................................. 43 八光照度圖之參數設定.................................................. 44 九顯示光照度圖.............................................................. 45 十燭光分析圖之參數設定.............................................. 46 十一

極座標式的燭光圖（Polar Iso-candela Plots） ......... 47

第三章積分球之主題例子

49

一積分球的作用.............................................................. 50 二新增一個 TracePro 模組檔（Initializing the Model） ...................................................................................... 50 三建立兩個圓球（Creating Two Spheres） .................. 51 四顯示系統樹視窗（Display the System Tree） .......... 52 五建立球殼之模型（Creating the Spherical Shell）.......... 53 六增加一個輸出口（Add the Exit Port）...................... 54 七對物及表面命名（Naming Objects and Surfaces） .. 55 八建立一個量測面（Creating the Detector Surface） .. 56 九新增一個表面屬性到數據庫（Adding a Surface Property to the Database） .......................................... 57 十利用新增的表面屬性於此積分球上（Assigning the New Surface Property to the Integrating Sphere）...... 58 十一

設定光線追跡之計算門檻值（Setting Raytrace Thresholds） ................................................................ 60

十二

設定光線追跡之光源（Tracing Rays） .................... 61

十三

光線追跡之結果.......................................................... 63


3

目

十四

錄

設定光照度圖的參數（Setting the Irradiance Map Options） ..................................................................... 64

十五

顯示光照度圖.............................................................. 65

十六

以報表形態來顯示觀察面的光線資料（Viewing the Incident Ray Table） ................................................... 66

十七

顯示個別光線的追跡路徑（Viewing a Individual Incident Rays）............................................................ 67

十八

在主視窗（Model View）顯示個別光線的追跡路徑（Viewing a Individual Incident Rays） ..................... 68

十九

加入重要性抽樣功能（Adding Importance Sampling） ...................................................................................... 69

二十

在使用重要性抽樣之設定下，運行光線追跡（Raytrace with an Importance Target）...................... 70

二一

分析在使用重要性抽樣下的光照度圖（Irradiance Map with Importance Sampling） ........................................ 71

二二

多視窗顯示（Arranging Views） .............................. 72

第四章自動化重要性抽樣之主題例子

75

一介紹.............................................................................. 76 二例子 Double Gauss Lens 的 Prescription（表面指示）之設定.......................................................................... 77 三檢視 Prescription（表面指示）之設定 ..................... 78 四 Marginal Ray（邊緣光線）........................................ 79 五 Chief Ray（主光線） ................................................. 81 六自動化重要性抽樣設定視窗（Auto Importance Sampling Dialog）....................................................... 83 本試閱檔為五南所有。如欲購買此書，請至五南網站 www.wunan.com.tw 或來電(02)2705-5066

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七查驗重要性抽樣的目標定義（Verify Target Definitions） ........................................................................... 84

第五章 LED 光源之主題例子

85

一以廠商資料表進行 LED 封裝設計（Create an LED Package Based on Manufacturer’s Data Sheet）......... 86 二 TracePro 的使用者接口（TracePro User Interface） 86 三建立一個薄面（Create a Thin Sheet） ...................... 87 四選擇表面（Selecting a Surface）............................... 88 五以掃出建立物體（Use Sweep to form a Solid）....... 89 六建立一個完整的幾何模型（Complete the Solid）－ LED 基底 ................................................................ 91 七產生一個圓錐形的洞（Create a Conical Hole） ...... 91 八從 LED 基座（Package）利用布林運算減去圓錐形物（Subtract the Cone from the Package） ................ 93 九加入一個漫射體（Add Diffuser）............................. 94 十加入 LED（Add LED） ............................................. 95 十一

新增散射的表面屬性（Diffusing Surface Property）96

十二

應用新增的散射表面屬性（Apply Diffuser Surface Property） .................................................................... 98

十三

應用鏡面反射的表面屬性（Apply Mirror Surface Property） .................................................................. 100

十四

定義 LED 光源參數（Define LED Source） .......... 101

十五

進行光線追跡（Perform the Raytrace）.................. 104

十六

顯示燭光分析圖之參數設定（Display Candela Plot） .................................................................................... 105


