專利名稱：一種等效led光源創(chuàng)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及創(chuàng)建照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的等效LED光源，屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LED作為一種固體光源，具有能耗低、壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕、無(wú)輻射以及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用各種照明。然而LED直接輸出的光是朗伯分布，不適合直接照明，需要一個(gè)照明系統(tǒng)來重新分配光的分布即所謂的二次配光設(shè)計(jì)。在使用各種軟件設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)候，首先要建立光源的模型。LED光源模型創(chuàng)建是否精確，直接影響到設(shè)計(jì)出的照明系統(tǒng)的性能。所以對(duì)高端照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須要有精確的光源模型。光源模型主要依賴于芯片的結(jié)構(gòu)，封裝及其它因素。因此要想獲得精確的LED光源模型，這就需要確立LED中芯片的位置，芯片周圍填充材料的折射率，吸收系數(shù)等。然而這些參數(shù)，制造商不會(huì)提供給照明設(shè)計(jì)人員。沒有精確的LED光源模型，對(duì)照明設(shè)計(jì)有很大影響。傳統(tǒng)的方法都是假設(shè)LED光源模型是一個(gè)完美的朗伯光源模型，實(shí)際上由于制造過程中的誤差，LED光源并不是完美的朗伯光源，這將會(huì)給設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)帶來很大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是針對(duì)LED生產(chǎn)廠商所制造的LED，創(chuàng)建一個(gè)精確等效的LED光源模型，可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量出來的LED光強(qiáng)分布，建立出等效的LED光源模型，使得這種等效光學(xué)模型與實(shí)際LED光強(qiáng)分布非常接近。這種精確等效的LED光源模型可以應(yīng)用于照明系統(tǒng)特別是高端照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的等效LED光源創(chuàng)建方法包括以下步驟(I)在光學(xué)建模與仿真軟件中建立一個(gè)LED模型，然后逐漸改變模型中的參數(shù)，包括芯片的插入深度h、芯片周圍填充材料的折射率n、填充材料吸收系數(shù)a，以及封裝透鏡的厚度d,每一組參數(shù)值(h, n, a，d)對(duì)應(yīng)于一組LED光強(qiáng)分布數(shù)據(jù),通過改變這幾個(gè)參數(shù)的數(shù)值，獲得多組LED發(fā)光強(qiáng)度數(shù)據(jù)；(2)然后利用預(yù)測(cè)算法建立LED發(fā)光強(qiáng)度的分布與插入深度h、填充材料的折射率n、填充材料吸收系數(shù)a及封裝透鏡厚度d之間的隱性函數(shù)關(guān)系；(3)建立一個(gè)光強(qiáng)相似度的評(píng)價(jià)函數(shù)，來評(píng)定實(shí)際測(cè)定的LED光強(qiáng)分布與所建立LED模型產(chǎn)生的光強(qiáng)分布之間的相似度，評(píng)價(jià)函數(shù)越小，相似度越高；(4)對(duì)一個(gè)實(shí)際的LED首先測(cè)量其光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)；(5)假設(shè)一組初始的參數(shù)，這組初始參數(shù)構(gòu)成了一個(gè)初始的LED光源模型；然后使用全局優(yōu)化算法，利用之前預(yù)測(cè)算法建立的光強(qiáng)與參數(shù)之間的隱性函數(shù)關(guān)系，尋找最佳的等效參數(shù)，使得這組最佳等效參數(shù)所對(duì)應(yīng)的等效模型產(chǎn)生的光強(qiáng)與實(shí)際光強(qiáng)的相似度很高這個(gè)優(yōu)化的過程中，評(píng)價(jià)函數(shù)值越小，相似度越高，說明光源模型越精確；優(yōu)化之前設(shè)定好評(píng)價(jià)函數(shù)的預(yù)設(shè)值，當(dāng)優(yōu)化過程中評(píng)價(jià)函數(shù)小于或等于預(yù)設(shè)值，則優(yōu)化過程停止。其中，步驟2所述的預(yù)測(cè)算法可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，或支持向量機(jī)算法。
