本應(yīng)用說明介紹了兩種模擬LED的方法，強(qiáng)調(diào)了一些有用的分析工具。
FRED用于LED建模
CAD導(dǎo)入
■ FRED可以導(dǎo)入IGES和STEP格式CAD模型，允許光學(xué)和機(jī)械元件的快速集成。
■ 一些LED廠商網(wǎng)上提供CAD文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
光線文件導(dǎo)入
■ 可以將光線文件可以動態(tài)地加載到FRED的光源定義中。
■ 一些LED廠商網(wǎng)上提供光線文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
數(shù)字化工具
■ 數(shù)據(jù)表產(chǎn)生的數(shù)據(jù)圖光譜（曲線）圖可以被數(shù)字化，并用于生成光源波長。
■ 數(shù)據(jù)表產(chǎn)生的角分布曲線可以被數(shù)字化，并用于光源能量切趾。•
■ 2-D機(jī)械圖紙可以被數(shù)字化，并用于生成精確的幾何形狀。
極坐標(biāo)計算下的強(qiáng)度
■ 可以計算出角分布，從而與廠商的規(guī)格對比進(jìn)行模型驗證。
■ 彩色圖像
■ 可以計算和渲染精確的彩色圖像，不僅提供比色法色度計算的數(shù)據(jù)（例如RGB值和色度坐標(biāo)），也提供彩色圖像分布的視覺效果情景圖。
可視化視圖
■ 任何圖像或渲染可以顯示在三維視圖中，可以快速驗證模型的設(shè)置，或者用于系統(tǒng)的可視化演示中。
目錄
簡介........................................................................ 2
在FRED中的實際例子：創(chuàng)建一個LED ............. 3
方法1：CAD幾何體和光線文件....................... 3
方法2：數(shù)據(jù)表...........................................7
兩種方法的對比................................ 8
專注于FRED工具：彩色圖像.............................. 9
更多信息...................................................... 11
簡介
發(fā)光二極管（LED）正迅速成為很多領(lǐng)域上首選的光源，包括汽車業(yè)、背光和投影、醫(yī)療器械、工業(yè)應(yīng)用，裝飾照明等等。有幾種不同的方法來創(chuàng)建LED模型，可以根據(jù)具體的情況來確定最合適的仿真。一些廠商如Cree,，OSRAM，Philips Lumileds和Bridgelux在其網(wǎng)站上粘貼了各種格式光線集，以供下載。這些光線文件包含（至少）光線的位置和方向，并且可以直接導(dǎo)入到FRED。此外，軟件工具，例如ProSource，來自Radiant image公司，可從測試數(shù)據(jù)中生成光線集。使用這些光線軟件也是模擬LED光分布的一種方法，還有一種方法是編輯LED的角分布，典型的是輸入到它的技術(shù)數(shù)據(jù)表中，作為功率切趾。
有兩種用于LED發(fā)射建模的情況：近場和遠(yuǎn)場。近場描述光線接近發(fā)射器的情況，其通常具有獨特的空間結(jié)構(gòu)的分布。在遠(yuǎn)場情況下，發(fā)射器近似為一個方向性的點光源并且光線服從一個穩(wěn)定的，可預(yù)測的模式。還有就是遠(yuǎn)場區(qū)域的界限沒有確切的定義，這取決于多種因素，如發(fā)射器的尺寸和形狀以及包封透鏡參數(shù)。最初在文獻(xiàn)中定義的遠(yuǎn)場概念包括光源距發(fā)射器的距離是光源尺寸大小的5至15倍。對于遠(yuǎn)場應(yīng)用，使用光線集和角分布具有相同的效果。在LED近場模式與仿真相關(guān)的條件下，一個完全精確的模型必須包含況下的一些主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)的近似模型是足以產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)慕鼒霰硎尽Ｒ虼�，一個聰明，成功的一個高保真的LED的幾何體的內(nèi)部構(gòu)造，包括為所有的光學(xué)元件設(shè)定適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)性質(zhì)。構(gòu)建這樣一個詳盡的模型非常昂貴，且費時費力，既無必要，在大多數(shù)情況下也是不現(xiàn)實的。建模的關(guān)鍵是了解模型類型和所需細(xì)節(jié)程度。本應(yīng)用說明描述兩種LED建模程序提供良好的出發(fā)點并鼓勵用戶在具體設(shè)計和應(yīng)用上增加更多的細(xì)節(jié)和精度。
FRED中的實際案例：創(chuàng)建LED模型
