大功率LED作為新一代節(jié)能環(huán)保固態(tài)照明光源，在背光源、汽車、通用照明、景觀照明、特種工作照明等領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)照明光源，市場前景廣闊。但是由于大功率LED的朗伯配光特性，往往難以直接滿足不同照明要求，需要通過二次光學(xué)系統(tǒng)改善其光學(xué)性能。自由曲面透鏡具有光能量控制準(zhǔn)確、出光效率高等優(yōu)點，已成為LED二次光學(xué)設(shè)計的主要發(fā)展趨勢之一。目前國內(nèi)外對自由曲面透鏡的研究主要集中在算法優(yōu)化上，忽略了加工缺陷對自由曲面透鏡實際光學(xué)性能的影響，對這方面的研究 較少，香港理工大學(xué)超精密加工中心研究了各種加工方法對光學(xué)曲面形貌的影響，浙江大學(xué)的顧培夫研究小組通過模擬仿真研究了光學(xué)曲面微米級變形對光學(xué)性能的 影響。
武漢光電國家實驗室MOEMS研究部根據(jù)改進(jìn)的算法，設(shè)計了一款能實現(xiàn)均勻矩形光斑的LED非連續(xù)自由曲面透鏡，并制作了PMMA材料與BK7玻璃材料兩種樣品。實驗發(fā)現(xiàn)透鏡在加工過程中主要存在兩種缺陷：微米級表面粗糙度與非連續(xù)區(qū)域間圓滑構(gòu)形誤差。研究小組結(jié)合Monte Carlo 光線追跡模擬仿真與實驗測試，首次分析了這兩種加工缺陷對非連續(xù)自由曲面透鏡實際出光效率和光斑均勻度的影響。研究結(jié)果表明，微米級表面粗糙度對PMMA透鏡出光效率影響較小（降低了2.7%），但顯著影響其光斑均勻度（從0.644 降到0.313）；對于BK7玻璃透鏡，偏移角最高達(dá)到60°的非連續(xù)區(qū)域間圓滑構(gòu)形誤差不但降低了透鏡出光效率（降低了5.9%），而且還導(dǎo)致出射光束偏離預(yù)期的出射角度，使光斑形狀嚴(yán)重變形，出現(xiàn)了明顯的亮暗條紋，大大降低光斑均勻度。研究小組在理論上對此進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論，并據(jù)此提出了三點消除加工缺陷以及其對透鏡光學(xué)性能影響的切實可行的改進(jìn)措施。
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