本应用说明介绍了两种模拟LED的方法强调了一些有用的分析工具。FRED用于LED建模 CAD导入 FRED可以导入IGES和STEP格式CAD模型允许光学和机械元件的快速集成。 一些LED厂商网上提供CAD文件如CreeOSRAMPhilips LumiledsBridgelux。 光线文件导入 可以将光线文件可以动态地加载到FRED的光源定义中。 一些LED厂商网上提供光线文件如CreeOSRAMPhilips LumiledsBridgelux。 数字化工具 数据表产生的数据图光谱曲线图可以被数字化并用于生成光源波长。 数据表产生的角分布曲线可以被数字化并用于光源能量切趾。• 2-D机械图纸可以被数字化并用于生成精确的几何形状。 极坐标计算下的强度 可以计算出角分布从而与厂商的规格对比进行模型验证。 彩色图像 可以计算和渲染精确的彩色图像不仅提供比色法色度计算的数据例如RGB值和色度坐标也提供彩色图像分布的视觉效果情景图。 可视化视图 任何图像或渲染可以显示在三维视图中可以快速验证模型的设置或者用于系统的可视化演示中。FRED中的实际案例创建LED模型越来越多的LED厂商提供在其网站上的提供了CAD模型和光线文件Cree,OSRAMPhilips Lumileds和Bridgelux 。第一种方法描述了使用CAD几何体和光线文件导入和创建LED模型。第二种方法描述仅使用数据表说明来建LED模型。整个例子使用的是Philips Lumiled公司的Amber LUXEON Rebel Color零件编号LXML-PL01-0030。方法1CAD几何体和光线文件1、导入CAD几何体FRED的CAD导入功能可以很方便地导入任何STEP或IGES格式的文件。在CAD导入对话框包含的选项如给曲面和曲线随机分配颜色创造和独立绘制曲线将模型以阴影曲面或线框的形式显示并分配默认的光线追迹控制集。图1显示导入的线框形式的LUXEON Rebel LED的CAD几何体。注意CAD几何体设置为“不可追迹”这意味着它不能在光线追迹中使用。它作为一个参考物使得LED模型相对于系统中的其它元素处于正确的位置。图1.LUXEON Rebel LED的CAD模型导入到FRED显示在线框中。2、导入光线文件可以将光线文件直接加载到Detailed Source的“Positions/Directions位置/方向”标签中如2图所示。在FRED中支持的光线文件格式有FRED紧凑型光线集* .fcrASAP分布文件*.disProSource二进制格式支持从Zemax、OPTICAD和TracePro中导出的文件支持LightTools和TracePro的ASCII /Text格式LucidShape二进制文件。FRED允许用户决定是使用光线文件中的所有光线或是用户指定的子集。显然所使用的光线越多该模型越准确。然而必须找到速度和光线数目之间的平衡点。通常在使用大量光线进行全部的光线追迹之前先使用一个较小的子集进行测试。图2.Detailed optical source详细光源对话框显示导入光线文件的选项。3、设置正确的功率和单位取决于导入的光线文件的格式FRED可以读取并为LED光源分配一个功率值在弹出的窗口中显示功率的设置。可以查询LED数据表来验证该值因为厂商通常会针对不同功率的LED提供单个光线文件。如果光线文件中没有指明功率大小则默认值为1。可以在Detailed Source详细光源的Power功率标签中输入光源功率。FRED定义功率的单位有瓦特、流明或任意单位。图3显示了LED模型白色绘制的是新定义的光源光线。图3.从光线文件中导入光线的LED模型4、数字化光谱FRED有一个易于使用的数字化工具它可以从一张BMP或JPEG格式的图中提取光谱数据点如图4所示。数字化的光谱可以被分配给光源。每个FRED文档都有专门用于创建、管理、和绘制光谱的文件夹。光谱可指定为高斯黑体或采样。采样的光谱类型是数字化光谱的一个合适选择。图4.基于数据表中光谱能量分布曲线的Amber LUXEON LED光谱的数字化。5、模型验证FRED极坐标网格计算的强度与数据表提供的角分布结果对比可用于验证LED模型。FRED中Directional Analysis Entity直接分析实体可以用来分析。该DAE是专为光线过滤、计算和在球形极坐标网格上显示光强数据设计的。图5显示了Lumileds LUXEON Rebel的角分布图左与相应的FRED模型分布右良好的一致性。图5.LUXEON Rebel LED的角分布图左厂商提供的图右FRED仿真的图。方法2仅仅使用数据表1、创建光源创建一个新的Detailed Source将光线位置设置为“Random Pane任意平面一个平面上随机排列的点”以避免光线结构产生影响。输入所需的光线数目并使用Isotropic各向同性角分布将光线方向指定为“一定角度范围内随机进入”。角度分布图将被用于定义光线的方向步骤4将分布设置为Isotropic设置确保了不存在二次内部切趾。