大多數顯示都由幾個(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)機械裝置來(lái)發(fā)送這個(gè)光穿過(guò)或不通過(guò)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(lái)控制所期望的顯示信息的角和位置。對這種類(lèi)型的應用，FRED已經(jīng)證實(shí)了相比傳統成型方法它可以節省30-50%的時(shí)間和成本。
1.光源
FRED可以模擬在顯示系統中能找到的所有的光源類(lèi)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模型文件導入、單個(gè)或多個(gè)格子光線(xiàn)的位置和角度切趾、用戶(hù)自定義的曲面發(fā)射模型，測量數據模型可以應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.系統幾何結構
系統幾何結構可以通過(guò)用戶(hù)圖形界面在FRED中直接創(chuàng )建，也可以從IGES或STEP CAD格式或其它設計程序中導入，還可以導入通過(guò)ASAP轉換輸出的文本文件。軟件創(chuàng )建表面有多種選擇：包括標準平面、圓錐面、圓柱面、橢球面、雙曲面、圓環(huán)面、多項式表面、Zernike、樣條曲面（NURBS）、Meshed(直紋面)、旋轉曲線(xiàn)、extruded curbs、復合曲線(xiàn)、樣條函數和用戶(hù)自定義曲面等。一組被選中的表面如下圖所示。
因為FRED有多文檔界面，在兩個(gè)文件之間組件是可以剪切、復制和粘貼的。實(shí)體在邏輯上可以分成裝配體、組件、元件等等級，這與系統的物理布局是相對應的，每個(gè)對象都可以置于相對于任何坐標系的位置。任何的表面都可以用隱式曲面或者aperture collection curve來(lái)裁剪，它的定義如下。
FRED可以導入IGES和STEP文件是無(wú)與倫比的，該軟件可以簡(jiǎn)單地導入平面、二次表面、網(wǎng)格、NURBs和Bezier曲面，還有高于5級的表面，如下面所示的信號反射鏡圖。一個(gè)檢查CAD導入好壞的最佳特征是查看在一個(gè)簡(jiǎn)單修改或驗證對話(huà)框中的Nurb、mesh、Bezier曲線(xiàn)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都有一些方法控制輸出光的角度和空間位置。這些結構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構。該產(chǎn)品的陣列函數在模擬成千上萬(wàn)個(gè)重復控制的結構是萬(wàn)能的。下面顯示了FRED模擬這些結構的例子。
上面顯示了兩個(gè)不同的用于PDA（掌上電腦）背光顯示系統。左圖顯示的是一個(gè)點(diǎn)大小為常數的背光，右圖顯示的是在5個(gè)獨立的部分分別有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(xiàn)，然后擠壓或旋轉這些結構來(lái)使菲涅爾和棱鏡能按照所期望的方向傳播光線(xiàn)。
利用視覺(jué)和分析工具信息深入研究光是怎樣實(shí)現背光傳輸的。根據用戶(hù)所選的每一個(gè)波長(cháng)，該軟件可以從任何顏色開(kāi)始進(jìn)行光線(xiàn)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(jiàn)光是怎樣通過(guò)系統又是怎樣離開(kāi)表面的，如上所示。還有更多的功能包括根據光是怎樣與表面相交的來(lái)改變光線(xiàn)的顏色�？梢愿鶕嘟缓蠊獾姆瓷�、透射、吸收或是衍射來(lái)設置光的顏色。
也有高級光線(xiàn)操作對話(huà)框來(lái)選擇光線(xiàn)使其按照一個(gè)特定的光路傳播，或者設定特定的功率或者光線(xiàn)在一個(gè)選定的面上停止。用這些對話(huà)框可以可視化或分析非均勻照明的問(wèn)題，還有鬼影和雜散光的問(wèn)題。您也可以使光在光學(xué)或照明系統中的每個(gè)階段進(jìn)行傳播。這是一個(gè)很好的方式來(lái)了解光是如何傳播的及為什么光不能完全離開(kāi)照明系統或它為什么會(huì )在它不應該出現的方向上有光。
