本應用說明(míng)介紹了兩種模拟LED的方法，強調了一些(xiē)有(yǒu)用的分析工具。
FRED用于LED建模
CAD導入
■ FRED可(kě)以導入IGES和(hé)STEP格式CAD模型，允許光學和(hé)機械元件的快速集成。
■ 一些(xiē)LED廠商網上(shàng)提供CAD文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
光線文件導入
■ 可(kě)以将光線文件可(kě)以動态地加載到FRED的光源定義中。
■ 一些(xiē)LED廠商網上(shàng)提供光線文件，如Cree，OSRAM，Philips Lumileds，Bridgelux。
數(shù)字化工具
■ 數(shù)據表産生(shēng)的數(shù)據圖光譜（曲線）圖可(kě)以被數(shù)字化，并用于生(shēng)成光源波長。
■ 數(shù)據表産生(shēng)的角分布曲線可(kě)以被數(shù)字化，并用于光源能量切趾。•
■ 2-D機械圖紙可(kě)以被數(shù)字化，并用于生(shēng)成精确的幾何形狀。
極坐(zuò)标計(jì)算(suàn)下的強度
■ 可(kě)以計(jì)算(suàn)出角分布，從而與廠商的規格對比進行(xíng)模型驗證。
■ 彩色圖像
■ 可(kě)以計(jì)算(suàn)和(hé)渲染精确的彩色圖像，不僅提供比色法色度計(jì)算(suàn)的數(shù)據（例如RGB值和(hé)色度坐(zuò)标），也提供彩色圖像分布的視(shì)覺效果情景圖。
可(kě)視(shì)化視(shì)圖
■ 任何圖像或渲染可(kě)以顯示在三維視(shì)圖中，可(kě)以快速驗證模型的設置，或者用于系統的可(kě)視(shì)化演示中。
目錄
簡介........................................................................ 2
在FRED中的實際例子：創建一個(gè)LED ............. 3
方法1：CAD幾何體(tǐ)和(hé)光線文件....................... 3
方法2：數(shù)據表...........................................7
兩種方法的對比................................ 8
專注于FRED工具：彩色圖像.............................. 9
更多(duō)信息...................................................... 11
簡介
發光二極管（LED）正迅速成為(wèi)很(hěn)多(duō)領域上(shàng)首選的光源，包括汽車(chē)業、背光和(hé)投影(yǐng)、醫(yī)療器(qì)械、工業應用，裝飾照明(míng)等等。有(yǒu)幾種不同的方法來(lái)創建LED模型，可(kě)以根據具體(tǐ)的情況來(lái)确定最合适的仿真。一些(xiē)廠商如Cree,，OSRAM，Philips Lumileds和(hé)Bridgelux在其網站(zhàn)上(shàng)粘貼了各種格式光線集，以供下載。這些(xiē)光線文件包含（至少(shǎo)）光線的位置和(hé)方向，并且可(kě)以直接導入到FRED。此外，軟件工具，例如ProSource，來(lái)自Radiant image公司，可(kě)從測試數(shù)據中生(shēng)成光線集。使用這些(xiē)光線軟件也是模拟LED光分布的一種方法，還(hái)有(yǒu)一種方法是編輯LED的角分布，典型的是輸入到它的技(jì)術(shù)數(shù)據表中，作(zuò)為(wèi)功率切趾。
有(yǒu)兩種用于LED發射建模的情況：近場(chǎng)和(hé)遠場(chǎng)。近場(chǎng)描述光線接近發射器(qì)的情況，其通(tōng)常具有(yǒu)獨特的空(kōng)間(jiān)結構的分布。在遠場(chǎng)情況下，發射器(qì)近似為(wèi)一個(gè)方向性的點光源并且光線服從一個(gè)穩定的，可(kě)預測的模式。還(hái)有(yǒu)就是遠場(chǎng)區(qū)域的界限沒有(yǒu)确切的定義，這取決于多(duō)種因素，如發射器(qì)的尺寸和(hé)形狀以及包封透鏡參數(shù)。最初在文獻中定義的遠場(chǎng)概念包括光源距發射器(qì)的距離是光源尺寸大(dà)小(xiǎo)的5至15倍。對于遠場(chǎng)應用，使用光線集和(hé)角分布具有(yǒu)相同的效果。在LED近場(chǎng)模式與仿真相關的條件下，一個(gè)完全精确的模型必須包含況下的一些(xiē)主要內(nèi)部結構的近似模型是足以産生(shēng)一個(gè)适當的近場(chǎng)表示。因此，一個(gè)聰明(míng)，成功的一個(gè)高(gāo)保真的LED的幾何體(tǐ)的內(nèi)部構造，包括為(wèi)所有(yǒu)的光學元件設定适當的光學性質。構建這樣一個(gè)詳盡的模型非常昂貴，且費時(shí)費力，既無必要，在大(dà)多(duō)數(shù)情況下也是不現實的。建模的關鍵是了解模型類型和(hé)所需細節程度。本應用說明(míng)描述兩種LED建模程序提供良好的出發點并鼓勵用戶在具體(tǐ)設計(jì)和(hé)應用上(shàng)增加更多(duō)的細節和(hé)精度。
FRED中的實際案例：創建LED模型
