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本文针对医用无影灯的应用要求，提出了一种利用非球面透镜实现对目标平面均匀照明的方法。首先基于能量守恒定律得到光源出射角与目标面之问的关系，然后利用ZEMAX的宏语言编写优化操作数使透镜优化以满足上述关系，并在非序列模式中对结果进行模拟和优化，最后提出并模拟了LED球面阵列，分析了角度及距离的偏移对照明均匀度的影响。结果表明：实现了距离1m处直径为25cm的平面内的均匀照明，均匀度（平均照度/最大照度）达到94%以上；且球面阵列的设计可以满足无影灯的光分布要求。