LED光學仿真的案例
直下式LED背光遇均勻性瓶頸？OAS光學軟件來支招
直下式LED背光模擬仿真的三維追跡圖
直下式LED背光模擬仿真的探測器結果圖
總結
OAS軟件可快速實現多單元光學結構的批量創建，能夠精準模擬實際光學系統的物理特性，并且提供提供直觀的光學性能分析圖表，便于工程師快速優化設計方案，為直下式 LED 背光技術的高效研發提供有力支撐。
ASAP模擬分析高亮度汽車 LED 前照燈的光學結構設計
隨著汽車工業的高速發展和LED光效的不斷提高，LED在汽車中的應用也越來越普遍。本文對LED汽車前照燈的光學結構進行了設計。在遠光燈設計時，采用側面放光的方式，光源發光經自由曲面反射，光線全部反射匯聚以達到遠光配光要求。在近光燈設計時，用3個相同的光學單元疊加以實現足夠的光通量。每個單元采用多橢球反射面將多芯片大功率LED光源發出的光進行匯聚，經擋板遮擋住部分光線以形成明暗截止線，光線再經透鏡匯聚后得到近光燈所需光型。最后，采用ASAP軟件實現了仿真，仿真結果表明此設計符合國家標準。 我們 采用 5 顆單顆 1 瓦的 LED 芯片，直線形串聯封裝在一個基板上，成為一顆 LED。芯片封裝排列長度 5.5mm。 所封裝的 LED 光源的光譜特性和輻射分布圖如圖 1、 2 所示。
LED 汽車前照燈的光學設計: 遠光燈設計、近光燈設計
ASAP模擬與分析結果:對設計采用光學設計軟件ASAP進行了光學建模 和仿真，測試屏幕在車燈前方25米處，（0，0）點為 屏幕中心。遠光燈等照度曲線如圖5所示，可見亮點 在（0，0）點右側，照度達到了遠光燈的要求。近光燈等照度曲線如圖6所示，明暗截止線清晰可見，大 照度值為29勒克斯。
本文完成了 LED 汽車前照燈光學設計和模擬，研究了適合汽車用前照燈的 LED 封裝形式，采用多顆 LED 芯片直線型排列，以硅膠平面式封裝，實現朗伯體光源，達到較大照射范圍。同時采用 ASAP 軟件實 現了光學設計的仿真，仿真結果表明所進行的設計滿 足國家對汽車前照燈標準的要求。
展開 2026 | OAS光學軟件-幾何光學與波動光學跨尺度仿真
02/幾何光學
在幾何光學領域，OAS 軟件基于光線追跡核心算法，為光學系統的研究與設計提供了高效、精準的一體化分析手段。
成像設計解決方案
光學軟件為成像系統設計提供從建模、優化到分析的一體化平臺。它支持從基礎透鏡到復雜多重結構系統的建模，可靈活設置孔徑、視場等關鍵參數并進行實時光路預覽。軟件內置優化算法，支持像差自動校正、多配置優化和公差分析，能針對多目標進行自動化迭代優化。在分析方面，軟件提供全面的像質評估工具，包括MTF、點列圖、波前圖等，支持對成像系統的核心性能進行專業評估。
照明與汽車光學解決方案
軟件為照明和車燈設計提供了強大的虛擬仿真與優化功能，能夠進行精準的光學性能與效果分析，完成自動化參數優化與方案驗證。其核心功能完整覆蓋了車燈設計、激光雷達光學系統、抬頭顯示器（HUD）以及內飾氛圍照明等關鍵環節，實現了從光源、光路到分析的全鏈路仿真，從而系統地滿足汽車行業在智能化與個性化趨勢下的光學創新需求。
雜散光解決方案
軟件能夠在儀器加工之前，通過高精度虛擬模型全面模擬和分析包括鬼像、衍射、散射及紅外熱輻射在內的各類雜散光現象，并提供了如路徑分析和提取、自動篩選照明關鍵面等工具，為光學工程師提供從識別、評估到修正的一體化工具體系，從而在設計階段有效消除雜散光干擾，保障光學系統的高精度與可靠性。
光機解決方案
OAS內置輕量化CAD核心，通過結合參數化與自由建模雙模式，提供從簡易機械結構到復雜光學元件的一體化設計與建模支持，實現了光學、機械與電子領域在設計數據、仿真流程與工程變更層面的深度融合與高效協同。
展開 Moldex3D模流分析之光學射出光學件成型仿真
料光學組件由于加工特性帶來的高性價比及可應用性，在光電、3C及汽車等領域被廣泛應用取代傳統玻璃材料，但高肉厚和高厚薄比的極端產品設計應用射出成型制程容易產生噴流、包封、表面凹痕、真空泡等成型缺陷，需要的冷卻時間過長與過大的體積收縮率也導致產品精度與生產效率難以提升。
