大多數(shù)顯示都由幾個(gè)光學(xué)組件組成，其中光源照明顯示是最重要的組件。所有的顯示都需要一個(gè)機(jī)械裝置來發(fā)送這個(gè)光穿過或不通過一個(gè)創(chuàng)建的文本或圖形以便于顯示信息。為控制光輸出，會(huì)用到一個(gè)或幾個(gè)光學(xué)儀器來控制所期望的顯示信息的角和位置。對(duì)這種類型的應(yīng)用，F(xiàn)RED已經(jīng)證實(shí)了相比傳統(tǒng)成型方法它可以節(jié)省30-50%的時(shí)間和成本。
1.光源
FRED可以模擬在顯示系統(tǒng)中能找到的所有的光源類型，包括LEDs（發(fā)光二極管）、RGB LEDs、白熾燈、HID、Neon、ARC和熒光燈。支持IGES和STEP格式CAD模型文件導(dǎo)入、單個(gè)或多個(gè)格子光線的位置和角度切趾、用戶自定義的曲面發(fā)射模型，測量數(shù)據(jù)模型可以應(yīng)到某一表面上其中包括Radiant Imaging Source™模型。幾個(gè)在FRED中模擬的光源模型如下所示：
2.系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)可以通過用戶圖形界面在FRED中直接創(chuàng)建，也可以從IGES或STEP CAD格式或其它設(shè)計(jì)程序中導(dǎo)入，還可以導(dǎo)入通過ASAP轉(zhuǎn)換輸出的文本文件。軟件創(chuàng)建表面有多種選擇：包括標(biāo)準(zhǔn)平面、圓錐面、圓柱面、橢球面、雙曲面、圓環(huán)面、多項(xiàng)式表面、Zernike、樣條曲面（NURBS）、Meshed(直紋面)、旋轉(zhuǎn)曲線、extruded curbs、復(fù)合曲線、樣條函數(shù)和用戶自定義曲面等。一組被選中的表面如下圖所示。
因?yàn)镕RED有多文檔界面，在兩個(gè)文件之間組件是可以剪切、復(fù)制和粘貼的。實(shí)體在邏輯上可以分成裝配體、組件、元件等等級(jí)，這與系統(tǒng)的物理布局是相對(duì)應(yīng)的，每個(gè)對(duì)象都可以置于相對(duì)于任何坐標(biāo)系的位置。任何的表面都可以用隱式曲面或者aperture collection curve來裁剪，它的定義如下。
FRED可以導(dǎo)入IGES和STEP文件是無與倫比的，該軟件可以簡單地導(dǎo)入平面、二次表面、網(wǎng)格、NURBs和Bezier曲面，還有高于5級(jí)的表面，如下面所示的信號(hào)反射鏡圖。一個(gè)檢查CAD導(dǎo)入好壞的最佳特征是查看在一個(gè)簡單修改或驗(yàn)證對(duì)話框中的Nurb、mesh、Bezier曲線或表面定義信息。
3.控制光輸出的光學(xué)裝置
幾乎每一款顯示系統(tǒng)都有一些方法控制輸出光的角度和空間位置。這些結(jié)構(gòu)包含所有的東西從凹槽、點(diǎn)、表面粗糙度、涂到棱鏡上的薄膜。FRED可以模擬所有的這些結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的陣列函數(shù)在模擬成千上萬個(gè)重復(fù)控制的結(jié)構(gòu)是萬能的。下面顯示了FRED模擬這些結(jié)構(gòu)的例子。
上面顯示了兩個(gè)不同的用于PDA（掌上電腦）背光顯示系統(tǒng)。左圖顯示的是一個(gè)點(diǎn)大小為常數(shù)的背光，右圖顯示的是在5個(gè)獨(dú)立的部分分別有5種不同大小的dot。
FRED軟件可以很容易地創(chuàng)建凹槽和曲線，然后擠壓或旋轉(zhuǎn)這些結(jié)構(gòu)來使菲涅爾和棱鏡能按照所期望的方向傳播光線。
利用視覺和分析工具信息深入研究光是怎樣實(shí)現(xiàn)背光傳輸?shù)�。根�?jù)用戶所選的每一個(gè)波長，該軟件可以從任何顏色開始進(jìn)行光線追蹤，并且可以很容易地創(chuàng)建正交和透視輪廓使得能夠看見光是怎樣通過系統(tǒng)又是怎樣離開表面的，如上所示。還有更多的功能包括根據(jù)光是怎樣與表面相交的來改變光線的顏色�？梢愿鶕�(jù)相交后光的反射、透射、吸收或是衍射來設(shè)置光的顏色。
也有高級(jí)光線操作對(duì)話框來選擇光線使其按照一個(gè)特定的光路傳播，或者設(shè)定特定的功率或者光線在一個(gè)選定的面上停止。用這些對(duì)話框可以可視化或分析非均勻照明的問題，還有鬼影和雜散光的問題。您也可以使光在光學(xué)或照明系統(tǒng)中的每個(gè)階段進(jìn)行傳播。這是一個(gè)很好的方式來了解光是如何傳播的及為什么光不能完全離開照明系統(tǒng)或它為什么會(huì)在它不應(yīng)該出現(xiàn)的方向上有光。