角分布图代表了远场辐射方向模型所以应使用小的光线网格在远场中发射器近似为一个点光源。2、设置正确的功率和数字化光谱按照上述方法1中所述步骤3和步骤4操作。3、数字化的角分布作为功率切趾就像可以为光源分配数字化光谱一样也可以为定向功率切趾分配数字化角分布来模拟LED的角度扩散。线性和极坐标图都可以被数字化。图6示出的一个极坐标切趾图的数字化。简单的LED灯模型是通过这一步完成的。图6.基于极坐标图的Amber LUXEON Rebel LED的角分布的数字化图像这两种方法的比较通过计算距LED模型多个距离平面上的照度分布来比较上述的两种方法如图7所示。两个模型用5000000条光线进行了仿真分布看起来非常相似主要区别在于光线文件模型具有较低的辐照度。模型使用不同光线集时变化较小。注意即使距离光源2mm属于近场区域范围辐照分布也非常相似。图7.距离光源2、4、8、16毫米时的照度分布。在模拟仿真中使用了5M条光线。处于每个距离的两幅图像有相同的规格。专注于FRED的一个工具彩色图像FRED有一个分析工具Color Image用于彩色可视化和色度计算。例如可以组合不同权重的多个波长并合成相应的颜色。图8显示出了四个不同颜色的LED灯透过准直透镜并照射屏幕上。渲染的彩色图像显示在3D视图在屏幕上。使用FRED的可视化视图功能可以将任何分析图显示在3D视图中。图9显示了完整的彩色图像计算结果窗口。图8.四个单波长的LED穿过准直透镜并在屏幕上重合。混合四个LED得到的彩色图像由彩色图像由彩色图像分析功能进行渲染并通过可视化视图功能显示在3D视图中。图9.彩色图像分析结果窗口显示4个窗格左上至右下RGB值渲染的彩色图像X灰度横截面Y灰度横截面色度图与色度坐标。显示在图9中的彩色渲染具有定义的结构。这些LED是立方模型发射器中间是一个圆形的键合焊盘。这是几个关键内部结构的建模的一个例子表示了近场模式的相关方面。准直透镜置于发射器的前焦点准直透镜不仅提供了良好的准直效果而且将发射器的结构成像到远场中去如在屏幕上看到的。如果达到的效果是不理想经常会出现的情况有两种解决办法移动透镜或使用非成像光学器件。将透镜移动到离LED更远的地方改变发射器的焦点结构消失了如图10所示。光束更加发散但只是只发生了微小的改变。非成像光学器件例如一个收集器或反射器也可用于引导光线而无需创建不需要的结构。图10.将透镜稍微远离LED时的颜色渲染可以消除图8中显示的发射器的结构看出
FRED应用说明——发光二极管（LED）
本应用说明介绍了两种模拟LED的方法强调了一些有用的分析工具。FRED用于LED建模 CAD导入 FRED可以导入IGES和STEP格式CAD模型允许光学和机械元件的快速集成。 一些LED厂商网上提供CAD文件如CreeOSRAMPhilips LumiledsBridgelux。 光线文件导入 可以将光线文件可以动态地加载到FRED的光源定义中。 一些LED厂商网上提供光线文件如CreeOSRAMPhilips LumiledsBridgelux。 数字化工具 数据表产生的数据图光谱曲线图可以被数字化并用于生成光源波长。 数据表产生的角分布曲线可以被数字化并用于光源能量切趾。• 2-D机械图纸可以被数字化并用于生成精确的几何形状。 极坐标计算下的强度 可以计算出角分布从而与厂商的规格对比进行模型验证。 彩色图像 可以计算和渲染精确的彩色图像不仅提供比色法色度计算的数据例如RGB值和色度坐标也提供彩色图像分布的视觉效果情景图。 可视化视图 任何图像或渲染可以显示在三维视图中可以快速验证模型的设置或者用于系统的可视化演示中。FRED中的实际案例创建LED模型越来越多的LED厂商提供在其网站上的提供了CAD模型和光线文件Cree,OSRAMPhilips Lumileds和Bridgelux 。第一种方法描述了使用CAD几何体和光线文件导入和创建LED模型。第二种方法描述仅使用数据表说明来建LED模型。整个例子使用的是Philips Lumiled公司的Amber LUXEON Rebel Color零件编号LXML-PL01-0030。方法1CAD几何体和光线文件1、导入CAD几何体FRED的CAD导入功能可以很方便地导入任何STEP或IGES格式的文件。在CAD导入对话框包含的选项如给曲面和曲线随机分配颜色创造和独立绘制曲线将模型以阴影曲面或线框的形式显示并分配默认的光线追迹控制集。图1显示导入的线框形式的LUXEON Rebel LED的CAD几何体。注意CAD几何体设置为“不可追迹”这意味着它不能在光线追迹中使用。它作为一个参考物使得LED模型相对于系统中的其它元素处于正确的位置。图1.LUXEON Rebel LED的CAD模型导入到FRED显示在线框中。2、导入光线文件可以将光线文件直接加载到Detailed Source的“Positions/Directions位置/方向”标签中如2图所示。