针对集成光源难以实现小发光角的问题,提出了一种大功率COB 光源实现窄光束的设计方法。根据COB光源的出射光分布以及预设的光分布范围选用折射-折射(RR)系统。以选定的COB 光源的光谱分布及配光曲线为标准建立光源模型,由复合抛物面(CPC)实现朗伯光源60°的聚光之后,再利用光学扩展量守恒以及同步多曲面方法(SMS)求得透镜前后两个曲面轮廓上点的坐标,进行曲线拟合获得轮廓曲线,进而得到透镜的三维模型。采用光学仿真软件对系统进行光线追迹,结果表明:系统在出光口处的发散角控制在30°之内,半光强度角为11.336°,整体光效达到89.398%,效果良好。

提出一种无需特殊封装结构光源，采用封装类型为表面贴装型，或板上芯片封装型的普通照明用发光二极管光源的照明子系统.为了使新照明系统在切换具有不同光色普通照明用发光二极管光源时使用同一个匀光系统(可保证被照面照度均匀度)，根据非成像理论中的边缘光线原理，使用同步多曲面法设计了通用型匀光光学系统。该系统可以在保持光学系统固定的前提下进行多种照明光源的替换，无需经过匀光设计的特殊结构光源，保证了目标面照度均匀度，并扩展了照明子系统的光色范围.多组蒙特卡罗光线追击仿真对比表明，新系统所使用光源只要满足透镜设计针对光源尺寸的需求，满足尺寸要求的普通照明用光源即可集成入系统使用，不会因为被照面照度不均匀导致的辨别度下降，因而适用于对能量利用率要求不太高，但对目标面照度均与度有较高要求的机器视觉照明系统.

利用非成像光学中流线法和同步多曲面(SMS)法，设计一种具有发散角小、均匀度好和光效高的LED准直器。设计中由复合抛物面(CPC)完成初级配光，将朗伯光源±90°的发散角缩小到±45°，再以SMS法设计的多重自由反射曲面实现准直均匀配光，并由光学扩展量给出准直器的理论光效，最后引入平顶宽度、平顶光效和平顶均匀度等的定义，以更好地反映准直光束质量。光学仿真结果表明，准直器的发散角小于±2.26°，整体光效达到0.79，理论与仿真光效的误差小于2.5%，在0.9平顶宽度范围内光斑均匀度大于等于0.9，平顶光效为0.56，效果良好。