本應用說(shuō)明介紹了兩種模擬LED的方法，強調了一些有用的分析工具。
FRED用于LED建模
CAD導入
■ FRED可以導入IGES和STEP格式CAD模型，允許光學(xué)和機械元件的快速集成。
■ 一些LED廠(chǎng)商網(wǎng)上提供CAD文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
光線(xiàn)文件導入
■ 可以將光線(xiàn)文件可以動(dòng)態(tài)地加載到FRED的光源定義中。
■ 一些LED廠(chǎng)商網(wǎng)上提供光線(xiàn)文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
數字化工具
■ 數據表產(chǎn)生的數據圖光譜（曲線(xiàn)）圖可以被數字化，并用于生成光源波長(cháng)。
■ 數據表產(chǎn)生的角分布曲線(xiàn)可以被數字化，并用于光源能量切趾。•
■ 2-D機械圖紙可以被數字化，并用于生成精確的幾何形狀。
極坐標計算下的強度
■ 可以計算出角分布，從而與廠(chǎng)商的規格對比進(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據（例如RGB值和色度坐標），也提供彩色圖像分布的視覺(jué)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置，或者用于系統的可視化演示中。
目錄
簡(jiǎn)介........................................................................ 2
在FRED中的實(shí)際例子：創(chuàng )建一個(gè)LED ............. 3
方法1：CAD幾何體和光線(xiàn)文件....................... 3
方法2：數據表...........................................7
兩種方法的對比................................ 8
專(zhuān)注于FRED工具：彩色圖像.............................. 9
更多信息...................................................... 11
簡(jiǎn)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(chē)業(yè)、背光和投影、醫療器械、工業(yè)應用，裝飾照明等等。有幾種不同的方法來(lái)創(chuàng )建LED模型，可以根據具體的情況來(lái)確定最合適的仿真。一些廠(chǎng)商如Cree,，OSRAM，Philips Lumileds和Bridgelux在其網(wǎng)站上粘貼了各種格式光線(xiàn)集，以供下載。這些光線(xiàn)文件包含（至少）光線(xiàn)的位置和方向，并且可以直接導入到FRED。此外，軟件工具，例如ProSource，來(lái)自Radiant image公司，可從測試數據中生成光線(xiàn)集。使用這些光線(xiàn)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)數據表中，作為功率切趾。
有兩種用于LED發(fā)射建模的情況：近場(chǎng)和遠場(chǎng)。近場(chǎng)描述光線(xiàn)接近發(fā)射器的情況，其通常具有獨特的空間結構的分布。在遠場(chǎng)情況下，發(fā)射器近似為一個(gè)方向性的點(diǎn)光源并且光線(xiàn)服從一個(gè)穩定的，可預測的模式。還有就是遠場(chǎng)區域的界限沒(méi)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。最初在文獻中定義的遠場(chǎng)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。對于遠場(chǎng)應用，使用光線(xiàn)集和角分布具有相同的效果。在LED近場(chǎng)模式與仿真相關(guān)的條件下，一個(gè)完全精確的模型必須包含況下的一些主要內部結構的近似模型是足以產(chǎn)生一個(gè)適當的近場(chǎng)表示。因此，一個(gè)聰明，成功的一個(gè)高保真的LED的幾何體的內部構造，包括為所有的光學(xué)元件設定適當的光學(xué)性質(zhì)。構建這樣一個(gè)詳盡的模型非常昂貴，且費時(shí)費力，既無(wú)必要，在大多數情況下也是不現實(shí)的。建模的關(guān)鍵是了解模型類(lèi)型和所需細節程度。本應用說(shuō)明描述兩種LED建模程序提供良好的出發(fā)點(diǎn)并鼓勵用戶(hù)在具體設計和應用上增加更多的細節和精度。
FRED中的實(shí)際案例：創(chuàng )建LED模型
