工程光学实验指导书厦门工学院电子信息工程系2014.9目录实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模 (3)实验二聚光镜的建立 (6)实验三导光管建立 (8)实验四液晶背光模组建立 (15)实验一Tracepro基本功能学习及反光杯建模一、实验目的1. 熟悉tracepro基本功能。

2. 熟悉建模及表面属性、材料定义方法。

二、球形反光碗设计球形反光碗是使用耐热玻璃（例如：PYREX）压制成型，其内部经高光洁度抛光处理并涂镀反光膜，可将投影灯的后部光能有效地反射至前方，提高投影灯光能利用率。

球形反光碗实物图形如下：球形反光碗设计步骤：1．打开TracePro3.24→新建名为球形反光碗的文件，或使用CtrL+N2．点击→，选择Conic类型，形状为球形（Spherical）,厚度（Thickness）输入4mm，反光碗高(length)为18mm,孔大小为0,半径(radius)为33mm, 起点坐标值和旋转坐标值保持默认，输入结果为图1.1图框所示：图1.14．点击Insert，使用工具栏图标区缩小图形后，点击下拉菜单View →Render进行渲染以后，反光碗实体模型如图1.2：图1.25．使用工具栏图标区箭头工具，在图形区完全选中反光碗，或点中导航选项卡中“模型树”Object 1，单击鼠标右键，在弹出下拉菜单中选择进行材料属性设置，在材料目录（Catalog）中选择IR,克斯（PYREX）耐热玻璃，运用（Apply）此属性，吸收、透过和折射率将显示如图1.3：注：PYREX相关知识：PYREX玻璃是美国康宁玻璃公司(CORNING)研究人员薛利文(Sullivan)1915年发明的，并取得发明专利。

这种玻璃在美国叫“派莱克斯”(PYREX)玻璃，PYREX是美国康宁公司产品的一个商标。

派莱克斯玻璃专利失效以后，这种玻璃被各国广泛采用。

70多年来，很多专家学者都想研究一种新的玻璃，超过派莱克斯玻璃的性能，都没有成功。

派莱克斯玻璃的特点是，在玻璃中引入了三氧化二硼(B2O3)改进了玻璃的热稳定性和机械性能。

当今，全世界都用派莱克斯玻璃制造化工防腐蚀设备与管件、实验室用玻璃仪器。

图1.36．展开“模型树”中Object 1，球面反光碗有三个面组成（图1.3）图1.3表面1(Surface1)，在单击鼠标左键后弹出菜单中选择，进行面（surface）属性定义,在默认（Default）属性情况下选，运用（Apply）完成定义。

8．按下CtrL,使用鼠标，同时选中表面0(Surface0)和表面2(Surface2)，相同的方法设置面属性为完全吸收（Perfect Absorber）。

9．基本完成反光碗设计。

学生可以尝试使用改变反光碗位置，然后使用一束平行光射向反光碗反射面，试试效果。

实验二聚光镜的建立一、实验目的在TracePro中进行聚光镜设计，掌握聚光镜建模及光源建立方法。

二、聚光镜的建立聚光镜的主要作用是把反光碗和光源的光线进行会聚，在TracePro里面建1．点击→命令，打开透镜模型设置对话框。

2．在18，在材料目录下选择肖特，牌号为K10。

3．表面半径输入如图2.1：4．在口径设置栏里，输入半口径为36mm。

如图2.25．点击Insert lens。

6．点击放缩工具图表，完成建立的聚光镜完全显示在图形窗口。

7．展开Object1模型树，同时选中面0和面2，打开在属性设置对话框，选择面属性设置栏。

8．在默认面属性目录下，选择3 Layer AR。

9．点击Apply运用。

聚光镜已经基本完成，读者可以自己定义描光，看看效果，图2.3为一种格子描光后的图片，仅供参考。

图2.1图2.2图2.3实验三导光管设计一、实验目的在TracePro中进行导光管设计，掌握面延伸功能。

二、导光管设计主要步骤：一建模1．打开TracePro3.24软件。

2．在下拉工具菜单Insert 选择实体模型Insert Primitive Solids命令.3．在基本实体模型设置对话框中，选择Cylinder/Cone设置栏。

