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(jì)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(jīng)廣泛用于室內(nèi)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(jìn)行二次光學(xué)設(shè)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(shè)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(shè)計的方法進(jìn)行研究，以實現(xiàn)目標(biāo)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(jù)LED發(fā)光分布和高漫反射曲面的特性，推導(dǎo)了關(guān)于LED間距參數(shù)的自由曲面和目標(biāo)面照度函數(shù)方程，建立了LED陣列間距優(yōu)化評價函數(shù)，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(biāo)面的均勻度進(jìn)行測試和仿真，實驗結(jié)果表明：（1）最優(yōu)間距時三種陣列下目標(biāo)面照明均勻度達(dá)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(biāo)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(shè)計方法，以實現(xiàn)目標(biāo)面均勻照明并探索提高系統(tǒng)的效率。首先在球面坐標(biāo)系下建立光學(xué)模型，推導(dǎo)漫反射曲面和目標(biāo)面微分方程組，并給出能量守恒方程；然后通過數(shù)值方法求解方程得到自由曲面數(shù)據(jù)；最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真軟件模擬仿真，對比近場和遠(yuǎn)場照明情況。仿真結(jié)果表明：無論是近場還是遠(yuǎn)場照明，在目標(biāo)面照明均勻度和效率兩個方面，本文設(shè)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(shè)計方法，探索該方法用于提高目標(biāo)照明區(qū)域照度均勻度和效率的可行性。根據(jù)初始曲面仿真照度結(jié)果與預(yù)期照度的反饋函數(shù)來修正預(yù)設(shè)照明分布，得到一次反饋的新曲面。將新曲面數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件進(jìn)行仿真，對比反饋前后仿真結(jié)果，目標(biāo)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(jié)果表明了本文所提的反饋優(yōu)化設(shè)計方法的可行性