照明系统的光学设计 1 绪论

J P2012年9月

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6.仿真结果分析（上机）

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非成像光学：不追求获得理想的成像，而是要求光源的光通过光学系统后得到重新分布。以有效传递

能量为目的。

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Ø非成像光学最早源于高能物理领域。

1965年，美国芝加哥大学的Roland Winston教授为一项高能粒子实验设计电

子探测器，用来收集试验中的微弱光信号，从而记录高能粒子在衰变的过程J P U 中产生的电子数目。由于出射光信号很弱，并且在各个角度各个位置随机分

布，如果采用传统的成像透镜来收集，需要100个直径为5英寸的大型光电

管，增加了实验的成本与复杂性。Winston考虑到光电管只需接收到光信

号，成像不是必须的，和数学工程师Hinterberger合作，设计出了当时首个

非成像聚光器：一个漏斗形的反射镜，即CPC(compound parabolic

concentrator)。

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J Pη=ΦΦout in

J P 到目标平面。

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J P •多数薄而平整，有韧性，大约3-5mm

厚。

J P •纯折射元件。

•对于大角度离轴光线不太有效。

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3，反光点位置偏差。化、划痕。

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J P U •广泛用于现代汽车前照大灯；

•完成全部聚光和配光功能；

•使用自由曲面反射镜省去了折光镜；

•使得灯具更加简洁；自由曲面反射镜

(Freeform reflector)

同时多表面法元件

Simultaneous Multiple Surface (SMS)

1.SMS方法是非成像光学中最新和最先进的设计工具；

2.SMS性能能够接近理论极限：实现最大光效的给定光分

布；

3.SMS同时使用折射、反射、内部全反射；

4.同时有至少两个表面参

与。

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布以及光学性能指标有着不同的要求。

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的增大而迅速衰减。这样的光源很难满足各种照明用途的需求。因此，必须根据不同的应用场合和需求，针对LED光源设计不同

的光学系统，改变其光强分布情况。

以阅读灯为例，通常出于对人眼健康的考

虑，要求阅读灯在一个给定距离的平面上、

一个给定的范围内，其照度不低于某一个特J P U 定值，一般为300 lx。

未经过设计的照明系统在屏幕上形成一个沿

径向迅速衰减的圆形光斑：中心亮度最大而

边沿最暗。这不仅增加了灯的能耗，而且由

于中心处过于耀眼而容易造成使用者的不

适；

通过非成像光学系统对LED光场的整形和控

制，在给定照明区域内形成均匀照度，并且

区域外没有或很少有光，既保护了人眼，又

节约了能源。

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