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    [原创]自由曲面光学系统设计基础知识简述(照明) [复制链接]

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    离线phoenixzqy
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2014-05-25
    自由曲面光学系统设计基础知识简述(照明
    @ f[-  
    照明光学设计的工作,简单来说,就是分隔光通量,并分配光通量在空间角度或者照明面上的分布,使其最终符合设计及应用要求。 'h$:~C  
    说到底,照明光学设计,核心就是如何通过折射、反射表面控制光线的走向。 /*C!]Z>.  
    我们知道,常用二次曲面的光学性质,可以帮助我们在遇到一些常规设计要求时,(例如:准直、小角度反光杯设计),快速,方便的解决问题。 ;@+ |]I  
    二次曲线的光学性质,在照明设计里,体现出来的也是对光线的方向的控制。 14$%v;Su4  
    (二次曲面知识,做照明光学设计的一般掌握得都比较好,经常使用。做成像设计的,设计过反射系统的,这些知识也都非常了解。比如卡塞格林,第一片是抛物面或非常接近抛物面的双曲面,conic系数基本为-1.00n,第二片一般是双曲面。格里高利系统,第一面和卡塞格林类似,第二面采用的是椭球面。) /R&`]9].s  
    TE`5i~R*  
    而现在很多光学设计要求,在采用这些二次曲面知识时,已力不从心。有必要建立自由曲面模型,才可满足实际要求。 B>{%$@4  
    自由曲面的设计,和采用二次曲面时的思路并没有本质区别。仍然是控制光线方向。 qI'pjTMDY  
    不过,这个时候,自由曲面表面数据,我们是不知道的,或者说,不能像二次曲线那样,可以用简单的表达式表示出来。这时,就需要建立适当的方程组求解了。 Iv6 lE:)  
    (Cr  
    首先,需要的知识是Snell定律。反射、折射定律。 gUiO66#x  
    这些大家都掌握的非常好了。 \g0vzo"u  
    据此定律,可根据出射光线、入射光线,求出法线方程; Y S3~sA  
    :.PA(97x b  
    然后,就是表面数据的求解了。上一步已获得法线。如果表面可以用fx y)表示的话,那么法线方程其实是和f‘(x y)相关的。这样,我们就知道了,求解表面数据,其实就是求解微分方程。 v^A+LZ*d  
    那,就要用到《数值分析》的知识了:数值方法解微分方程。 z+Xr2B  
    Zo UeLU  
    到这儿,一个表面数据基本就可以求出来了。 n7> |$2Y  
    b'wy{~l@  
    然而,在很多实际设计里,并没有繁琐的去求解这些微分方程,不会死板的去用四阶龙格库塔,也不会非要在三维空间里求解。 9nY`rF8@  
    可以通过简化,变换,找到很多简便的方法。 LhG\)>Y%  
    $(}rTm  
    另外,晦涩难懂的非均匀有理B样条(NURBS),也经常会在建立自由曲面光学系统时采用。 w4fKh  
    有兴趣的,可以深入研究一下NURBS S1|5+PPs  
    |JkfAnrN$I  
    zw#n85=  
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    8Z !%rS  
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    Nuqmp7C  
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    ~\=D@G,9  
    H*]Vs=1  
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    Z/,R{Jgt"  
     
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    离线phoenixzqy
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    只看该作者 1楼 发表于: 2014-05-25
    照明光学设计,用到的光学知识不是很多。 G:*vV#K  
    用到的数学知识,如果通过严格的理论去设计自由曲面照明光学系统的话,是非常的多的。 G^B> C  
    不过,有简化的方法。
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    离线looker
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    只看该作者 2楼 发表于: 2014-06-05
    微分方程通常不是问题,matlab自学一周就能搞定 o2dO\$'  
    头疼的是偏微分方程 Dtd~}-_Q  
    R?u(aY)P  
    另外nurbs样条我觉得不是很好用,样条曲线的端点条件很难给出。我在ASAP中深受其苦。。。
    离线phoenixzqy
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    只看该作者 3楼 发表于: 2014-06-05
    回 looker 的帖子
    looker:微分方程通常不是问题,matlab自学一周就能搞定 @]q^O MLY  
    头疼的是偏微分方程
    另外nurbs样条我觉得不是很好用,样条曲线的端点条件很难给出。我在ASAP中深受其苦。。。 (2014-06-05 15:39)  K?J_cnJ`  
    &(,\~  
    可以参考一下lucidshape的方法。
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    离线xiancaitang
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    只看该作者 4楼 发表于: 2014-06-10
    有渐进式的设计过程吗?在哪里可以找到?
    离线phoenixzqy
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    只看该作者 5楼 发表于: 2014-06-10
    回 xiancaitang 的帖子
    xiancaitang:有渐进式的设计过程吗?在哪里可以找到? (2014-06-10 10:16)  QO}~"lMj  
    <b H *f w  
    我公司成像设计课程里有讲解。
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    离线lxp0207
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    只看该作者 6楼 发表于: 2014-09-11
    能不能分享的更详细一些
    离线phoenixzqy
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    只看该作者 7楼 发表于: 2014-09-16
    回 lxp0207 的帖子
    lxp0207:能不能分享的更详细一些 (2014-09-11 15:17)  5V/&4$.U!  
    LmJjO:W}^y  
    介绍的有书籍。可以去看书。知识点也都说了啊。
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    离线christopher_
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    只看该作者 8楼 发表于: 2015-06-21
    受教了!
    离线pangaojie
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    只看该作者 9楼 发表于: 2017-02-17
    学习学习