分層射出是光學產品極端設計的解決方案之一，透過將極端產品設計分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來的成型挑戰。Moldex3D光學分析支持預測多材質射出A-B層在成型過程產生的流動殘留應力與熱殘留應力，并提供最終產品的條紋級數與光彈條紋，利用Moldex3D進行多材質射出的光學分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學性質頁簽，包含無配向之折射率、流動導致應力光學系數、和熱導致應力光學系數等參數。
步驟2: 為第一射模擬設置計算參數及分析計算
在計算參數的黏彈/光學頁簽中，勾選預測流動殘留應力在流動/保壓階段和預測流動殘留應力在冷卻階段。確認完所有的分析設定后，將組別送出計算。待計算完成后在流動、保壓和冷卻分析均會輸出流動誘導殘留應力的結果項。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準備模型及分析組別
接著為第二射準備新的分析組別，模型包含產品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶必須選擇具有光學性質的產品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設置多材質射出之光學件分析
分析順序設定中，選擇瞬時分析加上光學分析，確保光學分析可以完整考慮流動導致應力和熱導致應力的效應。
展開 
[光學工程] JCMsuite納米光學仿真分析軟件
5、光源
諸如激光二極管、VCSEL、LED、OLED和單光子源的光源是光學器件的基本構建單元。JCMsuite可以有效地模擬和優化其光學特性，包括遠場分布、光纖耦合效率和熱透鏡效應。
6、納米結構材料
JCMsuite允許設計和分析新納米結構材料的光學性質。如等離子體材料、手性材料、光子晶體和準晶體、超材料、粗糙界面、納米復合材料等等。
線上研討會 | OAS 光學軟件-生物醫學光學仿真
會議鏈接：https://meeting.tencent.com/dm/oMFleIBkeGvM
設計仿真 | 直播預告-場景仿真在智能LED大燈測試中的應用實踐
智能LED大燈是在單車智能基礎上實現車輛與外界光交互的一種新型技術應用，但目前智能車燈的開發進程中缺乏有效、安全的測試方法和手段。
海克斯康工業軟件VTD作為智能駕駛車輛（系統）虛擬仿真測試全棧式解決方案提供商，為智能LED大燈的開發和測試提供了以虛擬場景為基礎的仿真測試，可滿足算法開發不同階段測試需求，實現SIL/HIL等在環測試系統的構建，有效地提升了智能大燈的開發效率，降低產品的測試成本。
本期直播海克斯康講堂請到了技術專家謝錦程為我們帶來場景仿真在智能LED大燈測試中的應用實踐，從智能LED大燈的測試原理、解決方案到實際應用等方面展開詳細講解，歡迎預約報名！
2月29日 14:00
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直播內容聚焦
?? 智能LED大燈技術在當前智能化車輛中的應用
?? 基于VTD的智能LED大燈仿真測試原理及解決方案
謝錦程
海克斯康工業軟件技術專家
具有豐富的智能駕駛車輛在環測試系統開發與調試工作經驗，負責基于VTD的智能駕駛仿真解決方案以及相關二次開發工作。
展開 光學仿真 | 仿真推動以人類視覺感知為本的汽車顯示設計
光學工程師可能會追求上述特性，但是這種期望往往會讓設計的目的被忽略掉。優化車輛顯示以終端用戶為中心，因此應該重點關注他們感知周圍世界的方式。
談到功能，在很多設計方面都存在改進的空間：
·字體大小：顯示器設計可以減小像素大小適應低分辨率，最終以精細的圖像顯示在屏幕上。
·對比度：可讀性會被文本和背景之間的感知對比影響。在低對比度條件下，文字更難以看清，尤其是在駕駛員應該把注意力放在道路上的導航場景中時。
·材質：當顯示器被灰塵或油性指紋覆蓋時，在極端情況的日照位置下更難讀取信息。攝像頭上的灰塵或擋風玻璃上的雨滴也會產生類似的問題。
·人機交互：顯示器的物理位置和方向會影響駕駛員和乘員對屏幕的感知。優化設計能提高人機交互的總體質量。
·視野：與抬頭顯示器（HUD）更緊密相關的是，工程師們正在開發支持更廣闊視野的光學技術，并在真實世界條件的基礎上疊加投影信息。這些技術預計將適用于小空間，以避免破壞儀表板的美感或占用儀表板下的寶貴空間。
