摘要
本文基于Zemax复现了华中科技大学马鹏等人提出的鳞甲反光杯匀光系统。采用ZPL宏编程构建10圈24枚鳞甲抛物面结构，使用OSRAM LED 3000 lm光源。结果表明：普通反光杯最大照度达2643 lx（远超国标上限），鳞甲反光杯降至234 lx（HV点201 lx，0.86 Emax），满足GB 25991—2010标准。经11×9微透镜阵列二次匀光后，最大照度进一步降至59.51 lx，光斑呈平顶均匀分布。
关键词：光学设计；Zemax；汽车前照远光灯；鳞甲反光杯；微透镜阵列；仿真复现
1 引言
传统反光杯为整体旋转抛物面，反射光交汇于单一焦点，远场光斑中心过亮而边缘迅速衰减，易造成严重眩光，危害夜间会车安全。马鹏等人受穿山甲鳞片启发，提出鳞甲反光杯方案：将一体式抛物面离散为大量独立小抛物面鳞片（图1），每个鳞片具有独立焦点，通过调节曲率将光线反射至不同区域，实现光场叠加匀化。本文利用Zemax ZPL宏语言完整复现该设计流程。
图1 鳞甲排列示意图（引自文献[3]）
2 鳞甲反光杯设计原理
鳞甲反光杯基于抛物面构成，横截面为抛物线 y²=2pz，p=2f（f为焦距）。周长 C=2πy，均匀排列n枚鳞片，每片线度 Δlφ=2πy/n。径向沿母线排列，相邻面元二分之一搭接。鳞片倾角 α 由斜率 tan α=p/y 确定，放大率 β=Δlz/Δlφ。循环计算各圈倾角与放大率，即得整体面型。
3 设计方法
3.1 国标要求
依据GB 25991—2010标准，远光配光性能在距前照灯25 m处配光屏幕测量，Emax应在48~240 lx之间，HV点须在0.72~0.96 Emax范围内。
3.2 ZPL参数化建模
采用ZPL双层FOR-NEXT嵌套循环：外层沿径向扩展10圈，内层每圈生成24枚鳞片，共240枚反射单元。选用OSRAM GH_CSBRM4_24 LED灯珠（图4），光通量3000 lm，通过径向空间光源模型精确描述发光面几何尺寸与光强分布。
图4 OSRAM LED光源的3D模型
4 系统仿真与对比
4.1 普通反光杯
构建普通抛物面反光杯（Conic=-1，曲率半径16.667 mm），25 m处设置矩形探测器（图5）。结果（图6）显示最大照度2643 lx，远超国标上限，HV点照度过高导致严重眩光。
图5 普通反光杯的3D模型
图6 普通反光杯伪彩色光照图（Emax=2643 lx）
4.2 鳞甲反光杯
ZPL加载鳞甲反光杯模型（图7），相同光源及探测器仿真。结果（图8）表明最大照度降至234 lx，HV点201.8 lx（0.86 Emax），满足国标要求。光斑能量从中心向边缘均匀递减，从根本上解决眩光问题。
图7 鳞甲反光杯的3D模型（10圈×24枚鳞甲）
图8 鳞甲反光杯伪彩色光照图（Emax=234 lx）
5 微透镜阵列优化
5.1 匀光原理
微透镜阵列（MLA）由大量微小透镜排列而成（图9）。平行光经子透镜汇聚于焦平面，多束扩散光在远场叠加，将宏观高斯分布转化为平顶均匀分布，实现匀光和扩散功能。
图9 平行光线透过微透镜阵列的光学特性
5.2 仿真与参数优化
杯口增加11×9微透镜阵列（子透镜半径∞/20mm，B270玻璃）。最大照度降至59.51 lx，HV点53.1 lx（0.89 Emax）。参数优化对比：∞/10mm时照度仅15.3 lx（低于下限），∞/20mm为最优；阵列11×9均匀性最佳，13×11时杂散光加剧反而降低均匀度。最优组合（图14）：鳞甲曲率52~65 mm梯度分布，微透镜半径0.6~1.0 mm，Emax=59.51 lx，全指标满足国标要求。
图14 最佳参数组合照度分布（Emax=59.51 lx）
6 结论
本文通过Zemax宏编程完整复现了鳞甲反光杯匀光系统。鳞甲反光杯将最大照度从2643降至234 lx（降幅>90%），经11×9微透镜阵列优化后进一步降至59.51 lx，全指标满足GB 25991—2010标准。系统在保持准直性的同时实现平顶均匀分布，边缘柔和、防眩光效果良好，在汽车前照远光灯领域具有广阔应用前景。
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