本发明公开了一种基于透镜与锯齿光栅的单片式自然光匀化照明装置和方法，可用作照明窗帘、室内百叶窗以及窗户玻璃等。包括前后两个阵列形式的表面，第一个表面为透镜阵列，第二个表面为锯齿光栅阵列；室外高角度自然光由透镜阵列面收集调制，经过两面间同等材质的中间介质传导至锯齿光栅阵列，经过倾斜表面折射后，水平发散至室内空间。本发明可高效收集入射进窗户的自然光，将光线均匀发散至室内各个方向，匀化室内照明，并且有效保护室内隐私，轻薄易量产，环保无污染。