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FRED應(yīng)用：LED手電筒模擬

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，發(fā)光二極管，或者LED，近幾年已經(jīng)超越了白熾燈光源。LED的優(yōu)勢(shì)包括體積小巧、發(fā)光效率高和使用壽命長(zhǎng)。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個(gè)例子中，我們來(lái)看一個(gè)LED手電筒的簡(jiǎn)單示例。

 

FRED模型

 

本例中模擬的手電筒由三個(gè)白光LED組成。LED的幾何形狀是基于FRED安裝提供的例子文件“Basic LED Example”。LED被安排成三角形排布。創(chuàng)建一個(gè)基于熒光粉的白光光譜，并將它分配到LED光源中。手電筒筒身是一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)基本形狀（棒和管）組成。每個(gè)形狀根據(jù)所需尺寸創(chuàng)建，固定位置確保棒和管之間沒(méi)有間隙。
 

 

圖1 左：FRED中的手電筒模型。該模型由筒身、多面反射鏡和排列的三個(gè)白光LED組成。右：手電筒光線軌跡示意圖。由面反射鏡反射的光線顯示為紅色。

 

為了提高光學(xué)效率，面反射鏡恰好可以放置在LED后面。使用“自定義元件”可以創(chuàng)建該反射鏡，自定義元件由兩部分組成：一條曲線和一個(gè)表面。分段曲線需要每個(gè)間斷點(diǎn)的(X,Y,Z)坐標(biāo)，用于定義反射鏡的徑向分布。該曲線在X-Z平面具有拋物線形狀，Z值正比于X^2。然后將分段曲線指定為旋轉(zhuǎn)曲面的母線。分段反射鏡曲線和表面的準(zhǔn)確參數(shù)如圖2所示，以及已完成的反射鏡的示意圖。

 

圖2 上左：分段曲線的斷點(diǎn)坐標(biāo)。上右：旋轉(zhuǎn)曲面的參數(shù)。下：FRED中模擬好的面反射鏡，分段曲線顯示為紅色。

 

在不同距離處對(duì)手電筒的輻照度、強(qiáng)度和彩色圖進(jìn)行分析（圖3）。通過(guò)調(diào)整拋物面反射鏡的形狀可以優(yōu)化發(fā)射光的準(zhǔn)直性。

 

圖3 在兩個(gè)不同距離處手電筒照明的彩色圖：0.1m（左）和0.5m（右）