Abstract

A novel LED modeling algorithm for precise three-dimensional light pattern simulation is proposed and demonstrated. We propose to use normalized cross correlation to verify the validity of the simulation in one-dimensional intensity patterns as well as two-dimensional irradiance patterns in various midfield distances and to provide feedback to achieve a successful model. The model is demonstrated to obtain an average of 99% in normalized cross correlation between the simulation light pattern and experimental measurement for a truncated inverse pyramid LED.

© 2006 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
    [CrossRef]
  2. F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).
  3. M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
    [CrossRef]
  4. H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
    [CrossRef]
  5. S. J. Lee, Appl. Opt. 40, 1427 (2001).
    [CrossRef]
  6. C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
    [CrossRef]
  7. T. X. Lee, C. Y. Lin, S. H. Ma, and C. C. Sun, Opt. Express 13, 4175 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. A. Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, 2002), Chap. 5.
  9. J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2nd ed. (McGraw-Hill, 1996).
  10. M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
    [CrossRef]
  11. Philips Lumileds Lighting Company, http://www.lumileds.com/.
  12. For example, J. P. Lewis, in Vision Interface 95 (Canadian Image Processing and Pattern Recognition Society, 1995), p. 120.

2005 (2)

F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).

T. X. Lee, C. Y. Lin, S. H. Ma, and C. C. Sun, Opt. Express 13, 4175 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

2002 (3)

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

1999 (1)

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Bhat, J. C.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Carter-Coman, C.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Caska, R.

A. Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, 2002), Chap. 5.

Chen, E. I.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Chui, H. C.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Collins, D.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Craford, M. G.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Fletcher, R. M.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Frate, M.

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

Garcia, K. J.

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

Gardner, N. F.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Goodman, J. W.

J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2nd ed. (McGraw-Hill, 1996).

Grillot, P.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Haack, U.

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

Hofler, G. E.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Holcomb, M. O.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Huang, J.-W.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Hueschen, M.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Kaminski, M. S.

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

Kish, F. A.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Kocot, C. P.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Koshel, R. J.

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

Krames, M. R.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Laski, J.

F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).

Lee, S. J.

Lee, T. X.

T. X. Lee, C. Y. Lin, S. H. Ma, and C. C. Sun, Opt. Express 13, 4175 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

Lewis, J. P.

For example, J. P. Lewis, in Vision Interface 95 (Canadian Image Processing and Pattern Recognition Society, 1995), p. 120.

Lin, C. Y.

T. X. Lee, C. Y. Lin, S. H. Ma, and C. C. Sun, Opt. Express 13, 4175 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

Loh, B.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Ludowise, M. J.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Ma, S. H.

Martin, P. S.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Nguyen, F.

F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).

Ochiai-Holcomb, M.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Posselt, J.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Rudaz, S. L.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Sasser, G.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Shur, M. S.

A. Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, 2002), Chap. 5.

Steigerwald, D. A.

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Stevenson, M. A.

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

Stockman, S. A.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Sun, C. C.

T. X. Lee, C. Y. Lin, S. H. Ma, and C. C. Sun, Opt. Express 13, 4175 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

Tan, I.-H.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Tan, T. S.

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

Terao, B.

F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).

Weber, T.

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

Wendt, D.

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

Yang, T. H.

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

Zerfhau-Dreihöfer, H.

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

Zukauskas, A.

A. Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, 2002), Chap. 5.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

M. R. Krames, M. Ochiai-Holcomb, G. E. Hofler, C. Carter-Coman, E. I. Chen, I.-H. Tan, P. Grillot, N. F. Gardner, H. C. Chui, J.-W. Huang, S. A. Stockman, F. A. Kish, M. G. Craford, T. S. Tan, C. P. Kocot, M. Hueschen, J. Posselt, B. Loh, G. Sasser, and D. Collins, Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).
[CrossRef]

Opt. Eng. (1)

C. C. Sun, C. Y. Lin, T. X. Lee, and T. H. Yang, Opt. Eng. 43, 1700 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Proc. SPIE (3)

F. Nguyen, B. Terao, and J. Laski, in Proc. SPIE 5941, 31 (2005).

M. S. Kaminski, K. J. Garcia, M. A. Stevenson, M. Frate, and R. J. Koshel, in Proc. SPIE 4775, 46 (2002).
[CrossRef]

H. Zerfhau-Dreihöfer, U. Haack, T. Weber, and D. Wendt, in Proc. SPIE 4775, 58 (2002).
[CrossRef]

Other (4)

A. Zukauskas, M. S. Shur, and R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting (Wiley, 2002), Chap. 5.

J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2nd ed. (McGraw-Hill, 1996).

Philips Lumileds Lighting Company, http://www.lumileds.com/.

For example, J. P. Lewis, in Vision Interface 95 (Canadian Image Processing and Pattern Recognition Society, 1995), p. 120.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

Midfield.

Fig. 2
Fig. 2

Geometrical structure of the TIP emitter in amber.

Fig. 3
Fig. 3

Simulated light pattern (red lines) versus experimental measurement (blue lines) for three samples.

Fig. 4
Fig. 4

NCC of various samples versus different midfield distances. Black dots, 1D light patterns; yellow dots, 2D patterns with a positive lens.

Fig. 5
Fig. 5

Modeling algorithm for a LED lighting source. T, threshold value.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

NCC = x y ( A x y A ¯ ) ( B x y B ¯ ) x y ( A x y A ¯ ) 2 x y ( B x y B ¯ ) 2 ,

Metrics