越來(lái)越多(duō)的LED廠商提供在其網站(zhàn)上(shàng)的提供了CAD模型和(hé)光線文件（Cree,，OSRAM，Philips Lumileds和(hé)Bridgelux ）。第一種方法描述了使用CAD幾何體(tǐ)和(hé)光線文件導入和(hé)創建LED模型。第二種方法描述僅使用數(shù)據表說明(míng)來(lái)建LED模型。整個(gè)例子使用的是Philips Lumiled公司的Amber LUXEON Rebel Color，零件編号LXML-PL01-0030。
方法1：CAD幾何體(tǐ)和(hé)光線文件
1、導入CAD幾何體(tǐ)
FRED的CAD導入功能可(kě)以很(hěn)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(hé)曲線随機分配顔色，創造和(hé)獨立繪制(zhì)曲線，将模型以陰影(yǐng)曲面或線框的形式顯示，并分配默認的光線追迹控制(zhì)集。圖1顯示導入的線框形式的LUXEON Rebel LED的CAD幾何體(tǐ)。注意，CAD幾何體(tǐ)設置為(wèi)“不可(kě)追迹”，這意味着它不能在光線追迹中使用。它作(zuò)為(wèi)一個(gè)參考物，使得(de)LED模型相對于系統中的其它元素處于正确的位置。
圖1、LUXEON Rebel LED的CAD模型導入到FRED，顯示在線框中。
2、導入光線文件
可(kě)以将光線文件直接加載到Detailed Source的“Positions/Directions（位置/方向）”标簽中，如2圖所示。在FRED中支持的光線文件格式有(yǒu)：FRED緊湊型光線集（* .fcr）；ASAP分布文件（*.dis）；ProSource二進制(zhì)格式支持從Zemax、OPTICAD和(hé)TracePro中導出的文件；支持LightTools和(hé)TracePro的ASCII /Text格式；LucidShape二進制(zhì)文件。FRED允許用戶決定是使用光線文件中的所有(yǒu)光線或是用戶指定的子集。顯然，所使用的光線越多(duō)，該模型越準确。然而，必須找到速度和(hé)光線數(shù)目之間(jiān)的平衡點。通(tōng)常在使用大(dà)量光線進行(xíng)全部的光線追迹之前先使用一個(gè)較小(xiǎo)的子集進行(xíng)測試。
圖2、Detailed optical source（詳細光源）對話(huà)框顯示導入光線文件的選項。
3、設置正确的功率和(hé)單位
取決于導入的光線文件的格式，FRED可(kě)以讀取并為(wèi)LED光源分配一個(gè)功率值，在彈出的窗口中顯示功率的設置。可(kě)以查詢LED數(shù)據表來(lái)驗證該值，因為(wèi)廠商通(tōng)常會(huì)針對不同功率的LED提供單個(gè)光線文件。如果光線文件中沒有(yǒu)指明(míng)功率大(dà)小(xiǎo)，則默認值為(wèi)1。可(kě)以在Detailed Source（詳細光源）的Power（功率）标簽中輸入光源功率。FRED定義功率的單位有(yǒu)瓦特、流明(míng)或任意單位。圖3顯示了LED模型，白色繪制(zhì)的是新定義的光源光線。
圖3：從光線文件中導入光線的LED模型
4、數(shù)字化光譜
FRED有(yǒu)一個(gè)易于使用的數(shù)字化工具，它可(kě)以從一張BMP或JPEG格式的圖中提取光譜數(shù)據點，如圖4所示。數(shù)字化的光譜可(kě)以被分配給光源。每個(gè)FRED文檔都有(yǒu)專門(mén)用于創建、管理(lǐ)、和(hé)繪制(zhì)光譜的文件夾。光譜可(kě)指定為(wèi)高(gāo)斯，黑(hēi)體(tǐ)或采樣。采樣的光譜類型是數(shù)字化光譜的一個(gè)合适選擇。
圖4、基于數(shù)據表中光譜能量分布曲線的Amber LUXEON LED光譜的數(shù)字化。
5、模型驗證
FRED極坐(zuò)标網格計(jì)算(suàn)的強度與數(shù)據表提供的角分布結果對比，可(kě)用于驗證LED模型。FRED中Directional Analysis Entity（直接分析實體(tǐ)）可(kě)以用來(lái)分析。該DAE是專為(wèi)光線過濾、計(jì)算(suàn)和(hé)在球形極坐(zuò)标網格上(shàng)顯示光強數(shù)據設計(jì)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）良好的一緻性。
圖5：LUXEON Rebel LED的角分布圖，（左）廠商提供的圖，（右）FRED仿真的圖。
方法2：僅僅使用數(shù)據表
1、創建光源
創建一個(gè)新的Detailed Source，将光線位置設置為(wèi)“Random Pane（任意平面）（一個(gè)平面上(shàng)随機排列的點）”，以避免光線結構産生(shēng)影(yǐng)響。輸入所需的光線數(shù)目并使用Isotropic（各向同性）角分布将光線方向指定為(wèi)“一定角度範圍內(nèi)随機進入”。角度分布圖将被用于定義光線的方向（步驟4）；将分布設置為(wèi)Isotropic設置确保了不存在二次內(nèi)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(xiǎo)的光線網格（在遠場(chǎng)中發射器(qì)近似為(wèi)一個(gè)點光源）。
2、設置正确的功率和(hé)數(shù)字化光譜
按照上(shàng)述方法1中所述步驟3和(hé)步驟4操作(zuò)。 |
