照明系統
關注創建者：cadenas 創建時間：2019-11-12
照明系統的視頻教程
車燈仿真分析系列課程（熱仿真/結構力學仿真/光學仿真）
》標準中的相關要求，需要對車輛相關照明系統進行一系列的試驗:如熱循環試驗、熱沖擊試驗、熱變形試驗、隨機振動試驗、配光鏡強度試驗等等。
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照明系統的實例教程
LCD顯示器照明器（LCD顯示器背光作為照明系統的一部分）
光波導
光波導利用發生在介質中的多次全內反射來傳輸光學介質中的光。這種方式幾乎允許光彎曲向任何方向，但需要理解由于全內反射產生的限制，以避免光的泄漏。
成像與照明的區別
之前的部分介紹了常見的照明系統，其中有些是成像系統，有些是非成像照明系統。成像光學系統如攝影物鏡，會形成一個物體的圖像。
非成像系統，顧名思義，不會將物或像作為設計方法的考慮范圍，與成像系統有著根本區別，但二者都是照明仿真中的有用概念。
成像理論在照明系統中的應用
有實像的系統可能是攝影鏡頭，也可能是投影儀。如果像直接投影到屏幕上，我們可以把光線從物方傳播到屏幕來實現照明。
投影儀成像系統與攝影鏡頭還是有些不同，例如它利用透鏡的遠心性來提高物光分布的均勻性。但光線追跡的思路仍能對照明系統設計有一定程度的啟發。
上面的例子都是針對實像的，然而也有使用虛像的照明系統。目鏡、定位儀、平視顯示器等都是使用虛像的成像系統，盡管與照明沒有直接聯系，但都含有照明組件。例如，對于平視顯示器，照明對象（通常是LCD）向眼睛投射虛像，虛像的亮度取決于光是如何從LCD傳到我們的眼睛的。如果不仔細考慮其中的邏輯，我們最終得到的平視顯示器圖像則可能是不均勻的，或者我們轉動頭部時看到的圖像會產生變化。
一些照明系統中使用了成像系統的理論和技術，下面是常見的實例和概述。
臨界照明
光源在被照明區域成像，可以被認為是照明系統的一種形式。這種形式被稱為臨界照明。由于光源直接成像到被照明的表面，所以光源的均勻性（或不均勻性）將直接影響到所得照明效果的均勻性。因此臨界照明系統最好與均勻性高的光源一起使用。對于需要控制像差的投影系統，投影透鏡還需要在它和光源像之間留出適當空間。
展開 在這篇文章中，我們將介紹有關照明系統的定義和概念，并對其進行擴展。讓我們從原始的問題“什么是照明系統設計？”開始。我們不急于直接討論照明系統包含哪些組成部分，而是以常見的實例幫助大家構建對成像照明系統和非成像照明系統的認知。
什么是照明系統設計？
用一句話概括：照明系統設計是讓光源發出的光呈現特定的分布。
所以對于所有的照明系統，必須有光源，以及描述光學系統輸出光線分布的方法。
一些光源的例子：
發光二極管 (LED)
激光二極管 (LDs)
白熾燈、鹵素燈
太陽和其他黑體輻射源（如人類和動物）
熒光燈
冷光燈
點光源（如星星）
在工業應用中，最常用的光源是放電光源（如鹵素燈）和電致發光光源（如LED 和激光器）。
常見照明系統參數：
通量：
功率或輻射通量（瓦）
光通量（流明）
單位面積通量：
輻照度（瓦每平方米）
照度（勒克斯）
單位立體角通量：
輻射強度（瓦每立體角）
光強度（坎德拉）
單位面積-單位立體角通量：
輻亮度（瓦每平方米每立體角）
亮度（尼特）
光源、探測器、計量單位可點擊文末“閱讀原文”了解更多詳情。
我們令光實現特定分布的同時，也要盡可能高效地傳輸光源的光。常見的光學現象：如反射、折射甚至散射，都能幫助我們改變光線方向，從而達成性能目標。
展開 本課程概述了典型照明系統的設計周期。您將學習照明設計中的各個步驟，使您可以在設計時即節省時間又能避免關鍵性的錯誤。本課是照明學習路徑的第三課。
作者 Katsumoto Ikeda
引言：為什么理解設計周期對光學設計者來說非常重要？
設計周期是說明光學設計各個步驟的指南。通過認識設計周期中的不同步驟，可以了解每個步驟的目標，這樣我們就可以知道在適當的時候該做的確切任務，并且可以在設計進行的過程中預測未來的任務。有了堅定的指導方針，在設計過程中就不會有意外，我們甚至可以對未來的步驟采取先發制人的行動，因為我們可以預見到潛在的問題。
