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FRED應(yīng)用：混色導(dǎo)光管的仿真

發(fā)光二極管，或者LED，早已超越了白熾燈光源，應(yīng)用也越來越廣泛。LED具有尺寸小、發(fā)光效率高、使用壽命長[1]等優(yōu)點(diǎn)。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。在這個例子中，我們看一個混合準(zhǔn)直透鏡的示例。

 

FRED模型

 

白光可以使用具有藍(lán)光發(fā)射芯片和黃色熒光粉的LED來創(chuàng)建。產(chǎn)生白光的另一種方法是以適當(dāng)?shù)谋壤�混合紅光、綠光和藍(lán)光。這種方法可以更準(zhǔn)確的控制色溫。如果將紅色、綠色和藍(lán)色靠在一起放置，顏色將最終在足夠大的距離上混合。然而，輻照度分布在更大的區(qū)域，且不是空間均勻的（圖1）。
 

 

圖1.來自RGB LED兩個距離處的彩色圖像：14.5mm（左）和100mm（右）。每個LED直徑為4.79mm。

 

為了在受控區(qū)域內(nèi)均勻地混合波長，可以構(gòu)造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創(chuàng)建的。第一個Boolean組件是尺寸為14*14*100（寬*高*長）的矩形塊，再添加四個相同尺寸的矩形塊。移動并旋轉(zhuǎn)這些矩形塊，讓它們裁剪第一個矩形塊的每個角，最終成為一個六角棒。
 

 

圖2.使用Element Boolean函數(shù)的六角棒的創(chuàng)建。左：剪裁前的矩形塊。中：Boolean操作。右：剩余的六角棒形狀

 

模擬光管的另一個方法是創(chuàng)建一個由分段曲線（六邊形的每個點(diǎn)）組成的自定義元件，然后拉伸成為一個柱狀面。

 

執(zhí)行RGB LED通過光管的光線追跡后，均勻的色彩混合產(chǎn)生了。然而，色溫太暖：紅色占據(jù)了彩色圖。一旦LED之間的相對功率輸出經(jīng)過調(diào)整，可以在彩色圖像上獲得白光（圖3）。
 

 

圖3.具有相等RGB功率輸出的100mm長六邊形光管末端的彩色圖像。右：調(diào)整后RGB功率輸出（0.4W，1.0W，0.7W）的彩色圖

 

[1] “New Report Explores the Global Industrial and Commercial LED Lighting Market to Be Propelled by Government Prohibition on the Use of Incandescent Lamps.” WhaTech. September 28, 2015. Accessed September 29, 2015.