大(dà)多(duō)數(shù)顯示都由幾個(gè)光學組件組成，其中光源照明(míng)顯示是最重要的組件。所有(yǒu)的顯示都需要一個(gè)機械裝置來(lái)發送這個(gè)光穿過或不通(tōng)過一個(gè)創建的文本或圖形以便于顯示信息。為(wèi)控制(zhì)光輸出，會(huì)用到一個(gè)或幾個(gè)光學儀器(qì)來(lái)控制(zhì)所期望的顯示信息的角和(hé)位置。對這種類型的應用，FRED已經證實了相比傳統成型方法它可(kě)以節省30-50%的時(shí)間(jiān)和(hé)成本。
1.光源
FRED可(kě)以模拟在顯示系統中能找到的所有(yǒu)的光源類型，包括LEDs（發光二極管）、RGB LEDs、白熾燈、HID、Neon、ARC和(hé)熒光燈。支持IGES和(hé)STEP格式CAD模型文件導入、單個(gè)或多(duō)個(gè)格子光線的位置和(hé)角度切趾、用戶自定義的曲面發射模型，測量數(shù)據模型可(kě)以應到某一表面上(shàng)其中包括Radiant Imaging Source™模型。幾個(gè)在FRED中模拟的光源模型如下所示：
2.系統幾何結構
系統幾何結構可(kě)以通(tōng)過用戶圖形界面在FRED中直接創建，也可(kě)以從IGES或STEP CAD格式或其它設計(jì)程序中導入，還(hái)可(kě)以導入通(tōng)過ASAP轉換輸出的文本文件。軟件創建表面有(yǒu)多(duō)種選擇：包括标準平面、圓錐面、圓柱面、橢球面、雙曲面、圓環面、多(duō)項式表面、Zernike、樣條曲面（NURBS）、Meshed(直紋面)、旋轉曲線、extruded curbs、複合曲線、樣條函數(shù)和(hé)用戶自定義曲面等。一組被選中的表面如下圖所示。
因為(wèi)FRED有(yǒu)多(duō)文檔界面，在兩個(gè)文件之間(jiān)組件是可(kě)以剪切、複制(zhì)和(hé)粘貼的。實體(tǐ)在邏輯上(shàng)可(kě)以分成裝配體(tǐ)、組件、元件等等級，這與系統的物理(lǐ)布局是相對應的，每個(gè)對象都可(kě)以置于相對于任何坐(zuò)标系的位置。任何的表面都可(kě)以用隐式曲面或者aperture collection curve來(lái)裁剪，它的定義如下。
FRED可(kě)以導入IGES和(hé)STEP文件是無與倫比的，該軟件可(kě)以簡單地導入平面、二次表面、網格、NURBs和(hé)Bezier曲面，還(hái)有(yǒu)高(gāo)于5級的表面，如下面所示的信号反射鏡圖。一個(gè)檢查CAD導入好壞的最佳特征是查看在一個(gè)簡單修改或驗證對話(huà)框中的Nurb、mesh、Bezier曲線或表面定義信息。
3.控制(zhì)光輸出的光學裝置
幾乎每一款顯示系統都有(yǒu)一些(xiē)方法控制(zhì)輸出光的角度和(hé)空(kōng)間(jiān)位置。這些(xiē)結構包含所有(yǒu)的東西從凹槽、點、表面粗糙度、塗到棱鏡上(shàng)的薄膜。FRED可(kě)以模拟所有(yǒu)的這些(xiē)結構。該産品的陣列函數(shù)在模拟成千上(shàng)萬個(gè)重複控制(zhì)的結構是萬能的。下面顯示了FRED模拟這些(xiē)結構的例子。
上(shàng)面顯示了兩個(gè)不同的用于PDA（掌上(shàng)電(diàn)腦(nǎo)）背光顯示系統。左圖顯示的是一個(gè)點大(dà)小(xiǎo)為(wèi)常數(shù)的背光，右圖顯示的是在5個(gè)獨立的部分分别有(yǒu)5種不同大(dà)小(xiǎo)的dot。
