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提出了一种适用于LED光源均匀配光的超高光效、小聚光角度自由曲面透镜的设计方法。基于光通过透镜的折射现象构建了曲面微分方程,运用高精度算法得到透镜曲面参数,实现了传统透镜难以实现的聚光角度小、光效高的均匀配光效果。运用专业软件进行三维建模,在透镜模型内侧进行球面切削以减小透镜厚度。通过实际应用仿真,验证了该方案的有效性和可靠性。