为使LED光源实现特定范围内的均匀照明，提出了一种由复合抛物面集光器和自由曲面透镜结合的主次镜两级准直照明设计方法。该方法可将照明系统出射角控制在±5°～±15°范围内，并在目标区域内实现均匀照明。仿真结果显示：系统出射角在±5°～±15°范围内，理想情况下该系统的能量利用率和照明均匀度均可达85%以上；同时，系统的照明均匀度不会随照明距离的改变发生显著变化，在实际应用中可通过改变照明距离来改变光斑大小和光斑照度。

为了对LED教室灯具配光，建立了复合抛物面集光器配光系统。分析了LED光源发光特性，阐明了对LED光源进行二次配光的必要性。建立了三维复合抛物面集光器（CPC）模型，并由边缘光线原理计算得出三维复合抛物面集光器（CPC）模型各参数与最大出射半角θm的关系，分析了θm的制约因素。由阅读灯照度均匀度要求，确定了复合抛物面集光器（CPC）模型各参数的值，在光学分析软件Tracepro中建立了CPC模型，将LED光源置于其焦平面上，结合教室桌面与灯具距离，模拟了基于CPC配光的LED教室灯具的照度分布。试验结果表明，CPC配光系统最大出光半角为30°时，光照均匀度超过0.7，满足建筑照明设计标准 GB 50034-2004对阅读照明的要求，该灯具有效光通可达95%以上。

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。