张曼

摘   要：随着照明设计要求的不断提高，传统的球面光学元件已经不能满足现代照明的需要了。文章从几种常用的设计方法和设计流程出发对二次光学设计未来的发展进行了阐述。自由曲面光学元件由于控光性能好，已经成为必然的研究趋势。利用几何光学和光学扩展量、能量守恒定律求解自由曲面的偏微分方程，并利用SolidWorks，Matlab和TracePro进行数值计算、离散点拟合和光学仿真，是目前最有效的方法。

关键词：发光二极管;非成像光学;二次光学设计

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）相对于传统照明光源具有节能环保、使用寿命长、响应时间短、显色性好等优点，在近年来，已被广泛用于室内照明、景观照明、背光与显示、投影等方面。

LED照明系统在设计时，由于其发光呈朗伯型，所以需要对LED的光线进行重新分配，从而可以提高光源的出光效率和照明系统的效率。从LED器件的封装到产品，一般要进行一次和二次光学设计。一次光学设计是为了提高芯片的出光效率，而二次光学设计是为了保证照明产品发出的光能满足设计需要[1]。

1    二次光学设计

传统灯具为了实现目标面的照度均匀，通常是基于成像光学理论进行设计，比如复眼系统或方棒系统。但是LED的光学设计属于非成像光学理论，是一种新型照明系统，这类系统跟传统的成像光学理论设计最大的区别就是，可以提高光源的出光效率并將光线加以分配，实现不同形状的照度分布。

1.1  二次光学设计的应用