FRED应用：LED手电筒模拟

对于大多数应用，发光二极管，或者LED，近几年已经超越了白炽灯光源。LED的优势包括体积小巧、发光效率高和使用寿命长。LED也有光学工程师必须处理的不良特性，比如混色和准直的需要。在这个例子中，我们来看一个LED手电筒的简单示例。

 

FRED模型

 

本例中模拟的手电筒由三个白光LED组成。LED的几何形状是基于FRED安装提供的例子文件“Basic LED Example”。LED被安排成三角形排布。创建一个基于荧光粉的白光光谱，并将它分配到LED光源中。手电筒筒身是一个复合结构，由两个基本形状（棒和管）组成。每个形状根据所需尺寸创建，固定位置确保棒和管之间没有间隙。
 

 

图1 左：FRED中的手电筒模型。该模型由筒身、多面反射镜和排列的三个白光LED组成。右：手电筒光线轨迹示意图。由面反射镜反射的光线显示为红色。

 

为了提高光学效率，面反射镜恰好可以放置在LED后面。使用“自定义元件”可以创建该反射镜，自定义元件由两部分组成：一条曲线和一个表面。分段曲线需要每个间断点的(X,Y,Z)坐标，用于定义反射镜的径向分布。该曲线在X-Z平面具有抛物线形状，Z值正比于X^2。然后将分段曲线指定为旋转曲面的母线。分段反射镜曲线和表面的准确参数如图2所示，以及已完成的反射镜的示意图。

 

图2 上左：分段曲线的断点坐标。上右：旋转曲面的参数。下：FRED中模拟好的面反射镜，分段曲线显示为红色。

 

在不同距离处对手电筒的辐照度、强度和彩色图进行分析（图3）。通过调整抛物面反射镜的形状可以优化发射光的准直性。

 

图3 在两个不同距离处手电筒照明的彩色图：0.1m（左）和0.5m（右）