为解决目前侧入式导光板网点优化设计中存在经验式手动优化繁琐、且很难达到一个高均匀效果的问题, 提出了一种基于模糊优化理论的网点自动优化设计方法。网点形状采用锥形结构, 为使目标面上各处的光能分布主要由其正下方网点的散射光贡献, 分析了其半顶角与网点位置的关系, 并使得网点半顶角仅由其位置决定。以网点半径为主要优化参数, 通过隶属度函数将网点结构模糊化, 并自定义评价函数来解模糊化实现均匀照明。进而, 采用动态数据交换(DDE)技术将Matlab与TracePro进行联立, 通过Matlab语言与Scheme语言混编控制TracePro自动进行数据交换、光线追迹与模糊优化。导光板网点优化设计实例仿真结果表明, 优化后均匀度达到92.17%, 光能利用率达到70.37%, 全程实现自动优化, 无需任何手动调节。

通常反射器照明器件结构对面光源出射光线难以有效控制, 用透镜又存在不可避免的色散问题。采用面光源置于反射器杯口, 出光面背对目标面的结构, 提出一种分点、分区控制光线的自由曲面反射器的设计方法。利用有限元法划分面光源, 将微面光源视为点光源, 根据矩形匀光照明配光条件, 建立面光源与目标面的能量对应关系。根据微分几何理论和Snell定律, 建立反射器的数学模型, 只要给定参数, 无需进行反馈优化, 即可用Matlab软件给出自由曲面反射器的数值解。以台灯照明为例, 用光学设计软件对其性能进行了模拟应用分析, 结果表明, 在有效照明区域内均匀度可达到80%以上, 光能利用率达到90%。

为解决LED扩展光源照明系统设计时, 优化时间较长且多软件数据传输繁琐等问题, 提出了一种仅用Matlab软件进行快速优化设计的方法。该方法将成像设计中的序列光线追迹原理应用于照明设计中, 并利用菲涅尔公式与照度补偿理论, 提高了照度拟合速度。同时, 通过该方法可将光线追迹与反馈优化紧密相连, 实现对照明系统的一站式优化设计。以一紧凑型(h/d=2.5:1)匀光透镜设计为例进行试验, 结果表明: 给定光源和目标面的参数后, 获得匀光透镜数值解的优化时间仅为8 min, 优化时间缩短近一个数量级; 经SolidWorks成型和TracePro仿真测试, 目标面上的均匀度和光效分别达到86.75%和88.42%, 照明效果提高明显。

通常的商用和民用LED照明都期望照明器件小型化,同时具有高光通量和照明均匀度.近年市场出现的板上芯片(COB)-LED可以具有较高的光通量,但在有限的区域实现特定的照度分布就需要通过二次光学设计来实现.针对大面型COB-LED加紧凑型自由曲面透镜的小型照明器件,提出了一种在圆形照明区域内实现均匀照明的快速优化设计方法.优化设计时,以等弧长方法有效减少优化点的选取,提高优化效率.结合三次样条插值理论和自定义优化函数,在TracePro 软件二次开发环境中实现了目标区域的均匀照明,照明均匀性和光能利用率分别达到90%和95%以上.该方法还适用于COB-LED芯片一次封装匀透镜的设计.