在建模和模擬光在背光傳播時(shí)最大問(wèn)題是設計多少根光線(xiàn)可以得到可以接受的結果，以及什么時(shí)候停止光線(xiàn)可以加速光線(xiàn)追蹤。FRED提供了更多的控制來(lái)限制光線(xiàn)追跡數目來(lái)減少光線(xiàn)追蹤的時(shí)間，包括相交數量、一個(gè)面或多個(gè)面的相交數、相對和絕對的功率閾值、每個(gè)面和每個(gè)實(shí)體的透射、反射和散射的可能性。就像您在下面的對話(huà)框所看到的那樣，可以設定鏡像和散射功率閾值、光線(xiàn)交在一個(gè)表面的次數以及父級光源產(chǎn)生的子級光線(xiàn)數上限制。這樣，用戶(hù)就可以完全控制來(lái)執行分析，你只需要關(guān)閉特定的事件來(lái)就可以看到問(wèn)題是否出在鏡像上或散射上。
4.顯示實(shí)例
導光管
FRED可以設計各種形狀和大小的導光管，使光從一個(gè)或多個(gè)光源傳送到一個(gè)或幾個(gè)目標。大多數導光管是由塑料制成的，由于成型的問(wèn)題有漏光現象。FRED針對這些光學(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(guò)導光管的光線(xiàn)來(lái)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、彩色圖像分析到強度曲線(xiàn)。
下面的彩色圖像顯示了在導光管的RGB LED設計中普遍存在的一個(gè)問(wèn)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(wèn)題是因為特定的LED的選擇、視場(chǎng)角和眼睛的視覺(jué)響應。
LED照明以及彩色圖像能力
每個(gè)波長(cháng)都有其相關(guān)的權重和顏色。在FRED中有內置的波長(cháng)序列和波長(cháng)權重工具，如明視覺(jué)和暗視覺(jué)光譜響應函數。該軟件可以將波長(cháng)和權重自動(dòng)地合成來(lái)創(chuàng )建一種給定的顏色，這個(gè)功能對于分析和設計需要用色度法計算的系統是非常有用的。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的數字化工具來(lái)輸入用于二向色性的膜層以及在顯示中的顏色過(guò)濾器和抗反射膜層。簡(jiǎn)單地找到一個(gè)膜層的電子圖像（在線(xiàn)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的數字化功能來(lái)輸入X和Y的最小和最大點(diǎn)以及將曲線(xiàn)坐標直接導入到一個(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備中，包括手機、個(gè)人數字助理（PDAs）、手表、DVD液晶顯示器、筆記本電腦顯示器、平液晶監視器和許多日常生活中發(fā)明的一些新的應用。
液晶投影儀
液晶投影機的是最重要的一個(gè)應用，FRED的非序列光線(xiàn)追蹤能力用下圖進(jìn)行了演示。由弧光燈發(fā)射出來(lái)的光線(xiàn)分裂為3種RGB顏色并在立方體組合器中重組并創(chuàng )建了計算機顯示圖像。這種應用類(lèi)型中的許多建模問(wèn)題已經(jīng)被寫(xiě)入到程序中使得模擬這種類(lèi)型的顯示項目、偏振、多光束路徑、彩色圖像、高級光源建模以及透鏡和反射鏡陣列變得簡(jiǎn)單。想要學(xué)習更多的關(guān)于在FRED中怎樣建液晶投影機系統，可以向我們要“Digital Projector Design with FRED™”（用FRED設計數字投影機）案例說(shuō)明。
FRED可以對設計的各個(gè)方面（弧光源、線(xiàn)柵偏振器、復眼和DMD陣列、顏色濾波器和光束合成器）進(jìn)行建模來(lái)完全地模擬整個(gè)LCOS模型。FRED的多功能性、強大的功能性、準確性、建模速度以及光線(xiàn)追跡可視化等特點(diǎn)使得它變成了當今市面上最好的光學(xué)模擬軟件。
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