成像光学、非成像光学和光学拓展量简介

成像光学

成像光学是传统几何光学的核心内容，成像光学系统包括三个部分：物体、透镜和像。

成像光学的主要研究内容就是研究怎样的透镜（或成像系统）使像与物的一致性最高，这里一致性包含拓扑结构、几何比例和光色等方面的一致性。成像光学的根本任务是利用成像系统实现不失真或尽可能少失真的信息变换或传输。

光学成像主要分为三类：小孔成像、镜面成像和透镜成像。

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非成像光学系统

非成像光学系统按应用可以分为两类：集光系统和配光系统，集光系统应用于太阳能或光电检测中；配光系统主要用于照明设计，尤其是LED 照明设计。

1. 集光系统

集光系统的作用是尽可能多地将来自光源的光线聚集到目标区域，并不太关注其光强分布。以太阳能集光器为例。

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2. 配光系统

配光系统的任务有两个：一是将来自光源的光线投射到目标区域形成指定的光强分布； 二是在完成第一个任务的前提下实现尽可能高的效率。

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上图/是路灯的示意图，a和c是传统照明，b和d是非成像光设计照明。

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上图是奥迪汽车矩阵前照灯设计。

非成像光学理论

1 光展理论

光展（光学扩展量）来自法语单词etendue 是几何光学系统中的一个重要光学属性，用来刻画光学系统的通光能力。这种通光能力对一定面积和一定出光立体角的面光源来说就是发光能力，可以由面积和立体角的乘积来衡量；对一个光学器件（如透镜等）而言通光能力体现为光的传输能力；对于一个光电接收器，通光能力又表示为对光的接收能力。

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对于理想光学系统光展是一个守恒量， 而对于非理想系统光展只增不减，正是光展守恒为非成像光学设计带来了方便。

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2 . 边光原理

边光原理是非成像光学中的一个基础原理，其内容可以表述为： 来自光源边缘的光线经过若干有序正则光学曲面后依然落在投射光斑的边缘，而来自光源内部的光线也将落在光斑内部。