大多數(shù)顯示都由幾個(gè)光學(xué)組件組成，其中光源照明顯示是最重要的組件。所有的顯示都需要一個(gè)機(jī)械裝置來(lái)發(fā)送這個(gè)光穿過(guò)或不通過(guò)一個(gè)創(chuàng)建的文本或圖形以便于顯示信息。為控制光輸出，會(huì)用到一個(gè)或幾個(gè)光學(xué)儀器來(lái)控制所期望的顯示信息的角和位置。對(duì)這種類(lèi)型的應(yīng)用，F(xiàn)RED已經(jīng)證實(shí)了相比傳統(tǒng)成型方法它可以節(jié)省30-50%的時(shí)間和成本。

 

1.光源
 

FRED可以模擬在顯示系統(tǒng)中能找到的所有的光源類(lèi)型，包括LEDs（發(fā)光二極管）、RGB LEDs、白熾燈、HID、Neon、ARC和熒光燈。支持IGES和STEP格式CAD模型文件導(dǎo)入、單個(gè)或多個(gè)格子光線(xiàn)的位置和角度切趾、用戶(hù)自定義的曲面發(fā)射模型，測(cè)量數(shù)據(jù)模型可以應(yīng)到某一表面上其中包括Radiant Imaging Source?模型。幾個(gè)在FRED中模擬的光源模型如下所示：
 

2.系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)
 

系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)可以通過(guò)用戶(hù)圖形界面在FRED中直接創(chuàng)建，也可以從IGES或STEP CAD格式或其它設(shè)計(jì)程序中導(dǎo)入，還可以導(dǎo)入通過(guò)ASAP轉(zhuǎn)換輸出的文本文件。軟件創(chuàng)建表面有多種選擇：包括標(biāo)準(zhǔn)平面、圓錐面、圓柱面、橢球面、雙曲面、圓環(huán)面、多項(xiàng)式表面、Zernike、樣條曲面（NURBS）、Meshed(直紋面)、旋轉(zhuǎn)曲線(xiàn)、extruded curbs、復(fù)合曲線(xiàn)、樣條函數(shù)和用戶(hù)自定義曲面等。一組被選中的表面如下圖所示。

因?yàn)镕RED有多文檔界面，在兩個(gè)文件之間組件是可以剪切、復(fù)制和粘貼的。實(shí)體在邏輯上可以分成裝配體、組件、元件等等級(jí)，這與系統(tǒng)的物理布局是相對(duì)應(yīng)的，每個(gè)對(duì)象都可以置于相對(duì)于任何坐標(biāo)系的位置。任何的表面都可以用隱式曲面或者aperture collection curve來(lái)裁剪，它的定義如下。
 

 

 

FRED可以導(dǎo)入IGES和STEP文件是無(wú)與倫比的，該軟件可以簡(jiǎn)單地導(dǎo)入平面、二次表面、網(wǎng)格、NURBs和Bezier曲面，還有高于5級(jí)的表面，如下面所示的信號(hào)反射鏡圖。一個(gè)檢查CAD導(dǎo)入好壞的最佳特征是查看在一個(gè)簡(jiǎn)單修改或驗(yàn)證對(duì)話(huà)框中的Nurb、mesh、Bezier曲線(xiàn)或表面定義信息。
 

 

3.控制光輸出的光學(xué)裝置
 

幾乎每一款顯示系統(tǒng)都有一些方法控制輸出光的角度和空間位置。這些結(jié)構(gòu)包含所有的東西從凹槽、點(diǎn)、表面粗糙度、涂到棱鏡上的薄膜。FRED可以模擬所有的這些結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的陣列函數(shù)在模擬成千上萬(wàn)個(gè)重復(fù)控制的結(jié)構(gòu)是萬(wàn)能的。下面顯示了FRED模擬這些結(jié)構(gòu)的例子。
 

 