讓我們來看看典型的照明設計周期，即設計照明系統的各個步驟。
設計周期是鏡頭設計的指南
在光學系統中，更具體地說是在照明系統中，從設計到制造有許多步驟。下圖為照明設計過程中需要的不同步驟的路線圖。這些步驟主要可以分為兩組：設計階段和制造階段。
(參考: Illumination Engineering, R. Koshel, IEEE Press)
對上述設計周期的觀察表明，在設計階段存在迭代，但是迭代包含在設計階段中。請注意，制造部分具有返回設計階段的迭代路徑。這一步驟的返回意味著在加工制造過程中，我們可能會遇到問題，即由于我們沒有考慮到關鍵的公差參數，導致基礎設計不適合加工。很容易看出，通過在設計周期的早期就涵蓋到我們的步驟，就可以避免頻繁的迭代。如果關鍵的迭代將返回至設計初期的階段，可能會導致時間上的損失，從而導致項目延遲。
讓我們看看上圖中設計周期中的每個步驟，并將其分解。
設計階段
概念：在這一步確定系統中的相關概念。這意味著確定了光學系統的可能性、規格要求（或系統目標）以及系統類型。如果光學元件受整個系統中其他較大目標的控制，則此步驟可能不需要光學設計者的參與。
展開 本課程概述了典型照明系統的設計周期。您將學習照明設計中的各個步驟，使您可以在設計時即節省時間又能避免關鍵性的錯誤。本課是照明學習路徑的重要內容。
引言：為什么理解設計周期對光學設計者來說非常重要？
設計周期是說明光學設計各個步驟的指南。通過認識設計周期中的不同步驟，可以了解每個步驟的目標，這樣我們就可以知道在適當的時候該做的確切任務，并且可以在設計進行的過程中預測未來的任務。有了堅定的指導方針，在設計過程中就不會有意外，我們甚至可以對未來的步驟采取先發制人的行動，因為我們可以預見到潛在的問題。
讓我們來看看典型的照明設計周期，即設計照明系統的各個步驟。
設計周期是鏡頭設計的指南
在光學系統中，更具體地說是在照明系統中，從設計到制造有許多步驟。下圖為照明設計過程中需要的不同步驟的路線圖。這些步驟主要可以分為兩組：設計階段和制造階段。
對上述設計周期的觀察表明，在設計階段存在迭代，但是迭代包含在設計階段中。請注意，制造部分具有返回設計階段的迭代路徑。這一步驟的返回意味著在加工制造過程中，我們可能會遇到問題，即由于我們沒有考慮到關鍵的公差參數，導致基礎設計不適合加工。很容易看出，通過在設計周期的早期就涵蓋到我們的步驟，就可以避免頻繁的迭代。如果關鍵的迭代將返回至設計初期的階段，可能會導致時間上的損失，從而導致項目延遲。
讓我們看看上圖中設計周期中的每個步驟，并將其分解。
設計階段
概念：在這一步確定系統中的相關概念。這意味著確定了光學系統的可能性、規格要求（或系統目標）以及系統類型。如果光學元件受整個系統中其他較大目標的控制，則此步驟可能不需要光學設計者的參與。例如，手電筒中的光學器件的體積受到嚴格限制。另一個例子，汽車前大燈的光學要求是法律規定的。
展開 隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭，在裝修時都開始安裝智能照明系統，以便提供更高層次和舒適的服務，智能家居照明系統可以提高住宅照明光環境質量，充分以人為本。充分考慮到人的視覺效果，還考慮到人體因受到季節光照減少而產生的“季節性情感紊亂”，創造出一個個性化、藝術化、舒適、高雅的人居環境，但是照明系統一直是一個重要的能源消耗對象，目前有著嚴重的浪費現象，因此發展智能照明有著很重要的意義。
智能照明四種控制技術：
遙控照明：通過無線電信號控制照明設備，可利用手機客戶端遠程遙控開關，也有在購買時就配備了開關插座和發射器。
紅外感應：通過捕捉特定波長紅外線來控制燈具明滅，延時照明實現"人來燈亮、人走燈熄"效果。
組合照明：如今由多種光源構成的組合照明已經發展得十分成熟，無論是場景還是顏色亮度都能自由組合。
