2.2 实现LED均匀圆形光斑的自由曲面反光杯设计

2.2.1 LED反光杯设计原理

使用自由曲面透镜可以实现LED在目标面上辐照度的均匀分布，使用反光杯也可以实现LED在目标面上的辐照度均匀分布。这里使用的LED光源仍然为旋转对称的LED光源，使用一个反光杯调控光分布，在目标面上实现辐照度均匀分布的圆形光斑。因此使用的LED反光杯也是呈旋转对称结构的，因此设计旋转对称的反光杯与前面设计旋转对称自由曲面透镜一样也是设计一条母线，通过旋转对称就可以得到反光杯的三维模型。

如图2-8所示，LED出射的光通过两种方式入射到目标面上，一部分是直接照射到目标面上，如光线OTi和OTi+1都是直接照到目标面上；另一部分是通过反光杯反射之后入射到目标面上，如光线OPi和OPi+1入射到反光杯上，然后照到了目标面上的Ti和Ti+1。LED发光强度分布呈朗伯分布，直接照射到目标面上的光是中心区域辐照度高，而目标面边缘的辐照度比较低。所以经过反光杯反射的光要来弥补直接入射到目标面这部分光的辐照度分布的不均匀，反光杯反射发光强度分布比较强的区域到目标面的边缘，反射发光强度分布比较弱的区域到目标面的中心区域，这样直接入射到目标面上的光与通过反光杯入射到目标面上的光进行叠加，最终在目标面上产生均匀的辐照度分布。

图2-9为目标面上的辐照度分布，其中实线表示LED直接在目标面上产生的辐照度轮廓分布，通过优化设计反光杯，经过反光杯入射到目标面上的光在目标面上产生的辐照度分布如图中虚线所示，这两部分辐照度叠加在目标面上产生了均匀的辐照度分布。

图2-8 反光杯调控LED光分布示意图