2.2 實現LED均勻圓形光斑的自由曲面反光杯設計

2.2.1 LED反光杯設計原理

使用自由曲面透鏡可以實現LED在目標面上輻照度的均勻分布，使用反光杯也可以實現LED在目標面上的輻照度均勻分布。這里使用的LED光源仍然為旋轉對稱的LED光源，使用一個反光杯調控光分布，在目標面上實現輻照度均勻分布的圓形光斑。因此使用的LED反光杯也是呈旋轉對稱結構的，因此設計旋轉對稱的反光杯與前面設計旋轉對稱自由曲面透鏡一樣也是設計一條母線，通過旋轉對稱就可以得到反光杯的三維模型。

如圖2-8所示，LED出射的光通過兩種方式入射到目標面上，一部分是直接照射到目標面上，如光線OTi和OTi+1都是直接照到目標面上；另一部分是通過反光杯反射之后入射到目標面上，如光線OPi和OPi+1入射到反光杯上，然后照到了目標面上的Ti和Ti+1。LED發光強度分布呈朗伯分布，直接照射到目標面上的光是中心區域輻照度高，而目標面邊緣的輻照度比較低。所以經過反光杯反射的光要來彌補直接入射到目標面這部分光的輻照度分布的不均勻，反光杯反射發光強度分布比較強的區域到目標面的邊緣，反射發光強度分布比較弱的區域到目標面的中心區域，這樣直接入射到目標面上的光與通過反光杯入射到目標面上的光進行疊加，最終在目標面上產生均勻的輻照度分布。

圖2-9為目標面上的輻照度分布，其中實線表示LED直接在目標面上產生的輻照度輪廓分布，通過優化設計反光杯，經過反光杯入射到目標面上的光在目標面上產生的輻照度分布如圖中虛線所示，這兩部分輻照度疊加在目標面上產生了均勻的輻照度分布。

圖2-8 反光杯調控LED光分布示意圖