在可见光通信(VLC)室内定位领域中, LED半功率角辐射范围内信号强度大, 运用测距算法时定位误差小。为了提高室内LED半功率角的辐射范围, 并消除其辐射“盲区”, 提出了一种基于LED半功率角的IRT-N三角阵列, 该阵列通过利用地面上的LED半功率角圆形辐射范围相切, 将LED组合排列成等腰直角三角形。相较于传统斯派罗法则构建的方形阵列, IRT-N三角阵列将地面接收信号强度和接收功率高于平均值的辐射面积分别提高了25.75%和16.45%。该阵列构建复杂度低、半功率角辐射范围广, 更适宜在VLC室内定位领域中推广应用。

将300 μm×300 μm LED芯片阵列化为间隔为20 μm的3×3个80 μm×80 μm的子单元, 阵列化后, 总饱和光输出功率是未阵列化前的5.19倍, 最大注入电流提高近7倍, 表明阵列可以注入更大的电流和输出更高的饱和光功率。此外, 采用多颗阵列化后的LED芯片形成的芯片组照明, 得知芯片组间距为最大平坦条件dmax时, 接收面上照度均匀性最佳; 芯片组数越多, 接收面上均匀照度的面积越大。同时, 9颗300 μm×300 μm的芯片阵列化为9个80 μm×80 μm LED芯片后, 以dmax排列照明相对于9颗未阵列化的300 μm×300 μm芯片以dmax排列照明时, 接收面上的光照度均匀性不变, 照度值提高了3倍。

为获得均匀光照，提高视觉测量系统图像的品质，对前置对称安装的矩形发光二极管(LED)光源布置问题进行了研究。考虑到解析法要求光轴与辐照面法线平行，提出采用优化的方法布置光源。根据光源的结构特征，以方差作为主要指标，建立优化目标函数。考虑到目标函数的非凸性，采用模拟退火算法（SA）对问题进行求解。搭建实验平台对照度分布进行了测量，考察均匀度在95%以上的区域，优化方法的结果与实验结果基本一致，误差在4%以内。结果表明，确定的优化目标合理，提出的光源优化布置方法有效。

采用理论推导和计算仿真的方法对LED阵列光源的照明均匀性进行了研究。重点分析了LED阵列的空间角度辐射分布和平面照度分布，结合实验室辐射定标对光源均匀性的要求，设计了LED阵列光源模型，并利用LightTools软件对该模型的照明均匀性进行仿真。仿真结果表明LED阵列面均匀性可达98.3%，空间角度辐射均匀性可达98.2%。对Labsphere积分球进行均匀性测试，并将LED阵列模型的仿真结果与积分球测试结果进行了比较。对比结果表明，LED阵列仿真结果达到与积分球接近的指标，证明设计的LED阵列光源满足实验室辐射定标对光源均匀性的要求。

实现大功率LED阵列在目标平面上的照度均匀分布对于照明系统具有十分重要的意义。不同于传统解析计算方法，本文采用粒子群(PSO)算法来优化平面随机分布的LED阵列结构，使其在目标光照平面上光照分布均匀。首先推导了LED阵列的照度分布函数，并在此基础上以光照函数的标准差构建一个评价函数，衡量光照分布均匀度。在Matlab中编程获得光照分布最优时候的LED阵列结构数据，并将几何模型导入光学仿真软件Tracepro中进行优化模拟，仿真结果表明该算法有效可行。

在基于机器视觉的原棉异纤维检测系统中，选择能满足检测系统的光源和照明方案是提高系统检测率和检出率的关键，使检测对象尽可能多地显现出特征信息。选用单芯片InGaN(蓝)/YAG荧光粉型白光LED作为照明光源，采用理论计算和非成像光学设计的方法对LED阵列的光照度分布进行了研究，并根据原棉异纤维检测系统对光源光照度的具体要求，设计出了LED正方形阵列和三角形阵列两种排列方式，并利用TracePro软件对两种阵列形式进行仿真。通过比较两种阵列形式光照度分布的结果，最终选用高光照度且均匀性好的LED三角形阵列作为原棉异纤维检测系统的照明光源，满足了机器视觉成像的要求。

基于温室植物光学作用和光形态调节原理,设计了两种用于植物照明的发光二极管(LED)阵列。通过推导阵列的辐射照度叠加公式并根据叠加公式对阵列进行仿真优化。两种阵列均采用红蓝LED相结合的方式排列,其中阵列1红光和蓝光LED的数量比是1∶1,阵列2红光和蓝光LED的数量比是4∶1。通过光学模拟软件Tracepro对照射平面进行辐射照度均匀性分析,经过优化后的阵列2在照射平面上辐射照度均匀性优于阵列1,并且阵列2的LED间距较大,更有利于整个LED阵列的散热。该结果为LED植物照明灯的阵列设计提供参考。

基于几何光学与辐辐射照度理论，对满足均匀近场照明的半导体发光二极管(LED)二次曲线阵列进行分析，推导了光源照射到屏上的总辐射照度表达式。依据斯派罗法则，利用Matlab数值优化工具包对表达式计算，并结合TracePro软件对所设计的阵列进行光线追迹仿真。结果表明，与平面阵列相比，二次曲线阵列可以得到更大角度的光场分布。对两种特殊二次曲线的二维和三维阵列进行分析和模拟，使照明面上的均匀度得到优化。该方法为LED照明模组的设计提供了重要参考。

为了解决目前LED摩托车信号灯光效低、成本高的问题,提出了一种基于LED光强分布数学模型的新方法。在推导了曲面LED阵列光强分布数学模型的基础上,将其应用于LED摩托车信号灯配光设计。进一步采用Tracepro光学仿真软件对该方法设计的LED摩托车制动灯进行了模拟实验,结果证明曲面LED阵列光强分布的数学模型正确,能够满足国家摩托车配光标准的要求,从而对实现了LED摩托车信号灯的配光设计。

在海面波浪坡度场光学测量系统中, 光源是一个非常重要的照明元件。合理的设计和选用光源, 是保证系统精度和布局的重要因素之一。比较传统光源短弧氙灯的明显优势, 如低能耗,寿命长,更好的安全性和稳定性等, 本文提出了采用LED作为本系统光源的设想, 确定了所需LED个数和LED阵列方式, 并经过计算和光学软件模拟, 验证了本设想的可行性。