傳統(tǒng)的幾何光學(xué)是以提高光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量為宗旨的學(xué)科，它所追求的是如何在焦平面上獲得完美的圖象。就傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚光的性能而言，任何利用成像原理聚光的系統(tǒng)都遠(yuǎn)未達(dá)到理論上的聚光能力。因此，對(duì)于各種純聚光要求的應(yīng)用來說，如太陽能領(lǐng)域和高能物理領(lǐng)域，只有放棄成像要求才有可能獲得理想的結(jié)果。正由于此，近二十年來很多學(xué)者致力于非成像聚能器的研究，并由此形成了一門新興的技術(shù)科學(xué)——非成像光學(xué)。 J J*0M(GG
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非成像光學(xué)理論起源于六十年代中期，1966年，Hinterbgerer和nostn在發(fā)表的一篇提高太陽能收集效率的文獻(xiàn)中首次提出“非成像光學(xué)” （non imaging optics）一詞。1967年B~ov提出將其應(yīng)用于太陽能收集系統(tǒng)中的復(fù)合拋物集能器 （CPC，compound arbaolie Concenrtator）設(shè)計(jì)，同年，ploke設(shè)計(jì)出一種應(yīng)用于顯微鏡系統(tǒng)中替代傳統(tǒng)聚光鏡的三維 CPC。七十年代中期，Winston和研觸lofdr等人提出非成像光學(xué)概念，此后，一系列非成像光學(xué)理論的提出和完善極大地豐富了非成像光學(xué)概念。 i:AjWC@]
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一般的傳統(tǒng)光學(xué)的途徑是將問題看作設(shè)計(jì)一個(gè)NA( 數(shù)值孔徑 數(shù)值孔徑簡寫NA， 數(shù)值孔徑與其他技術(shù)參數(shù)有著密切的關(guān)系，它幾乎決定和影響著其他各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。它與分辨率成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場寬度與工作距離都會(huì)相應(yīng)地變小。)非常大的成像光學(xué)系統(tǒng)，例如小的孔徑比或者F數(shù)。然而一些在成像系統(tǒng)中會(huì)形成很大相差的集光器卻使得這個(gè)問 題得到有效解決。這些集光器比成像系統(tǒng)更為有效且可以通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)或者接近理論的最大值。我們將它們稱作非成像集光器。這些光學(xué)系統(tǒng)與往常使用的光學(xué)系統(tǒng) 有很大區(qū)別。他們同時(shí)具備光管的一些性質(zhì)以及成像光學(xué)系統(tǒng)的一些性質(zhì)，然而卻存在很大的像差。通過對(duì)這些集光器的設(shè)計(jì)的發(fā)展以及性質(zhì)的學(xué)習(xí)得到了幾何光學(xué) 的一系列新的思想和理論。 在成像光學(xué)設(shè)計(jì)中，光學(xué)系統(tǒng)作為成像工具，基本上都用幾何光線的概念來研究其規(guī)律，對(duì)能量傳遞的研究較少。從物理學(xué)觀點(diǎn)看，光線攜帶著輻射能，光線的方向 也就是輻射能的傳播方向。因此，從能量的角度考慮，光學(xué)系統(tǒng)也是傳遞輻射能量的工具，是能量傳播的過程，非成像光學(xué)就是從能量傳遞規(guī)律的角度對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究的。 ?% _]rr9
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非成像光學(xué)應(yīng)用于主要目的是對(duì)光能傳遞的控制而非成像的系統(tǒng)中。然而成像并不被排除在非成像設(shè)計(jì)之外。非成像光學(xué)需要解決的兩個(gè)主要輻射傳遞的設(shè)計(jì)問題是使傳遞能量最大化并且得到需要的照度分布。這兩個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域通常被簡單的稱為集光和照明。非成像光學(xué)應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域，例如前面提到的太陽能采集，光纖照明，顯示系統(tǒng)以及LED照明。 1Qrm"TFo
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與像差理論不同的是非成像光學(xué)不考慮或很少考慮像差對(duì)系統(tǒng)性能的影響，而是利用光能利用率作為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 G >I.
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對(duì)于面光源，發(fā)光強(qiáng)度是有方向性的，因此亮度也是有方向性的。亮度是單位面積單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量，也就是說光通量在兩個(gè)集合空間擴(kuò)展的一種量度，即在面積上的擴(kuò)展和立體角內(nèi)的擴(kuò)展。
