非成像光學

非成像光學是光學領域一大重要分支，其是以提高光學系統能量傳輸效率和改善目標面能量分布為宗旨的學科，這與傳統的“成像光學”有著較為本質的區別，後者是以提高光學系統的成像質量為宗旨，更加注重的是光信息的準確傳輸。

基本介紹

• 中文名：非成像光學
• 外文名：Non-Imaging Optics
• 宗旨：提高光學系統的能量效率和並改善能量分布
• 提出時間：1966年
• 提出者：Hinterbgerer和nostn
• 常用領域：光束整形，照明設計，太陽能聚光等等

介紹

就傳統光學系統匯聚光的性能而言,任何利用成像原理聚光的系統都遠未達到理論上的聚光能力。因此,對於各種純聚光要求的套用來說,如太陽能領域和高能物理領域,只有放棄成像要求才有可能獲得理想的結果。正由於此,近二十年來很多學者致力於非成像聚能器的研究,並由此形成了一門新興的技術科學——非成像光學。

起源

非成像光學理論起源於六十年代中期，1966年，Hinterbgerer和nostn在發表的一篇提高太陽能收集效率的文獻中首次提出“非成像光學” （non imaging optics）一詞。1967年Baranov提出將其套用於太陽能收集系統中的複合拋物集能器 （CPC，compound parabaolie Concenrtator）設計，同年，ploke設計出一種套用於顯微鏡系統中替代傳統聚光鏡的三維 CPC。七十年代中期，Winston和研觸lofdr等人提出非成像光學概念，此後，一系列非成像光學理論的提出和完善極大地豐富了非成像光學概念。

與傳統光學的

區別

一般的傳統光學的途徑是將問題看作設計一個NA( 數值孔徑 數值孔徑簡寫NA, 數值孔徑與其他技術參數有著密切的關係，它幾乎決定和影響著其他各項技術參數。它與解析度成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場寬度與工作距離都會相應地變小。)非常大的成像光學系統，例如小的孔徑比或者F數。然而一些在成像系統中會形成很大相差的集光器卻使得這個問 題得到有效解決。這些集光器比成像系統更為有效且可以通過設計實現或者接近理論的最大值。我們將它們稱作非成像集光器。這些光學系統與往常使用的光學系統 有很大區別。他們同時具備光管的一些性質以及成像光學系統的一些性質，然而卻存在很大的像差。通過對這些集光器的設計的發展以及性質的學習得到了幾何光學 的一系列新的思想和理論。在成像光學設計中，光學系統作為成像工具，基本上都用幾何光線的概念來研究其規律，對能量傳遞的研究較少。從物理學觀點看，光線攜帶著輻射能，光線的方向 也就是輻射能的傳播方向。因此，從能量的角度考慮，光學系統也是傳遞輻射能量的工具，是能量傳播的過程，非成像光學就是從能量傳遞規律的角度對光學系統進行研究的。

套用

非成像光學套用於主要目的是對光能傳遞的控制而非成像的系統中。然而成像並不被排除在非成像設計之外。非成像光學需要解決的兩個主要輻射傳遞的設計問題是使傳遞能量最大化並且得到需要的照度分布。這兩個設計領域通常被簡單的稱為集光和照明。非成像光學套用於許多不同的領域，例如前面提到的太陽能採集，光纖照明，顯示系統以及LED照明。

其他引

與像差理論不同的是非成像光學不考慮或很少考慮像差對系統性能的影響，而是利用光能利用率作為系統的評價標準。

對於面光源，發光強度是有方向性的，因此亮度也是有方向性的。亮度是單位面積單位立體角內發射的光通量，也就是說光通量在兩個集合空間擴展的一種量度，即在面積上的擴展和立體角內的擴展。