光学建模软件Light Tools

　　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 Tools 主要功能

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。

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。

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。

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。

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 Tools主要特点

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。

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 Li