越來越多的LED廠商提供在其網(wǎng)站上的提供了CAD模型和光線文件（Cree,，OSRAM，Philips Lumileds和Bridgelux ）。第一種方法描述了使用CAD幾何體和光線文件導(dǎo)入和創(chuàng)建LED模型。第二種方法描述僅使用數(shù)據(jù)表說明來建LED模型。整個例子使用的是Philips Lumiled公司的Amber LUXEON Rebel Color，零件編號LXML-PL01-0030。
方法1：CAD幾何體和光線文件
1、導(dǎo)入CAD幾何體
FRED的CAD導(dǎo)入功能可以很方便地導(dǎo)入任何STEP或IGES格式的文件。在CAD導(dǎo)入對話框包含的選項如給曲面和曲線隨機(jī)分配顏色，創(chuàng)造和獨立繪制曲線，將模型以陰影曲面或線框的形式顯示，并分配默認(rèn)的光線追跡控制集。圖1顯示導(dǎo)入的線框形式的LUXEON Rebel LED的CAD幾何體。注意，CAD幾何體設(shè)置為“不可追跡”，這意味著它不能在光線追跡中使用。它作為一個參考物，使得LED模型相對于系統(tǒng)中的其它元素處于正確的位置。
圖1、LUXEON Rebel LED的CAD模型導(dǎo)入到FRED，顯示在線框中。
2、導(dǎo)入光線文件
可以將光線文件直接加載到Detailed Source的“Positions/Directions（位置/方向）”標(biāo)簽中，如2圖所示。在FRED中支持的光線文件格式有：FRED緊湊型光線集（* .fcr）；ASAP分布文件（*.dis）；ProSource二進(jìn)制格式支持從Zemax、OPTICAD和TracePro中導(dǎo)出的文件；支持LightTools和TracePro的ASCII /Text格式；LucidShape二進(jìn)制文件。FRED允許用戶決定是使用光線文件中的所有光線或是用戶指定的子集。顯然，所使用的光線越多，該模型越準(zhǔn)確。然而，必須找到速度和光線數(shù)目之間的平衡點。通常在使用大量光線進(jìn)行全部的光線追跡之前先使用一個較小的子集進(jìn)行測試。
圖2、Detailed optical source（詳細(xì)光源）對話框顯示導(dǎo)入光線文件的選項。
3、設(shè)置正確的功率和單位
取決于導(dǎo)入的光線文件的格式，F(xiàn)RED可以讀取并為LED光源分配一個功率值，在彈出的窗口中顯示功率的設(shè)置�？梢圆樵僉ED數(shù)據(jù)表來驗證該值，因為廠商通常會針對不同功率的LED提供單個光線文件。如果光線文件中沒有指明功率大小，則默認(rèn)值為1�？梢栽贒etailed Source（詳細(xì)光源）的Power（功率）標(biāo)簽中輸入光源功率。FRED定義功率的單位有瓦特、流明或任意單位。圖3顯示了LED模型，白色繪制的是新定義的光源光線。
圖3：從光線文件中導(dǎo)入光線的LED模型
4、數(shù)字化光譜
FRED有一個易于使用的數(shù)字化工具，它可以從一張BMP或JPEG格式的圖中提取光譜數(shù)據(jù)點，如圖4所示。數(shù)字化的光譜可以被分配給光源。每個FRED文檔都有專門用于創(chuàng)建、管理、和繪制光譜的文件夾。光譜可指定為高斯，黑體或采樣。采樣的光譜類型是數(shù)字化光譜的一個合適選擇。
圖4、基于數(shù)據(jù)表中光譜能量分布曲線的Amber LUXEON LED光譜的數(shù)字化。
5、模型驗證
FRED極坐標(biāo)網(wǎng)格計算的強(qiáng)度與數(shù)據(jù)表提供的角分布結(jié)果對比，可用于驗證LED模型。FRED中Directional Analysis Entity（直接分析實體）可以用來分析。該DAE是專為光線過濾、計算和在球形極坐標(biāo)網(wǎng)格上顯示光強(qiáng)數(shù)據(jù)設(shè)計的。圖5顯示了Lumileds LUXEON Rebel的角分布圖（左）與相應(yīng)的FRED模型分布（右）良好的一致性。
圖5：LUXEON Rebel LED的角分布圖，（左）廠商提供的圖，（右）FRED仿真的圖。
方法2：僅僅使用數(shù)據(jù)表
1、創(chuàng)建光源
創(chuàng)建一個新的Detailed Source，將光線位置設(shè)置為“Random Pane（任意平面）（一個平面上隨機(jī)排列的點）”，以避免光線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。輸入所需的光線數(shù)目并使用Isotropic（各向同性）角分布將光線方向指定為“一定角度范圍內(nèi)隨機(jī)進(jìn)入”。角度分布圖將被用于定義光線的方向（步驟4）；將分布設(shè)置為Isotropic設(shè)置確保了不存在二次內(nèi)部切趾。角分布圖代表了遠(yuǎn)場輻射方向模型，所以應(yīng)使用小的光線網(wǎng)格（在遠(yuǎn)場中發(fā)射器近似為一個點光源）。
2、設(shè)置正確的功率和數(shù)字化光譜
按照上述方法1中所述步驟3和步驟4操作。 |
