基于漫反射間接照明的自由曲面設(shè)計及反饋優(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、壽命長和體積小等諸多優(yōu)勢。由于LED光源輻照分布的特點，有必要對其進行適當?shù)亩喂鈱W(xué)設(shè)計來滿足實際的照明要求。因此，本文首先設(shè)計符合要求的漫反射自由曲面，并結(jié)合LED光源陣列來構(gòu)建一個基于漫反射的間接照明系統(tǒng)，改善目標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)果不僅使目標面上的均勻度由原來的75％提高至80%，而且光能利用率也有所提高。
　　本文針對近場、遠場兩種照明情況，分別以改善預(yù)期目標面上的高輻照均勻度和光能利用率為目標，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)的目標面上

3、；其次，由能量守恒定律計算得到期望目標面上的光照均勻度。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)目標面組成的漫反射間接照明系統(tǒng)，同時可以計算得到目標面上期望照度值Et。最后，解出自由曲面的面型數(shù)據(jù)，同時利用TracePro光學(xué)軟件對目標面上的光照均勻性、光能利用率進行大規(guī)模的仿真測試。實驗結(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)計的漫反射自由曲面在相同條件下使目標面具有更好的照度均勻性以及更

4、高的光能利用率。
　　在初始模型未能達到目標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)果進行反饋優(yōu)化的方法。通過將實際照度與期望照度之間的照度差△E反饋到設(shè)計流程中，可以得出初始漫反射半球經(jīng)過一次反饋優(yōu)化的新面型。出于簡化模型考慮，本文只選擇了半球作為初始面型并且只對目標平面上的圓形光斑進行研究，其目的是分析該反饋優(yōu)化方法在自由曲面設(shè)計上的可行性。對于給定的圓形光斑，經(jīng)過一次反饋優(yōu)化設(shè)計，該目標面上的光照均勻度由原來的75.