步驟3所述相似度的評(píng)價(jià)函數(shù)可以使用歸一化的相關(guān)系數(shù)的倒數(shù)，或?qū)嶋H光強(qiáng)數(shù)據(jù)與等效光源模型的光強(qiáng)數(shù)據(jù)之間的最小二乘擬合函數(shù)。步驟5所述全局優(yōu)化算法可以采用模擬退火算法、遺傳算法、粒子群算法、果蠅算法、魚群算法、或隨機(jī)游走算法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明建立等效LED精確光源模型的方法是采用了預(yù)測(cè)算法和全局優(yōu)化算法組合進(jìn)行尋找最佳等效的LED參數(shù)，等效的LED光源是否準(zhǔn)確需要評(píng)價(jià)實(shí)際LED光強(qiáng)與等效LED光強(qiáng)的相似程度。本方法可以快速準(zhǔn)確的創(chuàng)建與實(shí)際光源非常接近的等效LED光源模型，很好解決了傳統(tǒng)方法造成的誤差。


圖1為本發(fā)明的LED結(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明建立LED等效模型方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過測(cè)量實(shí)際LED的光強(qiáng)分布，用預(yù)測(cè)算法建立LED發(fā)光強(qiáng)度與LED各主要參數(shù)(如芯片的插入深度、周圍填充材料折射率、材料的吸收系數(shù)，封裝透鏡的厚度)之間的一種隱性函數(shù)關(guān)系(這種隱性的函數(shù)關(guān)系無(wú)法用一個(gè)具體的函數(shù)表達(dá)出來)。然后假設(shè)一組初始的LED模型參數(shù)，基于LED發(fā)光強(qiáng)度與LED各主要參數(shù)之間隱性關(guān)系，運(yùn)用全局優(yōu)化算法尋找最佳的等效參數(shù)，利用這些最佳的等效參數(shù)，可以創(chuàng)建等效精確的LED光源模型。任何一個(gè)LED光源制造商提供的LED光源，只要測(cè)量其光強(qiáng)分布，就可以獲得一個(gè)等效精確的LED光源模型。這個(gè)光源模型可以用于照明設(shè)計(jì)。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的實(shí)施例步驟如下1、首先對(duì)常規(guī)LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出影響LED光強(qiáng)分布的主要參數(shù)。如圖1所示，一個(gè)LED包括LED芯片1、LED芯片周圍的填充材料2、封裝透鏡3。LED芯片I嵌入到填充材料2內(nèi)部，封裝透鏡3覆蓋在填充材料2的上面。從LED的結(jié)構(gòu)可以看到LED主要參數(shù)涉及到芯片的插入深度h，芯片周圍填充材料的折射率n、填充材料吸收系數(shù)a，以及透鏡的厚度d。2、在光學(xué)建模與仿真軟件(如Tracepro, ASAP, Lightools或Fred,以下以Tracepro為例)中建立一個(gè)LED模型，然后在一定范圍內(nèi)逐漸改變模型中的參數(shù)芯片的插入深度h、填充材料折射率n、材料吸收系數(shù)a、封裝透鏡厚度d。每一組參數(shù)值(h，n，a，d)對(duì)應(yīng)于一組LED光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)，通過改變這幾個(gè)參數(shù)的數(shù)值，獲得150組不同參數(shù)的LED模型，每組LED對(duì)應(yīng)一組發(fā)光強(qiáng)度數(shù)據(jù)。3、然后利用預(yù)測(cè)算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或支持向量機(jī)，建立出LED發(fā)光強(qiáng)度的分布與插入深度h、填充材料的折射率n、填充材料吸收系數(shù)a及封裝透鏡厚度d之間的隱性函數(shù)關(guān)系。4、建立一個(gè)光強(qiáng)相似度的評(píng)價(jià)函數(shù)，如歸一化的相關(guān)系數(shù)的倒數(shù)1/NCC或最小二乘擬合函數(shù)。