大功率LED作为新一代节能环保固态照明光源，在背光源、汽车、通用照明、景观照明、特种工作照明等领域正逐步取代传统照明光源，市场前景广阔。但是由于大功率LED的朗伯配光特性，往往难以直接满足不同照明要求，需要通过二次光学系统改善其光学性能。自由曲面透镜具有光能量控制准确、出光效率高等优点，已成为LED二次光学设计的主要发展趋势之一。目前国内外对自由曲面透镜的研究主要集中在算法优化上，忽略了加工缺陷对自由曲面透镜实际光学性能的影响，对这方面的研究较少，香港理工大学超精密加工中心研究了各种加工方法对光学曲面形貌的影响，浙江大学的顾培夫研究小组通过模拟仿真研究了光学曲面微米级变形对光学性能的影响。

武汉光电国家实验室MOEMS研究部根据改进的算法，设计了一款能实现均匀矩形光斑的LED非连续自由曲面透镜，并制作了PMMA材料与BK7玻璃材料两种样品。实验发现透镜在加工过程中主要存在两种缺陷：微米级表面粗糙度与非连续区域间圆滑构形误差。研究小组结合Monte Carlo 光线追迹模拟仿真与实验测试，首次分析了这两种加工缺陷对非连续自由曲面透镜实际出光效率和光斑均匀度的影响。研究结果表明，微米级表面粗糙度对PMMA透镜出光效率影响较小（降低了2.7%），但显著影响其光斑均匀度（从0.644 降到0.313）；对于BK7玻璃透镜，偏移角最高达到60°的非连续区域间圆滑构形误差不但降低了透镜出光效率（降低了5.9%），而且还导致出射光束偏离预期的出射角度，使光斑形状严重变形，出现了明显的亮暗条纹，大大降低光斑均匀度。研究小组在理论上对此进行了详细的分析与讨论，并据此提出了三点消除加工缺陷以及其对透镜光学性能影响的切实可行的改进措施。内容详见Opt. Express 17, 5457-5465 (2009).