Ansys Speos | 手把手教你画光导

概述

目前，光导照明灯已广泛应用于汽车照明领域，光导的主要难点是导光条上的微结构，通常是微棱镜，如何设计导光条以符合规定，更重要的是要有良好的视觉亮度均匀性。光导利用光在导光结构中传输，设计棱镜在特定方向提取光的比例，使得光导线条照明外观显示均匀，没有棱镜则不能提取光从光导面出射，光在光导内继续传播。当光线以大于临界角的角度射入物体表面时，就会在光导结构内发生全反射。

θcrit=sin−1(n2/n1)

图1 Speos在内饰仿真应用

光导设计是添加一个光导齿棱镜来提取光线，棱镜的作用是使入射角小于临界角，因此光在光导内传输过程中，部分光线被提取了出来，实现光导表面出光，当然棱镜的光学形状一部分取决于光导的造型，另一部分取决于光导的照明法规。

现在利用Speos的Light Guide光导设计功能，我们将创建一个光导。

Light guide光导创建

1. 打开Ansys Speos；

2. 在设计选项卡中，点击光导；

3. 在Guide Curve选项，选择一根曲线作为导光体的导向；

4. 定义光导的外观形状，General-body选项中，选择type设置光导导光结构，在Profile diameter设置直径信息，例如：圆形，直径设置6mm ；

5.在General-Prisms Orientation选项中，选择棱镜方向和光轴方向。光轴方向为光传导的方向，出光方向是光线被棱镜从导光体中提取出来的主要方向。在reverse direction可以改变光的方向，当然也可以通过点击3D视图中的箭头来反转光方向；

6.在General-Distance选项中，设置参数type光导棱镜与光导面之间的关系，或是棱镜与引导曲线上的距离为基础Curvilinear，或是投影来定义基于投影平面上的导向曲线的曲线距离Projection，当然投影方式需要选择投影平面参考，定义棱镜起点位置和end棱镜结束位置；

7.设置Prism Geometries的参数，设置光导棱镜的大小，齿高、宽度、角度等参数，具体的参数设置，可以通过Prism内的参数配合，完成不同出光类型的光导棱镜设置，当然也可以通过输入外部光导棱镜参数文件或者是通过调节比率的方式实现不同的光导棱镜细节设计；

8.从设计面板单击计算

来构建光导几何图形，创建并显示在3D视图中。

光导参数解释

光导体类型body type，光导体类型是光导体构造的基础。

Prism only棱镜

Add

Remove

棱镜是在没有光导体的情况下产生的。可以试用add棱镜的操作，则将在没有光导体的情况下单独添加的棱镜。棱镜的高度是距离光导曲线的距离。

Add：棱镜的高度定义为达到导向曲线距离。

Remove：棱柱高度不确定，仅用于棱镜设计，与其他光导组合。

Constant Profile剖面

使用由平面曲面定义并位于导光曲线起始处的轮廓来创建导光体。选择一个草图作为导光体的剖面。

Circle shape 圆形

光导体是使用直径确定的圆形轮廓创建的。

2.Prism Orientation棱镜方向

从Prism Orientation – type的下拉列表中，选择棱镜相对于导光体的方向。

如果你想让所有的棱镜沿着导向曲线都有相同的方向，选择Direction。通过棱镜提取的光具有相同的方向，这种类型特别适合于线性光导。

如果你想让棱镜有不同的方向，选择Normal to surface。通过棱镜提取的光沿着导曲线有不同的方向。这种类型适用于非线性光波导。

3.Prism Geometries棱镜的参数，可以通过以下参数调整棱镜的几何形状。

Start Angle/ End Angle	Start角度:与光源入射端相连接的棱镜角度。 End角度:与光源出射方向相连的棱镜角。
Start Radius	施加在棱镜光源入射侧面的曲率半径。
End Radius	施加在棱镜光源出射侧面上的曲率半径。
Width	对应棱镜的宽度
Length	对应棱镜的长度
Step（add/Remove）	步长对应于两个相邻棱镜的上边缘中点之间的间距
Step（Hybrid Operation）	对于棱镜是混合模式，既有add也有remove的这种模式，step数值应于两个相邻棱镜投影在导向曲线上的间距
Trimming Ratio (Hybrid Operation)	通过微调棱镜的底来控制棱镜的高度
Offset (Add/Remove Operation)	偏移量是指光导曲线与棱镜上边缘中点之间的距离。 •使用Add，如果偏移量太低，棱镜就在光导体内部。 •使用remove，如果偏移量过高，则不会从光导体有任何切除操作
Offset (Hybrid Operation)	混合模式偏移量是指导光导曲线与棱镜底部之间的距离(开始角边)。
Top/ Bottom Prism milling	当铣削激活时，在棱镜的顶部和/或底部边缘应用。铣削是考虑了在制造过程中，棱镜表面会出现的结构，如果铣削没有计算在棱镜上，这可能导致产品与设计的不符。

4.Design Table设计表

可以通过设计表管理与棱镜相关的以下参数:步长、偏移量、宽度、起始角度和结束角度等。设计表是一个ANSYS SPEOS从一个外部文件链接light guide的参数值，可以是Excel文件(xls, xlsx, xlsm)或文本文件(txt)。也可以使用light guide初步设计光导参数，后导出设计表，重新编辑使用，修改每个棱镜和所需参数，并重新生成文件，加载入Speos作为新的光导设计输入。

光导视觉仿真

Speos的人眼视觉功能，可以模拟仿真光导的亮度结果，并且光导在内饰场景或是车灯的点亮效果，亦可在Speos中实现。

总结

Speos的光机平台，可以快速的通过参数设计光导，并能够结合人眼视觉功能，点亮分析光导的照明效果，提高设计的准确性。在后续的文章中，我们将会逐步引入新的workflow介绍，来解释Speos light guide设计和optiSLang优化联合，进一步提升light guide设计，优化光导设计过程。

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