5

目

十七

錄

顯示燭光分析圖（Display Candela Plot）.............. 106

第六章利用鱗甲之功能建構背光系統之主題例子107 一 LCD Back Lighting 主題例子（LCD Back Lighting Tutorial） ................................................................... 108 二建立 LCD 面板（Create an LCD Panel）................ 108 三開啟物樹狀列表（Opening the System Tree） ....... 110 四新增 LCD 面板的材料屬性（Adding Material Properties to the LCD Panel）....................................111 五新增 LCD 面板的表面屬性（Adding Surface Properties to the LCD Panel）.................................................... 112 六建立螢光燈管（Creating the Fluorescent Tube） ... 113 七新增燈管的表面屬性（Adding a Surface Property to the Bulb） ........................................................................ 115 八新增表面光源屬性到燈管（Adding a Surface Source Property to the Bulb） ............................................... 117 九建立圍繞燈泡的反射罩（Creating the Reflector around the Source）............................................................... 119 十建立反射罩（Creating the Reflector） ................ 120 十一

建立反射罩（Creating the Reflector） ................ 121

十二

應用表面屬性到反射罩（Applying a Surface Property to the Reflector）....................................................... 123

十三

利用 Reptile 建立 Dot Pattern

（Creating a Dot Pattern

Using RepTile） ........................................................ 123 十四



Using RepTile） ........................................................ 125 本試閱檔為五南所有。如欲購買此書，請至五南網站 www.wunan.com.tw 或來電(02)2705-5066

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十五



Using RepTile） ........................................................ 126 十六



Using RepTile） ........................................................ 128 十七

顯示 Reptile 表面（Display the RepTile Surface） .................................................................................... 129

十八

新增觀察面（Adding an observation screen） ........ 130

十九

運行光線追跡模擬（Running a Source Trace Simulation）..................................................................... 131

二十

顯示光線（Display Ray Trace）.............................. 132

二一

顯示輻射度圖（Displaying an Irradiance Map）.... 133

二二

輻射度圖（Irradiance Map） ................................... 134

二三

改善輻射度圖的採樣（Improve Irradiance Sampling） .................................................................................... 135

二四

了解 Irradiance Options 的設定（Understanding the Irradiance Options）.................................................. 136

二五

了解 Irradiance Options 的設定（Understanding the Irradiance Options）.................................................. 138

貳、常見問題與解答第一章系統參數（System）

143

第二章建構模型（Solid Model）

155


7

目

第三章定義屬性（Defining Properties）

175

第四章參數設定（Apply Properties）

211

第五章光線追跡（Raytracing）

261

第六章分析（Analysis）

307

第七章鱗甲（Reptile）

377

第八章工具（Tools）

405

第九章巨集（Macro）

419

第十章安裝（Installation）

441

第十一章文件格式（File Format）

447

第十二章錯誤訊息（Error Message）

471

錄


壹、入門例子操作說明



Chapter 1

光痕跡與光學分析之主題例子（Raytrace and Analysis Tutorial）（適用於 RC、LC、Standard、Expert）


4


首先這個主題例子必須籍由 TracePro 目錄下所提供之一個模組來說明開啟文件、觀看模型、光痕跡、光學分析結果顯示。而這些步驟大致上都是屬於 TracePro 的分析（Analysis）部分。

一文件之開啟（Open File） 1.首先點擊 File→Open 則會出現選擇開啟文件的對話視窗如下：

2.選 C:\Program Files\Lambda Research Corporation\TracePro\ examples\demos\Elliptical Reflector\ eliprefl.oml。點擊 eliprefl.oml 並開啟（Open）此文件。 TracePro 的文件之副檔名為.oml。而.oml 是以 ASIC 為核心的.sat 檔之格式。


5

光痕跡與光學分析之主題例子

二顯示模組之主視窗（The Model Window）你可以在 TracePro 的主要視窗中，見到此例子的反射罩及高壓汞燈之模型。而此視窗是一個 3D 系統，顯示其座標為 XYZ，所有距離的量測、模組的定位都是按照 XYZ 這個座標系統。在視窗的顯示分成兩個部分，一是右邊模組幾何顯示的主視窗（Model View），另一部分是左邊系統樹顯示的樹狀列表（System Tree）。 1.可將滑鼠移到顯示畫面的第二個行條，按滑鼠左鍵拖曳，可以改變視窗顯示比例，如下圖所示。

2.Window→Split 這個功能選項也可以改變兩個視窗的顯示比例。 3.當你第一次打開 TracePro 時，其物樹狀列表（System Tree）是不會顯示出來的，你必須按照上面所提供之功能選項，來拉出物樹狀列表。 4.而在主視窗（Model View）中，有時模型的顯示比例可能不盡


