为了创造良好的视觉环境，并提高光能利用率，设计了一种基于均匀照明的LED反射器。之所以选用球面环形阵列LED光源，第一是为扩大照明范围,其次是为了避免面光源垂直照射产生光强过强而导致的眩晕。设计的反射器是运用划分网格的方法获得自由曲面面型，运用机械建模软件拟合曲面的实体模型，进行了照明仿真模拟及分析。结果表明，与传统的反光器相比，自由曲面的反射器能较大程度地利用光源发出的能量，而且均匀性也有很大的提高。

根据LED 光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED 光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED 光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计算反射器的自由曲面上其它点的空间坐标。把点坐标文件导入机械建模软件,并且保持各个点坐标的法向量拟合成曲面实体。在光学软件中对反射器光学系统进行照明模拟,结果说明通过自由曲面反射器作用于LED,可以在目标路面上形成均匀照明的矩形光斑。

通过单个自由曲面反射器的反射, 令光源发出的能量重新分布, 在特定照明面上实现所需照明, 从而简化了投影设备中的照明系统, 使设备的进一步小型化成为可能。根据给出的光源辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布, 可得到一组偏微分方程, 数值差分求解直接得到自由曲面反射器。光源采用发光面积1 mm×1 mm朗伯体发光的LED, 视角为120°, 照明面为4∶3的均匀矩形光斑。设计了两种自由曲面反射器, 并用软件对得到的曲面进行了照明模拟, 模拟得到的照明均匀性接近90％。两种反射器在光轴方向上的投影尺寸均小于25 mm, 垂直光轴方向上投影长度均小于22 mm, 照明系统总长均小于40 mm, 结构紧凑, 适用于小型LED投影设备。