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LED是21世纪有潜力和竞争力的光源,与传统光源比较,它具有效率高、节能环保、耐用性好、寿命长、便于控制等优点,已经广泛用于室内外照明、投影、背光、轿车车灯等方面。但由于LED发光呈朗伯分布,通常需要对其进行二次光学设计,否则无法满足照明区域的照度均匀性及效率要求,因此,本文提出一种基于漫反射自由曲面间接照明的设计方法,对间接照明系统中的LED阵列间距、漫反射自由曲面、漫反射自由曲面反馈优化设计的方法进行研究,以实现目标面的高均匀度照明,并探索光能利用率的提高程度。首先,本文研究了漫反射自由曲面间接照明系统中LED阵列间距优化的方法。根据LED发光分布和高漫反射曲面的特性,推导了关于LED间距参数的自由曲面和目标面照度函数方程,建立了LED阵列间距优化评价函数,编程求解得到最优间距,并对三种阵列采用不同间距时目标面的均匀度进行测试和仿真,实验结果表明:(1)最优间距时三种阵列下目标面照明均匀度达到90%以上;(2)三种阵列在最优间距时,漫反射曲面下的目标面照明均匀度要高于同等条件下的漫反射半球照明和直射照明方式。然后,本文提出了间接照明系统中漫反射自由曲面的设计方法,以实现目标面均匀照明并探索提高系统的效率。首先在球面坐标系下建立光学模型,推导漫反射曲面和目标面微分方程组,并给出能量守恒方程;然后通过数值方法求解方程得到自由曲面数据;最后将数据导入仿真软件模拟仿真,对比近场和远场照明情况。仿真结果表明:无论是近场还是远场照明,在目标面照明均匀度和效率两个方面,本文设计的漫反射曲面照明比直射照明、漫反射半球照明要更好。最后,本文提出一种用于间接照明系统中的漫反射自由曲面反馈优化设计方法,探索该方法用于提高目标照明区域照度均匀度和效率的可行性。根据初始曲面仿真照度结果与预期照度的反馈函数来修正预设照明分布,得到一次反馈的新曲面。将新曲面数据导入软件进行仿真,对比反馈前后仿真结果,目标面均匀度从73.7%提高到81.7%,效率从4.3%提升至10.5%。仿真结果表明了本文所提的反馈优化设计方法的可行性和有效性。