1.3.幾何光學

目前，幾何光學已被廣泛應(yīng)用于光學系統(tǒng)的設(shè)計當中。成像光學和非成像光學系統(tǒng)在設(shè)計時都必須以幾何光學的理論為基本依據(jù)。幾何光學中有四大基本定律，分別是光的直線傳播定律、獨立傳播定律、折射定律和反射定律。

(1)光的直線傳播定律。該定律主要說明了一個問題，即在均勻且同性的介質(zhì)中，光是沿著直線進行傳播的。

(2)光的獨立傳播定律。由不同光源發(fā)出的光束以各種不同的方向經(jīng)過位于空間中的某一點時，彼此之間均是獨立存在且互不發(fā)生影響。

(3)光的反射定律。入射、反射、投射三種光線位于同一平面內(nèi)時，反射角與入射角絕對值相等、符號相反，而此時入射和反射光線則會位于投射點法線兩側(cè)。

(4)光的折射定律。與反射定律比較類似，也是當三種光線位于同一平面內(nèi)，入射角與折射角的正弦之比與角度的大小不發(fā)生關(guān)系，主要與介質(zhì)的具體性質(zhì)有關(guān)。

2.LED的特點及分類

在介紹LED的特點和分類之前，首先讓我們了解一下LED的概念，所謂的LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，中文意思就是發(fā)光二極管，它是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體器件，該器件常以固態(tài)形式存在。LED中的關(guān)鍵核心是半導(dǎo)體晶片，該晶片主要由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩個部分構(gòu)成。

2.1.LED的主要特點

由于LED采用的是電場發(fā)光的原理，其特點十分明顯，具體可歸納為以下幾個方面：

(1)使用壽命長。一般的LED使用壽命均能夠達到10年左右。這是因為LED與以往傳統(tǒng)的光源不同，其不會發(fā)生突然不工作或是像鎢絲燈一樣突然燒壞，它的損壞主要是伴隨著時間的不斷推移而導(dǎo)致發(fā)光性能慢慢減弱。如由飛利浦公司制造的LUXEON系列產(chǎn)品，在使用5萬小時后，其發(fā)光強度還能保持在初始值的70%左右。

(2)維護費用較低。正常情況下，與普通光源相比LED的使用壽命相當于它們的10倍以上，從而使光源替換的成本大幅度減少，相應(yīng)地維護費用及人力成本也隨之降低。

(3)能耗低。與熒光燈或白熾燈相比，LED的發(fā)光效率要高出很多。由格力公司出品的XR-E型號的LED發(fā)光率能夠達到1001m/W 以上。從節(jié)約能源的角度上講，能量轉(zhuǎn)換效率越高就表示在同等光照下電能消耗的越少，這也是LED的最大優(yōu)勢之一。

(4)體積小。這一特點主要是針對LED芯片而言的。現(xiàn)階段的LED芯片體積最小能夠達到毫米級。如由美國Lumileds研發(fā)制造的Rebel，其封裝以后的體積僅為3x4.5x2.1(單位mm)，芯片大小僅為lmmx lmm。如此之小的體積非常便于光學設(shè)計，而且還能有效地減少系統(tǒng)的能量損耗。

(5)方向性強。就光照的距離而言，LED絕對可以當做點光源來設(shè)計。一般在進行光學設(shè)計時，為了簡化設(shè)計步驟習慣將所需的光源拆分成若干個點光源，這些光源則可利用LED代替。同時LED還可以分布在某一個物體的表面上，并模擬該形狀的物體進行發(fā)光，如景觀照明、建筑輪廓照明等。

(6)固態(tài)照明，綠色環(huán)保。LED屬于固態(tài)照明光源，其中不含有容易破碎的玻璃材質(zhì)，耐沖擊和抗震動性能較高，所以能夠在較為惡劣的環(huán)境中使用。同時LED不含有汞等有毒有害物質(zhì)，環(huán)境友好程度較高。此外，LED中也不含紅外或紫外光，不會對被照射物體產(chǎn)生傷害，而且也有效地提高了光能的利用率。

(7)工作電壓低，適宜在低溫條件下工作。LED的主要工作方式為低壓直流供電，這一特點使其安全性得以充分體現(xiàn)。同時它還可以在溫度較低的條件下工作，實驗證明可在-40攝氏度的條件下工作，基于此點，其能夠應(yīng)用于冰箱內(nèi)的照明系統(tǒng)及汽車照明系統(tǒng)中。