加权叠加法优化LED光源自由曲面透镜设计提升均匀性

本文主要探讨了一种创新的光学设计方法，即基于加权叠加法的扩展LED光源自由曲面透镜设计。该研究针对LED光源的配光问题，提出了一种通过结合多个点光源透镜的特性来形成自由曲面透镜的设计策略。设计的关键在于利用加权函数，其中三个权重因子作为自变量，它们控制了不同点光源透镜对最终透镜性能的影响程度。通过粒子群算法优化这些权重，目标是最大化照度的均匀分布，从而提升照明效果。 初始设计中的自由曲面透镜在照度均匀性方面表现不佳，仅为78.93%。经过优化，设计改进后的透镜能够在保持高效率（92%以上）的同时，将照度均匀度提升至90.67%，显著提高了照明质量。这在实际应用中对于提供均匀且高效的照明至关重要。 此外，作者还对设计的透镜进行了加工误差和横向公差的分析，结果显示，只要加工精度保持在－1.0~1.0 μm的范围内，以及横向位移误差限制在0.0~0.2 mm内，对目标面照度均匀度的影响较小，确保了设计的稳健性和实用性。 本文的研究不仅涵盖了光学设计和照明设计的专业领域，还涉及到了扩展光源的应用，以及加权叠加和粒子群算法在优化过程中的重要作用。自由曲面透镜的特性使得这种方法在现代照明工程中有广泛的应用前景，特别是在需要精确控制光线分布和增强照明效果的场合，如汽车照明、投影设备或医疗照明等。 这篇文章提供了一种创新的解决方案，对于提升LED光源的照明性能和均匀性具有重要的理论价值和技术指导意义，对于光学设计工程师和照明技术开发者来说是一篇值得深入研究和借鉴的文献。