王海洋，金志樑，王沛沛，熊大曦

(中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163)

引言

由于寿命长、高效率和可控性等优点，发光二极管(light-emitting diode，LED)[1]已成为照明的主流光源，在远距离照明中得到越来越多的应用，其配光元件的设计也成为研究热点。LED光源是朗伯体光源，直接输出的光发散角很大，可达180°[2，3]，在远程照明中需要合理的二次光学设计以减小LED输出光的发散角，目前的二次光学系统可分为透射系统和反射系统两类。透射系统以透镜为代表，反射系统以反光杯为代表。

透镜作为一种主要的配光元件，已经有了大量的研究和报道[4-8]，但实用效果并不理想。透镜可以很好地准直小角度区域的光线，为使大角度的光线能够照到透镜，透镜的口径要比较大，全内反射透镜(total internal reflection lens，TIR)将透射和反射结合起来，成为研究的重点。TIR透镜工作的基本原理是小角度的光通过透射来准直，大角度的光通过反射来准直[9-12]，目前广泛应用的TIR是低透光率的塑料材料，经常会产生色散现象；同时镜片有两个透明的表面，有一定的厚度。对于任何曲面，无论是在设计或制造过程中的微小偏差，还是透镜中的少量杂质，都会对光的透射和能量分布产生很大的影响；此外，光学透镜具有较高的吸收率，这导致了能量损失。与透射式自由曲面透镜元件相比，反光杯具有结构简单、加工方便、成本低的优点，镀膜后可极大减少材料的内部吸收和散射损耗，因此，采用反射体结构实现远距离照明更加方便、高效。……