實際應用中的人類感知設計
在早期，工程師們通過測試光如何與LED晶體或OLED層等不同幾何結構的相互作用來設計納米級的顯示器。隨著設計從光子組件模型擴展到光學組件模型，設計的焦點也轉移到了偏振層和表面涂層等元素。由于大多數汽車制造商都依賴外部供應商的顯示技術，因此設計的最后階段的重點，是將顯示器集成到車輛中。
日照研究確定了極端情況的日照位置，并分析了來自其它光源的反射。在某些情況下，后處理算法允許用戶看到比如眩光投射在屏幕上的效果。Ansys算法考慮了人眼生物學特性，可模擬出適應時間甚至是色盲的情況。比如，當駕駛員置身于黑暗環境中5分鐘后，他們的眼睛突然看向顯示器時，其感受與在處于明亮光線環境下5分鐘后的感覺截然不同。
展開 光學仿真干貨丨Lumerical納米線柵偏振器仿真應用
Ansys光學仿真相關產品推薦
ZEMAX
Ansys Zemax是一套綜合性的光學設計軟件，它提供先進的、且符合工業標準的分析、優化、公差分析功能，能夠快速準確的完成光學成像及照明設計。
SPEOS
Ansys SPEOS是Ansys公司開發功能強大的專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件, 強大的解決方案提供完美的可視化光學系統，和直觀的人機交互平臺，其仿真技術已經廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等工業領域的研究機構和知名公司，是全球少有的可依據人眼視覺特征和材料真實光學屬性進行的場景仿真的專業軟件。
Ansys SPEOS光學仿真軟件基于可視化產品三維模型，直接采用數字化樣機，使用虛擬環境仿真平臺，進行視覺功效虛擬分析和人因環境評估，在產品設計階段對的方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，使光學設計以高效率、超同步、易優化的工作實現很優的產品解決方案。
Lumerical
Ansys Lumerical是一款專業的光學虛擬仿真軟件，能夠為光子設計師提供全面的高精度設計和分析工具，使得設計師能夠從容地面對光設復雜的問題，進而降低開發成本。
Ansys Lumerical可廣泛地應用于生物光子學，成像，照明，光伏等。其相應套件包括以下工具：FDTD、MODE、STACK、CHARGE/HEAT、DGTD/FEEM、MQW、INTERCONNECT和CMLC。
展開 基于OptiSystem的LD\LED\EDFA仿真分析
1、客戶需求：
（1） 仿真LD、LED直接調制系統的輸出光譜，觀察系統輸出性能。
（2） 采用EDFA的光纖通信系統，實現對多路光波信號的放大，實現200km、40Gbit/s的傳輸。用仿真軟件搭建一個WDM系統，觀察系統誤碼情況。
2、系統仿真：
（1）仿真LD、LED直接調制系統的輸出光譜，觀察系統輸出性能。
LD系統設計：仿真系統連接圖如圖所示，采用直接調制，調制速率為10Gbit/s。其中，Laser Rate Equations器件用于仿真LD，Pseudo-Random Bit Sequence Generator用于產生偽隨機比特序列，Optical Spectrum Analyzer用于觀測LD輸出光譜，傳輸鏈路采用單模光纖SMF。信號接收端采用PIN二極管進行光電轉換，采用Low pass Bessel filter進行濾波處理，為了觀察系統的運行狀態，用觀測儀器進行信號的分析與評價。
器件參數設置如下：波長為1552.52nm，偏置電流200mA。信號調制速率為10Gbit/s。
通過光譜儀觀測，輸出光譜在1552.52nm波長處具有較窄的線寬，與較高的輸出光信號功率。通過示波器觀測，經過單模光纖傳輸后信號具有較小的噪聲，以及良好的傳輸特性。通過眼圖可以看到，眼睛張開度大，誤碼率近似于0，信號質量好。
LED系統設計：仿真系統連接圖如圖所示，采用直接調制，其中，LED器件受調制后發出信號光，經過Linear Multimode Fiber多模光纖。
器件參數設置：波長為1300nm，帶寬為50nm。信號調制速率為100Mbit/s。多模光纖的長度為500m，損耗為2.61dB/km。
