非成像光學是與光源和目標之間的光輻射的最佳傳輸有關的光學器件的一個分支。與傳統的成像光學器件不同，所涉及的技術不會嘗試形成光源的圖像；相反，需要用于從源到目標的最佳輻射傳遞的優化光學系統。

非成像光學系統比成像光學系統解決的兩個設計問題是：

• 太陽能集中度：最大化施加到接收器（通常是太陽能電池或熱接收器）的能量
• 照明：控制光的分布，通常使它“均勻”散布在某些區域并完全與其他區域隔離

在目標處要優化的典型變量包括總輻射通量，光輻射的角度分布和光輻射的空間分布。通常必須優化光學系統目標側的這些變量，同時考慮源頭光學系統的收集效率。

對于給定的濃度，非成像光學器件提供了可能的最寬接收角，因此，最適合用于太陽能聚光（例如在聚光光伏中）。與“傳統”成像光學器件（例如拋物面反射鏡或菲涅耳透鏡）相比，非成像光學器件用于聚光太陽能的主要優點是：

• 較寬的接收角度導致更高的公差（因此效率更高），適用于：
  • 不太精確的跟蹤
  • 光學器件制造不完善
  • 組裝零件不完善
  • 系統因風而運動
  • 支撐結構的有限剛度
  • 老化引起的變形
  • 捕獲太陽周輻射
  • 系統中的其他缺陷
• 較高的太陽集中度
  • 較小的太陽能電池（在集中式光伏電池中）
  • 更高的溫度（在集中式太陽能中）
  • 較低的熱損失（在集中式太陽能中）
  • 擴大集中太陽能的應用范圍，例如太陽能激光器
• 接收器均勻照明的可能性
  • 提高太陽能電池的可靠性和效率（在集中式光伏中）
  • 改善熱傳遞（在集中的太陽能中）
• 設計靈活性：可以針對不同的應用量身定制具有不同幾何形狀的各種光學元件

同樣，對于低濃度，非成像光學器件非常寬的接收角度可以完全避免太陽跟蹤或每年將其限制在幾個位置。

與拋物面反射鏡或菲涅耳透鏡相比，非成像光學的主要缺點在于，對于高濃度，它們通常具有一個以上的光學表面，從而使效率稍微降低。但是，只有在光學元件完全對準太陽時才注意到這一點，由于實際系統的缺陷，通常情況并非如此。

非成像光學設備的示例包括光導，非成像反射器，非成像透鏡或這些設備的組合。非成像光學的常見應用包括照明工程（照明）的許多領域。非成像光學設計的現代實現示例包括汽車前照燈，LCD背光源，照明的儀表板顯示器，光纖照明設備，LED燈，投影顯示系統和照明器。

與“傳統”設計技術相比，非成像光學器件在照明方面具有以下優勢：

• 更好地處理擴展資源
• 更緊湊的光學器件
• 混色功能
• 光源和光分布到不同地方的組合
• 非常適合與日漸流行的LED光源一起使用
• 容忍光源和光學元件的相對位置變化

使用太陽能的非成像照明光學器件的示例是輔助照明或太陽能管道。

現代便攜式和可穿戴光學設備以及小尺寸和低重量的系統可能需要納米技術。非成像超光學可以解決這個問題，非成像超光學使用了金屬鏡和超鏡來處理光能的最佳傳遞。

使用最少的光電倍增管收集高能粒子碰撞產生的輻射。

非成像光學的一些設計方法也正在成像設備中找到應用，例如一些具有超高數值孔徑的設計方法。

尋求封閉形式解決方案的非成像光學數學的早期學術研究首次以教科書形式在1978年出版。?2004年出版了一部現代教科書，闡述了該領域的研究和工程的深度和廣度。?2008年出版了對該領域的詳盡介紹。

非成像光學器件的特殊應用，例如菲涅耳透鏡，可用于太陽聚光或通常用于太陽聚光，盡管O'Gallagher的最后參考文獻描述了幾十年前開發的大部分工作。其他出版物包括書籍章節。

成像光學器件可以將太陽光最多聚集到與太陽表面相同的光通量。非成像光學器件已被證明可以將太陽光聚集到環境光強度的84,000倍，超過太陽表面的通量，并達到將物體加熱到太陽表面溫度的理論極限（熱力學第二定律）。

基于邊緣射線原理，設計非成像光學器件的最簡單方法稱為“弦的方法”?。1990年代初開始開發了其他更先進的方法，與邊緣射線方法相比，該方法可以更好地處理擴展光源。開發這些產品主要是為了解決與固態汽車前照燈和復雜照明系統有關的設計問題。這些高級設計方法之一是同時多曲面設計方法（SMS）。