自动优化非成像光学照明系统

    摘要：非成像光学系统需要用一定的算法自动优化。现阶段商用的光学设计软件有两种，他们对光学设计非常适用。第一种方法是边缘光线修正原则。在这种情况下，优化的标准是几何光学中的字词(举例来说，准扩展光源)。应用边缘光线修正原则我们不仅可以讨论复式抛物线集光器的准直问题，还可以在设计复杂的折射反射类系统中应用。第二种优化准则体现在能量学的观点。在这种情况下，非序列光线追迹分析需要对光源发出大量的按一定空间光强分布的随机光线进行追迹分析。这些随机出射光线的位置、方向以及行进过程中与各界面所产生的反射、折射、散射、吸收都需用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法来模拟。我们用直接优化算法，对入射光线采用统计学方法、忽略闲杂光线对系统灵敏性的影响。入射光能量为连续入射，不考虑其无规则性，将入射光通量作为一个参数描述，采用分段贝塞尔样条方法，这种方法可以优化形状复杂的光学系统，但需对系统光线交叉从叠部分分开考虑，以及温度升高所引起的漂移现象。

　　关键词： LED光源,最优化算法,非成像光学,边缘光线原则,非连续光线追迹

　　1 导言

　　使用发光二极管作为光源的光学设备和传统照明方式相比有很多优势，主要的优势是低耗电量，长寿命和色彩多样逼真。然而，现有发光二极管发光利用率相对较低。因此，光学设计者的首要任务是让所有的光进入系统。分析现有光学系统表明，非成像光学理论在准扩展光源中应用广泛。同时，非成像光学设计方法与大家所熟知的成像光学设计理论相近，其算法已相当成熟，有些研究成果已获得专利。

　　成像技术中的关键光学设计是自动优化。设计者提供了一个合理的最初系统方案和评价(或误差)函数来估计系统的性能。不同的非线性优化算法(最初研究用阻尼最小二乘法，常用的模拟分析和反复迭代算法)都是为找到最佳的解决方案。

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