6


理想，你可以使用

這個功能，使顯示視窗可以自動調整

模型的顯示比例至視窗剛好可以顯示整個模組。

三操作系統樹之樹狀列表（System Tree）物樹狀列表（System Tree）將會顯示出所建構之模型的每個物及其表面之光學屬性。 1.將滑鼠移至物樹狀列表（System Tree）之任一個物左邊的「＋」號，並按左鍵使其變為「－」號，則可以顯示此物之表面光學屬性。

2.在「－」號按一下滑鼠左鍵使其變為「＋」號，即可關閉此物所顯示的光學屬性。顯示物之屬性包含有：各個面的光學屬性、物材料屬性、光源物之光源參數顯示、射出面設定、各個應用屬性之顯示等等，皆可由物樹狀列表（System Tree）來顯示出物的設定參數及光學屬性。


7


四指定表面及物你有兩種方式來指定表面或物，一個是由主視窗（Model View），另一個是由物樹狀列表（System Tree）來指定。 1 由主視窗（Model View）來指定

點擊

此功能鍵或選 Edit→Select→Object 之後，使用

滑鼠移動至所要指定物，再按滑鼠左鍵即可指定好。點擊

此功能鍵或選 Edit→Select→Surface 之後，使用

滑鼠移動至所要指定表面，再按滑鼠左鍵即可指定好。點擊之後，在主視窗（Model View）會以改變顏色的方式，來顯示出所指定的物或表面。而在物樹狀列表（System Tree）則是會出現藍色的突出顯示效果。 2 由物樹狀列表（System Tree）來指定

直接在物樹狀列表（System Tree）移動滑鼠至要指定的物或表面上點擊即可。


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五修改表面光源參數在這個 TracePro 例子中，建立一個高壓汞燈的 ARC 燈泡（由圓柱的模型建構出），而我們只要選出圓柱的側面，便可設定或修改光源的參數。 1.在主視窗（Model View）或物樹狀列表（System Tree）中，點擊 ARC 光源的表面，再按滑鼠右鍵選 Properties→Surface Source，便會出現光源設定對話視窗，如下所示：

2.可由光源設定視窗改變各參數，如上圖將滑鼠移至總光線數（Total Rays）右邊的突出顯示處，按左鍵即可改變設定，將 1,000 條光線改為 750 條光線，再按下方的 Apply 鍵即可完整設定。


9


六運行光線追跡（Ray Tracing）當設定好光源參數後，點擊

或選 Analysis→Source Ra-

ytrace 便可運行光線追跡。 1.點擊完之後，TracePro 在作光線追跡之前，會先運行 Performing Audit 之動作，來檢查各物及各表面是否有幾何模型、材料屬性之設定上的缺陷，如：模型的破洞、不同材料物重疊等之異常現象。

2.在運行完檢查後，才會真正運行光線追跡的動作，而每個光源運行的動作會按照你所設定的波長來一一的運行。


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七光線痕跡顯示（Display Raytrace）當運行光線追跡之後，可在主視窗（Model View）上看出整個模組的光線痕跡，若沒有顯示，可以檢查一下，在 Analysis→ Display Rays 此選項是否有點擊。而光線的顏色則表示光線能量衰減的情形，如：紅色表示光線衰減至原來的 100～66% 綠色表示光線衰減至原來的 66～33% 藍色表示光線衰減至原來的 33～0%


11


八光追跡模式及光照度圖 TracePro 的光線追跡分成兩種模式，一個是分析模式（Analysis Mode），另一個則是模擬模式（Simulation Mode），在 Analysis 下有這兩個選項可以選擇。 1 分析模式

可讓使用者觀看出整個光學模型之任何面的光學分析。 2 模擬模式

只讓使用者觀看出自己所設定之射出面（Exit Surface）的光學分析。模擬模式在運行光線追跡時，會使用到較少量的虛擬記憶體，所以其光線追跡的速度較快。接下來是光照度圖的顯示，而在此例子是默認為 Analysis Mode。


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1.選擇觀察面（點擊 Observation Disk→Front）。 2.點擊光照度圖鍵

