李镇真，黄伟杰，林浩涛，黄晨华，李湘勤

(韶关学院 智能工程学院，广东 韶关 512005)

以LED为光源的自由曲面透镜，在道路照明、汽车前照灯、投影仪设备和扫描打印等领域具有广泛的应用。目前主流照明器件采用的匀光方式主要是重叠法(Superposition)[1]，光学系统中，以复眼(Lens Arrays)或锥棒 TLP(Tapered Light Pipe)为核心的照明结构均利用重叠法匀光。LED的发光旋转对称，若要照明其他形状的目标面，需借助其他光学器件，如，液晶显示器 (Liquid Crystal Display，LCD)投影仪通过复眼透镜，数字光处理器(Digital Light Processor．DLP)通过方棒和透镜组实现对数字微镜(Digital Micro—mirror Device，DMD)面板的均匀矩形照明[2]。采用上述两种结构不仅会增加光学系统的复杂度，还存在光路复杂、光能利用率低等问题。针对LCD光固化打印技术对透镜的需求，使用以上方法设计的透镜将增加光固化打印机的体积，降低光能的利用率。自由曲面器件因其可以满足各种照明形状的要求得到了广泛的应用，2001 年 OEC公司的Ries和Muschaweck提出通过数值求解微分方程的方法来构造自由曲面面型的器件[3-4]。自由曲面的设计目前主要有数值优化法和直接法[5]，数值法是通过对已有光学结构解析式设置可变参数来调整结构的方法，该方法在建立新的模型时十分繁琐，对设计人员的经验要求高。使用“直接法”设计自由曲面透镜，可提高设计过程的可控性和设计效率，直接法包括SMS 法、MA 等式法、剪切法等。Rise等[3]利用裁剪法，通过裁剪光学曲面控制波前，最终将光学曲面模型的求解转换为数学模型求解，即求解一组非线性偏微分方程[6-8]，该方法不能根据指定的光学曲面进行设计。……