NCC可以用公式(I)來計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種等效LED光源創(chuàng)建方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)在光學(xué)建模與仿真軟件中建立一個(gè)LED模型，然后逐漸改變模型中的參數(shù)，包括芯片的插入深度h、芯片周圍填充材料的折射率η、填充材料吸收系數(shù)a，以及封裝透鏡的厚度 /，每一組參數(shù)值(h, n, a，oO對(duì)應(yīng)于一組LED光強(qiáng)分布數(shù)據(jù),通過改變這幾個(gè)參數(shù)的數(shù)值，獲得多組LED發(fā)光強(qiáng)度數(shù)據(jù)； (2)然后利用預(yù)測(cè)算法建立LED發(fā)光強(qiáng)度的分布與插入深度h、填充材料的折射率η、填充材料吸收系數(shù)a及封裝透鏡厚度之間的隱性函數(shù)關(guān)系； (3)建立一個(gè)光強(qiáng)相似度的評(píng)價(jià)函數(shù)，來評(píng)定實(shí)際測(cè)定的LED光強(qiáng)分布與所建立LED模型產(chǎn)生的光強(qiáng)分布之間的相似度，評(píng)價(jià)函數(shù)越小，相似度越高； (4)對(duì)一個(gè)實(shí)際的LED首先測(cè)量其光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)； (5)假設(shè)一組初始的參數(shù)，這組初始參數(shù)構(gòu)成了一個(gè)初始的LED光源模型；然后使用全局優(yōu)化算法，利用之前預(yù)測(cè)算法建立的光強(qiáng)與參數(shù)之間的隱性函數(shù)關(guān)系，尋找最佳的等效參數(shù)，使得這組最佳等效參數(shù)所對(duì)應(yīng)的等效模型產(chǎn)生的光強(qiáng)與實(shí)際光強(qiáng)的相似度很高這個(gè)優(yōu)化的過程中，評(píng)價(jià)函數(shù)值越小，相似度越高，說明光源模型越精確；優(yōu)化之前設(shè)定好評(píng)價(jià)函數(shù)的預(yù)設(shè)值，當(dāng)優(yōu)化過程中評(píng)價(jià)函數(shù)小于或等于預(yù)設(shè)值，則優(yōu)化過程停止。
2.如權(quán)利要求1所述的等效LED光源創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟2所述的預(yù)測(cè)算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，或支持向量機(jī)算法。
3.如權(quán)利要求1所述的等效LED光源創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟3所述相似度的評(píng)價(jià)函數(shù)使用歸一化的相關(guān)系數(shù)的倒數(shù)，或?qū)嶋H光強(qiáng)數(shù)據(jù)與等效光源模型的光強(qiáng)數(shù)據(jù)之間的最小二乘擬合函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的等效LED光源創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟5所述全局優(yōu)化算法采用模擬退火算法、遺傳算法、粒子群算法、果蠅算法、魚群算法、或隨機(jī)游走算法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種等效LED光源創(chuàng)建方法，通過測(cè)量實(shí)際LED的光強(qiáng)分布，用預(yù)測(cè)算法建立LED發(fā)光強(qiáng)度與LED各主要參數(shù)(如芯片的插入深度、周圍填充材料折射率、材料的吸收系數(shù)，封裝透鏡的厚度)之間的一種隱性函數(shù)關(guān)系。然后假設(shè)一組初始的LED模型參數(shù)，基于LED發(fā)光強(qiáng)度與LED各主要參數(shù)之間隱性關(guān)系，運(yùn)用全局優(yōu)化算法尋找最佳的等效參數(shù)，利用這些最佳的等效參數(shù)，可以創(chuàng)建等效精確的LED光源模型。本方法可以快速準(zhǔn)確的創(chuàng)建與實(shí)際光源非常接近的等效LED光源模型，任何一個(gè)LED光源制造商提供的LED光源，只要測(cè)量其光強(qiáng)分布，就可以獲得一個(gè)等效精確的LED光源模型。該光源模型可以用于照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103020336SQ20121048699
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者蘇宙平, 彭亞蒙, 高潔, 王加文, 闕立志, 朱焯煒, 張秀梅, 方蔚然, 黃沈杰 申請(qǐng)人:江南大學(xué)