上面顯示了兩個(gè)不同的用于PDA（掌上電腦）背光顯示系統(tǒng)。左圖顯示的是一個(gè)點(diǎn)大小為常數(shù)的背光，右圖顯示的是在5個(gè)獨(dú)立的部分分別有5種不同大小的dot。
 

 

FRED軟件可以很容易地創(chuàng)建凹槽和曲線(xiàn)，然后擠壓或旋轉(zhuǎn)這些結(jié)構(gòu)來(lái)使菲涅爾和棱鏡能按照所期望的方向傳播光線(xiàn)。

 

利用視覺(jué)和分析工具信息深入研究光是怎樣實(shí)現(xiàn)背光傳輸?shù)摹８鶕?jù)用戶(hù)所選的每一個(gè)波長(zhǎng)，該軟件可以從任何顏色開(kāi)始進(jìn)行光線(xiàn)追蹤，并且可以很容易地創(chuàng)建正交和透視輪廓使得能夠看見(jiàn)光是怎樣通過(guò)系統(tǒng)又是怎樣離開(kāi)表面的，如上所示。還有更多的功能包括根據(jù)光是怎樣與表面相交的來(lái)改變光線(xiàn)的顏色。可以根據(jù)相交后光的反射、透射、吸收或是衍射來(lái)設(shè)置光的顏色。
 

 

也有高級(jí)光線(xiàn)操作對(duì)話(huà)框來(lái)選擇光線(xiàn)使其按照一個(gè)特定的光路傳播，或者設(shè)定特定的功率或者光線(xiàn)在一個(gè)選定的面上停止。用這些對(duì)話(huà)框可以可視化或分析非均勻照明的問(wèn)題，還有鬼影和雜散光的問(wèn)題。您也可以使光在光學(xué)或照明系統(tǒng)中的每個(gè)階段進(jìn)行傳播。這是一個(gè)很好的方式來(lái)了解光是如何傳播的及為什么光不能完全離開(kāi)照明系統(tǒng)或它為什么會(huì)在它不應(yīng)該出現(xiàn)的方向上有光。
 

 

 

在建模和模擬光在背光傳播時(shí)最大問(wèn)題是設(shè)計(jì)多少根光線(xiàn)可以得到可以接受的結(jié)果，以及什么時(shí)候停止光線(xiàn)可以加速光線(xiàn)追蹤。FRED提供了更多的控制來(lái)限制光線(xiàn)追跡數(shù)目來(lái)減少光線(xiàn)追蹤的時(shí)間，包括相交數(shù)量、一個(gè)面或多個(gè)面的相交數(shù)、相對(duì)和絕對(duì)的功率閾值、每個(gè)面和每個(gè)實(shí)體的透射、反射和散射的可能性。就像您在下面的對(duì)話(huà)框所看到的那樣，可以設(shè)定鏡像和散射功率閾值、光線(xiàn)交在一個(gè)表面的次數(shù)以及父級(jí)光源產(chǎn)生的子級(jí)光線(xiàn)數(shù)上限制。這樣，用戶(hù)就可以完全控制來(lái)執(zhí)行分析，你只需要關(guān)閉特定的事件來(lái)就可以看到問(wèn)題是否出在鏡像上或散射上。

 

4.顯示實(shí)例
 

導(dǎo)光管

 

 

FRED可以設(shè)計(jì)各種形狀和大小的導(dǎo)光管，使光從一個(gè)或多個(gè)光源傳送到一個(gè)或幾個(gè)目標(biāo)。大多數(shù)導(dǎo)光管是由塑料制成的，由于成型的問(wèn)題有漏光現(xiàn)象。FRED針對(duì)這些光學(xué)器件的可視化能力非常優(yōu)秀。不僅可以直接在軟件中建模或從CAD中導(dǎo)入，并且建立LED和白熾燈的模型也十分容易。最后的階段就是追跡通過(guò)導(dǎo)光管的光線(xiàn)來(lái)分析模型中任意面的輻照度和點(diǎn)位置，光源甚至可以是位圖（Bitmap）或者字母，同時(shí)可以進(jìn)行吞吐量和均勻性的分析。下圖顯示了上面所提到的第一個(gè)彎曲光管輸出可能范圍，從點(diǎn)列圖到輻照度圖、彩色圖像分析到強(qiáng)度曲線(xiàn)。
 

