基于LED阵列间距优化与漫反射自由曲面的间接照明方法研究.pdf

分类号______________________________ 密级______________________________
ＵＤＣ______________________________ 编号______________________________
硕 士 学 位 论 文
基于 LED 阵列间距优化与漫反射自由曲面的间
接照明方法研究
学 位 申 请 人 ： 罗慧
学 科 专 业 ： 电气工程
指 导 教 师 ： 祝振敏 副教授
答辩日期：
独创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方
外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华
东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作
的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢
意。
本人签名_______________日期____________
关于论文使用授权的说明
本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学
校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论
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保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。
本人签名____________导师签名__________日期___________
摘要
基于 LED 阵列间距优化与漫反射自由曲面的间接照明方法研究
摘要
LED 是 21 世纪有潜力和竞争力的光源，与传统光源比较，它具有效率高、节能环
保、耐用性好、寿命长、便于控制等优点，已经广泛用于室内外照明、投影、背光、轿
车车灯等方面。但由于 LED 发光呈朗伯分布，通常需要对其进行二次光学设计，否则
无法满足照明区域的照度均匀性及效率要求，因此，本文提出一种基于漫反射自由曲面
间接照明的设计方法，对间接照明系统中的 LED 阵列间距、漫反射自由曲面、漫反射
自由曲面反馈优化设计的方法进行研究，以实现目标面的高均匀度照明，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间接照明系统中 LED 阵列间距优化的方法。根
据 LED 发光分布和高漫反射曲面的特性，推导了关于 LED 间距参数的自由曲面和目标
面照度函数方程，建立了 LED 阵列间距优化评价函数，编程求解得到最优间距，并对
三种阵列采用不同间距时目标面的均匀度进行测试和仿真，实验结果表明：（1）最优间
距时三种阵列下目标面照明均匀度达到 90%以上；（2）三种阵列在最优间距时，漫反射
曲面下的目标面照明均匀度要高于同等条件下的漫反射半球照明和直射照明方式。
然后，本文提出了间接照明系统中漫反射自由曲面的设计方法，以实现目标面均匀
照明并探索提高系统的效率。首先在球面坐标系下建立光学模型，推导漫反射曲面和目
标面微分方程组，并给出能量守恒方程；然后通过数值方法求解方程得到自由曲面数据；
最后将数据导入仿真软件模拟仿真，对比近场和远场照明情况。仿真结果表明：无论是
近场还是远场照明，在目标面照明均匀度和效率两个方面，本文设计的漫反射曲面照明
比直射照明、漫反射半球照明要更好。
最后，本文提出一种用于间接照明系统中的漫反射自由曲面反馈优化设计方法，探
索该方法用于提高目标照明区域照度均匀度和效率的可行性。根据初始曲面仿真照度结
果与预期照度的反馈函数来修正预设照明分布，得到一次反