2.1 实现LED均匀圆形辐照度分布自由曲面透镜设计

图2-1是用于设计在目标面上产生LED圆形光斑均匀辐照度分布的示意图，这里使用的LED光源都是尺寸比较小的光源，被看作是LED点光源。整个照明系统包括了LED点光源、自由曲面透镜以及目标面三部分。透镜内表面为球面，LED放置于内表面球心处，因此LED光源发出的光经过透镜内表面后光线不发生改变，设计时仅需考虑透镜外表面的设计，透镜的外表面为自由曲面。

选用的LED光源发光强度分布呈旋转对称分布，目标面上的辐照度分布也是呈旋转对称分布，因此自由曲面透镜的结构必然也是旋转对称结构。故而对旋转对称自由曲面透镜的设计，只需设计一条透镜母线，通过旋转就得到了透镜的实体模型。这样设计就转化成了一个二维设计问题了。实现LED在目标面辐照度均匀分布的透镜设计思路如图2-2所示，将LED光源按等光通量进行划分，将目标面按等面积进行划分，控制每一份光通量入射到对应的面积元上，这样目标面上将会产生均匀的辐照度分布。

图2-1 圆形光斑均匀照明系统

图2-2 自由曲面调控光分布的示意图