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主要内容:本文基于最优化质量传递(optimal mass transport)多自由曲面光学的设计算法,结合照明设计软件FRED模拟了洗墙灯实例。使用该算法,可直接调整多面光学系统(在本文中,我们用了双边自由曲面)获得了近似于预先确定照度分布,而同时可捕获从光源发出的大部分光线。增加多曲面自由度可用来减小菲涅尔损失,包含加工上的约束以及减小零件尺寸。 }1CvbB%,A
Axel Bauerle, 1, 2 Adrien Bruneton, 1∗ Rolf Wester, 2 E]a;Ydf~
Jochen Stollenwerk, 1, 2 and Peter Loosen1, 2 xwHE,ykE
1Chair for the Technology of Optical Systems, RWTH Aachen University, 52056 Aachen, @~5Fcfmm
Germany $S2
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2Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Steinbachstr. 15, 52074 Aachen, Germany #i*PwgC%_
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摘要 -Edi"B4K
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自由曲面透镜和反射镜的设计能够获得非径向对称的照度分布,且同时保持光学系统的紧凑性。对于点状光源来说,比如LED,为了增加发光效率往往需要捕获一个宽角度的光源。这样往往导致的结果是产生强弯曲光学元件,需要两个透镜面作用于总的光的折射,从而最小化菲涅尔损失。在本篇文章中,我们报道了一个基于最优化质量传递(optimal mass transport)多自由曲面光学的设计算法,并结合光学工程仿真软件FRED对一般照明问题给出了应用实例。 ]ab q$Y'
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1.前言 qwn EVjf
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在照明应用中,透镜和反射镜可以以一种预先确定的方式上分配光线,市场上对这种透镜及反射镜的需求越来越多。为了获得常用的光分布,光学设计中自由度数量必须高于传统的光学元件,这就引入了自由曲面光学的概念,对此有众多设计算法提出[1-5]。折射式光学元件(透镜)在材料-空气界面会遇到菲涅尔反射,控制其精准的路径来避免损失难度较大。因为随着光线角度倾斜菲涅尔反射在增加,因此理想情况是使用几个自由曲面来增加系统的光学效率,在这种情况下,一个单透镜面足以调整照度分布。 _~P&8
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到目前为止文献中发布的设计算法,只有Minano、Benıtez[5]提出的SMS3D方法可以直接裁剪多平滑表面,且同时获得预定的照度分布,甚至在一定程度上可把扩展光源考虑进去。然而,据作者所知,SMS3D算法只是在他们团队内部使用。对于点光源的情况,Ries 和Muschaweck[2]得出了一组偏微分方程来描述单个光学面,但一般对于多光学表面目前还没有报道。 &t