Благодаря преимуществам перед источниками света накаливания, таким как меньшее потребление энергии, больший срок службы, меньший размер и более быстрое переключение, светодиоды (LED) в настоящее время широко используются в дорожном освещении, автомобильном освещении, внутреннем освещении и подсветке LCD.
При использовании светодиодов часто достигается указанная освещенность на целевой плоскости.
Например, исследователи использовали светодиодное массивное освещение (LAL) для достижения равномерной освещенности. Среди этих исследований однородной светодиодной подсветки "метод обратного проектирования", предложенный Liu’s, для тонкой светодиодной подсветки, привлек внимание благодаря своему потенциалу для модификации в качестве быстрого подхода к проектированию для всех светодиодных систем подсветки.
В методе Liu’s кривая распределения интенсивности света светодиодов (LIDC) описывается в виде полинома, где полином, это угол излучения между лучом и светодиодным чипом в норме.
Сначала этот метод формализует освещенность произвольной точки на плоскости подсветки цели с помощью светодиода LIDC. После этого достигается равномерность освещенности центральной целевой области по критерию Sparrow’s, а также управление освещением боковой точки путем управления коэффициентом освещенности между боковой точкой и центральной точкой на плоскости цели. В этом методе в процессе итерации добавляется больше боковых точек (верификационных точек), пока производительность системы не будет соответствовать заданным требованиям.
Основное отличие метода Liu’s от других методов заключается в том, что метод Liu’s достигает однородности яркости светодиодного массива за счет изменения LIDC массива светодиодов, а не за счет изменения конфигурации массива светодиодов.
Развитие дизайна и технологии изготовления объективов свободной формы позволяет легко интегрировать светодиоды со светодиодами свободной формы для обеспечения высокоэффективного управления освещением. "Оптимизация характеристик системы освещения путем изменения осветительных свойств источника света" это концепция больших возможностей при проектировании светодиодных систем освещения.
Во многих системах светодиодного освещения выходящий свет от светодиода взаимодействует с другими оптическими элементами, прежде чем попасть в плоскость освещения цели.
Например, при использовании кромочной светодиодной подсветки светодиоды обычно комбинируются со света проводящей пластиной (LGP) для достижения высокой однородности освещенности. Эффективность освещения таких неосвещенных систем нелегко формализовать непосредственно освещающими свойствами источника света, как система прямого освещения, как в работе Liu’s. Таким образом, метод Liu's не подходит для этих неосвещенных светодиодных систем освещения.
Для описания характеристик таких неосвещаемых светодиодных систем освещения оптический конструктор обычно должен выполнять трассировку лучей методом Monte Carlo, что требует трассировки ста тысяч лучей или более для однократного моделирования трассировки лучей. В процессе проектирования каждый раз, когда проектировщик изменяет структурные параметры системы освещения, он должен повторять трассировку лучей для подтверждения свойств системы освещения.
Повышенная скорость компьютерных расчетов помогла сэкономить время проектирования.
Кроме того, коммерческое программное обеспечение для трассировки лучей Monte Carlo оснащено технологиями трассировки лучей, обеспечивающими такой же уровень точности в кратчайшие сроки, как, например, программное обеспечение LightTools и программное обеспечение TracePro, использующее метод "обратной трассировки лучей" и метод "отбора важных образцов". Однако, чем сложнее система освещения, тем больше лучей необходимо проследить при моделировании, и тем сложнее поддерживать многократно отнимающий много времени процесс трассировки лучей в конструкции системы освещения.
Ключевой концепцией метода одноразовой оптимизации трассировки лучей является оптимизация освещения, изменяя освещающее свойство источника света, а не изменяя его структуру системы освещения.
Поскольку структура системы фиксирована, проектировщику нет необходимости выполнять отнимающее много времени, трассировку лучей снова и снова, чтобы проверить освещенность и производительность системы. Предлагаемый метод позволяет избежать одной из распространенных проблем при проектировании системы освещения, то есть повторяющийся и отнимающий много времени процесс трассировки лучей.