基于漫反射間接照明的自由曲面設(shè)計(jì)及反饋優(yōu)化方法研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)和體積小等諸多優(yōu)勢(shì)。由于LED光源輻照分布的特點(diǎn)，有必要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩喂鈱W(xué)設(shè)計(jì)來(lái)滿足實(shí)際的照明要求。因此，本文首先設(shè)計(jì)符合要求的漫反射自由曲面，并結(jié)合LED光源陣列來(lái)構(gòu)建一個(gè)基于漫反射的間接照明系統(tǒng)，改善目標(biāo)平面上的照度均勻性以及提高系統(tǒng)的光能利用率；接著又提出了反饋優(yōu)化初始面型的概念，初始漫反射半球經(jīng)過(guò)一次反饋優(yōu)化，形成了滿足要求的

2、新面型輪廓，其優(yōu)化結(jié)果不僅使目標(biāo)面上的均勻度由原來(lái)的75％提高至80%，而且光能利用率也有所提高。
　　本文針對(duì)近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)兩種照明情況，分別以改善預(yù)期目標(biāo)面上的高輻照均勻度和光能利用率為目標(biāo)，提出基于多種LED光源陣列與漫反射自由曲面構(gòu)成的間接照明方法。首先，考慮到LED點(diǎn)光源的朗伯特性，光線依據(jù)輻射分布模型射向漫反射自由曲面的內(nèi)表面，結(jié)合漫反射自由曲面內(nèi)表面的雙向散射分布函數(shù)，能夠完成內(nèi)表面的二次反射，光線最終投在預(yù)設(shè)的目標(biāo)面上

3、；其次，由能量守恒定律計(jì)算得到期望目標(biāo)面上的光照均勻度。因此，本文構(gòu)建由LED光源陣列、漫反射自由曲面以及預(yù)設(shè)目標(biāo)面組成的漫反射間接照明系統(tǒng)，同時(shí)可以計(jì)算得到目標(biāo)面上期望照度值Et。最后，解出自由曲面的面型數(shù)據(jù)，同時(shí)利用TracePro光學(xué)軟件對(duì)目標(biāo)面上的光照均勻性、光能利用率進(jìn)行大規(guī)模的仿真測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：相比于傳統(tǒng)的直接照明和漫反射半球作為面型的間接照明方法，本文設(shè)計(jì)的漫反射自由曲面在相同條件下使目標(biāo)面具有更好的照度均勻性以及更

4、高的光能利用率。
　　在初始模型未能達(dá)到目標(biāo)面上照明要求的情況下，本文又提出了依據(jù)初始仿真結(jié)果進(jìn)行反饋優(yōu)化的方法。通過(guò)將實(shí)際照度與期望照度之間的照度差△E反饋到設(shè)計(jì)流程中，可以得出初始漫反射半球經(jīng)過(guò)一次反饋優(yōu)化的新面型。出于簡(jiǎn)化模型考慮，本文只選擇了半球作為初始面型并且只對(duì)目標(biāo)平面上的圓形光斑進(jìn)行研究，其目的是分析該反饋優(yōu)化方法在自由曲面設(shè)計(jì)上的可行性。對(duì)于給定的圓形光斑，經(jīng)過(guò)一次反饋優(yōu)化設(shè)計(jì)，該目標(biāo)面上的光照均勻度由原來(lái)的75.