越來(lái)越多的LED廠(chǎng)商提供在其網(wǎng)站上的提供了CAD模型和光線(xiàn)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(xiàn)文件導入和創(chuàng )建LED模型。第二種方法描述僅使用數據表說(shuō)明來(lái)建LED模型。整個(gè)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(xiàn)文件
1、導入CAD幾何體
FRED的CAD導入功能可以很方便地導入任何STEP或IGES格式的文件。在CAD導入對話(huà)框包含的選項如給曲面和曲線(xiàn)隨機分配顏色，創(chuàng )造和獨立繪制曲線(xiàn)，將模型以陰影曲面或線(xiàn)框的形式顯示，并分配默認的光線(xiàn)追跡控制集。圖1顯示導入的線(xiàn)框形式的LUXEON Rebel LED的CAD幾何體。注意，CAD幾何體設置為“不可追跡”，這意味著(zhù)它不能在光線(xiàn)追跡中使用。它作為一個(gè)參考物，使得LED模型相對于系統中的其它元素處于正確的位置。
圖1、LUXEON Rebel LED的CAD模型導入到FRED，顯示在線(xiàn)框中。
2、導入光線(xiàn)文件
可以將光線(xiàn)文件直接加載到Detailed Source的“Positions/Directions（位置/方向）”標簽中，如2圖所示。在FRED中支持的光線(xiàn)文件格式有：FRED緊湊型光線(xiàn)集（* .fcr）；ASAP分布文件（*.dis）；ProSource二進(jìn)制格式支持從Zemax、OPTICAD和TracePro中導出的文件；支持LightTools和TracePro的ASCII /Text格式；LucidShape二進(jìn)制文件。FRED允許用戶(hù)決定是使用光線(xiàn)文件中的所有光線(xiàn)或是用戶(hù)指定的子集。顯然，所使用的光線(xiàn)越多，該模型越準確。然而，必須找到速度和光線(xiàn)數目之間的平衡點(diǎn)。通常在使用大量光線(xiàn)進(jìn)行全部的光線(xiàn)追跡之前先使用一個(gè)較小的子集進(jìn)行測試。
圖2、Detailed optical source（詳細光源）對話(huà)框顯示導入光線(xiàn)文件的選項。
3、設置正確的功率和單位
取決于導入的光線(xiàn)文件的格式，FRED可以讀取并為L(cháng)ED光源分配一個(gè)功率值，在彈出的窗口中顯示功率的設置�？梢圆樵�(xún)LED數據表來(lái)驗證該值，因為廠(chǎng)商通常會(huì )針對不同功率的LED提供單個(gè)光線(xiàn)文件。如果光線(xiàn)文件中沒(méi)有指明功率大小，則默認值為1�？梢栽贒etailed Source（詳細光源）的Power（功率）標簽中輸入光源功率。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(xiàn)。
圖3：從光線(xiàn)文件中導入光線(xiàn)的LED模型
4、數字化光譜
FRED有一個(gè)易于使用的數字化工具，它可以從一張BMP或JPEG格式的圖中提取光譜數據點(diǎn)，如圖4所示。數字化的光譜可以被分配給光源。每個(gè)FRED文檔都有專(zhuān)門(mén)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(lèi)型是數字化光譜的一個(gè)合適選擇。
圖4、基于數據表中光譜能量分布曲線(xiàn)的Amber LUXEON LED光譜的數字化。
5、模型驗證
FRED極坐標網(wǎng)格計算的強度與數據表提供的角分布結果對比，可用于驗證LED模型。FRED中Directional Analysis Entity（直接分析實(shí)體）可以用來(lái)分析。該DAE是專(zhuān)為光線(xiàn)過(guò)濾、計算和在球形極坐標網(wǎng)格上顯示光強數據設計的。圖5顯示了Lumileds LUXEON Rebel的角分布圖（左）與相應的FRED模型分布（右）良好的一致性。
圖5：LUXEON Rebel LED的角分布圖，（左）廠(chǎng)商提供的圖，（右）FRED仿真的圖。
方法2：僅僅使用數據表
1、創(chuàng )建光源
創(chuàng )建一個(gè)新的Detailed Source，將光線(xiàn)位置設置為“Random Pane（任意平面）（一個(gè)平面上隨機排列的點(diǎn)）”，以避免光線(xiàn)結構產(chǎn)生影響。輸入所需的光線(xiàn)數目并使用Isotropic（各向同性）角分布將光線(xiàn)方向指定為“一定角度范圍內隨機進(jìn)入”。角度分布圖將被用于定義光線(xiàn)的方向（步驟4）；將分布設置為Isotropic設置確保了不存在二次內部切趾。角分布圖代表了遠場(chǎng)輻射方向模型，所以應使用小的光線(xiàn)網(wǎng)格（在遠場(chǎng)中發(fā)射器近似為一個(gè)點(diǎn)光源）。
2、設置正確的功率和數字化光譜
按照上述方法1中所述步驟3和步驟4操作。 |