在FRED中支持的光线文件格式有FRED紧凑型光线集* .fcrASAP分布文件*.disProSource二进制格式支持从Zemax、OPTICAD和TracePro中导出的文件支持LightTools和TracePro的ASCII /Text格式LucidShape二进制文件。FRED允许用户决定是使用光线文件中的所有光线或是用户指定的子集。显然所使用的光线越多该模型越准确。然而必须找到速度和光线数目之间的平衡点。通常在使用大量光线进行全部的光线追迹之前先使用一个较小的子集进行测试。图2.Detailed optical source详细光源对话框显示导入光线文件的选项。3、设置正确的功率和单位取决于导入的光线文件的格式FRED可以读取并为LED光源分配一个功率值在弹出的窗口中显示功率的设置。可以查询LED数据表来验证该值因为厂商通常会针对不同功率的LED提供单个光线文件。如果光线文件中没有指明功率大小则默认值为1。可以在Detailed Source详细光源的Power功率标签中输入光源功率。FRED定义功率的单位有瓦特、流明或任意单位。图3显示了LED模型白色绘制的是新定义的光源光线。图3.从光线文件中导入光线的LED模型4、数字化光谱FRED有一个易于使用的数字化工具它可以从一张BMP或JPEG格式的图中提取光谱数据点如图4所示。数字化的光谱可以被分配给光源。每个FRED文档都有专门用于创建、管理、和绘制光谱的文件夹。光谱可指定为高斯黑体或采样。采样的光谱类型是数字化光谱的一个合适选择。图4.基于数据表中光谱能量分布曲线的Amber LUXEON LED光谱的数字化。5、模型验证FRED极坐标网格计算的强度与数据表提供的角分布结果对比可用于验证LED模型。FRED中Directional Analysis Entity直接分析实体可以用来分析。该DAE是专为光线过滤、计算和在球形极坐标网格上显示光强数据设计的。图5显示了Lumileds LUXEON Rebel的角分布图左与相应的FRED模型分布右良好的一致性。图5.LUXEON Rebel LED的角分布图左厂商提供的图右FRED仿真的图。方法2仅仅使用数据表1、创建光源创建一个新的Detailed Source将光线位置设置为“Random Pane任意平面一个平面上随机排列的点”以避免光线结构产生影响。输入所需的光线数目并使用Isotropic各向同性角分布将光线方向指定为“一定角度范围内随机进入”。角度分布图将被用于定义光线的方向步骤4将分布设置为Isotropic设置确保了不存在二次内部切趾。角分布图代表了远场辐射方向模型所以应使用小的光线网格在远场中发射器近似为一个点光源。2、设置正确的功率和数字化光谱按照上述方法1中所述步骤3和步骤4操作。3、数字化的角分布作为功率切趾就像可以为光源分配数字化光谱一样也可以为定向功率切趾分配数字化角分布来模拟LED的角度扩散。线性和极坐标图都可以被数字化。图6示出的一个极坐标切趾图的数字化。简单的LED灯模型是通过这一步完成的。图6.基于极坐标图的Amber LUXEON Rebel LED的角分布的数字化图像这两种方法的比较通过计算距LED模型多个距离平面上的照度分布来比较上述的两种方法如图7所示。两个模型用5000000条光线进行了仿真分布看起来非常相似主要区别在于光线文件模型具有较低的辐照度。模型使用不同光线集时变化较小。注意即使距离光源2mm属于近场区域范围辐照分布也非常相似。图7.距离光源2、4、8、16毫米时的照度分布。在模拟仿真中使用了5M条光线。处于每个距离的两幅图像有相同的规格。专注于FRED的一个工具彩色图像FRED有一个分析工具Color Image用于彩色可视化和色度计算。例如可以组合不同权重的多个波长并合成相应的颜色。图8显示出了四个不同颜色的LED灯透过准直透镜并照射屏幕上。渲染的彩色图像显示在3D视图在屏幕上。使用FRED的可视化视图功能可以将任何分析图显示在3D视图中。图9显示了完整的彩色图像计算结果窗口。图8.四个单波长的LED穿过准直透镜并在屏幕上重合。混合四个LED得到的彩色图像由彩色图像由彩色图像分析功能进行渲染并通过可视化视图功能显示在3D视图中。图9.彩色图像分析结果窗口显示4个窗格左上至右下RGB值渲染的彩色图像X灰度横截面Y灰度横截面色度图与色度坐标。显示在图9中的彩色渲染具有定义的结构。这些LED是立方模型发射器中间是一个圆形的键合焊盘。这是几个关键内部结构的建模的一个例子表示了近场模式的相关方面。准直透镜置于发射器的前焦点准直透镜不仅提供了良好的准直效果而且将发射器的结构成像到远场中去如在屏幕上看到的。如果达到的效果是不理想经常会出现的情况有两种解决办法移动透镜或使用非成像光学器件。将透镜移动到离LED更远的地方改变发射器的焦点结构消失了如图10所示。光束更加发散但只是只发生了微小的改变。非成像光学器件例如一个收集器或反射器也可用于引导光线而无需创建不需要的结构。图10.将透镜稍微远离LED时的颜色渲染可以消除图8中显示的发射器的结构看出
