局部优化设计提升LED自由曲面匀光效果

"本文介绍了基于非成像光学理论的LED自由曲面匀光透镜局部优化设计方法，通过在TracePro软件中使用Scheme编程语言和优化引擎，实现了对匀光透镜的局部优化，以提高LED照明的均匀性和光能利用率。在1mm×1mm朗伯体发光LED作为光源的情况下，该设计能在1米距离内实现发散角为±15°的均匀照明，光能利用率达到80.89%，均匀性超过95%。相较于传统的全局优化方法，该局部优化方法在视场角和均匀性方面具有显著优势，并且设计过程简单，对初始模型要求较低，具备较好的通用性。" 本文详细阐述了在光学设计领域，特别是在匀光照明应用中，如何利用非成像光学理论来优化自由曲面透镜的设计。自由曲面透镜是一种能够更有效地控制光束分布的光学元件，尤其适用于LED照明系统，以实现更均匀的光照效果。作者提出了一种新的局部优化设计策略，其中初始模型用规则的二次曲线替代复杂的自由曲线，简化了设计复杂度。 在TracePro软件的支持下，通过Scheme编程语言和内置的优化引擎，对透镜形状进行逐步调整，以最大化光能利用率和均匀性。这种方法的独特之处在于它只关注透镜的特定区域进行优化，而不是全局优化，这降低了计算复杂度，使得设计过程更为高效。 实验结果显示，当使用1mm×1mm的朗伯体LED光源时，经过优化的透镜能够在1米距离上提供±15°的发散角范围内实现高度均匀的照明，光能利用率高达80.89%，均匀性超过95%。这一成果对于提高LED照明系统的性能具有重要意义，尤其是在需要大面积均匀照明的应用中。 对比目前广泛应用的全局优化方法，局部优化方法在保持或提高照明均匀性的同时，还能扩大有效的视场角，这对于实际应用来说是一个显著的进步。此外，由于局部优化方法对初始模型的要求相对较低，因此适用于各种不同类型的LED照明系统，具有较强的适应性和实用性。 这项研究为LED自由曲面匀光透镜的设计提供了一个新颖且实用的方法，不仅提升了光学系统的性能，还简化了设计流程，为未来LED照明技术的发展开辟了新的可能。