设计光学结构可不是玩的

寂静回声

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答

首先，要学好几何光学的知识，近轴光各参数的计算、光路计算、初级像差的概念、几种基本光学结构、PW法、像质评价等等。

光学元件的主要功能是改变光源光通量强度分布和（或）使光扩散、 造成色散。不同几何结构的光学元件能产生不同的光强分布曲线（LIDC）。

使用光学元件的目的 :

改变光源光通量的分布，规束它或者打散它；

在一定角度内减少观察者能感受到的亮度 - 限制眩光；

改变光源光线通过光学器件后的光谱成分 - 滤光。

关于光强分布曲线——LIDC

近似点光源在各方向的光强度进行测量，用矢量在以光源为中心的 空间中加以标注，再将各个矢量的终点连接，就能得到该平面的光亮度 表面（注：这是一个 3D 表面）。

在计算中，通常只需要知道 3D 表面 中几个特定截面的数值分布就够了，这些截面通常都是通过光源中心的。这样，我们就得到了极坐标下的光强分布曲线。

LIDC 通常显示在一个通过光源或灯具中心的平面上。最常用的光 束面是 C-γ（注：意即我们常说的 C 平面 ），它的轴线垂直于灯具的主出光面。

反射器是一种通过反射材料的反射来控制光源光线的光学元件。反射材料分为镜面反射、漫反射和混合反射材料。

反射器主要分为两种：第一种指四种基础的几何圆锥形反射器—— 椭圆形、带状、双曲线和抛物线形（图 2.2.1）；第二种指非圆锥反射器，比如方形或不对称的，它们的反射表面也是基本几何图形。

▲图 2.2.1 反射器的四种基本几何形状

椭圆形反射器——如果光源被放置在椭圆形反射器的焦点，那光束将会被反射到假想椭圆的另一个焦点。这样的反射器常应用在中宽光和宽光配光灯具中。

带状反射器——这种反射器圆弧的圆心在反射器圆弧外侧并且是采用不同弧度的线段相连接。这种反射器的优点是能精准地将光投射到想要的位置，但是生产的精度对反射器成品的几何结构很敏感。

双曲线反射器——产生中宽配光和宽配光。

抛物线形反射器——产生窄配光。这样的反射器被应用在相对小的需要高照明水平的区域。

▲图 2.2.2 LED 光源的各种反射器

多晶面反射器——反射器包含了大量针对反射器焦点设计的不同旋转角的小表面，这样可以保证在所需方向上达到更好的光通量分布。

▲图 2.2.3 多晶面反射器：可确保在所需方向更好的光通量分布

关于反射器遮光角

遮光角指示了光源被灯具内反射器遮住的角度。遮光角是水平面和反射器边缘与光源末端连线的夹角（图 2.2.4）。

遮光角的定义如下：

译注：

h：给定光源发光表面到反射器出光口水平面的距离

R：反射器出光口的半径

r：光源半径

▲图 2.2.4 遮光角

▲图 2.2.5 各种光源的端点位置

图 2.2.5 展示了不同光源的发光表面。例如，透明白炽灯泡的发光表面是算相对观察者而言的灯丝另一侧的末端。

关于漫射器

漫射器使光线通过它时产生散射。漫射光同样可以通过光在白色表面上的漫反射得到。基于漫射原理，漫射器分为以下几种：乳白型、高 斯型和棱镜型漫射器。( 如图 2.3.1 所示 )

▲图 2.3.1 基本类型的扩散机制

具有均匀分散穿透特性（乳白型）的漫射器可以将来自光源的光均匀漫射到各个方向却不显现光源的形状。混合穿透特性（高斯型或棱镜 型）的漫射器将光通量分布改变至特定的方向，不仅不显现光源的形状，还可以重塑光强分布曲线。

乳白型漫射器——乳白型漫射器—将光通过含有均匀分布的散射颗粒的普通漫射材料，产生余弦光强分布曲线 。

高斯型漫射器——产生高斯型光强分布曲线。光透过像喷砂面一样的精细结构表面后，被散射到不同的方向。

▲图 2.3.2 乳白型漫射器与高斯型漫射器的比较

棱镜型漫射器——由微棱镜漫射器组合而成，从根本上说它们都是折射透镜。根据折射定律，可以利用像棱锥形、六边形、球拱形和三角 锥形这样的几何构造，来创造所需的光强分布曲线。

它们通常用于要求高的照明质量指标的灯具中（UGR- 统一眩光值； Lavg 灯具的平均亮度）。

以下是最常用的微棱镜漫射器示例：

▲直线 115°棱镜

▲直线 90°棱镜

▲网格 90°棱镜

▲方锥棱镜

▲三角锥棱镜

关于透镜

透镜是一种具备精确或近似轴向对称特性的光学器件，它可以使光线穿透和折射，从而会聚或者发散光束。

▲图 2.4.1 两种基本类型的透镜——凸（会聚）透镜

▲图 2.4.1 两种基本类型的透镜——凹（发散）透镜

一个单透镜包含一个光学元件。一个复合透镜包含一列同轴的单透镜。使用多透镜组合可以比使用单透镜减少更多的像差。透镜多为玻璃或透明塑料制成。

▲图 2.4.2 LED 光源使用的不同类型的透镜

声明

注：本文由云知光译介社成员邵文涛翻译，摘自《LED基础知识手册》

再次，光学是物理学的一个分支，它研究光的特性和行为，包括光与物体 的相互作用，光学仪器的构造、使用或者检测。物理光学应该是光学专业最重要的课程了，你用ZEMAX的话就会发现里面有不少参数设置跟物理光学有关的。激光原理则是要熟悉高斯光束的原理应用，毕竟激光光学是光学实验的基础。而要学习好这两门课程，数学知识是必不可少的，包括但不限于微积分、线性代数、数理方程。

光学设计基础

https://wenku.baidu.com/view/494f26d8f605cc1755270722192e453610665b94.html

数学有啥用

光的本质到现在都不是太清楚。

la9527

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