TracePro漫射光的仿真

xx_912 · 发表于 2006-8-17 00:41:47

TracePro漫射光的仿真

什么是漫射光？
漫射光用描述性的词语来说就是不需要的光线。在光学成像系统，漫射光是由亮光源的光照射到系统的前面，到达像面时，不需要的光线。它也会出现在非成像系统。通常表现为二种情况：鬼像和散射光。在有些挡光不好的系统中，还会出现“straight shots”。

TracePro如何分析漫射光？
Tracepro可以仿真所有类型的光学和照明系统，特别是分析鬼像、narcissus和散射的漫射光线。它是基于Spatial Technology’s ACIS的固体建模引擎，用170个其他的基于ACIS程序，象AutCAD,CADKEY,IronCAD和Solidworks等创建模型。完全用C＋＋语言编写的非序列性的光线追迹、图形用户界面、集成环境。

能够对系统和光源进行几何模型的建模吗？
TracePro中的系统和光源的几何模型的建立很容易，以通过任何SAT产品输入几何模型（SAT是ACIS文件格式），也可以输入IGES或者STEP文件，或者在TracePro内部创建几何模型。TracePro是完全非序列性追迹的，光线的发射是面光源或者网格发射。这些光线与每个面相交，当光线在每个面反射、透射、散射和吸收时，对光线的光通量进行追迹。

TracePro的可视化
TracePro的优点是可以显示问题出现的区域。能够建立渲染的模型、网格模型和侧面轮廓图，它通过观察覆盖在几何图形上面的光线来显示散射、吸收、折射和反射。当光线传播的过程中，这个可以连续输出每一个面的情况，直到光线最后被吸收。

TracePro可以处理什么类型的漫射光？
鬼像：
鬼像之所以这样叫是因为它们不在焦点上，或者看起来象亮光源的光线的像的幽灵。鬼像是由透镜表面的反射所引起的。要产生鬼像，光线必须从透镜表面反射偶数次。所以会有二次反射鬼像，四次反射鬼像等。只包括第一个面是反射镜的光学系统（如Cassegrain望远镜）不产生鬼像。在照相的时候，如果太阳在观察的视场里面或者它的附近，则太阳会产生鬼像。晚上照相的时候，汽车的顶灯和街灯也会产生鬼像。如果亮光源小，每个鬼像的形状就是光学系统的孔径光栏的形状。如果鬼像聚焦在像面上，则它看起来象光源。

一次散射的光：
当光源，如太阳，直接照射到系统中的光学元件时，会出现一次散射的光。有一部分光线散射的方向使它能够到达像面。我们说这部分光线散射到视场里面。一旦光线散射到视埸里面，它就成为漫射光，如果不产生渐晕，则没有办法消除它。因此挡光板的主要目的是光线使不直接照射到光学元件上。

“Straight shots”：
在Cassegrain型系统中，当中心遮栏太大或者望远镜的镜筒太短时，会出现Straight shots。视埸外的光线也可以进入望远镜，穿过第二个反射镜，通过主反射镜的小孔，直接照射到焦面上，而成为漫射光。如果太阳光线允许进入望远镜，则这种类型的漫射光线是一种灾难。

多次散射光线：
即使漫射光源不直接照射到光学元件上，但首先通过挡光板表面进行散射，然后照射到光学元件上它们也可以间接地产生漫射光线。这种漫射光线一般比直接散射的情况小，但仍然要重点考虑。

边缘衍射：
当孔径的直径和波长的比值相对比较小的时候（或更小）时，视埸外的光源通过孔径的直径和波长的比值相对比较小的时候，视埸外的光源通过孔径光栏的边缘衍射会成为很厉害的漫射光光源。

红外系统中的自辐射：
热红外或热像系统也会有漫射光，它是由仪器本身的热辐射引起的。这些系统用来探测叠加在一个大背景上的小信号。在室温下，黑体发射曲线的峰值大约是10μm。因此这个波长的world“glow”和这个辉光的小的变化表明温度或者辐射率的不同。在红外情景下，热像系统常常通过减去背景来提高变量的对比度。当背景不均匀时，就象在narcissus中一样，会产生漫射光信号。特别是当温度较低的探测器的像又成像到它上面时，会出现很严重的看不到的背景情况。
在用红外辐射计测量绝对辐射而不是相对信号时，不能要背景辐射。此时背景辐射可以通过“定标”在某种程度上去除，但对大部分的精确测量来说，有必要将整个仪器冷却到低温，以便可以使它本身的辐射所引起的漫射光的影响最小或者消除。

以上几种情况之间的联系：
以上效应之间的联系，当由于系统设计而使第一级效应减小或者消除时，即较高级的效应的存在就显得比较重要。例如：自发射光线有可能通过光学元件的散射进入视埸。通过孔径衍身材的光线也有可能由光学元件散射后进入视埸。

TracePro通常是如何处理几何模型的？
因为它是个CAD系统，所以可以处理不常见的几何形状的系统，象支杆，支架，挡板和六角形反射镜等。所有可以通过CAD系统创建的都适用于TracePro，既可以是用我们的宏Scheme 语言生成的或者原始文件。TracePro最重要的一个方面是容易上手。用鼠标drag和drop操作就可以移动物件。用系统树形结构，细节、物件类型、物件名称、面和材料特性都就可以删除、修改和添加系统几何模型。可以通过程序内建的Boolean逻辑运算，进行与系统原始几何模型交集、加法和减法运算，产生一个全新的几何模型。在系统创建过程中，可以反复用undo和redo，使要完成的任务很简单地回到某个起始点。

学习TracePro如何简单？
大部分的使用者用我们的50页PDF格式的使用指南，一周内就可以学会。但是建议进行漫射光方面的特殊培训。大多数漫射光用户可以参加一对一的培训，也可以参加我们在Littleton,MA举办的几个月一次的漫射光指南。

TracePro的可视化和输出是什么样的？
TracePro可以进行完全的可视化，包括系统的几何模型、用来表示通量强度的表面光线、全部的方向和位置的输出、使用户可以发现和确定设计中的问题区域。通量的强度的可视化的表示方法是：红色表示能量高的光线、绿色表示中等强度的光线、兰色表示低强度的光线。将通过系统的光线的能量很容易输出到支持windows剪贴板的产品中去，来进行完全的表格化分析。
TracePro的输出包括标准的2D和3D的辐照度/光照度，iso－candela　图，但直接输出到其他支持windows剪贴板功能的产品中去。TracePro还是唯一一种可以在曲面几何模型系统中产生3D辐照度的程序。它还能够通过表格用入射面的历史情况和光线传播路径的历史情况追踪实际的信息。它可以给出系统中每个面上和物件上完整的通量报告：能量损失、吸收和入射通量

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