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FRED應用：LED手電筒模擬

對于大多數(shù)應用，發(fā)光二極管，或者LED，近幾年已經(jīng)超越了白熾燈光源。LED的優(yōu)勢包括體積小巧、發(fā)光效率高和使用壽命長。LED也有光學工程師必須處理的不良特性，比如混色和準直的需要。在這個例子中，我們來看一個LED手電筒的簡單示例。

 

FRED模型

 

本例中模擬的手電筒由三個白光LED組成。LED的幾何形狀是基于FRED安裝提供的例子文件“Basic LED Example”。LED被安排成三角形排布。創(chuàng)建一個基于熒光粉的白光光譜，并將它分配到LED光源中。手電筒筒身是一個復合結(jié)構(gòu)，由兩個基本形狀（棒和管）組成。每個形狀根據(jù)所需尺寸創(chuàng)建，固定位置確保棒和管之間沒有間隙。
 

 

圖1 左：FRED中的手電筒模型。該模型由筒身、多面反射鏡和排列的三個白光LED組成。右：手電筒光線軌跡示意圖。由面反射鏡反射的光線顯示為紅色。

 

為了提高光學效率，面反射鏡恰好可以放置在LED后面。使用“自定義元件”可以創(chuàng)建該反射鏡，自定義元件由兩部分組成：一條曲線和一個表面。分段曲線需要每個間斷點的(X,Y,Z)坐標，用于定義反射鏡的徑向分布。該曲線在X-Z平面具有拋物線形狀，Z值正比于X^2。然后將分段曲線指定為旋轉(zhuǎn)曲面的母線。分段反射鏡曲線和表面的準確參數(shù)如圖2所示，以及已完成的反射鏡的示意圖。

 

圖2 上左：分段曲線的斷點坐標。上右：旋轉(zhuǎn)曲面的參數(shù)。下：FRED中模擬好的面反射鏡，分段曲線顯示為紅色。

 

在不同距離處對手電筒的輻照度、強度和彩色圖進行分析（圖3）。通過調(diào)整拋物面反射鏡的形狀可以優(yōu)化發(fā)射光的準直性。

 

圖3 在兩個不同距離處手電筒照明的彩色圖：0.1m（左）和0.5m（右）