探究實現均勻照明的LED系統設計方法

【摘要】LED系統的應用可以改善人們的生活水平，提高照明質量，具有穩定性高、能耗低、對環境影響小的特點，廣泛的應用到實際的生產生活中。實現均勻照明的LED系統設計是提高LED系統的照明質量，提高LED系統的應用范圍。以下本文對LED系統均勻照明的系統設計展開探討，并采用合理的設計方案，實現均勻照明的LED系統，旨在為相關人員提供參考，促進均勻照明的LED系統的實現，滿足人們的實際生活需求。

【關鍵詞】光學設計，均勻照明，LED系統，設計方法

LED系統能夠有效的提高能源的利用效率，符合綠色照明的實際需求。為了實現LED系統的均勻照明，需要合理的對系統進行設計，提高照明質量，促使LED系統能夠更加符合人們的實際需求，減少暗斑和光效降低情況的發生，提高LED系統的整體效能。在實際的設計中可以采用試錯法進行設計，減少復雜的編程程序，優化LED系統設計，促使設計能夠合理的對LED系統的光進行利用，并使系統的光變為平行光或發散光，促使LED系統的光束角度的減少，提高光能的利用效率，促使均勻照明的實現。

從而實現LED系統的均勻照明設計。

一、LED系統的相關概述

LED系統是先用照明中常用的系統，主要是由一系列的LED產品組合而成的，具有良好的照明效果，通過LED系統的應用，可以有效的改善人們的生活，提高照明能力。可廣泛的應用到家居照明，數字照明、LED顯示器等，具有較好的應用質量。但是傳統的LED系統在實際的應用過程中，一些問題是確實存在的。（1）LED系統照明效果存在視覺感知上問題，較比自然光，LED系統的顯色系數較高，會出光強分布不均的情況，導致人們對LED系統的視覺效果不夠理想。（2）傳統的LED系統發光效率不夠強，需要進一步提高，而且隨著LED系統的使用，還會導致光效降低的情況發生。（3）應用過程中，導致光斑的出現，影響LED系統的照明質量。針對傳統LED系統的不足，需要結合實際情況，合理的對LED系統進行設計，促使均勻照明的LED系統的實現。

二、光源模型及均勻照明的設計原理

光源模型的建立是LED系統設計的重要因素，光源模型的設計可以稱之為為第一次光學模型的，LED系統的光學模型可以分為單顆LED模型和LED列陣模型。并根據LED光學模型的特點，合理的進行二次光學設計，提高LED系統的照明質量。傳統的均勻照明方式可以分為，積分球、光棒均勻照明等方式，但是這些均勻照明方式光能利用率不高，影響LED系統的均勻照明效率。因此，需要合理的對均勻LED系統進行設計，并采用透鏡方式實現LED系統的均勻照射。均勻照明的LED系統采用：光照通過透鏡，由透鏡實現光源的折射，到達目標平面，為了實現透鏡折射后光源能夠達到目標平面上的指定的位置，需要具有一個非球面的后表面，實現光源的偏折，并將光源設為朗伯光源。設計需要明確光源的出光的分布，并合理的對優化指標進行優化，實現對光源發出光線的控制，最終實現LED系統的均勻照明。

獲得下述兩式：

其中Fm是優化指標，Ti為目標值，Vi為當前值，Wi為操作數權重。Y為平面坐標，θ為光源的出射角，（2）表示出射角與目標平面坐標y之間的關系方程，而當系統實現Ti與Vi一致時，能夠實現LED系統的均勻照明。

進行均勻照明的LED系統，需要滿足盡可能的利用LED系統的光，并通過透鏡合理的將LED系統的光收集成平行的光，或是角度較小的發散光，實現LED系統的光束角度的降低，提高光能的利用效率，促使均勻照明的實現。

三、設計過程和結果模擬

（一）過程

結合LED系統的均勻照明系統的設計原理，合理的對LED系統均勻照明進行設計。首先采用無影燈提供光源，并將光源設置為朗伯光源。為了實現距離光源1m遠的平面的均勻照射，而平面的直徑為0.25m，光源的最大出光角為120°。根據設計需要控制LED系統的效率，并確保LED系統實現對0.25m平面的均勻照射，并滿足國家對無影燈的相關使用標準，配合照明優化操作系數NSDD，合理的對LED系統均勻照明進行設計。

設計需要結合照明優化操作系數NSDD與式（2），采用厚度為0.01m，口徑0.192m的透鏡材料，控制系統效率大于95%，均勻度大于95.0%，實現了于0.25m平面的LED系統的均勻照射，切實符合設計要求和設計目的。

（二）結果模擬

通過LED系統的設計原理和過程，能夠得到LED系統對不同平面的照射效果。將該LED系統導入到光學仿真軟件中進行光學模擬，并根據該設計的具體參數，獲得不同平面的照射結果和透鏡效率：（1）當平面為球面時，透鏡中折射出的光源，能夠實現對球面照射均勻度98.6%，透鏡效率為97.3%，能夠切實滿足球面的均勻照明。（2）當平面為非球面時，該設計仍舊能夠滿足均勻照明的需求，其中透鏡的效率可以達到97.8%，均勻度達到96.65%。

通過光學仿真模擬的結果，能夠得到LED系統可以實現不同平面的均勻照明，有效的提高了LED系統的光能利用效率，且照明深度1m為最佳照明效果，減少LED系統暗斑的情況，提高LED系統的照明質量。

結束語：

LED系統是一種良好的照明系統，能夠提供良好的照明效果。但是LED系統在實際的應用過程中，會出現光效降低、暗斑的產生，影響LED系統的照明質量，因此，需要結合LED系統的實際情況，科學的對基于均勻照明的LED系統進行設計，從而有效的提高LED系統的照明能力，實現均勻照射，促使LED系統能夠更加符合使用需求，從而有效的提高LED系統的應用質量。

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作者簡介：師小波（1982-），男，碩士，河北建材職業技術學院教師，主要從事光學器件的設計研究。