FRED軟件可(kě)以很(hěn)容易地創建凹槽和(hé)曲線，然後擠壓或旋轉這些(xiē)結構來(lái)使菲涅爾和(hé)棱鏡能按照所期望的方向傳播光線。
利用視(shì)覺和(hé)分析工具信息深入研究光是怎樣實現背光傳輸的。根據用戶所選的每一個(gè)波長，該軟件可(kě)以從任何顔色開(kāi)始進行(xíng)光線追蹤，并且可(kě)以很(hěn)容易地創建正交和(hé)透視(shì)輪廓使得(de)能夠看見光是怎樣通(tōng)過系統又是怎樣離開(kāi)表面的，如上(shàng)所示。還(hái)有(yǒu)更多(duō)的功能包括根據光是怎樣與表面相交的來(lái)改變光線的顔色。可(kě)以根據相交後光的反射、透射、吸收或是衍射來(lái)設置光的顔色。
也有(yǒu)高(gāo)級光線操作(zuò)對話(huà)框來(lái)選擇光線使其按照一個(gè)特定的光路傳播，或者設定特定的功率或者光線在一個(gè)選定的面上(shàng)停止。用這些(xiē)對話(huà)框可(kě)以可(kě)視(shì)化或分析非均勻照明(míng)的問題，還(hái)有(yǒu)鬼影(yǐng)和(hé)雜散光的問題。您也可(kě)以使光在光學或照明(míng)系統中的每個(gè)階段進行(xíng)傳播。這是一個(gè)很(hěn)好的方式來(lái)了解光是如何傳播的及為(wèi)什麽光不能完全離開(kāi)照明(míng)系統或它為(wèi)什麽會(huì)在它不應該出現的方向上(shàng)有(yǒu)光。
在建模和(hé)模拟光在背光傳播時(shí)最大(dà)問題是設計(jì)多(duō)少(shǎo)根光線可(kě)以得(de)到可(kě)以接受的結果，以及什麽時(shí)候停止光線可(kě)以加速光線追蹤。FRED提供了更多(duō)的控制(zhì)來(lái)限制(zhì)光線追迹數(shù)目來(lái)減少(shǎo)光線追蹤的時(shí)間(jiān)，包括相交數(shù)量、一個(gè)面或多(duō)個(gè)面的相交數(shù)、相對和(hé)絕對的功率阈值、每個(gè)面和(hé)每個(gè)實體(tǐ)的透射、反射和(hé)散射的可(kě)能性。就像您在下面的對話(huà)框所看到的那(nà)樣，可(kě)以設定鏡像和(hé)散射功率阈值、光線交在一個(gè)表面的次數(shù)以及父級光源産生(shēng)的子級光線數(shù)上(shàng)限制(zhì)。這樣，用戶就可(kě)以完全控制(zhì)來(lái)執行(xíng)分析，你(nǐ)隻需要關閉特定的事件來(lái)就可(kě)以看到問題是否出在鏡像上(shàng)或散射上(shàng)。
4.顯示實例
導光管
FRED可(kě)以設計(jì)各種形狀和(hé)大(dà)小(xiǎo)的導光管，使光從一個(gè)或多(duō)個(gè)光源傳送到一個(gè)或幾個(gè)目标。大(dà)多(duō)數(shù)導光管是由塑料制(zhì)成的，由于成型的問題有(yǒu)漏光現象。FRED針對這些(xiē)光學器(qì)件的可(kě)視(shì)化能力非常優秀。不僅可(kě)以直接在軟件中建模或從CAD中導入，并且建立LED和(hé)白熾燈的模型也十分容易。最後的階段就是追迹通(tōng)過導光管的光線來(lái)分析模型中任意面的輻照度和(hé)點位置，光源甚至可(kě)以是位圖（Bitmap）或者字母，同時(shí)可(kě)以進行(xíng)吞吐量和(hé)均勻性的分析。下圖顯示了上(shàng)面所提到的第一個(gè)彎曲光管輸出可(kě)能範圍，從點列圖到輻照度圖、彩色圖像分析到強度曲線。