觸控照明：通過手指觸摸帶來電容變化從而控制燈具，絕緣防水特點適用于浴室、廚房等空間。
智能照明六大功能：
1、定時控制功能可以自由調節燈光開關的時間，任你所選，任你所用，時時刻刻為你效勞。
2、集中控制和多點操作功能在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。
3、全開全關和記憶功能整個照明系統的燈可以實現一鍵全開和一鍵全關的功能。不用一個按鍵一個按鍵的去關閉或者開啟燈光，減少不必要的麻煩。
4、場景設置設置固定模式，一次編程即可一鍵控制。或選擇自由設置，根據您個人的需要，賦予它更多的功能，用自己的想法控制自己的家。
5、軟啟功能開燈時，燈光由暗漸漸變亮，關燈時，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖，保護眼睛。
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微觀與宏觀結合的完整系統仿真
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GLAD應用：部分相干光模擬26天前
如圖1所示，整體結構是一個科勒照明系統。一個聚光元件將非相干光源傳遞到轉像透鏡的入瞳處。非相干光源照亮物體掩膜面，并在最后的像面上得到適當放大的像。為了對光束合理采樣，光源放在物體掩膜的共軛面處，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想點光源。對于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。當光源大到可以填滿轉像透鏡入瞳時，其所成的像就將是非相干的。
WD15-S30A是4步LED照明驅動器IC，它控制恒定的LED電流調節，以便通過由高壓FET組成的內部4步步驟來控制LED照明系統的亮度。恒定的LED電流調節值可由外部電阻器控制。LED電流可通過RCS引腳設置。
本案例依托 OAS 光學軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優化，驗證系統照明均勻性、成像質量及雜散光抑制水平，為工程化設計提供可靠仿真依據。
案例設置與操作
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基于 OAS 軟件三維建模與非序列光線追跡功能，精準構建 DMD 投影燈完整光學模型。
工采網代理的韓國GreenChip的GP8100是一款直流線路驅動器IC，設計用于滿足較嚴格的功率效率和PF（功率因數）要求，可通過添加各種功能來優化用于小型PCB空間中的低成本LED照明系統。GP8100不僅提供設計高效LED照明系統所需的基本標準功能，還提供其他各種可選功能以滿足LED照明設計師的各種需求。
只需一個橋式二極管和一個電阻（RCS），即可確保其穩定運行。
光線追跡的最大應用領域是所有涉及鏡頭的實際應用，從常規攝像頭到手機攝像頭、抬頭顯示器、望遠鏡、AR/VR頭顯、前照燈、內窺鏡以及照明系統（醫療或建筑），不一而足。
在光學及光子設計中使用光線追跡
光線追跡可用于評估光學組件的性能并改進其設計，以滿足嚴格的規范要求。一些評估的參數包括組件對光的聚焦程度、光源傳輸到圖像（用于顯示器）中的能量、圖像顏色深度以及光學組件的對比度質量。
智能家居：聯動照明系統，根據晝夜光線變化動態調整室內色溫，營造健康光環境。
工業控制：搭配顯示屏或儀器面板，抑制環境光干擾，確保數據可視性
印刷與包裝?：實時檢測印刷品的色差，確保批次間顏色一致性。
?紡織與染整?：監控織物染色過程中的顏色變化，調整染料配比。
?食品加工?：評估食品外觀顏色（如烘焙食品的焦黃度）。
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