4．选中Cylinder，在Base下的Major栏输入2，在Top下的Length输入30。

如图：3.1坐标位置保持不变。

5．点击Insert插入，点击放缩工具图表，如图3.2。

图3.1图3.2下一步将使用Revolve对上面输入的光管右端面进行延伸：1．选中光管右端面，即Object1下的surface2。

2．在下拉菜单Edit →Surface→Revolve命令。

3．在Revolve Surface Selection对话框中，延转角度Angle为90度，半径为25。

4．在位置坐标栏输入0，-25，30；1，0，0（见图3.3）5．点击Relove Surface插入延伸，见图3.4。

图3.3图3.4最后将进行Sweep面延伸，完成导光管的实体模型：1．选中端面Surface3，在下拉菜单Edit →Surface→Sweep命令。

2．在Sweep Surface Selection对话框中，输入Distance为15，Draft为-2。

3．确定选中Sweep along surface normal（一般默然为此项），见图3.5。

4．点击Apply运用。

5．导光管实体模型完成以后如图3.6所示：图3.5图3.6二为了使导光管成为光学模型，所以需要进行材料设置并进行描光分析。

1．选中导光管2．打开属性设置对话框，选择材料设置栏，在Plastic目录下选择ACRYLIC 材料名。

3．打开定义下拉菜单，选择格子光源定义Grid Source命令。

4．Grid Source对话框输入参数如图3.7，3.8。

5．点击Trace Rays运行描光，结果见图3.9。

6．选中surface4，点击，进行照度、辉度分析，如图3.10。

根据照度图，照度大小分布情况，可以进行调整，使设计更加优越。

7．点击，进行光强度分析，如图3.11。

图3.7图3.8图3.9图3.10图3.11实验五液晶背光设计一、实验目的学习侧光式背光源设计的全过程，掌握reptile功能使用。

4.2.2 TracePro设计背光源■创建一个实体模型■定义实体模型使用材料的属性■设置实体模型个表面属性■创建和运用RepTile功能■创建表面光源■描光■照度、辉度等分析步骤：1．点击桌面TracePro快截方式或使用开始→程序→TracePro2．从下拉菜单中，选择基本实体模型3Block，输入X=100，4．点击插入Insert 按钮，创建block。

5．单击放缩工具，或选择下拉菜单View →Zoom All，图形区将完全展现新建实体模型。

图4..1下一步将定义LCD Panel材料属性，使其成为光学模型。

1．在导航选项栏的模型树中选中Object1。

2．点击鼠标右键弹出下拉快截菜单，或在图形区单击右键，选择Properties…命令打开属性定义对话框。

（还可以使用下拉菜单→Apply properties）3．在设置属性对话框中选择材料属性定义。

4．在材料目录下，选择PLASTIC目录，选中名为Polycarb材料。

5．点击Apply运用该材料属性。

6．在导航选项栏里面可以看到材料属性已经运用于Object1。

图4.2选择面1、面2、面3和面5，将Object1的底面和三边设为反射面1．首先展开导航选项栏“模型树”中Object1。

2．在“模型树”中选中Object1的面1(Surface1)。

3．按住CtrL，同时选中面2(Surface2)，面3(Surface3)和面5(Surface5)。

4．打开属性定义对话框，选择表面（Surface）属性设置。

5．在默认属性目录下，选择理想反射面(Perfect Mirror)。

6．点击Apply运用。

图4.31．从下拉菜单中，选择基本实体模型2．在对话框中选择3．输入半径、长度等参数如图4.4。

4．点击Apply运用，创建完成荧光灯模型如图4.5。

图4.4图4.5创建完成荧光灯后，需要定义它的表面属性。

1．点击Object2前的+号，展开模型树，可以看到荧光灯由3个面组成，即光管面和2个端面。

2.在导航选项栏中选钟Object2的表面(surface0)。

3．打开属性设置对话框，选择表面（Surface）设置栏。

4．在默认属性目录下选择Flour Wite。

5．点击Apply运用。

图4.6这一步将荧光灯实体模型设置为光源。

1．选择Object2的面0(surface0)，打开设置属性对话框。

2．选择表面光源(Surface Source)设置栏。

3．在Source Type栏中选择Flux，Flux栏里输入30Watts，设置总光线（Total Rays）为1000条。

4．点击Apply运用。

图4.7为了充分利用荧光灯所发出的光，并且使Panel能得到更加均匀的光，所1．在下拉菜单中，选择基本实体模型对话框中选择Cylinder/Cone2．先建立外侧圆筒，输入数据如图4.8。

3．再建立内侧圆筒，输入数据如图4.9。

图4.8图4.9反光面可以使用布林运算相减功能，将内侧圆筒从外侧圆筒相减。

1．在模型树中选择外侧圆筒，即Object3。

2．按下CtrL，同时选中内侧圆筒，即Object4。

3．点击使用布林运算相减功能图标，也可使用下拉菜单Edit →Boolean →Subtract命令来实现。

4．查看导航选项栏，布林运算结果为Object3，且具有6个面（surface0---surface5）。

如果操作不成功，可以按以上方法再试一次。

图4.10这里设计的反光面是半球形，所以需要再次运用布林运算减去多余部分。

1．打开基本实体模型对话框，输入数据如图4.11。

2．选中Object3,按下CtrL，同时选中Object5。

3．点击使用布林运算相减功能图标。

图4.11完成以后如图4.12所示图4.12进一步定义半球反光面属性1．选中Object3中面2(surface2),打开属性对话框。

2．选择面（Surface）设置栏，在默认属性目录下，选择Diffuse White。

3．点击Apply运用。

4．定义完成的属性如图4.13所示。

图4.13打开TracePro3.24，选择进入Expert 版。

将在TracePro Expert 版下，利用RepTile1．选择下拉菜单→→RepTile2．点击增加(Add)RepTile Property。

3．在弹出对话框中，输入RepTile name为LCD，几何种类（Geometry Type）为球体（Sphere），如图4.14。

4．点击OK，完成。

5．在Tile参数(Parameters)中选择矩形（Rectangles）。