自动优化非成像光学照明系统

2.1 RXI（从叠式）集光器设计 

分析不同的设计结果表明，集光器聚光行为是光线通过折叠、多次反射（ RXI形式） 。此外，相对于单次光线折射类型的设备具有较大的内外经比（约 1/3） 。与传统的 RXI 设备相比，我们在集光器使用了中央透镜。由于简化制造，无反射涂层中心，该模型实施一套用户自定义的 ZEMAX ®软件和二阶分段贝塞尔曲线（曲线图 1） 全部系统用九条分段贝塞尔样条曲线表示：

◎ 反射面（图 1a 中曲线 1 ）-4 贝塞尔样条

◎ 反射面涂层（图 1a 中曲线 2）-2 贝塞尔样条 

◎ 出射面面（图 1a 中曲线 3 ） - 2 贝塞尔样条 

◎ 中央透镜（图 1a 中曲线 4） - 1 贝塞尔样条 

◎ 图1中的A和B ，（ a ）眼睛在定点观察集光器中光线分布。由于ZEMAX®软件的非连续性不能用于二维表示，我们制定了一个2.5维代表（见图1 b）项。根据特别规定的参数的集光器形象图。图（a）可以通过加深深度挤出（优化，参见图1b）或绕Z -轴旋转（分析）得到图b） 。

图1.贝塞尔样条模型的聚能器样条组合（ RXI 样） a)二维剖面光线组合 b）用 ZEMAX ®软件优化的 2.5 维模型

图2.人工数值最优化按自然法则无法确定聚能器形状 a-边缘交叉点处光线分布 b -内部交叉部分光线分布

4 结论 

这项工作主要研究非成像光学设计算法在光学设计软件中的普遍应用，使其与传统设计软件相结合，快捷方便的达到应用和设计目标。  

◎ 最小方差优化法可用于光学扩展量有限的系统设计，附加以非序列光线追迹原则可以很好的达到设计效果; 

◎ 对于多重折射/反射集光器，依据边缘光线原则优化非常有效，（发光效率更高，超过 80％）集光器的体积由 LED 光源最小发散角决定（较小，不超过±10°）; 

◎ 分段贝塞尔曲线适用于描述集光器的形状，依据不同的直接优化标准，但应考虑不可实现的优化部分; 

◎ 用确定性优化算法设计集光器的光通量分布、（特别是-均匀光场分布）照度分布，不考虑闲杂光线影响; 

◎ 具有聚光、均匀光场分布效果的集光器其光学扩展量很难确定，可以收集 LED光源发光总量额 70％以上，（发散角一般为±10°或以上）; 

◎ 指数匹配，确保 LED 具有较高光耦合率 ，但在优化过程中必须考虑到集光器的实际模型; 

◎ 集光器原型，根据先进的优化算法，可很好的达到设计目标并进行仿真预测。