展開 基于Comsol的mini LED回流焊錫膏氣泡及形貌演化仿真 ￥99
在半導體領域，回流焊是一種常見的電子組裝技術，本案例基于comsol multiphysics 軟件，通過對回流焊工藝的抽象和簡化，建立了mini LED回流焊模型，詳細介紹了建模的過程，通過層流多相流、流體傳熱、水平集方法以及它們之間的多場耦合分析等，仿真了焊接過程錫膏中存在的氣孔缺陷演化過程、錫膏形貌演化過程。其最終動態結果如下圖所示：
圖1. 0-200us內回流焊錫膏氣泡演化動態圖
圖2. 0.5ms-3ms內錫膏形貌演化動態圖
應用石墨烯材料的大功率LED散熱仿真
2.1 單顆燈珠的熱學仿真
圖5顯示的是單顆LED燈珠在無石墨烯時的模型仿真結果，可以得出結溫是103.321℃。圖6是在石墨烯厚度為300 μm 的仿真結果圖。通過設置不同石墨烯厚度進行仿真，結果如圖8所示，其中橫坐標為石墨烯厚度，縱坐標為溫度。
圖5 無石墨烯LED仿真結果
圖6 石墨烯500 μm 時LED仿真結果
2.2 多顆燈珠的熱學仿真
同理，可以得出陣列式LED的仿真結果圖。圖8顯示的是4顆LED燈珠在無石墨烯時的模型仿真結果，可以得出結溫是109.557 ℃。圖9是在石墨烯厚度為300 μm 的仿真結果圖。通過設置石墨烯不同厚度下的仿真，結果如圖10所示，其中橫坐標為石墨烯厚度，縱坐標為溫度。
展開 COMSOL傳熱仿真，LED陣列隨機發熱
明明給四個LED設置了熱源，Q0=5.142857e9 W/m3, 但計算出來的結果看起來LED是隨機變熱變冷。為什么會這樣呢
熱仿真和熱特性優化 在汽車LED車燈上的應用
1.LED熱仿真與測試
就LED前大燈研制成本而言，大體分為遠近光燈模組，日行，轉向模塊，塑料件，傳動裝置，位置傳感器，電控及光學系統等、在防霧處理這樣一個重要成本單元中，又有很大比例是模組設計，所以從模組研發著手，在縮短研發周期的前提下，降低余量和成本，對于車燈研發有很大的意義。而模組中重要熱系統組成有LED、PCB、散熱器等。
由此，有幾方面的精細設計在研發中起到關鍵作用：1，LED結溫的仿真預測與光熱一體化設計；2，PCB的設計與優化；3、散熱器的設計與優化。
一、LED結溫的仿真預測與光熱一體化設計
LED輸入功率并不總是轉換成光能，但70%會轉換成熱能，并且需要通過有效散熱途徑進行散熱，散熱效果會直接影響LED光強，壽命和效果。與傳統鹵素燈相比較,LED熱量比較集中，所以在很短的時間內對其進行有效地散熱是LED熱設計中的關鍵。LED的熱設計一般有以下幾個環節:
基于最嚴苛的邊界條件定義最大接環熱阻；
設置熱阻網絡模型，計算散熱器熱阻；
根據材料、空間預估散熱器尺寸與外形；
利用CFD軟件進行仿真分析；
確定熱學與光學系統性能及余量；
對以上步驟進行優化迭代
基于該設計步驟，則可以使用一下仿真與測試工具進行支持，主要包括FloEFD、FloTHERM、T3Ster、TeraLED等工具。
展開 基于參數優化的 LED 驅動電路 PCB 熱仿真分析
14?采用FR4介質的Ⅱ型PCB面積約為Ⅰ型PCB面積的2.5倍,其元件的仿真溫度較Ⅰ型PCB下降約17~25℃,在Ⅱ型PCB的基礎上做更加密集的過孔放置得到Ⅲ型PCB,元件的仿真溫度繼續下降約0.5~5℃?采用鋁基介質時,Ⅰ型PCB的各元件仿真溫度較采用FR4介質普遍降低6~18℃,Ⅱ型和Ⅲ型PCB仿真溫度較使用FR4介質時普遍下降6~14℃?其中鋁基板Ⅰ型氛圍燈由于尺寸的限制,LED的仿真溫升最低為62.4℃,不符合設計要求,而鋁基板Ⅱ型氛圍燈PCB和鋁基板Ⅲ型氛圍燈PCB已經完全滿足設計要求?
結論
本文通過熱仿真分析方法,實現了氛圍燈LED的PCB熱性能的優化?在原有的Ⅰ型氛圍燈PCB設計不符合溫度要求的基礎上,借助熱仿真分析了該設計的不足?通過增大設計尺寸和增加過孔,設計了改善的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB,但是仍不滿足車規級溫升要求?最后通過改變PCB的基材介質為鋁基介質,借助于熱仿真,論證了鋁基材質的Ⅱ型和Ⅲ型氛圍燈PCB的設計滿足車規級要求?
【參考文獻】
[1]劉兆洪,龐傳和.
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