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半導體發光二級管(LED)光源具有體積小、效率高、響應快、易調光、色域范圍寬、無汞污染、使用壽命長等特點，是一種節能環保的新型光源。隨著LED技術的不斷完善，特別是光效的不斷提高，在投影顯示、背光光源、城市照明等領域有著廣泛的應用前景。然而，由于LED的空間光強近似Lambertian型分布，使其在被照面上所形成的照度隨出射角的增大而迅速衰減，很難滿足遠距離照明如手電、港口或碼頭用信號投射燈的實際需要。為了使光束平行出射以提高光能利用率，光學設計人員嘗試通過各種途徑來設計反射器、折射器或折反射器來改善光線在目標面的布局，以符合實際情況的需要。
目前，LED二次光學設計主要有兩種方法：直接經驗法和求解方程法。直接經驗法主要通過CAE三維機械建模軟件繪制出光學元件的結構，并將此結構導入到光學仿真軟件中如Tracepro中，并對此結構賦予某種光學屬性，最后通過蒙特卡羅非序列光線追跡來判斷照明面上的照度分布及整個系統的光強分布。由于這種設計的隨意性很強，相關設計者往往需要多次修改光學元件的結構，多次模擬來完成設計此類方法并不需要太多的理論計算，設計的關鍵往往取決于設計者的個人經驗。方程求解法基于光源的發光特性和所需實現的照明要求而構建方程組，其未知數即為所求自由曲面上各點的坐標，在給定初始條件后，通過求解方程組的解析解或數值解，即可得到自由曲面的面型數據并可實現所需照明要求。此種方法免去了反復試驗所需的時間，提高了設計效率，但對設計人員的光學構建能力和數學功底的要求比較高。
本文針對旋轉對稱折射器，根據障礙燈LED光源特性和目標面的光強分布要求，依據Snell定律和非成像光學中的光學擴展量要求，設計了一種較為簡便的自由曲面折射器，實現了系統的長距離均勻照明。
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(責任編輯：航空障礙燈http://www.591book.net)