基于LED陣列間距優(yōu)化與漫反射自由曲面的間接照明方法研究.pdf

1、LED是21世紀有潛力和競爭力的光源，與傳統(tǒng)光源比較，它具有效率高、節(jié)能環(huán)保、耐用性好、壽命長、便于控制等優(yōu)點，已經廣泛用于室內外照明、投影、背光、轎車車燈等方面。但由于LED發(fā)光呈朗伯分布，通常需要對其進行二次光學設計，否則無法滿足照明區(qū)域的照度均勻性及效率要求，因此，本文提出一種基于漫反射自由曲面間接照明的設計方法，對間接照明系統(tǒng)中的LED陣列間距、漫反射自由曲面、漫反射自由曲面反饋優(yōu)化設計的方法進行研究，以實現目標面的高均勻度照明

2、，并探索光能利用率的提高程度。
　　首先，本文研究了漫反射自由曲面間接照明系統(tǒng)中LED陣列間距優(yōu)化的方法。根據LED發(fā)光分布和高漫反射曲面的特性，推導了關于LED間距參數的自由曲面和目標面照度函數方程，建立了LED陣列間距優(yōu)化評價函數，編程求解得到最優(yōu)間距，并對三種陣列采用不同間距時目標面的均勻度進行測試和仿真，實驗結果表明：（1）最優(yōu)間距時三種陣列下目標面照明均勻度達到90%以上；（2）三種陣列在最優(yōu)間距時，漫反射曲面下的目標面

3、照明均勻度要高于同等條件下的漫反射半球照明和直射照明方式。
　　然后，本文提出了間接照明系統(tǒng)中漫反射自由曲面的設計方法，以實現目標面均勻照明并探索提高系統(tǒng)的效率。首先在球面坐標系下建立光學模型，推導漫反射曲面和目標面微分方程組，并給出能量守恒方程；然后通過數值方法求解方程得到自由曲面數據；最后將數據導入仿真軟件模擬仿真，對比近場和遠場照明情況。仿真結果表明：無論是近場還是遠場照明，在目標面照明均勻度和效率兩個方面，本文設計的漫反射

4、曲面照明比直射照明、漫反射半球照明要更好。
　　最后，本文提出一種用于間接照明系統(tǒng)中的漫反射自由曲面反饋優(yōu)化設計方法，探索該方法用于提高目標照明區(qū)域照度均勻度和效率的可行性。根據初始曲面仿真照度結果與預期照度的反饋函數來修正預設照明分布，得到一次反饋的新曲面。將新曲面數據導入軟件進行仿真，對比反饋前后仿真結果，目標面均勻度從73.7%提高到81.7%，效率從4.3%提升至10.5%。仿真結果表明了本文所提的反饋優(yōu)化設計方法的可行性