[发明专利]基于改进粒子群算法提升LED照明均匀性的方法

说明书

本发明基于改进粒子群算法提升LED照明均匀性的方法，包括建立数学模型，构建评价函数，进行软件建模，对所建立的模型进行仿真模拟，然后进行算法优化前后的对比，经过算法优化，均匀性得到了一定的提高。本发明的通过采用算法和数学建模，减少大量的数学计算，通过建模建立软件对应的模型，提高工作效率。

技术领域

本发明属于光源照明方法技术领域，涉及基于改进粒子群算法提升LED照明均匀性的方法。

背景技术

LED作为第四代照明光源，由于高光效、体积小、低能耗等特点，在工业中得到广泛的应用。因单个LED发光效率有限，为了提高发光效率，使其能应用于各种场合需要。采用阵列排布的方式来满足。但LED发光近似朗伯分布，会使得光照不均匀。为了解决这类问题，对LED还需进一步光学设计，提高它的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进粒子群算法提升LED照明均匀性的方法，通过LED朗伯体发光模型，推导照射面的阵列分布光照度模型，以照射面光照强度的均方根差作为评价函数，算法改进之后优化的位置分布，使照射面的光照度具有较高的均匀性。

本发明的技术方案是：基于改进粒子群算法提升LED照明均匀性的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：步骤1建立光源阵列分布的数学模型；步骤2，用被照射面的均方根差作为评价函数反映阵列的均匀性；步骤3，对LED阵列的光照度在光学软件Tracepro中进行仿真模拟，得到改进粒子群算法后LED阵列分布的光照仿真结果。

进一步地，所述步骤1中建立光源阵列分布的数学模型，具体为：

E(r,θ)＝E₀(r)cos^mθ (1)

其中，θ是光源的发光角，E₀(r)是θ＝0方向上距离为r处的照度值，m为光源的朗伯辐射指数，当m＝1时，LED可当作理想朗伯光源，受到工艺限制，其值通常大于1，由(1)式可知，m值越小，光照强度E会越大，其值可由公式(2)得到：

m＝1η2/[1η2(cosθ1/2)] (2)

其中，θ_1/2是光源的发光强度为最大值一半时的角度，由公式(1)和公式(2)计算可得，当LED光照与接收面垂直时，得到光强公式为：

其中，z为光源到照射平面的距离，I0为光源法线上的光强，为了便于研究，将公式(3)在直角坐标系下转换坐标，可设光源平面上某一点A(x，y，z)距离光源平面z的照射面上某一点C(x_p,y_p,0)处的光照强度为：

因为单个LED芯片的发光功率很小，通常用多个LED成阵列分布使用，本文采用平面阵列分布共有N个来进行研究，因为LED是一种非相干光源，故C点的光照强度是N个光源(x_i,y_i,z)在C点处的叠加；

由公式(4)可得，N个光源到照射面C点的总光照强度是：

进一步地，所述步骤2中用被照射面的均方根差作为评价函数反映阵列的均匀性，具体为：

定义的照射面均匀度为最小照度与均匀照度之比，即U＝E_min/E_av，本文采取上述方法评价光照均匀性，为了便于计算，将照射平面分为N×M个点，由公式(5)得出照射面上的平均光照强度，以及标准差为：

对于照射平面的均匀性的判定，不同的研究对其有着不同方式的定义，本文使用均方根误差为评价函数，来判定照射面的均匀性,取均方根误差作为适应度函数：