８， ９］ ， 可同时设计透镜的多个表面 ， 从而控制光源发出的两个波面 ， 变换成给定的两个 输 出 波 面 ［ 但是这种 计， １ ０～１ ２］ 方法模型复杂 ， 且在得到面形数据后对数据的曲线拟合也有一定的难度 。 微分方程法 ［ 通过数值求解偏
微分方程的方法构造自由曲面的面形 ， 根据光源的光辐射特性及目标面上所需的照 度 分 布 推 导 出 关 于 面 形 的偏微分方程组 ， 通过数值解析得到面形数据 ， 这种方法目的性强 ， 计算速度快 ， 但是偏微分方程的可解性很
（ ） 中国计量学院测试工程学院 ，浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ８ 摘要 以非成像光学为基础 ， 设计了一种在大发散角范围内均匀配光的 大 功 率 Ｌ Ｅ Ｄ 室内照明二次配光透镜方案。 采用划分网格法建立光源 Ｌ 推导透镜自由曲面面 形 的 一 般 方 程 ， 采用差分法求解透镜面 Ｅ Ｄ 和接收面的映射关系 ， 形方程获得面形轮廓数据 ， 再用三维软件建立透镜模型 ， 通过光学仿真软件对 所 建 模 型 进 行 光 线 追 迹 。 结 果 表 明 ： 此 方案适用于 ４ 配光角度要求的均匀配光 ； 仿真配光角度 １ 的照明系统 ， 当透镜的口径与 Ｌ ０ ° ４ ０ ° ２ ０ ° Ｅ Ｄ 发光面直 ～１ 照明系统的均匀性优于 ０． 能量利用率大于 ９ 且照明效果不受接收面高度的影响 。 该 径 之比大于等于 １ ０时， ９， ２％ ， 设计方法为实现大功率 Ｌ Ｅ Ｄ 室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径 。 关键词 光学设计 ； 均匀照明 ； 自由曲面 ； 划分网格法 ： ／ 中图分类号 Ｏ ４ ３ ９ 文献标识码 Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ７ ８ ８ Ｌ Ｏ Ｐ ４ ９． ０ ４ ２ ２ ０ １
激光与光电子学进展
（ ） ４ ９， ０ ４ ２ ２ ０ １ ２ ０ １ ２
Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ＆Ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ ｐ ｇ
中国激光 》 杂志社 Ｃ２ ０ １ ２《 ○
用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计
丁纾姝 余桂英 郝雯雯
技术的关键 。 因此需要通过光学设计对光源光线重新分配 ， 在能量损耗尽量小的情况下 ， 将光均匀发散到照
４］ 来达到均匀照明的效果 ， 这种方法虽然均匀度高 ， 但是由于叠加 明面上 。 以往的一些设计中通过光源阵列 ［
的配光形式 ， 在一个光源受到遮挡的情况下对均匀性的影响很大 ， 不适于通用照 明 ； 而利用二次配光设计达
５， ６］ ， 成均匀照明的系统则多数以小功率的 Ｌ 光源尺寸较小 ， 且配光角度较小 ［ 对大功率 、 大尺 Ｅ Ｄ 为设计对象 ，
；收到修改稿日期 ： ；网络出版日期 ： ２ ０ １ １ １ １ ０ ８ ２ ０ １ １ １ １ ２ ３ ２ ０ １ ２ ０ １ ２ ０ 收稿日期 ： － － － － － － ） ） 基金项目 ：国家自然科学基金 （ 和浙江省重大科技专项 （ 资助课题 。 ６ ０ ９ ０ ８ ０ ３ ９ ２ ０ １ １ Ｃ １ ２ ０ ２ ５ ， ： 作者简介 ：丁纾姝 （ 女， 硕士 ， 主要从事光学设计方面的研究 。Ｅ－ｍ １ ９ ８ ７—） ａ ｉ ｌ ｓ ｈ ｕ ｚ ｉ ｕ ｘ ６ ３． ｃ ｏ ｍ ＠１ ｑ ， 导师简介 ：余桂英 （ 女， 硕士 ， 教授 ， 主要从事照明和测量等方面的研究 。 １ ９ ６ ５—） ： 通信联系人 ） ｕ ｕ ｉ ｉ ｎ １ １＠１ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ６ ３． ｃ ｏ ｍ（ ｙ ｇ ｙ ｇ ０ ４ ２ ２ ０ １ １ －
Ａ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｌ ｅ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ Ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｄ ｉ ｎ Ｓ ｈ ｕ ｓ ｈ ｕ ｕ Ｇ ｕ ｉ ｉ ｎ ａ ｏ Ｗ ｅ ｎ ｗ ｅ ｎ Ｙ Ｈ ｇ ｙ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ Ｍ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｊ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｈ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ， Ｚ ｈ ｅ ｉ ａ ｎ ３ １ ０ ０ １ ８， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｇ ｆ ｇ ｙ ｇ ｙ， ｇ ｊ ｇ ， ｏ ｗ ｅ ｒ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｎ ｏ ｎ ｉ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｏ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ Ｂ － － ｐ ｇ ｇ ｐ ｙ ｐ ｇ ｇ Ｌ Ｅ Ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｌ ｉ ｎ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｌ Ｅ Ｄ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｅ ｔ ｌ ａ ｎ ｅ ｉ ｓ ｙ ｇ ｇ ｇ ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ， ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｒ ｉ ｄ ａ ｒ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｆ ｒ ｅ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｙ ｇ ｐ ｇ ｑ ， ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ ｓ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｕ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｕ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ｐ ｙ ｇ ｑ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ（ ３ Ｄ） ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｉ ｓ － － ｐ ｙ ｙ ｇ ｌ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ｆ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｅ ｔ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ４ ０ °ａ ｎ ｄ １ ４ ０ ° ．Ａ ｌ ｅ ｎ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ １ ２ ０ ° ｇ ｇ ｇ ｄ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｋ ｅ ｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｔ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ０． ９ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ｇ ｇ ｐ ｙ ， ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ９ ２％ ｗ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ａ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｌ Ｅ Ｄ ｅ ｍ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ１ ０ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｐ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｔ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｌ Ｅ Ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｒ ｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｌ ａ ｎ ｅ ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｙ ｙ ｇ ｇ ｐ ｐ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｗ ａ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ Ｌ Ｅ Ｄ． ｏ ｗ ｅ ｒ － ｙ ｐ ｙ ｇ ｐ ； ； ； ｒ ｉ ｄ ａ ｒ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｇ ｐ ｐ ｇ ｙ Ｏ Ｃ Ｉ Ｓ ｃ ｏ ｄ ｅ ｓ ２ ０． ２ ９ ４ ５； ２ ２ ０． ３ ６ ３ ０； ２ ３ ０． ３ ６ ７ ０ ２
４ ９， ０ ４ ２ ２ ０ １
激光与光电子学进展
ｗｗｗ． ｏ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｎ ｅ ｔ ｐ ｊ
寸Ｌ Ｅ Ｄ 的配光设计相对比较欠缺 。 利用非成像光学理论构建自由曲面透镜 ， 重新分配光源能量 ， 能有效实现均匀照明 。 目前常用的自由曲 。多参数优化 微 分 方 程 法、 划分网格法以及多表面同步设计法 （ 面设计方法主要有多 参 数 优 化 法 、 Ｓ ＭＳ） ［ ７］ 法 在已有的光学面形下 ， 通过 反 复 优 化 得 到 光 学 面 形， 设 计 周 期 长， 效 率 较 低 。Ｓ ＭＳ 法 针 对 扩 展 光 源 设

１ 引 言
在节能 、 环保和使用寿命等很多方面都有卓越的表现 。 随着 Ｌ Ｌ Ｅ Ｄ 作为第四代新型光源 ， Ｅ Ｄ 光效的大 ［ １， ２］ 。 室内照明 幅度提升 ， 在室内和公共照明上更是有巨大的发展潜力 Ｌ Ｅ Ｄ 在照明方面的应用也日趋广泛 ，