Ansys Speos | 手把手教你畫光導
概述
目前，光導照明燈已廣泛應用于汽車照明領域，光導的主要難點是導光條上的微結構，通常是微棱鏡，如何設計導光條以符合規定，更重要的是要有良好的視覺亮度均勻性。光導利用光在導光結構中傳輸，設計棱鏡在特定方向提取光的比例，使得光導線條照明外觀顯示均勻，沒有棱鏡則不能提取光從光導面出射，光在光導內繼續傳播。當光線以大于臨界角的角度射入物體表面時，就會在光導結構內發生全反射。
θcrit=sin?1(n2/n1)
圖1 Speos在內飾仿真應用
光導設計是添加一個光導齒棱鏡來提取光線，棱鏡的作用是使入射角小于臨界角，因此光在光導內傳輸過程中，部分光線被提取了出來，實現光導表面出光，當然棱鏡的光學形狀一部分取決于光導的造型，另一部分取決于光導的照明法規。
現在利用Speos的Light Guide光導設計功能，我們將創建一個光導。
Light guide光導創建
1. 打開Ansys Speos；
2. 在設計選項卡中，點擊光導 ；
3. 在Guide Curve選項，選擇一根曲線作為導光體的導向；
4. 定義光導的外觀形狀，General-body選項中，選擇type設置光導導光結構，在Profile diameter設置直徑信息，例如：圓形 ，直徑設置6mm ；
5.在General-Prisms Orientation選項中，選擇棱鏡方向和光軸方向。光軸方向為光傳導的方向，出光方向是光線被棱鏡從導光體中提取出來的主要方向。在reverse direction可以改變光的方向，當然也可以通過點擊3D視圖中的箭頭來反轉光方向；
6.在General-Distance選項中，設置參數type光導棱鏡與光導面之間的關系，或是棱鏡與引導曲線上的距離為基礎Curvilinear，或是投影來定義基于投影平面上的導向曲線的曲線距離Projection，當然投影方式需要選擇投影平面參考，定義棱鏡起點位置和end棱鏡結束位置；
7.設置Prism Geometries的參數，設置光導棱鏡的大小，齒高、寬度、角度等參數，具體的參數設置，可以通過Prism內的參數配合，完成不同出光類型的光導棱鏡設置，當然也可以通過輸入外部光導棱鏡參數文件或者是通過調節比率的方式實現不同的光導棱鏡細節設計；
8.從設計面板單擊計算 來構建光導幾何圖形，創建并顯示在3D視圖中。
光導參數解釋
光導體類型body type，光導體類型是光導體構造的基礎。
Prism only棱鏡 Add Remove |
棱鏡是在沒有光導體的情況下產生的。可以試用add棱鏡的操作，則將在沒有光導體的情況下單獨添加的棱鏡。棱鏡的高度是距離光導曲線的距離。 Add：棱鏡的高度定義為達到導向曲線距離。 Remove：棱柱高度不確定，僅用于棱鏡設計，與其他光導組合。 |
Constant Profile剖面 |
使用由平面曲面定義并位于導光曲線起始處的輪廓來創建導光體。選擇一個草圖作為導光體的剖面。 |
Circle shape 圓形 |
光導體是使用直徑確定的圓形輪廓創建的。 |
2.Prism Orientation棱鏡方向
從Prism Orientation – type的下拉列表中，選擇棱鏡相對于導光體的方向。
如果你想讓所有的棱鏡沿著導向曲線都有相同的方向，選擇Direction。通過棱鏡提取的光具有相同的方向，這種類型特別適合于線性光導。
如果你想讓棱鏡有不同的方向，選擇Normal to surface。通過棱鏡提取的光沿著導曲線有不同的方向。這種類型適用于非線性光波導。
3.Prism Geometries棱鏡的參數，可以通過以下參數調整棱鏡的幾何形狀。
Start Angle/ End Angle |
Start角度:與光源入射端相連接的棱鏡角度。 End角度:與光源出射方向相連的棱鏡角。 |
Start Radius |
施加在棱鏡光源入射側面的曲率半徑。 |
End Radius |
施加在棱鏡光源出射側面上的曲率半徑。 |
Width |
對應棱鏡的寬度 |
Length |
對應棱鏡的長度 |
Step（add/Remove） |
步長對應于兩個相鄰棱鏡的上邊緣中點之間的間距 |
Step（Hybrid Operation） |
對于棱鏡是混合模式，既有add也有remove的這種模式，step數值應于兩個相鄰棱鏡投影在導向曲線上的間距 |
Trimming Ratio (Hybrid Operation) |
通過微調棱鏡的底來控制棱鏡的高度 |
Offset (Add/Remove Operation) |
偏移量是指光導曲線與棱鏡上邊緣中點之間的距離。 ?使用Add，如果偏移量太低，棱鏡就在光導體內部。 ?使用remove，如果偏移量過高，則不會從光導體有任何切除操作 |
Offset (Hybrid Operation) |
混合模式偏移量是指導光導曲線與棱鏡底部之間的距離(開始角邊)。 |
Top/ Bottom Prism milling |
當銑削激活時，在棱鏡的頂部和/或底部邊緣應用。 銑削是考慮了在制造過程中，棱鏡表面會出現的結構，如果銑削沒有計算在棱鏡上，這可能導致產品與設計的不符。 |
4.Design Table設計表
可以通過設計表管理與棱鏡相關的以下參數:步長、偏移量、寬度、起始角度和結束角度等。設計表是一個ANSYS SPEOS從一個外部文件鏈接light guide的參數值，可以是Excel文件(xls, xlsx, xlsm)或文本文件(txt)。也可以使用light guide初步設計光導參數，后導出設計表，重新編輯使用，修改每個棱鏡和所需參數，并重新生成文件，加載入Speos作為新的光導設計輸入。
光導視覺仿真
Speos的人眼視覺功能，可以模擬仿真光導的亮度結果，并且光導在內飾場景或是車燈的點亮效果，亦可在Speos中實現。
總結
Speos的光機平臺，可以快速的通過參數設計光導，并能夠結合人眼視覺功能，點亮分析光導的照明效果，提高設計的準確性。在后續的文章中，我們將會逐步引入新的workflow介紹，來解釋Speos light guide設計和optiSLang優化聯合，進一步提升light guide設計，優化光導設計過程。
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