本篇詳述了使用LightTools軟件設(shè)計照明光學系統(tǒng)的基本步驟，包括需求分析，器件選型，LightTools建模，光學系統(tǒng)優(yōu)化等步驟。

      照明光學系統(tǒng)可以分為兩種：一種是純照明光學系統(tǒng)；另一種是使用照明光學系統(tǒng)來給成像光學系統(tǒng)的物面進行照明，滿足特定的需求。純照明光學系統(tǒng)如路燈、汽車前照燈等，僅含有一個光學系統(tǒng)；第二種的光學系統(tǒng)如顯微鏡光學系統(tǒng)，包含照明、成像兩個模塊，兩個模塊需要搭配使用。以下選取純照明光學系統(tǒng)為例，講解設(shè)計照明系統(tǒng)的基本步驟。

      首先就是需求分析，如我們拿到的需求是設(shè)計一款照明系統(tǒng)，其要求是照明800*600mm²，照明距離為0.2米，照度需要大于30lux且均勻度要求大于90%，且光學系統(tǒng)的效率應該大于80%（考慮菲涅爾損耗），如下，

拿到需求之后就要進行分析，計算需要多大光通量的光源，

經(jīng)過計算，目標面上需要14.4lux的光通量，考慮到光學效率的話，需要18lux的光通量，也就是說光源需要發(fā)出至少18lux的光通量才可以滿足要求。但是這里忽略了一個問題，光源的發(fā)光的最大天頂角角度是90°，絕大多數(shù)的光學系統(tǒng)是不可能完全使用到所有角度的光線，大多數(shù)光學系統(tǒng)以60°為準，也就是說60-90°的能量沒有被使用，

這樣就算出來了，若需要滿足照明的要求，需要選取至少24lux光通量的光源。

      第二步就是器件選型了，根據(jù)第一步算出來的光通量去燈珠公司的官網(wǎng)選取燈珠。有一個需要注意的點就是根據(jù)使用環(huán)境的不同，燈珠需要滿足不同的條件，如工業(yè)上使用，則燈珠需要滿足工規(guī)要求，車載使用，燈珠需要滿足車載的要求。比較大的燈珠公司有歐司朗、日亞、飛利浦等，國產(chǎn)的燈珠現(xiàn)在有幾家也做的不錯的。以下以歐司朗為例，

進入公司官網(wǎng)之后，選取好光源，將其規(guī)格書以及光學仿真的文件下載下來，其包括仿真所需要的近場光線文件、光譜文件以及CAD文件，如下，

      第三步就是在Lt內(nèi)對光學系統(tǒng)進行建模，首先需要導入光源的光線文件以及光譜文件，千萬不要自己按照發(fā)光面積大小在軟件新建朗伯光源，因為光源能量在面積空間并不是均勻的，原因如下，可以看到其能量分布是不均勻的，

所以一定要導入光源的近場光線文件進行模擬，并且一定要導入光譜信息，光線文件導入的方法如下，

導入好了光線與光譜文件之后就可以建模透鏡，

使用Sketch3PtLens新建透鏡的模型。最后新建接收器，對目標面位置光能量進行分析，首先需要新建虛擬面，然后在該虛擬面上添加接收器即可，

新建后的模型如下，

在開始優(yōu)化之前，需要對透鏡進行賦材料（如玻璃或者光學塑料），以及表面的屬性需要設(shè)置為考慮菲涅爾損耗（也就是一束光經(jīng)過兩個介質(zhì)的界面，會同時產(chǎn)生反射和透射光，未被利用的光被稱為菲涅爾損耗）。

      最后的步驟就是優(yōu)化，在優(yōu)化之前，應該先設(shè)置好評價函數(shù)與變量。評價函數(shù)的添加如下，以照度均勻性為例子，

新建了評價函數(shù)之后，需要對評價函數(shù)進行設(shè)置，如下，

設(shè)置了評價函數(shù)之后，需要新建優(yōu)化變量，

這里將透鏡面型使用XY多項式進行表示，并且將其系數(shù)添加為優(yōu)化變量進行優(yōu)化。然后進行優(yōu)化即可，Lt內(nèi)的優(yōu)化有兩種優(yōu)化引擎，一種是標準，一種是替代；一般來說，簡單的光學系統(tǒng)使用標準引擎，復雜的光學使用替代的引擎，在使用標準引擎無效時，也可以切換到替代引擎，可能會有意想不到的效果。

      總結(jié)一下，在使用LightTools對光學系統(tǒng)進行設(shè)計時，共包括需求分析，器件選型，LightTools建模，光學系統(tǒng)優(yōu)化四個基本步驟。值得注意的是需求分析時，需要考慮到菲涅爾損耗帶來的光能量損耗，以及光源發(fā)出的大角度光線是用不上的，這些損耗的能量也需要被考慮進去；器件選型時，根據(jù)使用場景的不同，燈珠需要滿足一些特定的要求，這個一定要在設(shè)計前就確定清楚；LightTools建模時，光源需要使用燈珠廠商提供的光線文件，并且需要將光譜加載進去；光學系統(tǒng)優(yōu)化時遵從先標準后替代的思路。經(jīng)驗來看，若所有的參數(shù)均設(shè)置正確的話，那么LightTools的仿真結(jié)果會非常接近于實物所得的結(jié)果，包括光能量的大小以及光能量的分布均非常接近，是一款值得信賴的光學軟件。感謝大家的關(guān)注轉(zhuǎn)發(fā)點贊在看，我們公眾號會持續(xù)更新相關(guān)的光學設(shè)計知識（包括CodeV軟件和LightTools的操作等）。