Free-form optics for non-idealized light sources in 3D: a phase-space approach
Free-form optics for non-idealized light sources in 3D: a phase-space approach
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3D 中非理想化光源的自由曲面光学：相空间方法
DOI：
10.1117/12.2311995
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
P.Loosen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
A. Völl;R. Wester;P. Buske;M. Berens;J. Stollenwerk;P.Loosen
自由曲面光学已被证明是一种非常强大和有效的照明策略，其应用范围从汽车和建筑照明到激光束整形。现有技术的自由形式光学器件设计方法假设光具有零扩展量，例如，如果光从点源发射或完全准直，则给出零扩展量。在某些情况下，该假设是无效的，并且利用零扩展量方法和使用非零扩展量源来设计自由形式光学器件将导致辐照图案中的尖锐边缘的模糊效应。在以前的工作1中，我们推导出一个积分公式的目标屏幕上的非零扩展源的辐照度分布。此外，我们表明，对于2D应用，可以将这种辐照度计算方法与表面优化例程结合联合收割机，以获得也考虑非零展量的自由形式光学器件。作为延续，我们将这种方法扩展到三个维度。为此，我们展示了如何积分公式可以近似在三维数值，我们提出了一种优化方法的自由曲面光学。我们证明了算法的性能，通过使用两个不同的测试用例。对于第二个测试用例，我们还介绍了如何实现辐照度分布随源的扩展量而变化。
Free-form optics have been proven to be a very powerful and efficient illumination strategy with applications ranging from automotive and architecture illumination to laser beam shaping. State of the art free-form optics design methods assume that the light has zero étendue, which is for example given if it is emitted from a point source or perfectly collimated. In some cases, this assumption is not valid and designing free-form optics with a zero-étendue method and using a non-zero étendue source will result in a blurring effect for sharp edges in the irradiance pattern. In previous work1, we derived an integral formulation for the irradiance distribution on a target screen for a non-zero étendue source. Furthermore, we showed for a 2D-application that it is possible to combine this irradiance calculation method with a surface optimization routine to obtain free-form optics that also take into account a non-zero étendue. As a continuation, we extend this approach to three dimensions. To this end, we show how the integral formulation can be approximated numerically in three dimensions and we present an optimization method for the free-form optics. We demonstrate the performance of the algorithm by using two different test cases. For the second test case, we additionally present how the achieved irradiance distribution varies with the étendue of the source.
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