下面的彩色圖像顯示了在導光管的RGB LED設計(jì)中普遍存在的一個(gè)問題。雖然上(shàng)面的點列圖描述了所有(yǒu)3彩色LED非常好的均勻性，但(dàn)是該産品上(shàng)的顔色圖像分析不會(huì)顯示這個(gè)。産生(shēng)顔色非均勻性的問題是因為(wèi)特定的LED的選擇、視(shì)場(chǎng)角和(hé)眼睛的視(shì)覺響應。
LED照明(míng)以及彩色圖像能力
每個(gè)波長都有(yǒu)其相關的權重和(hé)顔色。在FRED中有(yǒu)內(nèi)置的波長序列和(hé)波長權重工具，如明(míng)視(shì)覺和(hé)暗視(shì)覺光譜響應函數(shù)。該軟件可(kě)以将波長和(hé)權重自動地合成來(lái)創建一種給定的顔色，這個(gè)功能對于分析和(hé)設計(jì)需要用色度法計(jì)算(suàn)的系統是非常有(yǒu)用的。下圖所示的是在一個(gè)面上(shàng)兩種LEDs的可(kě)視(shì)化照度圖，還(hái)有(yǒu)在一個(gè)面上(shàng)用三個(gè)LEDs合成的彩色圖像。
還(hái)可(kě)以使用FRED的數(shù)字化工具來(lái)輸入用于二向色性的膜層以及在顯示中的顔色過濾器(qì)和(hé)抗反射膜層。簡單地找到一個(gè)膜層的電(diàn)子圖像（在線目錄中找或者從文件拷貝中創建一個(gè)jpg或bmp文件。然後利用FRED的數(shù)字化功能來(lái)輸入X和(hé)Y的最小(xiǎo)和(hé)最大(dà)點以及将曲線坐(zuò)标直接導入到一個(gè)靜态的膜層屬性中去。
背光顯示
背光可(kě)以用在諸多(duō)顯示設備中，包括手機、個(gè)人(rén)數(shù)字助理(lǐ)（PDAs）、手表、DVD液晶顯示器(qì)、筆記本電(diàn)腦(nǎo)顯示器(qì)、平液晶監視(shì)器(qì)和(hé)許多(duō)日常生(shēng)活中發明(míng)的一些(xiē)新的應用。
液晶投影(yǐng)儀
液晶投影(yǐng)機的是最重要的一個(gè)應用，FRED的非序列光線追蹤能力用下圖進行(xíng)了演示。由弧光燈發射出來(lái)的光線分裂為(wèi)3種RGB顔色并在立方體(tǐ)組合器(qì)中重組并創建了計(jì)算(suàn)機顯示圖像。這種應用類型中的許多(duō)建模問題已經被寫入到程序中使得(de)模拟這種類型的顯示項目、偏振、多(duō)光束路徑、彩色圖像、高(gāo)級光源建模以及透鏡和(hé)反射鏡陣列變得(de)簡單。想要學習更多(duō)的關于在FRED中怎樣建液晶投影(yǐng)機系統，可(kě)以向我們要“Digital Projector Design with FRED™”（用FRED設計(jì)數(shù)字投影(yǐng)機）案例說明(míng)。
FRED可(kě)以對設計(jì)的各個(gè)方面（弧光源、線栅偏振器(qì)、複眼和(hé)DMD陣列、顔色濾波器(qì)和(hé)光束合成器(qì)）進行(xíng)建模來(lái)完全地模拟整個(gè)LCOS模型。FRED的多(duō)功能性、強大(dà)的功能性、準确性、建模速度以及光線追迹可(kě)視(shì)化等特點使得(de)它變成了當今市面上(shàng)最好的光學模拟軟件。
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