 

下面的彩色圖像顯示了在導(dǎo)光管的RGB LED設(shè)計(jì)中普遍存在的一個(gè)問(wèn)題。雖然上面的點(diǎn)列圖描述了所有3彩色LED非常好的均勻性，但是該產(chǎn)品上的顏色圖像分析不會(huì)顯示這個(gè)。產(chǎn)生顏色非均勻性的問(wèn)題是因?yàn)樘囟ǖ腖ED的選擇、視場(chǎng)角和眼睛的視覺(jué)響應(yīng)。
 

 

 

LED照明以及彩色圖像能力
 

每個(gè)波長(zhǎng)都有其相關(guān)的權(quán)重和顏色。在FRED中有內(nèi)置的波長(zhǎng)序列和波長(zhǎng)權(quán)重工具，如明視覺(jué)和暗視覺(jué)光譜響應(yīng)函數(shù)。該軟件可以將波長(zhǎng)和權(quán)重自動(dòng)地合成來(lái)創(chuàng)建一種給定的顏色，這個(gè)功能對(duì)于分析和設(shè)計(jì)需要用色度法計(jì)算的系統(tǒng)是非常有用的。下圖所示的是在一個(gè)面上兩種LEDs的可視化照度圖，還有在一個(gè)面上用三個(gè)LEDs合成的彩色圖像。
 

 

還可以使用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顏色過(guò)濾器和抗反射膜層。簡(jiǎn)單地找到一個(gè)膜層的電子圖像（在線(xiàn)目錄中找或者從文件拷貝中創(chuàng)建一個(gè)jpg或bmp文件。然后利用FRED的數(shù)字化功能來(lái)輸入X和Y的最小和最大點(diǎn)以及將曲線(xiàn)坐標(biāo)直接導(dǎo)入到一個(gè)靜態(tài)的膜層屬性中去。
 

 

背光顯示
 

背光可以用在諸多顯示設(shè)備中，包括手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDAs）、手表、DVD液晶顯示器、筆記本電腦顯示器、平液晶監(jiān)視器和許多日常生活中發(fā)明的一些新的應(yīng)用。
 

液晶投影儀

 

液晶投影機(jī)的是最重要的一個(gè)應(yīng)用，F(xiàn)RED的非序列光線(xiàn)追蹤能力用下圖進(jìn)行了演示。由弧光燈發(fā)射出來(lái)的光線(xiàn)分裂為3種RGB顏色并在立方體組合器中重組并創(chuàng)建了計(jì)算機(jī)顯示圖像。這種應(yīng)用類(lèi)型中的許多建模問(wèn)題已經(jīng)被寫(xiě)入到程序中使得模擬這種類(lèi)型的顯示項(xiàng)目、偏振、多光束路徑、彩色圖像、高級(jí)光源建模以及透鏡和反射鏡陣列變得簡(jiǎn)單。想要學(xué)習(xí)更多的關(guān)于在FRED中怎樣建液晶投影機(jī)系統(tǒng)，可以向我們要“Digital Projector Design with FRED?”（用FRED設(shè)計(jì)數(shù)字投影機(jī)）案例說(shuō)明。
 

 

FRED可以對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面（弧光源、線(xiàn)柵偏振器、復(fù)眼和DMD陣列、顏色濾波器和光束合成器）進(jìn)行建模來(lái)完全地模擬整個(gè)LCOS模型。FRED的多功能性、強(qiáng)大的功能性、準(zhǔn)確性、建模速度以及光線(xiàn)追跡可視化等特點(diǎn)使得它變成了當(dāng)今市面上最好的光學(xué)模擬軟件。