在建模和模擬光在背光傳播時(shí)最大問題是設(shè)計(jì)多少根光線可以得到可以接受的結(jié)果，以及什么時(shí)候停止光線可以加速光線追蹤。FRED提供了更多的控制來限制光線追跡數(shù)目來減少光線追蹤的時(shí)間，包括相交數(shù)量、一個(gè)面或多個(gè)面的相交數(shù)、相對(duì)和絕對(duì)的功率閾值、每個(gè)面和每個(gè)實(shí)體的透射、反射和散射的可能性。就像您在下面的對(duì)話框所看到的那樣，可以設(shè)定鏡像和散射功率閾值、光線交在一個(gè)表面的次數(shù)以及父級(jí)光源產(chǎn)生的子級(jí)光線數(shù)上限制。這樣，用戶就可以完全控制來執(zhí)行分析，你只需要關(guān)閉特定的事件來就可以看到問題是否出在鏡像上或散射上。
4.顯示實(shí)例
導(dǎo)光管
FRED可以設(shè)計(jì)各種形狀和大小的導(dǎo)光管，使光從一個(gè)或多個(gè)光源傳送到一個(gè)或幾個(gè)目標(biāo)。大多數(shù)導(dǎo)光管是由塑料制成的，由于成型的問題有漏光現(xiàn)象。FRED針對(duì)這些光學(xué)器件的可視化能力非常優(yōu)秀。不僅可以直接在軟件中建�；驈腃AD中導(dǎo)入，并且建立LED和白熾燈的模型也十分容易。最后的階段就是追跡通過導(dǎo)光管的光線來分析模型中任意面的輻照度和點(diǎn)位置，光源甚至可以是位圖（Bitmap）或者字母，同時(shí)可以進(jìn)行吞吐量和均勻性的分析。下圖顯示了上面所提到的第一個(gè)彎曲光管輸出可能范圍，從點(diǎn)列圖到輻照度圖、彩色圖像分析到強(qiáng)度曲線。
下面的彩色圖像顯示了在導(dǎo)光管的RGB LED設(shè)計(jì)中普遍存在的一個(gè)問題。雖然上面的點(diǎn)列圖描述了所有3彩色LED非常好的均勻性，但是該產(chǎn)品上的顏色圖像分析不會(huì)顯示這個(gè)。產(chǎn)生顏色非均勻性的問題是因?yàn)樘囟ǖ腖ED的選擇、視場角和眼睛的視覺響應(yīng)。
LED照明以及彩色圖像能力
每個(gè)波長都有其相關(guān)的權(quán)重和顏色。在FRED中有內(nèi)置的波長序列和波長權(quán)重工具，如明視覺和暗視覺光譜響應(yīng)函數(shù)。該軟件可以將波長和權(quán)重自動(dòng)地合成來創(chuàng)建一種給定的顏色，這個(gè)功能對(duì)于分析和設(shè)計(jì)需要用色度法計(jì)算的系統(tǒng)是非常有用的。下圖所示的是在一個(gè)面上兩種LEDs的可視化照度圖，還有在一個(gè)面上用三個(gè)LEDs合成的彩色圖像。
還可以使用FRED的數(shù)字化工具來輸入用于二向色性的膜層以及在顯示中的顏色過濾器和抗反射膜層。簡單地找到一個(gè)膜層的電子圖像（在線目錄中找或者從文件拷貝中創(chuàng)建一個(gè)jpg或bmp文件。然后利用FRED的數(shù)字化功能來輸入X和Y的最小和最大點(diǎn)以及將曲線坐標(biāo)直接導(dǎo)入到一個(gè)靜態(tài)的膜層屬性中去。
背光顯示
背光可以用在諸多顯示設(shè)備中，包括手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDAs）、手表、DVD液晶顯示器、筆記本電腦顯示器、平液晶監(jiān)視器和許多日常生活中發(fā)明的一些新的應(yīng)用。
液晶投影儀
液晶投影機(jī)的是最重要的一個(gè)應(yīng)用，F(xiàn)RED的非序列光線追蹤能力用下圖進(jìn)行了演示。由弧光燈發(fā)射出來的光線分裂為3種RGB顏色并在立方體組合器中重組并創(chuàng)建了計(jì)算機(jī)顯示圖像。這種應(yīng)用類型中的許多建模問題已經(jīng)被寫入到程序中使得模擬這種類型的顯示項(xiàng)目、偏振、多光束路徑、彩色圖像、高級(jí)光源建模以及透鏡和反射鏡陣列變得簡單。想要學(xué)習(xí)更多的關(guān)于在FRED中怎樣建液晶投影機(jī)系統(tǒng)，可以向我們要“Digital Projector Design with FRED™”（用FRED設(shè)計(jì)數(shù)字投影機(jī)）案例說明。
FRED可以對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面（弧光源、線柵偏振器、復(fù)眼和DMD陣列、顏色濾波器和光束合成器）進(jìn)行建模來完全地模擬整個(gè)LCOS模型。FRED的多功能性、強(qiáng)大的功能性、準(zhǔn)確性、建模速度以及光線追跡可視化等特點(diǎn)使得它變成了當(dāng)今市面上最好的光學(xué)模擬軟件。
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