，來顯示此觀察面的光照度圖。

3.點擊視窗並列顯示鍵

，可使光線痕跡圖及光照度圖同時

並列顯示如下圖所示。

九光照度分析各選項之意義下圖為光照度分析之參數設定視窗，可由 Analysis→Irradiance /Illuminance Options 點擊出。 TracePro 默認光線至觀察面的光線分析為吸收（Absorbed），假如觀察面並不是一個吸收體時，可設為 Incident，即可顯示光線到觀察面入射時的分析結果。而此例子是設為輻射度學的系統，所以其單位為 watt/

，可由 Analysis→Raytrace Options 這個

選項，去改變系統為輻射度或為光度學。


13


1 Normalize to Emitted Flux

這個選項可以將結果對入射光源總能量做歸一化，也就是將所得之結果除以總能量。 2 Resolution

為光照度圖之分辦率。 3 Symmetry

為作光照度圖的圖表處理，可使分析之結果符合對稱模型的結果。 4 Color Map

設定分析圖所顯示的色彩。


14


5 Map Count

決定一整個觀察面上有多少個 Pixels，如 Map Count 設為 20，則表示這個觀察面有 20×20 個 Pixels ，所以需符合量測器的分辦率來決定其之 Map Count。 6 Smoothing

此選項是利用高斯平坦化，將非連續分析結果連續化呈現出來。以少量的光線數來達成準確的結果。 7 Contour Plot

將光照度圖的結果使用等高線圖的方式來顯示。而在勾選此項之後可利用下面的 Contour Levels 來設定各個 Levels。


15


8 Local Coordinates

TracePro 默認光照度圖的座標為主視窗的座標系統，如果勾選此項之後，光照度圖則會建立一組新座標系統，而以觀察面的中心為新座標的原點。 9 Gradient Display

將光照度圖的強度顯示顏色改為漸變式的。 10 Convert to Foot-candles

將光照度的單位由 Lux 改為 Foot-candles。 11 Log Scale

將數值進位（Scale）的方式由十進制改為指數的方式。 12 Relief Plot

將光照度平面圖改為 3D 的形態來顯示，而光強度的大小則變成高低的形式來呈現。 13 Profile

這個選項是可以顯示觀察面上之任一水平面或垂直面的光照度分析之剖面圖。 Normal Vector 及 Up Vector 表示光線射入觀察面時，觀察面的法向向量及觀察面平面之上向量，而此兩向量的設定會決定光照度圖的擺向。


16


1 Normal Vector（法向向量）

垂直於觀察面之向量，如此例子為 z 軸方向，所以設為 x: 0，y:0，z:1 如下圖所示。 2 Up Vector（上向量）

觀察面平面上之向量，如此例子設為 y 軸方向，所以設為 x: 0，y:1，z:0 如下圖所示。 Automatically calculate Normal and Up Vectors 這個選項則可以讓 TracePro 由觀察面來自動是選擇其 Normal Vector 及 Up Vector。


17


十使用錯誤的 Normal Vector 及 Up Vector 之結果當使用錯誤的 Normal Vector 及 Up Vector，其呈現出錯誤觀察面的效果。如下圖所示，其所呈現的結果並不是觀察面的真實效果，所

以在設定 Normal Vector 及 Up Vector 時，必須考量光線的方向及觀察面的方向來作為設定的依據。


18


十一


19


光線局部顯示此一功能是 TracePro 才擁有的新功能，此功能可針對你所分


20


析的照度圖任一部分之局部，來顯示其所對應之追跡的光線。首先運行光線追跡並顯示出其照度圖，如下圖所示：接著將滑鼠移至照度圖上，並按滑鼠右鍵→Display Selected 十 Rays 二


國家圖書館出版品預行編目資料 Trace Pro 快速學習手冊／訊技科技股份有限公司著. —初版.—臺北市：五南, 2006 [民 95] 面；

公分.

I S B N: 978-957-11-4560-0（平裝） 1.光學檢測 343.3

2.光電子學 95021713

5D86

TracePro 快速學習手冊編

著－訊技科技股份有限公司(290.3)

發行人－楊榮川總編輯－王秀珍主

編－穆文娟

文字編輯－施榮華責任編輯－黃秋萍封面設計－鄭依依出版者－五南圖書出版股份有限公司地

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法律顧問財團法人資訊工業策進會科技法律中心出版日期 2007 年 2 月初版一刷定

價新臺幣 650 元

※版權所有．欲利用本書內容，必須徵求本公司同意※ 本試閱檔為五南所有。如欲購買此書，請至五南網站

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