非成像光学

起源

与传统光学的区别

应用

其他引

正传统几何光学是以提高光学系统的成像质量为研究宗旨的学科,它所追求的是如何在焦平面上获得完美的图象。就传统光学系统会聚光的性能而言,任何利用成家 原理聚光的系统都远未达到理论上的聚光能力。因此,对于各种纯聚光要求的应用来说,如太阳能领域和高能物理领域,只有放弃成像要求才有可能获得理想的结 果。正由于此,近二十年来很多学者致力于非成像聚能器的研究,并由此形成了一门新兴的技术科学——非成像光学。

起源

非成像光学理论起源于六十年代中期，1966年，Hinterbgerer和诚nostn在发表的一篇提高太阳能收集效率的文献中首次提出“非成像光学” （non imaging optics）一词。1967年B~ov提出将其应用于太阳能收集系统中的复合抛物集能器 （CPC，compound arbaolie Concenrtator）设计，同年，ploke设计出一种应用于显微镜系统中替代传统聚光镜的三维 CPC。七十年代中期，Winston和研触lofdr等人提出非成像光学概念，此后，一系列非成像光学理论的提出和完善极大地丰富了非成像光学概念。

与传统光学的区别

一般的传统光学的途径是将问题看作设计一个NA( 数值孔径 数值孔径简写NA, 数值孔径与其他技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。)非常大的成像光学系统，例如小的孔径比或者F数。然而一些在成像系统中会形成很大相差的集光器却使得这个问 题得到有效解决。这些集光器比成像系统更为有效且可以通过设计实现或者接近理论的最大值。我们将它们称作非成像集光器。这些光学系统与往常使用的光学系统 有很大区别。他们同时具备光管的一些性质以及成像光学系统的一些性质，然而却存在很大的像差。通过对这些集光器的设计的发展以及性质的学习得到了几何光学 的一系列新的思想和理论。在成像光学设计中，光学系统作为成像工具，基本上都用几何光线的概念来研究其规律，对能量传递的研究较少。从物理学观点看，光线携带着辐射能，光线的方向 也就是辐射能的传播方向。因此，从能量的角度考虑，光学系统也是传递辐射能量的工具，是能量传播的过程，非成像光学就是从能量传递规律的角度对光学系统进行研究的。

应用

非成像光学应用于主要目的是对光能传递的控制而非成像的系统中。然而成像并不被排除在非成像设计之外。非成像光学需要解决的两个主要辐射传递的设计问题是使传递能量最大化并且得到需要的照度分布。这两个设计领域通常被简单的称为集光和照明。非成像光学应用于许多不同的领域，例如前面提到的太阳能采集，光纤照明，显示系统以及LED照明。

其他引

与相差理论不同的是非成像光学不考虑或很少考虑相差对系统性能的影响，而是光能利用率作为系统的评价标准。

对于面光源，发光强度是有方向性的，因此亮度也是有方向性的。亮度是单位面积单位立体角内发射的光通量，也就是说光通量在两个集合空间扩展的一种量度，即在面积上的扩展和立体角内的扩展。