4.1 基于反饋優(yōu)化算法設(shè)計(jì)LED擴(kuò)展光源的自由曲面透鏡

4.1.1 反饋優(yōu)化算法的原理

在第2章中，針對(duì)LED點(diǎn)光源設(shè)計(jì)了一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的二次透鏡，在目標(biāo)面上產(chǎn)生了均勻的輻照度分布。這里將探討將點(diǎn)光源換成擴(kuò)展光源以后，二次透鏡的設(shè)計(jì)方法。基于點(diǎn)光源設(shè)計(jì)自由曲面透鏡后，將光源換成擴(kuò)展光源后，輻照度均勻度會(huì)有一定程度的下降，但基于點(diǎn)光源設(shè)計(jì)的自由曲面透鏡可以作為一個(gè)初始結(jié)構(gòu)，通過(guò)反饋優(yōu)化算法對(duì)初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步優(yōu)化，使優(yōu)化后的透鏡針對(duì)擴(kuò)展光源也能產(chǎn)生均勻的輻照度分布。基于點(diǎn)光源設(shè)計(jì)自由曲面透鏡時(shí)，對(duì)光源的立體角和目標(biāo)面進(jìn)行了劃分，劃分的詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)第2章。反饋優(yōu)化算法就是根據(jù)目標(biāo)面的實(shí)際輻照度分布與預(yù)期輻照度分布的偏差，來(lái)重新調(diào)整目標(biāo)面的網(wǎng)格分布或光源的立體角劃分，建立光源能量與目標(biāo)面能量之間的新的映射關(guān)系，根據(jù)這個(gè)新的映射關(guān)系建立新的透鏡，這個(gè)新透鏡產(chǎn)生的輻照度分布更接近于預(yù)期的輻照度分布。通過(guò)1、2次反饋很難達(dá)到理想的效果，往往需要多次反饋?zhàn)寣?shí)際輻照度不斷逼近預(yù)期值。圖4-2闡述了一個(gè)反饋優(yōu)化過(guò)程，圖4-2a所示目標(biāo)面上的輻照度分布與輻照度平均值相差比較大，第i個(gè)環(huán)的輻照度分布值E（i）高于平均的輻照度分布值Eave，如果光源的立體角的劃分不變，可以擴(kuò)大該區(qū)域的面積，來(lái)減小該區(qū)域內(nèi)的輻照度分布，這樣目標(biāo)面上的輻照度更接近預(yù)期的輻照度分布。該區(qū)域調(diào)整后的面積應(yīng)該為

當(dāng)目標(biāo)面上對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積調(diào)整后，盡管光源的立體角保持不變，對(duì)于擴(kuò)展光源入射到該區(qū)域的光通量與調(diào)整前入射到該區(qū)域的光通量有一定的變化（擴(kuò)展光源不能嚴(yán)格滿足邊緣光線原理），因此在調(diào)整面積后，輻照度也無(wú)法直接變?yōu)?span id="xnxd9kw" class="italic">Eave，但是在接近Eave，所以要多次優(yōu)化不斷逼近Eave。

圖4-2 反饋優(yōu)化過(guò)程示意圖