光学系统的设计与优化方法
文 | 黄健 何畔 邬聪
发光二极管经常用于日常生活或专业方向，比如汽车前照灯、路灯、天体和医用照明等等。由于其小尺寸和定向性，LED 已成为光线采集与整形技术的不二之选。在这里小编会为大家提供一些方法，在不同的目标均匀性和系统紧凑性的约束下，这些方法可以按照预期目标分布来塑造光线，大家可要看好咯~~
本系列文章我们主要研究 LED 二次光学设计技术，包括全反射透镜、自由曲面反射器、透镜和反射镜阵列。
常用照明工程的任务是设计光学组件来产生一个特定的光分布。就像汽车前照灯，它必须产生一个复杂强度模式的光，以确保道路前方照明适当，同时不至于让迎面而来的司机感到耀眼。
路灯必须在街道上产生足够的照明强度，同时要避免对天空造成过量的光污染。
图：路灯的圆锥光束在夜幕中如此明显~
然而，由于成本和设计过程的约束，制作高效灯具的复杂性将会大幅增加。本文的目的是 介绍那些工程师不熟悉的光束整形方法，并帮助他们选择有效的设计策略。本文重点研究常用的照明应用，尤其是在设备上使用的发光二极管，即 LED。
NO.1 创建一个一阶的形状（起点）并对它进行优化
第 2 部分评论了可用于生成起点的各种设计方法。这些方法通常是基于简单的几何结构或求解一组方程。
然而，将制定的光束整形抽象为数学或几何形式的问题，就意味着用一些假设对系统进行简化：光源被假定为一个点且亮度为一朗伯、忽略了表面散射、没有考虑到菲涅耳损耗等等。当在现实系统中，这些用以简化的假设可能会导致显著的性能退化。优化有助于提高设计的初始性能，同时平衡各种尺寸、效率和成本约束。
NO.2 第3部分涉及到各种优化策略和与之相关的常见缺陷
最后，我们总结出了本文最重要的经验法则，在设计过程中此法则需时刻铭记在心。整篇论文的所有结论都是基于蒙特卡罗射线追踪模拟，并在光学软件 LightTools 上进行操作得出。
下一部分我们再来介绍设计三种系统：旋转压缩对称性系统、无对称性系统、均匀的照明系统，以及设计系统时所采用的各种方法。
注：本文转载自开玄光电(ID:kxopt88)，转载请联系小小明，微信号：Dennis-LM
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