近軸光線追跡理論在許多成像光學(xué)輔助軟件中使用，例如OS2 LO、ZEMAX等等，當(dāng)照明光學(xué)系統(tǒng)口徑不超出近軸區(qū)域的范圍時(shí)，該方法對整個(gè)照明光學(xué)系統(tǒng)的分析和評價(jià)是準(zhǔn)確的 精確光線追跡能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行光線追跡，由于計(jì)算機(jī)編程難以實(shí)現(xiàn)，因此使用面得到了一定的限制。矢量法光線追跡在進(jìn)行三維矢量追跡中非常實(shí)用，在超出近軸區(qū)域所定義的范圍時(shí)也能準(zhǔn)確追跡。因此追跡到照明平面的光線是最真實(shí)的。

　　矢量法光線追跡理論采用X軸與光軸重合、坐標(biāo)原點(diǎn)在球面頂點(diǎn)并以XO Y坐標(biāo)面為子午面的右手坐標(biāo)系。 　　入射光線的幾何位置采用兩個(gè)向量表示：一個(gè)是表示向量光線上某一點(diǎn)P的位置向量P；另一個(gè)是沿光線進(jìn)行方向的單位向量Q，P點(diǎn)一般為光線在球面上的投射點(diǎn)，每一個(gè)向量都用它們在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量來表示：推導(dǎo)光路計(jì)算向量公式的過程，大致分為三個(gè)步驟：1）根據(jù)入射光線的位置和方向求出光線在折射面上的投射點(diǎn)P 1；2）求出投射點(diǎn)處的法線方向；3）根據(jù)入射光線的方向和法線方向，利用折射定律求出折射光線的方向。

　　基于Monte Carlo隨機(jī)理論的光照度計(jì)算常用的照明光學(xué)系統(tǒng)的光照度分布計(jì)算方法有以下幾種：光線追蹤算法、平方反比定律法、投射立體角法、蒙特卡羅法（Monte Carlo Method）和光通轉(zhuǎn)移法。本軟件采用了Monte Carlo法，目前國外成熟的照明設(shè)計(jì)軟件Light Tools和TracePro都是采用了該方法來進(jìn)行光照度分布計(jì)算。

　　3運(yùn)用線性同余組合發(fā)生器進(jìn)行改進(jìn)線性同余法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量少、速度快，缺點(diǎn)是在逐次調(diào)用中產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)是序列相關(guān)的。為了將這個(gè)相關(guān)性降低到最低限度，本設(shè)計(jì)采用了線性同余組合發(fā)生器。

　　把多個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器組合起來，可以得到周期更長、統(tǒng)計(jì)性質(zhì)更優(yōu)的隨機(jī)數(shù)，這種方法就稱為線性同余組合發(fā)生器。它是以一個(gè)線性同余組合發(fā)生器的隨機(jī)數(shù)列為基礎(chǔ)，再用另外一個(gè)線性同余組合發(fā)生器對該隨機(jī)數(shù)列進(jìn)行重新排列，得到新的數(shù)列作為實(shí)際使用的隨機(jī)數(shù)。本文用構(gòu)造的發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)“攪亂”Visual Basic（本軟件采用了Visual Basic編程語言）中Rn 函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，可以得到很好的效果，該算法的步驟如下1）先用Rnd（）函數(shù)對組合發(fā)生器的隨機(jī)數(shù)緩沖數(shù)組U（U 1，U 2，U k）進(jìn)行初始化；2）再用構(gòu)造隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生< 1，k >區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)整數(shù)I；3）令r n = U I，n從1開始；4）從Rnd（）函數(shù)再產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，替代剛才被選中的U I元素；5）重復(fù)2）～4），得到組合隨機(jī)數(shù)列r n，即為組合發(fā)生器產(chǎn)生的序列。

　　組合發(fā)生器在保持隨機(jī)數(shù)列均勻性，甚至是有所提高均勻性的同時(shí)，大大提高了所得隨機(jī)數(shù)列的獨(dú)立性，由此可見所得組合發(fā)生器具有很好的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，符合設(shè)計(jì)的要求。

　　實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)果以溶液濃度在線檢測儀的照明光路為例，運(yùn)用該軟件進(jìn)行分析。在照明光路中，引用了照明集光鏡和聚光鏡，其中的微調(diào)光軸平板是為了調(diào)整照明光路與成像光路的光軸，使其兩者位于同一光軸上。該照明光路的參數(shù)如所示。

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