[发明专利]一种基于光学仿真的照明系统设计方法及实验装置

权利要求书

1.一种基于光学仿真的照明系统设计方法，其特征在于通过理论分析出的面光源组合的光照模型作为非线性多元回归数学模型，在仿真软件中仿真出不同位置下，多个面光源的照度分布值，多组照度分布值导入MATLAB对该数学模型进行求解，并根据解出的结果，结合实验需求设计了一套照明实验装置，具体实施步骤为：

步骤一：确立单个面光源模型

LED是一种非相干光源，因此求多个LED对某一区域的光强照度时，照度为每个LED的光强照度的叠加，基于单个LED光照分布模型建立单个面光源的分布模型，即所有的LED光照亮度之和；

步骤二：确立多个面光源模型

根据上步得出单个面光源的光照模型，结合多个面光源在空间中存在几组位置参数推导出多个面光源的理论模型；

步骤三：建立照明系统分布均匀的评价函数

根据得到的面光源组合模型建立多个面光源对接收面光照强度的评价函数其数学模型为：

式中，σ²为接收面中光照强度的方差值；

E_i为接收面上每一点的光照强度；

为接收面上n个点的光照强度的平均值；

α，b_i是待确定系数，其中i＝1...9；

L₁，L₂，h是空间中的未知参数；

步骤四：基于光学仿真软件建立评价函数

在仿真软件中建立照明系统实体模型，进行光线追踪后得到在接收面上的光照分布，并求出整个接收面的方差值，通过多次调节照明系统中不同的参数，得到多组仿真结果；

步骤五：基于MATLAB的模型拟合与求解

根据步骤三中建立的评价函数模型和步骤四得到的多组仿真结果，利用MATLAB工具进行多元非线性函数拟合并求解，根据实际实验需求求出拟合模型的最优解，即照明系统的最大均匀度，并进一步设计照明系统实验装置。

2.根据权利要求1所述的基于光学仿真的照明系统设计方法，其特征在于：利用多元非线性回归方法对评价函数的多项式进行拟合。

3.一种基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：该装置包括框体，框体上设有夹住面光源和固定相机的横梁，包括框体内底部设有的实验水箱，所述的框体侧壁上建立多个面光源。

4.根据权利要求3所述的基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：所述的多个面光源排布的方式是按照中心对称排布的。

5.根据权利要求3所述的一种基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：设计的单个LED面光源，每一条支路串联一个电位器，总路线串联一个电位器，电路中并联一个电容，除了总开关外，每个面光源都设计了一个开关用于单独控制。

6.根据权利要求3所述的基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：设计的多个面光源之间采取并联方式连接。

7.根据权利要求3所述的基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：所设计的实验装置框体采用3030铝型材搭建，框体中间的凹形槽宽度为1cm，实验装置距离地面可在20-30cm范围内可调。

8.根据权利要求3所述的基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：所述的夹住面光源和固定相机的横梁可上下调节，面光源和相机可左右前后调节。

9.根据权利要求3或4所述的基于光学仿真的照明系统设计方法的实验装置，其特征在于：所述的多个面光源为6个。