自由曲面设计：LED均匀照明的新方案

实现LED均匀照明的反射面设计方案是针对LED光源的优势，尤其是其节能、环保和显色性优良，而提出的一种创新技术。LED作为第四代新型光源，由于其长寿命、低能耗的特点，已经广泛应用在各种领域，包括指示灯、显示屏、背光源、普通照明和城市夜景等。 传统的反射面配光结构，如二次曲面或它们的组合，对于发光不均匀的LED来说，往往难以实现精确的光强分布控制。本文采用了一种创新方法，即自由曲面设计。设计者首先根据LED的发光特性以及期望的光照分布，构建了一个微分方程模型，通过数值求解来确定反射面的形状。这个过程涉及复杂的数学计算，包括光线的路径追踪和反射定律的运用。 具体步骤中，设计者建立了如图1所示的坐标系，以光源为中心，通过单位球与照明面的交点作为参考点。光线与单位球面的交点表示为矢量i，通过坐标变换和光的反射定律，推导出反射光线的表达式T，其中涉及到入射光线的密度ρ、单位矢量i、以及反射面上的法线N。反射面的法线是由平面内两个矢量的矢量积计算得出的。 通过这些数学分析，设计者能够模拟出反射面如何将LED发出的光线均匀地分布在照明面上，形成矩形的均匀照明区域。这种方法不仅考虑了LED的特性，还兼顾了光学效果的优化，确保了照明效果的一致性和效率。 总结来说，实现LED均匀照明的反射面设计方案是一种科学的工程实践，它结合了光学原理、数学建模和数值计算，旨在提升LED照明系统的性能，满足不同应用场景的需求，从而推动LED技术在各个领域的广泛应用和发展。